1、LTE接口協(xié)議分析,培訓(xùn)目標(biāo),學(xué)完本課程后，您應(yīng)該能： 了解E-UMTS接口協(xié)議的整體架構(gòu) 了解E-UMTS各接口的特性 了解和協(xié)議棧相關(guān)的概念,目 錄,LTE接口概述 空中接口協(xié)議棧分析 S1接口協(xié)議棧分析 X2接口協(xié)議棧分析,LTE系統(tǒng)總體架構(gòu),E-UTRAN和EPC的分工界面,eNB實(shí)現(xiàn)的功能,無線資源管理：無線承載控制、無線準(zhǔn)入控制、連接移動性控制、UE上下行的動態(tài)資源分配 IP頭壓縮和用戶數(shù)據(jù)流加密 UE連接期間，選擇MME，當(dāng)無路由信息可用時(shí)，可以根據(jù)UE提供的信息來間接確定到達(dá)MME的路徑 路由用戶平面數(shù)據(jù)到S-GW 調(diào)度和傳輸尋呼消息 調(diào)度和傳輸廣播消息 就移動性和調(diào)度，進(jìn)行測

2、量和測量報(bào)告的配置。,MME（移動性管理實(shí)體）實(shí)現(xiàn)的功能,將尋呼消息發(fā)送到eNodeB 跟蹤區(qū)域的列表管理（UE的IDLE模式和ACTIVE模式） 在3GPP訪問網(wǎng)絡(luò)之間移動時(shí)，CN節(jié)點(diǎn)之間的信令傳輸 P-GW（PDN分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)）和S-GW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)）的選擇 MME選擇，MME改變帶來的切換 SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）選擇，為了切換到2G或3G網(wǎng)絡(luò) IDLE空閑狀態(tài)下的移動性管理、漫游、確認(rèn)等 SAE承載控制（承載建立和管理等） NAS(非接入層)信令、信令的加密和完整性保護(hù),S-GW實(shí)現(xiàn)的功能,為eNB間的切換，進(jìn)行本地的移動定位 3GPP間的移動性管理，建立移動安全機(jī)制 在E-UT

3、RAN的IDLE模式下，下行包緩沖和網(wǎng)絡(luò)初始化 授權(quán)偵聽 包路由和前向轉(zhuǎn)移 在上下行進(jìn)行傳輸級的包標(biāo)記 在運(yùn)營商之間交換用戶和QoS類別標(biāo)識的有關(guān)計(jì)費(fèi)信息,P-GW實(shí)現(xiàn)的動能,用戶的包過濾 授權(quán)偵聽 UE的IP地址分配 傳輸級的下行包標(biāo)記 上下行的服務(wù)級計(jì)費(fèi)、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,E-UTRAN地面接口通用協(xié)議模型,對于S1/X2接口，層與層之間，面與面之間彼此邏輯上獨(dú)立。所以當(dāng)有相應(yīng)需要時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體可以很容易改變協(xié)議棧和其各平面來滿足將來的需要,控制面協(xié)議棧結(jié)構(gòu),用戶面協(xié)議棧結(jié)構(gòu),目 錄,LTE接口概述 空中接口協(xié)議棧分析 S1接口協(xié)議

4、棧分析 X2接口協(xié)議棧分析,Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu),L3,control,control,control,Logical Channels,Transport Channels,C-plane signalling,U-plane information,PHY,L2/MAC,L1,RLC,DC,Nt,GC,L2/RLC,MAC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,Duplication avoidance,UuS boundary,control,PDCP,PDCP,L2/PDCP,DC,Nt,GC,Radio Bearers,RRC無線資源控制,control,無線空中接口協(xié)

5、議架構(gòu),E-UMTS無線接口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)水平方向可分為： NAS控制協(xié)議 L3層：無線資源控制（RRC）層 L2層 媒體接入控制（MAC）子層 無線鏈路控制（RLC）子層 分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）子層 L1層：物理層、傳輸信道、傳輸信道與物理信道的映射,無線空中接口協(xié)議架構(gòu),無線接口協(xié)議棧垂直方向根據(jù)用途分為： 用戶平面協(xié)議棧 控制平面協(xié)議棧,目 錄,2. 無線空中接口協(xié)議架構(gòu) 2.1 物理層 2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC 2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC 2.4 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP 2.5 無線資源控制（RRC）協(xié)議 2.6 NAS層,物理層主要功能,傳輸信道的錯誤檢測，并向高層提供

6、指示 傳輸信道的糾錯編碼/譯碼、物理信道調(diào)制與解調(diào) HARQ軟合并 編碼的傳輸信道向物理信道的映射 物理信道功率加權(quán) 頻率與時(shí)間同步 無線特征測量，并向高層提供指示 MIMO天線處理、傳輸分集、波束賦形 射頻處理,LTE物理資源定義,基本定義 Resource element Resource block,物理層處理,Bit處理 傳送來自MAC層的數(shù)據(jù)塊 基準(zhǔn)為24bit CRC 信道編碼：Turbo 編碼,物理層處理,符號處理 調(diào)制：QPSK，16QAM，和64QAM (64 QAM UE可選),下行物理信道,物理廣播信道（ PBCH ： Physical broadcast channel

7、 ） 物理下行共享信道（ PDSCH ： Physical downlink shared channel ） 物理組播信道（ 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 ）,下行物理信號,Cell-specific下行參考信號 參考信號用于傳送下行鏈路相干解調(diào)信息 正交序列有3種，偽隨機(jī)序列有168種 每個小區(qū)通過一個正交序列和一個偽

8、隨機(jī)序列的組合來識別，因此總共有504種不同的小區(qū)ID（168*3=504） 同步信號 主同步信號 從同步信號,下行資源分配實(shí)例,72 center RE,上行物理信道,物理上行共享信道（ PUSCH ：Physical uplink shared channel ） 物理上行控制信道（ PUCCH ：Physical uplink control channel ） 物理隨機(jī)接入信道（ PRACH ：Physical random access channel ）,上行物理信號,上行參考信號 支持2種上行參考信號 解調(diào)參考信號，與PUSCH 和PUCCH關(guān)聯(lián) Sounding參考信號，與PU

9、SCH 和PUCCH無關(guān)聯(lián),傳輸層到物理層的映射,目 錄,2. 無線空中接口協(xié)議架構(gòu) 2.1 物理層 2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC 2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC 2.4 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP 2.5 無線資源控制（RRC）協(xié)議 2.6 NAS層,MAC層,MAC層功能： 主要實(shí)現(xiàn)與調(diào)度和HARQ相關(guān)的功能. 與WCDMA相比，LTE的MAC實(shí)體的特點(diǎn)：每個小區(qū)只存在一個MAC實(shí)體，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)MAC相關(guān)的全部功能。 邏輯信道與傳輸信道的映射： 與WCDMA相比，LTE中的邏輯信道與傳輸信道類型都大大減少，映射關(guān)系變得比較簡單,邏輯信道功能,廣播控制信道BCCH: 廣播系統(tǒng)控制信息 尋呼控制

10、信道PCCH: 尋呼信息，網(wǎng)絡(luò)不知道UE位置時(shí)使用 公共控制信道CCCH: UE與網(wǎng)絡(luò)間傳輸控制信息，當(dāng)UE沒有和網(wǎng)絡(luò)的RRC連接時(shí)使用該信道 多播控制信道MCCH: 從網(wǎng)絡(luò)到UE的MBMS調(diào)度和控制信息傳輸使用的點(diǎn)到多點(diǎn)下行信道 專用控制信道DCCH: 專用控制信息的點(diǎn)到點(diǎn)雙向信道，UE有RRC連接時(shí)使用 專用業(yè)務(wù)信道DTCH: 雙向p2p信道，專用于一個UE傳輸用戶信息 多播業(yè)務(wù)信道MTCH: 點(diǎn)到多點(diǎn)下行信道,邏輯信道及映射,下行,邏輯信道及映射,上行,目 錄,2. 無線空中接口協(xié)議架構(gòu) 2.1 物理層 2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC 2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC 2.4 分組數(shù)據(jù)匯聚

11、協(xié)議PDCP 2.5 無線資源控制（RRC）協(xié)議 2.6 NAS層,RLC層,eNB側(cè)配置的RLC實(shí)體，與UE側(cè)配置的RLC實(shí)體對應(yīng) RLC實(shí)體通過與高層的接口（SAP），傳送或接收RLC SDU RLC實(shí)體通過邏輯信道，傳送或接收RLC PDU 存在兩類RLC PDU RLC data PDU RLC control PDU,RLC層功能,對上層PDU的傳輸支持AM、UM、TM模式數(shù)據(jù)傳輸 通過ARQ機(jī)制進(jìn)行錯誤修正(CRC校驗(yàn)由物理層完成,針對AM數(shù)據(jù)) 根據(jù)傳輸塊大小進(jìn)行動態(tài)分段(級聯(lián)/分段/重裝)，針對UM和AM數(shù)據(jù) 重傳時(shí)對PDU進(jìn)行重分段，重分段的數(shù)目沒有限制，針對AM數(shù)據(jù) 順序上

12、傳上層的PDU（針對UM和AM數(shù)據(jù)，切換時(shí)除外） 重復(fù)檢測（針對UM和AM數(shù)據(jù)） 底層協(xié)議錯誤檢測與恢復(fù) eNodeB和UE間的流控 SDU丟棄（針對UM和AM數(shù)據(jù)）,RLC層模式,確認(rèn)(AM, Acknowledgement Mode)模式 用于可靠性要求很高、分組長度可變的業(yè)務(wù)。支持ARQ、分組的切割和串接。PDU頭需要較長序列號、輪詢比特、長度指示。如用于TCP業(yè)務(wù)、文件傳輸?shù)?，主要關(guān)心無錯傳輸 非確認(rèn)(UM, Un-acknowledgement Mode)模式 用于可靠性要求不高的業(yè)務(wù)。支持分組的切割和串接、不支持ARQ。用于實(shí)時(shí)性要求很高的業(yè)務(wù)，如VOIP、視頻業(yè)務(wù)。PDU頭需要較

13、短序列號、長度指示 透明(TM, Transparent Mode)模式 用于將高層分組直接傳到下層，不封裝RLC協(xié)議頭。不分段，用于隨機(jī)接入等,TM模式,通過BCCH、PCCH、DL/UL CCCH傳送/接收RLC PDU,UM模式,UM RLC通過邏輯信道DL/UL DCCH、DL/UL DTCH、MCCH、MTCH傳送和接收RLC PDU,AM模式,AM RLC通過邏輯信道DL/UL DCCH、DL/UL DTCH傳送/接收RLC PDU,LTE RLC特點(diǎn),UM模式與TM模式承載的信道較少，功能實(shí)現(xiàn)簡單 AM模式支持RLC SDU動態(tài)分段，現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)只支持固定分段 AM模式支持

14、二次分段，現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)不支持 LTE的RLC不再支持加密功能 LTE RLC支持流量控制功能,RLC PDU結(jié)構(gòu),RLC頭攜帶RLC PDU的序列號，與SDU序列號不同,目 錄,2. 無線空中接口協(xié)議架構(gòu) 2.1 物理層 2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC 2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC 2.4 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP 2.5 無線資源控制（RRC）協(xié)議 2.6 NAS層,PDCP實(shí)體,一個UE可以定義多個PDCP實(shí)體 每個PDCP實(shí)體承載一個RB（Radio bearer）的數(shù)據(jù) 每個PDCP實(shí)體與一個或兩個RLC實(shí)體關(guān)聯(lián)，取決于RB特征（單向或雙向） 一個PDCP實(shí)體與控制面還是用戶面

15、關(guān)聯(lián)，取決于承載數(shù)據(jù)的RB特性 SRB (Signaling Radio Bearer 信令無線承載) - PDCP control PDU DRB (Data Radio Bearer 數(shù)據(jù)無線承載) - PDCP data PDU,PDCP子層,PDCP子層在用戶面的業(yè)務(wù)及功能主要有: 包頭壓縮和解壓縮 用戶數(shù)據(jù)傳送：PDCP接收來自NAS的PDCP SDU，然后轉(zhuǎn)發(fā)到RLC子層，反之亦然 在RLC AM切換時(shí)順序傳送和上層PDU重復(fù)檢測 在RLC AM切換時(shí)PDCP SDU重傳 加密 PDCP子層在控制面的業(yè)務(wù)及功能主要有 加密及完整性保護(hù) 控制面數(shù)據(jù)傳送,LTE PDCP特點(diǎn),壓縮算法

16、簡單，只支持一種 支持加密，WCDMA加密在RLC和MAC（TM模式時(shí)）實(shí)現(xiàn),PDCP結(jié)構(gòu),PDCP PDU和PDCP頭為整數(shù)個字節(jié) PDCP頭長度為一個字節(jié)或兩個字節(jié),目 錄,2. 無線空中接口協(xié)議架構(gòu) 2.1 物理層 2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC 2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC 2.4 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP 2.5 無線資源控制（RRC）協(xié)議 2.6 NAS層,RRC業(yè)務(wù)及功能,系統(tǒng)信息廣播涉及NAS和AS 尋呼 UE和E-UTRAN之間RRC連接的建立，維護(hù)和釋放包括： UE和E-UTRAN之間臨時(shí)標(biāo)識的分配 RRC連接信令無線承載的配置 安全功能包括密鑰管理 點(diǎn)到點(diǎn)無線承載的建立

17、，配置，維護(hù)和釋放,RRC業(yè)務(wù)及功能,移動性功能包括 Inter-cell和inter-RAT之間UE的測量報(bào)告，和測量報(bào)告控制 切換 UE小區(qū)選擇和重選，以及小區(qū)選擇和重選的控制 切換時(shí)上下文傳送 MBMS業(yè)務(wù)功能 Qos管理功能 UE測量報(bào)告及報(bào)告控制 NAS和UE之間的直傳消息傳送,RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換,LTE支持兩種RRC狀態(tài)：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED RRC_IDLE: PLMN選擇 NAS對DRX的配置 系統(tǒng)消息廣播 尋呼 eNodeB中沒有RRC上下文存儲,RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換,RRC_CONNECTED UE有E-UTRAN-RRC連接 UE在E-U

18、TRAN中有上下文信息 E-UTRAN知道UE屬于哪一個小區(qū) 網(wǎng)絡(luò)可以傳送或接收到達(dá)或來自UE的消息 移動性網(wǎng)絡(luò)控制（切換，inter-RAT小區(qū)變更GERAN和NACC）,RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換,E-UTRAN狀態(tài)及inter RAT移動性過程,CCO：Cell Change Order,目 錄,2. 無線空中接口協(xié)議架構(gòu) 2.1 物理層 2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC 2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC 2.4 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP 2.5 無線資源控制（RRC）協(xié)議 2.6 NAS層,NAS控制協(xié)議,NAS消息的傳輸 如果傳輸塊大小允許，初始消息和RRC連接請求鏈接在一起 當(dāng)NAS和R

19、RC過程同步時(shí)，其他NAS消息可以與RRC消息鏈接 NAS消息的完整性保護(hù)由RRC完成 NAS消息的加密由PDCP完成 NAS的協(xié)議狀態(tài) LTE_DETACHED LTE_IDLE LTE_ACTIVE,NAS的協(xié)議狀態(tài)- LTE_DETACHED狀態(tài),在該狀態(tài)下，沒有RRC實(shí)體，通常是剛開機(jī)時(shí)的狀態(tài)。 網(wǎng)絡(luò)側(cè)還沒有該用戶的RRC通信上下文。 分配給用戶的標(biāo)識只有IMSI。 網(wǎng)絡(luò)不知道用戶的位置信息。 沒有上行或者下行的活動?？梢詧?zhí)行PLMN/CELL選擇。,NAS的協(xié)議狀態(tài)- LTE_IDLE狀態(tài),UE處于RRC_IDLE狀態(tài)。 網(wǎng)絡(luò)側(cè)保存用戶的信息，如IP地址、安全相關(guān)的信息（密鑰等）、用戶的能力信息、無線承載等。 狀態(tài)的躍遷由eNodeB或EPC來決定。網(wǎng)絡(luò)側(cè)有該用戶的通信上下文，這樣可以使得用戶能夠快速的躍遷到LTE_ACTIVE狀態(tài)。 分配給該用戶的標(biāo)識信息有IMSI、在跟蹤區(qū)(TA)中唯一標(biāo)識一個用戶的ID、一個或多個IP地址。 網(wǎng)絡(luò)知道終端在哪個跟蹤區(qū)中。 終端被分配了非連續(xù)接收的周期，可以根據(jù)此周期進(jìn)行下行的接收。 在這種狀態(tài)下，終端可以執(zhí)行小區(qū)重選的過程。,NA