第二章 LTE空中接口物理层(1)

LTE无线接口协议----PDCP层
在控制面，PDCP 负责对RRC 和NAS 信令消息进行加/解密 和完整性校验。而在用户面上，PDCP 的功能略有不同，它只 进行加/解密，而不进行完整性校验。另外，用户面的IP 数据包 还采用IP 头压缩技术以提高系统性能和效率。同时，PDCP 也 支持排序和复制检测功能。
第2章LTE空中接口物理层
LTE/EPC网络结构
LTE（Long Term Evolution）是4G移动通信网络 的无线网标准，是3GPP标准化组织在无线接入领域 的演进技术。随着4G技术的广为传播，LTE如今已普 遍作为4G技术的代称。 SAE（System Architecture Evolution，系统架 构演进）是3GPP标准化组织定义的4G核心网领域的 演进架构。 EPC（Evolved Packet Core）指演进的分组核心 网，是SAE在4G移动通信网络的核心网具体形式。当 前，EPC与SAE可等效为同一概念。 EPS（Evolved Packet System）是一套完整的演 进分组系统，由无线网（LTE）、核心网（EPC）和 用户终端（UE）结合起来构成。
LTE无线接口协议----Uu接口协议
控 制 面 和 用 户 面 的 底 层 协 议 是 相 同 的 。 它 们 都 使 用 PDCP （ Packet Data ConvergenceProtocol ）层、 RLC （ Radio Link Control）层、MAC（Medium Access Control）层和 物理层PHY（Physical Layer）。空中接口协议栈如下所示。 从图中可以看出，NAS 信令使用RRC 承载，并映射到PDCP 层。在用户面上，IP 数据包也映射到PDCP 层。
LTE无线接口协议----MAC层
为实现以上特性，MAC 层和物理层需要互相传递无线链路质 量的各种指示信息以及HARQ 运行情况的反馈信息。
LTE无线接口协议----物理层
LTE 物理层PHY（Physical Layer）提供了一系列新型的灵活 信道，同时充分利用先前系统（如UMTS）的特性和机制。物 理层提供的主要功能如下图所示。
LTE无线接口协议----RLC层
RLC(Radio Link Control，无线链路层控制协议) 是UE 和 eNodeB 间的协议。顾名思义，它主要提供无线链路控制功能。 RLC 最基本的功能是向高层提供如下三种服务： TM（Transparent Mode，透明模式）：用于将高层分组直 接传到下层，不封装RLC协议头。用于某些空中接口信道， 如广播信道和寻呼信道，为信令提供无连接服务。 UM（Unacknowledged Mode，非确认模式）：用于可靠 性要求不高的业务。与TM 模式相同，UM 模式也提供无连接 服务，但同时还提供排序、分段和级联功能。 AM（Acknowledged Mode，确认模式）：用于可靠性要求 很高、分组长度可变的业务。提供ARQ（Automatic Repeat Request）服务，可以实现重传。
LTE无线接口协议
LTE无线接口协议
层三：空中接口服务的使用者，即RRC信令及用户面数据 层二：对不同层三数据进行区分标示，并提供不同的服务 层一：物理层，为高层的数据提供无限资源及物理层的处理
LTE无线接口协议----RRC层
RRC （ Radio Resource Control ，无线资源控制）是 LTE 空中接口控制面主要协议栈。UE 与eNodeB 之间传送的RRC 消 息依赖于PDCP、RLC、MAC 和PHY 层的服务。RRC 主要功能 如下图所示。RRC 处理UE 与E-UTRAN 之间的所有信令，包括 UE 与核心网之间的信令，即由专用RRC 消息携带的NAS（Non Access Stratum）信令。携带NAS 信令的RRC 消息不改变信 令内容，只提供转发机制。
LTE/EPC网络结构
EPS (Evolved Packet System) 系统主要分为以 下三个部分： UE（User Equipment）：UE是移动用户设备， 可以通过空中接口发起、接收呼叫。 LTE（Long Term Evolution）：无线接入网部分， 又称为E-UTRAN，处理所有与无线接入有关的功 能。 EPC（System Architecture Evolution）：核心 网部分，主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS等 网元，连接Internet等外部PDN（Packet Data Network）。EPC也被称为EPC (Evolved Packeຫໍສະໝຸດ Baidu Core)。 简言之，EPS=LTE+EPC+UE
逻辑信道---CCCH和DCCH
CCCH（Common Control Channel）：公共控制信道， 用于建立 RRC（RadioResource Control）连接。RRC 连接也被称为信令无线承载（SRB，Signaling Radio Bearer）。SRB0 映射到 CCCH，SRB 也用于连接的重建。 DCCH（Dedicated Control Channel）：专用控制信道， 提供双向信令通道。逻辑上讲，通常有两条激活的 DCCH， 分别是 SRB1 和 SRB2： − SRB1 适用于承载 RRC 消息，包括携带高优先级 NAS 信令的 RRC 消息。 − SRB2 适用于承载低优先级 NAS 信令的 RRC 消息。低 优先级的信令在 SRB2 建立前先通过 SRB1 发送。
BCCH（Broadcast Control Channel）：广播控制信道， 指 eNodeB 用来发送 SI（System Information）系统消 息的下行信道。系统消息由 RRC 定义。 PCCH（Paging Control Channel）：寻呼控制信道，指 eNodeB 用来发送寻呼信息的下行信道。
S11接口：连接SGW和MME S5/S8接口：S-GW与P-GW之间的接口
S5表示是在同一PLMN中。
S8表示在不同的PLMN中。
Uu接口
LTE 空 中 接 口 ， 被 称 为 E-UTRA （ Evolved - Universal Terrestrial Radio Access），可支持1.4MHz 至20MHz 的多种带 宽。这个空中接口被命名为Uu 接口，大写字母U 表示“用户网络 接口”（User to Network interface），小写字母u 则表示“通 用的”（ Universal ）。 UE（ User Equipment ）将根据 eNodeB （E-UTRAN Node B）的配置选择合适的信道带宽。
逻辑信道---CCCH和DCCH
逻辑信道---业务信道
3GPP R9 定义的LTE 业务逻辑信道是DTCH（Dedicated Traffic Channel，专用业务信道）。DTCH 承载DRB （Dedicated Radio Bearer，专用无线承载）信息，即IP 数据包。
LTE无线接口协议
UE 与eNodeB 之间通过E-UTRA 接口连接。在逻辑上，EUTRA 接口可以分为控制面和用户面。
LTE无线接口协议
控制面有两个，第一个控制面由 RRC （ Radio Resource Control）提供，用于承载UE 和eNodeB 之间的信令。第二个 控制面用于承载NAS（Non Access Stratum）信令消息，并通 过RRC 传送到MME（Mobility Management Entity）。RRC 控制面、NAS 控制面以及用户面如下图所示。用户面主要用于 在UE 和EPC（Evolved Packet Core） 之间传送IP 数据包， 这 里的 EPC 指 的 是 S-GW （ Serving Gateway ）和 PDN-GW （Packet Data Network-Gateway）。
LTE/EPC网络结构
LTE网络接口
Uu接口：是UE和eNB之间的接口。 X2 接口： e-NodeB 之间；支持数据和信令的直接传 输。 S1接口：连接e-NodeB与核心网EPC。
S1-MME/s1-c是e-NodeB连接MME的控制面接口 S1-U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口。
LTE无线接口协议----MAC层
MAC（Medium Access Control）层主要功能包含： 映射： MAC 负责将从 LTE 逻辑信道接收到的信息映射到 LTE 传输信道上。关于这些信道和它们之间的映射关系，请 参见2.3 节。 复用：MAC 的信息可能来自一个或多个RB（Radio Bearer， 无 线 承 载 ） ， MAC 层 能 够 将 多 个 RB 复 用 到 同 一 个 TB （Transport Block）上以提高效率。 HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）：MAC 利 用HARQ 技术为空中接口提供纠错服务。HARQ 的实现需 要MAC 层与物理层的紧密配合。关于这一技术的具体描述， 请参见2.21.3 2.21 章节。 无线资源分配：MAC 提供基于QoS（Quality of Service） 的业务数据和用户信令的调度。调度有多种可选方案，具体 描述请参见第3 章。
LTE无线接口协议----RRC层
RRC 处理UE 与E-UTRAN 之间的所有信令
LTE无线接口协议----PDCP层
PDCP (Packet Data Convergence Protocol)分组数据汇聚 协议。 UMTS 仅在用户面使用PDCP。与UMTS 不同，LTE 在用 户面和控制面均使用PDCP。这主要是因为PDCP 在LTE 网络里 承担了安全功能，即进行加/解密和完整性校验。 PDCP 层属于无线接口协议栈的第二层，处理控制平面上的 无线资源管理 (RRC) 消息以及用户平面上的因特网协议 (IP) 包。 在用户平面上，PDCP子层得到来自上层的 IP数据分组后，可以 对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到 RLC子层。PDCP 子层还向上层提供按序提交和重复分组检测功能。在控制平面， PDCP子层为上层RRC提供信令传输服务，并实现RRC信令的加 密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性 检查。
LTE无线接口协议----非接入层
非接入层，或称为 NAS ，指的是 AS （ Access Stratum ， 接 入 层 ） 的 上 层 。 接 入 层 定 义 了 与 RAN （ Radio Access Network ），即 E-UTRAN ，及相关的信令流程和协议。 NAS 主要包含两个方面：上层信令和用户数据。 NAS层信令NAS 信令指的是在UE 和MME 之间传送的消 息。可以分为两类： EMM（EPS Mobility Management）. ESM（EPS Session Management）.
LTE无线接口协议----非接入层
LTE信道分类
逻辑信道，区分信息的类型
传输信道，区分信息的传输方式
物理信道，执行信息的收发
LTE信道分类
LTE信道---逻辑信道
逻辑信道分为控制逻辑信道和业务逻辑信道。控制逻辑信道
承载控制数据，如 RRC 信令；业务逻辑信道承载用户面数据。
逻辑信道---BCCH和PCCH
LTE无线接口协议----RLC层
除以上模式和ARQ 特性，RLC 层还提供信息的分段、重组和级 联功能，如下图所示。
LTE无线接口协议----MAC层
MAC (medium access control。介质访问控制)层 是解决 当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用 权问题。 它定义了数据帧怎样在介质上进行传输。在共享同一个带 宽的链路中，对连接介质的访问是“先来先服务”的。物理寻 址在此处被定义，逻辑拓扑（信号通过物理拓扑的路径）也在 此处被定义。线路控制、出错通知（不纠正）、帧的传递顺序 和可选择的流量控制也在这一子层实现。