LTE系统中PDCP子层功能研究

1．3．2 下行接收
在不需重建的普通工作模式下，PDCP实体在接收到RLC AM实体提交的PDCP PDU时，不需执行重排序过程，因为RLC AM在向PDCP实体提交PDCPPDU时，已保证顺序递交。以切换引起的PDCP重建为例，UE先从源eNodeB收到一些PDCP SDU，重建开始后从目的eNodeB接收PDCP SDU(其中部分是源eNodeB转给目的eNodeB的，并且有一些是源eNodeB已发给UE但尚未得到确认的)，因此，UE的PDCP实体收到的PDCP SDU可能是乱序并且有重复的，因此对于RLC AM模式，在重建情况下，PDCP接收实体需对接收的PDCP SDU进行重排序和重复检测。
综合上述各种情况，对映射到RLC AM模式的DRB接收处理过程如下：定义接收的PDCP序列号为SN，接收端上一次提交给高层的PDCP SDU序列号为Last_Submitted_PDCP_RX_SN，Reordering_Window为序列号空间50％长度的重排序窗，RX_HFN为接收端当前HFN，Next_PDCP_RX_SN为接收端期待的下一个接收的PDCP序列号，具体流程如图3所示。

1．4 数据包丢弃
LTE的PDCP层的丢弃功能基于定时器，发射机从高层接收到每一个PDCP SDU时该定时器启动，当定时器溢出时UE仍未发起PDCP SDU传输，那么丢弃该PDCP SDU。如果定时器被设置到一个合适的值来满足无线承载所要求的QoS，这一丢弃机制可以防止发射机的过渡延时和排队现象。具体的处理过程如下：
1．4．1 上行发送
当高层要求PDCP重建时，映射到RLC AM模式的DRB处理过程：
(1)重置上行头压缩协议。
(2)在重建过程中，应用高层提供的加密算法以及密钥。
(3)由第一个还没有确认成功发送的PDCP SDU开始执行重传，或者按COUNT升序，优先于重传过程发送所有已关联了PDCP序列号的PDCP SDU。
①按照第一节报头压缩中提及的压缩算法，执行PDCP SDU报头压缩过程。
②按照安全性功能介绍的加密过程，执行PDCPSDU加密过程。
③将经过上述处理的PDCP数据PDU递交给下层。
1．4．2 下行接收
当高层要求PDCP重建时，映射到RLC AM模式的DRB处理过程：
(1)处理所有由于下层重建而由下层接收的PDCP数据PDU。
(2)重置下行头压缩协议。
(3)在重建过程中，应用高层提供的加密以及完整性保护算法。

2 PDCP在OPNET中的实现
2．1 PDCP传输的实现
在OPNET中PDCP传输的实现是通过直接改变数据包的大小来仿真网络流量，PDCP在OPNET中压缩侧的实现流程图如图4所示。

PDCP的传输过程是在收到来自上层的数据流时调用，进入strm==FROM_HIGHER分支之后执行lte_gmm_client_packet_process(pkptr)函数，在这个函数中GMM层完成对上层数据包的处理，并生成向RLC转发的数据包rlc_pkptr以及接口控制信息ICI包pdu_iciptr，并将ICI包绑定在传给RLC的数据包上。当获取ICI中断，如果有ICI的中断，那说明当前状态为收到上层发来的IP数据包，如果没有ICI中断，那么需要转发的是命令消息。但是不管是数据包还是命令包，都进入lte_suppor_pdcp_header_comp_size_compute函数得到压缩后的大小，公式为：

这里的comp_ratio就是从GMM属性中获取的PDCP压缩率，保存在pdcp_comp_info变量之中。
2．2 仿真结果
为了验证头压缩在LTE中空口的应用，设计了一个简单的网络模型，主要由用户终端UE、eNodeB、核心网CN和外部网络FTP组成。分别对UE设定在采用PDCP和没有采用PDCP的两种情况下，仿真eNo-deB的上下行吞吐量性能。在这个场景中，设置了30个移动终端UE执行FTP业务，并且假设已经建立了PS信令连接，并且在仿真期间一直保持。
这种FTP背景类业务对吞吐量要求很高，图5表示从eNodeB采集到的上行吞吐量性能，采用了PDCP压缩技术的曲线(虚线)，相对于没有使用PDCP的曲线(实线)的吞吐量缓慢的提升，这是由于FTP这种业务特性决定的。当用户激活背景类业务时，网络首先对该类用户进行接入控制，判断网络是否有剩余容量接入该用户，如果有容量则允许该用户接入，但是并不给该业务预留带宽。当系统拥塞时，允许对该类型用户进行丢弃操作。背景类业务对时延和时延抖动要求较低，采用尽力而为的方式进行转发。图6显示的是下行链路的吞吐量情况，采用PDCP技术后吞吐量得到了明显的提升。

3 结论
LTE作为3GPP中GSM和UMTS家族的技术演进，被看作完成了业务扩展这一趋势，即从简单的语音业务向建立多业务空中接口的转变，并且所有的业务都是基于分组交换模式，这就对系统容量的需求非常大。诸如在实时业务VoIP中，空中接口资源有限，应用PDCP层中优化的头压缩技术，能够有效地降低包头的开销，提高空口的传输效率，而且PDCP层还支持加密功能，让传输更具有可靠性。由此可见，LTE中的PDCP层的设计，在功能上体现了LTE系统的高数据速率、低时延和分组优化的设计目标。