第一章 介绍
1、对终端的测量过程进行研究和实现，主要对测量的配置过程、测量的执行和测量结果的评估上报进行了详细的分析，并给出设计方案。在本部分设计的难点在于测量执行的规划和测量结果评估过程中的准确性及系统资源的利用效率。
2、对切换过程中安全性参数的更新过程进行协议分析和研究，对安全性参数更新的整体流程进行规划和方案设计。在本部分的方案实现中主要关心不同场景下对于AS密钥更新操作的不同，并规划各个场景下终端的具体操作。
3、对切换过程中数据链路层未确认数据的处理过程进行分析和研究，在整理清楚切换过程中各个层之间以及UE和基站之间对于数据处理的角色和任务时，对切换过程中的数据处理的整体方案进行设计，并给出具体的实现方案。在该部分中涉及到任务的规划和协议栈总体设计的考虑，对协议理解和协议栈软件的实现平台的掌握有较高的要求。
4、对切换过程中完成目标小区上行同步的随机接入过程进行分析和研究，整理相关流程和场景，完成随机接入过程在终端的实现。由于随机接入过程主要涉及到和物理层过程相关流程的交互，在实现中需要结合相应的平台架构进行设计和实现。
5、对切换失败后的处理环节重建过程进行详细的协议研究和流程分析，并给出重建过程的具体设计方案。在本部分中需要重点解决的问题是如何进行重建过程中小区选择以增加重建过程成功的概率。
在对以上具体环节进行研究并给出具体的设计方案的基础上，将各个环节进行整合，对切换过程的整体流程进行设计和实现。
给出了切换过程具体的实现方案后，在论文中对协议栈软件的一致性测试方法进行了介绍，并选取了切换过程具有代表性的测试用例对切换过程的一致性测试结果进行分析和介绍。在文章的最后对论文的整体工作进行了总结，对论文的下一步工作进行了展望。
1.2.2论文的意义
实现终端芯片和系统的互操作是对启动规模试验影响最大的环节。实际上产业链中，终端的发展速度往往落后于系统设备。联想到TD-SCDMA，终端匮乏成为一直困扰其发展的一大难题。在TD-LTE发展伊始，中国移动便强调TD-LTE的发展要做到端到端，芯片产业要尽早发展壮大，但是目前TD_LTE终端芯片的研发存在投资大而且收益慢的现实，致使国内的TD_LTE终端芯片的研发仍处于一个相对滞后的状况。
第一章 介绍
我所实习的重邮信科公司作为国内的终端芯片企业，为了促进TD_LTE产业链的快速发展，在业界很早就展开了TD_LTE终端芯片的研发工作，目前已完成了第一款TD_LTE终端通信芯片设计开发和功能测试，树立了在行业的领先地位。我所参与开发的LTE终端协议栈软件先后通过了公司内部进行一致性测试，和系统厂商的联合测试，以及近阶段和两家系统设备的IOT测试。
由于切换过程对于终端和基站间的互操作性测试的要求较高，而且对LTE系统的成熟发展起着相当重要的作用，因此在毕业论文选题过程中选择了终端的切换过程作为自己研究的题目。并希望此论文的成果能够为奋斗在LTE产业化战线上的战友提供有价值的借鉴，为LTE事业的快速发展做出自己的贡献。
第二章 LTE终端切换过程的研究
2.1 LTE协议栈总体架构介绍
2.1.1 LTE系统架构
1) LTE网络结构
由上一章LTE相关技术和背景介绍我们可知，相对先前的通信系统， LTE系统架构的设计仅仅支持分组交换，并且支持UE和PDN网络的无差错连接。LTE特定的设计目标使LTE系统在接入网和核心网架构上必须做出一定程度的演进。图2.1为LTE的系统构架图。LTE网络架构由虚线左边的接入网（E-UTAN）和右边核心网（EPC）构成。接入网仅仅有eNodeB一种逻辑节点构成，而核心网由MME、HSS等多个逻辑节点构成。在LTE网络中的各个逻辑节点间都会通过一定的接口进行连接，这些接口都被3GPP标准化，便于不同运营商的开发和兼容[4]。
S6aHSSS1-MMEMMES11PCRFRxGxUELTE-UueNodeBS1-UServeringGatewayS5/S8PDNGatewaySGiOperator IP serverice(e.g IMS ，PSS) 图2.1 LTE系统架构图 2) 接入网结构
和第三代通信系统相比较，LTE系统中的核心网结构在功能节点方面没有太大的变化，NAS过程也基本和第三代移动通信系统中的过程大致相同。在LTE系统中的接入网较先前有了比较大的改动。图2.2为接入网的结构，由图可知接入网是一个由eNodeBs构成的网络结构，在该网络结构中没有单独对无线资源进行控制的单元，因此该种网络结构也可以称为扁平状网络[4]。
MME / S-GWMME / S-GWX2eNBeNBS1eNBX2LTE系统的接入网部分，其由众多通过X2接口相连的eNodeB节点构成，同时eNodeB通过S1接口与核心网相连[4]。接入网的主要功能是对无线资源的管理，包括和无线承载相关的一些功能，例如：无线承载控制、无线接入控制、无线移动控制、调度和UE上下行资源的动态分配。
在E-UTRAN中，将无线资源的控制功能整合在eNodeB中，这样将使无线接入网各协议层之间的交互更加紧密，减少了反应事件，提高了流程之间的效率。LTE接入网的这种结构决定了在系统中不需要高速和高稳定性处理器单独处理无线资源的控制，一定程度上降低了网络成本。由于LTE系统中不支持软切换，所以网络不需要支持集中的数据联合功能。也正是由于缺少了集中控制节点，也给LTE系统带来了一定的缺憾，当UE进行移动时为了避免数据的丢失，网络必须将UE相关的所有信息和缓存数据从源eNodeB传递到目的eNodeB。
S1S1X2图2.2 接入网架构图
S1E-UTRAN
2.1.2协议栈架构介绍
UENASRRCPDCPRLCMACPHYRRCPDCPRLCMACPHYservingGatewayeNBMMENAS 图2.3 协议栈层次架构图
图2.3为协议栈层次架构图，其中，NAS层的主要功能为EPS承载管理、鉴权、UE空闲模式下的移动性管理、安全性控制、寻呼处理等，其终止与网络侧的MME节点[5]。
RRC层的主要功能为广播、寻呼、RRC连接、移动性、测量的管理等；PDCP层的主要功能为头压缩、安全性（加密和完整性保护）、数据包的处理等；RLC层的主要功能为数据包的分段、重组、传输和重传（ARQ），以及协议错误的检测与处理；MAC层的主要功能为逻辑信道与传输信道的映射、HARQ、逻辑信道优先级管理、MAC头填充等。这几层称为接入层，终止于网络侧的eNodeB节点。
PDCP、RLC和MAC层既可以传输控制平面的数据，也可以对用户平面IP包进行传输。对于控制平面的数据在RRC层进行组装后，通过各层的处理和传输后到达网络侧的对等层。在UE端的用户数据在经过组装IP报后，将数据传送到PDCP进行头压缩和加密处理，紧接着数据在RLC层进行分段或者重组处理，在获得上行资源后通过MAC层和物理层的处理通过UU接口发送到eNodeB，eNodeB在经过逆向处理后将原始的IP包通过S1-U接口发送到服务网关进行传输。
2.1.3切换中各子层功能介绍
1) NAS层介绍
NAS层是在UE和MME侧控制平面的高层，有EMM和ESM两个子层构成。NAS层的主要功能由这两个子层来控制，EMM主要负责UE的移动性管理，ESM主要负责在UE和PDN Gateway之间建立和维护IP连接的会话管理。
当LTE发生小区切换时，如果目的小区和源小区不属于同一个Trace Area（跟踪区），且目的小区的TA不在UE维护的TA列表中时，切换完成后UE的NAS层EMM子层就会发起一个TAU过程向网络做位置区更新。 2) RRC层介绍 ? 协议状态划分：
当RRC连接已经被建立时，RRC层处于CONNECT状态，即连接状态；未建立RRC连接时RRC处于IDLE状态，即空闲状态[6]。 ? IDLE状态功能：
a. 读取系统消息；b. 收取寻呼消息；c. 进行IDLE下邻近小区的测量；d. 空闲下移动性管理，进行小区重选。 ? CONNECT状态功能：
a. 通过寻呼检测系统消息的改变，读取系统消息；b. 进行CONNECT下邻近小区的测量，并对测量结果进行评估和上报；c. AS层安全上下文的管理；d. 连接