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LTE-A Pro(Long Term Evolution-Advanced Pro,高级长期演进的延续)系统的提出旨在保护第四代移动通信基础设施的投资以及开创更多的商业机会。同时,为了平滑演进至第五代移动通信(The 5th Generation Mobile Communication,5G)系统,在LTE-A Pro系统中引入了窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)、授权辅助接入等新兴技术,以便于后向兼容5G系统的部分需求。论文依托于科研项目“LTE-A Multi-UE基站负载、容量测试关键技术研究”及重庆市科委重点研发项目“5G终端模拟设备的研发及应用”,并基于Release 13协议中的LTE-A和NB-IoT两种应用场景,旨在开发测试终端设备对多用户进行模拟,测试网络端的最大容量及性能,以便应对不同的通信场景。而在海量连接中,一个高效的媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)层设计对整个数据的传输以及对LTE-A Pro系统和下一代通信的研究都有着重要的意义,同时,对新特性的正确研究过程使得新特性逐步走向成熟至关重要。本文针对终端协议栈中的MAC层进行了研究以及进行了详细的设计及实现,并将其应用于实际项目中。主要研究内容包括:随机接入过程、MAC协议数据单元复用与解复用过程以及混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request,HARQ)过程。在设计部分,针对MAC层与协议栈其他层之间的层间接口以及LTE-A和NB-IoT两个场景,设计了层间交互接口之间的通信原语,为层间通信奠定了基础;基于状态机的研究及其优点,结合LTE-A和NB-IoT两个场景,针对MAC层设计了相应的状态及其状态跃迁的触发事件,可有效地处理延迟消息;设计了随机接入过程、信道复用过程以及HARQ过程的通信流程,并将数据重传机制设计在物理层,当数据进行重传时,可减少由MAC层将数据发往物理层所引起的不必要延迟。基于项目需求及目标,选择了多核数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)作为开发平台,并对协议栈在项目中的整体分布进行了设计。在实现部分,结合MAC层的设计,在多核DSP开发平台上采用C语言对MAC层的相关过程进行了实现,并通过函数的形式详细地诠释了各过程的实现思路。实现的内容是否符合协议的一致性,需通过多轮测试来验证其正确性,故基于开发平台采用原语通过层间交互接口针对MAC层进行单层测试。通过设计多种测试例,且对每种测试例重复50次来验证设计流程及代码的正确性以及与协议的一致性。测试结果表明,所实现的代码适用于项目的需求且满足协议一致性。