LTE接口协议分析

目
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2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
PDCP实体


一个UE可以定义多个PDCP实体
每个PDCP实体承载一个RB（Radio bearer）的数据 每个PDCP实体与一个或两个RLC实体关联，取决于RB特征（单向 或双向） 一个PDCP实体与控制面还是用户面关联，取决于承载数据的RB特 性
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2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
RRC业务及功能

系统信息广播涉及NAS和AS 寻呼
UE和E-UTRAN之间RRC连接的建立，维护和释放包括：
用户的包过滤
会话和承载管理 UE的IP地址分配 传输级的下行包标记 上下行的服务级计费、速率控制 基于最大比特速率的下行速率控制 DHCP v4和DHCP v6功能
目
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1. LTE接口概述
2. 空中接口协议栈分析 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议栈分析
无线空中接口协议架构

E-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可分为：
频率与时间同步
无线特征测量，并向高层提供指示 MIMO天线处理、传输分集、波束赋形 射频处理
下行物理信道

物理广播信道（ PBCH ： Physical broadcast channel ） 物理下行共享信道（ PDSCH ： Physical downlink shared channel ）

NAS控制协议 L3层：无线资源控制（RRC）层 L2层



媒体接入控制（MAC）子层

无线链路控制（RLC）子层
分组数据集中协议（PDCP）子层


L1层：物理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射
Uu接口协议结构
GC
Nt
DC
Duplication avoidance GC Nt DC UuS boundary C-plane signalling U-plane information
通过ARQ机制进行错误修正(CRC校验由物理层完成,针对AM数据) 根据传输块大小进行动态分段(级联/分段/重装)，针对UM和AM数据 重传时对PDU进行重分段，重分段的数目没有限制，针对AM数据 顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时除外）
重复检测（针对UM和AM数据）
底层协议错误检测与恢复 eNodeB和UE间的流控
NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内，主要负责非接入 层的管理和控制。实现的功能包括：EPC承载管理，鉴权，产生 LTE‐IDLE状态下的寻呼消息，移动性管理，安全控制等。
用户平面协议栈主要由分组数据汇聚子层PDCP，无线链路控制子层RLC，媒体 接入控制子层MAC三个子层构成。 PDCP主要任务是IP头压缩，用户数据完整性保护和加密。 MAC主要实现与调度和HARQ相关功能，逻辑信道与传输信道的映射。 RLC实现的功能：支持 AM、UM、TM 三种数据传输模式 , 数据分段与重 组，SDU排序和丢弃

用于可靠性要求不高的业务。支持分组的切割和串接、不支持 ARQ。用于实时性要求很高的业务，如VOIP、视频业务。PDU 头需要较短序列号、长度指示

透明(TM, Transparent Mode)模式

用于将高层分组直接传到下层，不封装RLC协议头。不分段，用
于随机接入等
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2. 无线空中接口协议架构
Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.)
eNB实现的功能

无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连接移动性
控制、UE上下行的动态资源分配 IP头压缩和用户数据流加密 UE连接期间，选择MME，当无路由信息可用时，可以根据 UE提供的信息来间接确定到达MME的路径 路由用户平面数据到S-GW 从MME发起的寻呼消息的调度和传输 从MME发起的广播消息的调度和传输

主要实现与调度和HARQ相关的功能. 逻辑信道与传输信道的映射：

MAC调度算法

常用的分组调度算法

最大 C/I算法 轮询算法 (Round Robin ：RR)


正比公平算法 (PF)
增强型正比公平算法（EPF）


其他调度算法

持续调度算法( Persistent scheduling ：PS)
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH
Downlink Logical channels
PCH
BCH
DL-SCH
MCH
Downlink Transport channels
逻辑信道及映射

上行
CCCH DCCH DTCH
Uplink Logical channels
RACH
PHY
空口协议栈功能
控制平面的主要功能由上层的无线资源控制层（RRC）和非接入子层（NAS） 实现。 RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和 控制，实现的功能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放，RRC 连接管理，无线承载（Radio Bearer，RB）管理，移动性功能，终端的 测量和测量上报控制
LTE FDD/TDD 的比较－设计层面
eNodeB
C- plane
NAS
FDD/TDD 相同的设计: U-plane 高层信令相同 ，如NAS和RRC 2层用户平面相同: 如MAC，RLC和PDCP 物理层70%相同
RRC
PDCP
RLC
MAC
FDD/TDD的主要区别在于帧结构、时分设计、同步、多天线 等
LTE接口协议
培训目标

学完本课程后，您应该能：

了解E-UMTS接口协议的整体架构 了解E-UMTS各接口的特性


了解与协议栈相关的概念
目 录
1. LTE接口概述 2. 空中接口协议栈分析 3. S1接口协议栈分析
4. X2接口协议栈分析
LTE系统总体架构
MME / S-GW MME / S-GW
X2
eNB eNB
S1
UTRAN SGSN GERAN S3 S1-MME MME S11 "LTE-Uu" UE E-UTRAN S1-U S10 S6a HSS
eNB
PCRF S12 S4 Serving Gateway S5 Gx PDN Gateway SGi Rx
X2
S1
S1
X2
Leabharlann Baidu
S1
E-UTRAN
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
物理层主要功能


传输信道的错误检测，并向高层提供指示
传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调 HARQ软合并 编码的传输信道向物理信道的映射 物理信道功率加权

UE和E-UTRAN之间临时标识的分配 RRC连接信令无线承载的配置


安全功能包括密钥管理 点到点无线承载的建立，配置，维护和释放
RRC业务及功能

移动性功能包括

Inter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制
切换 UE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制 切换时上下文传送

物理组播信道（ PMCH ： Physical multicast channel ）
物理下行控制信道（ PDCCH ： Physical downlink control
channel ）

物理控制格式指示信道（ PCFICH ： Physical control format indicator channel ）

物理上行控制信道（ PUCCH ：Physical uplink control channel ）

物理随机接入信道（ PRACH ：Physical random access
channel ）
上行物理信号

上行参考信号

支持2种上行参考信号

解调参考信号，与PUSCH 和PUCCH关联

Sounding参考信号，与PUSCH 和PUCCH无关联

SDU丢弃（针对UM和AM数据）
RLC层模式

确认(AM, Acknowledgement Mode)模式

用于可靠性要求很高、分组长度可变的业务。支持ARQ、分组 的切割和串接。PDU头需要较长序列号、轮询比特、长度指示。
如用于TCP业务、文件传输等，主要关心无错传输

非确认(UM, Un-acknowledgement Mode)模式
UL-SCH
Uplink Transport channels
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2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
RLC层功能


对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输
RRC无线资源控制
control
L3
control
control
control
control
Radio Bearers
PDCP
PDCP
L2/PDCP
RLC
RLC RLC
RLC RLC RLC
RLC RLC
L2/RLC
Logical Channels MAC L2/MAC Transport Channels PHY L1


为eNB间的切换，进行本地的移动定位
3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制 在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化 分组数据包路由和转发 在上下行进行传输级的包标记 在运营商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息
P-GW实现的动能




就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置。
MME（移动性管理实体）实现的功能


移动性管理
会话管理 P-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的 选择 SAE承载控制（承载建立和管理等） NAS(非接入层)信令、信令的加密和完整性保护 安全控制

S-GW实现的功能

多播控制信道MCCH: 从网络到UE的MBMS调度和控制信息传输使 用的点到多点下行信道

专用控制信道DCCH: 专用控制信息的点到点双向信道，UE有RRC
连接时使用 专用业务信道DTCH: 双向p2p信道，专用于一个UE传输用户信息


多播业务信道MTCH: 点到多点下行信道
逻辑信道及映射

下行
半持续调度算法( Semi-persistent scheduling ：SPS

MAC调度算法
逻辑信道功能


广播控制信道BCCH: 广播系统控制信息
寻呼控制信道PCCH: 寻呼信息，网络不知道UE位置时使用 公共控制信道CCCH: UE与网络间传输控制信息，当UE没有和网络
的RRC连接时使用该信道
下行物理信号

Cell-specific下行参考信号

参考信号用于传送下行链路相干解调信息
正交序列有3种，伪随机序列有168种 每个小区通过一个正交序列和一个伪随机序列的组合来识别，因 此总共有504种不同的小区ID（168*3=504）



同步信号

主同步信号
辅同步信号

上行物理信道

物理上行共享信道（ PUSCH ：Physical uplink shared channel ）


SRB (Signaling Radio Bearer 信令无线承载) -> PDCP control PDU DRB (Data Radio Bearer数据无线承载) -> PDCP data PDU

PDCP子层

PDCP子层在用户面的业务及功能主要有:

用户平面数据的包头压缩和解压缩 用户数据传送：PDCP接收来自NAS的PDCP SDU，然后转发到 RLC子层，反之亦然 在RLC AM切换时顺序传送和上层PDU重复检测 在RLC AM切换时PDCP SDU重传




加密

PDCP子层在控制面的业务及功能主要有

加密及完整性保护 控制面数据传送

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2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
MAC层

MAC层功能：