LTE系統中PDCP子層功能研究

摘要：針對LTE系統的高數據速率和海量信息容量的特點，對分組數據匯聚協議(PDCP)在功能上進行了改進。對壓縮算法進行了簡化，支持完整性保護和加密(UMTS的加密在RLC的非TM模式和MAC的TM模式下實現)功能，分析了新的上下行數據傳輸方式以及在切換時的PDU重排序，最后設計了在OPNET中PDCP的具體實現方式。
關鍵詞：LTE；分組數據匯聚協議；OPNET；UMTS

0 引言
3GPP希望通過升級諸如HSDPA和HSUPA這樣的無線接口技術，來確保未來10年或者更長的時間內，保持競爭能力。因此LTE長期演進主要是以降低時延、提高用戶數據速率、改善系統容量以及覆蓋，并且降低運營商的成本為目標。為了實現這些目標，LTE系統設計涵蓋了無線接口和無線網絡架構兩個方面。
本文研究的分組數據匯聚協議(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)層屬于無線接口協議棧的第二層，處理控制平面上的無線資源管理(RRC)消息以及用戶平面上的因特網協議(IP)包。在用戶平面上，PDCP子層得到來自上層的IP數據分組后，可以對IP數據分組進行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。PDCP子層還向上層提供按序提交和重復分組檢測功能。在控制平面，PDCP子層為上層RRC提供信令傳輸服務，并實現RRC信令的加密和一致性保護，以及在反方向上實現RRC信令的解密和一致性檢查。

1 PDCP子層功能
PDCP子層的主要功能如圖1所示。

PDCP協議包括以下具體支持的功能：
(1)用戶平面數據的報頭壓縮和解壓縮。
(2)安全性功能：
①用戶和控制平面協議的加密和解密；
②控制平面數據的完整性保護和驗證。
(3)數據的傳輸功能：
①下層重建時，對向上層發送的PDU順序發送和重排序；
②對映射到AM模式的RB的下層SDU進行重排序。
(4)數據包的丟棄。
1．1 報頭壓縮
在LTE系統中，規定PDCP子層支持由IETF(互聯網工程任務組)定義的健壯性報頭壓縮協議(ROHC)來進行報頭壓縮。在LTE中，因其不支持通過電路交換域(CS)傳輸的語音業務，為了在分組交換域(PS)提供語音業務且接近常規電路交換域的效率，必須對IP／UDP／RTP報頭進行壓縮，這些報頭通常用于VoIP業務。
典型的，對于一個含有32 B有效載荷的VoIP分組傳輸來說，IPv6報頭增加60 B，IPv4報頭增加40 B，即188％和125％的開銷。
為了解決這個問題，在LTE系統中，設定在激活周期內PDCP子層采用ROHC報頭壓縮技術，在壓縮實體初始化之后，這一開銷可被壓縮成4～6個字節，即12．5％～18．8％的相對開銷，從而提高了信道的效率和分組數據的有效性。