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LTE(Long Term Evolution)已经成为世界主流通信技术之一,其技术规范快速演进,但现有LTE技术规范中仍存在诸多不完善的部分,使得LTE系统性能不够理想,那么基于对LTE现有技术规范的协议分析及仿真测试验证,找到其中的不足并最终完善,对于LTE技术的发展具有重要的意义。本文根据实际需要,首先对LTE接口现有技术规范进行了协议分析,针对LTE系统S1接口、X2接口和Uu接口等技术规范进行了分析研究,对其协议栈、功能、信令消息等进行分析研究,为搭建相关的仿真测试系统对LTE接口现有技术规范进行仿真测试验证提供了理论基础。之后分析了TTCN3和ASN.1语言,为搭建仿真测试平台提供了另一种协议测试语言环境。其次,依据协议分析搭建了TTCN3版和C/C++版两个版本的LTE接口信令系统仿真测试平台。前者以独立的仿真测试用例的方式将LTE接口相关的每个信令流程——模拟仿真。后者通过C/C++语言搭建了MME仿真器,是一个网元模拟器,可以支持UE的入网、通信、退网等操作。仿真测试平台对LTE信令机制进行仿真测试验证,在测试验证的过程中,分析得出LTE技术规范现有的接口信令机制所支持的LTE网络的本地业务数据传输机制存在缺陷,即接入同一个eNB下的两个UE间的通信,数据和信令都需要上传到核心网侧(MME/S-GW),这会导致接入同一个eNB的UE间交互所产生的本地业务数据在eNB和MME/S-GW之间来回重复传输,给LTE回程带来不必要的开销。目前带宽的需求快速增长,LTE回程网通信传输能力有着巨大压力。为了解决协议仿真测试验证中发现的问题并减轻回程网的通信压力,本文最后对LTE网络进行了优化,并设计了LTE网络本地业务数传机制,该方案将一种本地转发(local forwarding)数传思想应用在LTE传统网络中,其允许接入同一个eNB上的UE间的数据传输只需要通过eNB的本地转发进行传输,不需要再将数据上传到核心网侧。通过分析可知,该优化方案可缓解LTE回程网通信压力,并提高LTE回程网带宽的使用效率；通过仿真可知,在总业务量相同的情况下,随着本地业务比例的不断增加,该优化方案可以降低LTE回程网的阻塞率,提升LTE系统性能。同时本文针对优化的本地业务数传机制进行了信令协议扩展,还设计了兼容LTE现有技术规范的信令,并补充扩展了相应协议内容,使得该机制具备实际可行性。