1 0 LTE接口協議分析 1 1 培訓目標 學完本課程后 您應該能 了解E UMTS接口協議的整體架構了解E UMTS各接口的特性了解和協議棧相關的概念 1 2 目錄 LTE接口概述空中接口協議棧分析S1接口協議棧分析X2接口協議棧分析 1 3 LTE系統總體架構 1 4 E UTRAN和EPC的分工界面 1 5 eNB實現的功能 無線資源管理 無線承載控制 無線準入控制 連接移動性控制 UE上下行的動態資源分配IP頭壓縮和用戶數據流加密UE連接期間 選擇MME 當無路由信息可用時 可以根據UE提供的信息來間接確定到達MME的路徑路由用戶平面數據到S GW調度和傳輸尋呼消息調度和傳輸廣播消息就移動性和調度 進行測量和測量報告的配置 1 6 MME 移動性管理實體 實現的功能 將尋呼消息發送到eNodeB跟蹤區域的列表管理 UE的IDLE模式和ACTIVE模式 在3GPP訪問網絡之間移動時 CN節點之間的信令傳輸P GW PDN分組數據網關 和S GW 服務網關 的選擇MME選擇 MME改變帶來的切換SGSN 服務GPRS支持節點 選擇 為了切換到2G或3G網絡IDLE空閑狀態下的移動性管理 漫游 確認等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 1 7 S GW實現的功能 為eNB間的切換 進行本地的移動定位3GPP間的移動性管理 建立移動安全機制在E UTRAN的IDLE模式下 下行包緩沖和網絡初始化授權偵聽包路由和前向轉移在上下行進行傳輸級的包標記在運營商之間交換用戶和QoS類別標識的有關計費信息 1 8 P GW實現的動能 用戶的包過濾授權偵聽UE的IP地址分配傳輸級的下行包標記上下行的服務級計費 速率控制基于最大比特速率的下行速率控制DHCPv4和DHCPv6功能 1 9 E UTRAN地面接口通用協議模型 對于S1 X2接口 層與層之間 面與面之間彼此邏輯上獨立 所以當有相應需要時 標準實體可以很容易改變協議棧和其各平面來滿足將來的需要 1 10 控制面協議棧結構 1 11 用戶面協議棧結構 1 12 目錄 LTE接口概述空中接口協議棧分析S1接口協議棧分析X2接口協議棧分析 1 13 Uu接口協議結構 L3 control control control LogicalChannels TransportChannels C planesignalling U planeinformation PHY L2 MAC L1 RLC DC Nt GC L2 RLC MAC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC Duplicationavoidance UuSboundary control PDCP PDCP L2 PDCP DC Nt GC RadioBearers RRC無線資源控制 control 1 14 無線空中接口協議架構 E UMTS無線接口協議棧結構水平方向可分為 NAS控制協議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 子層分組數據集中協議 PDCP 子層L1層 物理層 傳輸信道 傳輸信道與物理信道的映射 1 15 無線空中接口協議架構 無線接口協議棧垂直方向根據用途分為 用戶平面協議棧控制平面協議棧 1 16 目錄 2 無線空中接口協議架構2 1物理層2 2媒體訪問控制協議MAC2 3無線鏈路控制協議RLC2 4分組數據匯聚協議PDCP2 5無線資源控制 RRC 協議2 6NAS層 1 17 物理層主要功能 傳輸信道的錯誤檢測 并向高層提供指示傳輸信道的糾錯編碼 譯碼 物理信道調制與解調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頻率與時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 1 18 LTE物理資源定義 基本定義ResourceelementResourceblock 1 19 物理層處理 Bit處理傳送來自MAC層的數據塊基準為24bitCRC信道編碼 Turbo編碼 1 20 物理層處理 符號處理調制 QPSK 16QAM 和64QAM 64QAMUE可選 1 21 下行物理信道 物理廣播信道 PBCH Physicalbroadcastchannel 物理下行共享信道 PDSCH Physicaldownlinksharedchannel 物理組播信道 PMCH Physicalmulticastchannel 物理下行控制信道 PDCCH Physicaldownlinkcontrolchannel 物理控制格式指示信道 PCFICH Physicalcontrolformatindicatorchannel 1 22 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信息正交序列有3種 偽隨機序列有168種每個小區通過一個正交序列和一個偽隨機序列的組合來識別 因此總共有504種不同的小區ID 168 3 504 同步信號主同步信號從同步信號 1 23 下行資源分配實例 72centerRE 1 24 上行物理信道 物理上行共享信道 PUSCH Physicaluplinksharedchannel 物理上行控制信道 PUCCH Physicaluplinkcontrolchannel 物理隨機接入信道 PRACH Physicalrandomaccesschannel 1 25 上行物理信號 上行參考信號支持2種上行參考信號解調參考信號 與PUSCH和PUCCH關聯Sounding參考信號 與PUSCH和PUCCH無關聯 1 26 傳輸層到物理層的映射 1 27 目錄 2 無線空中接口協議架構2 1物理層2 2媒體訪問控制協議MAC2 3無線鏈路控制協議RLC2 4分組數據匯聚協議PDCP2 5無線資源控制 RRC 協議2 6NAS層 1 28 MAC層 MAC層功能 主要實現與調度和HARQ相關的功能 與WCDMA相比 LTE的MAC實體的特點 每個小區只存在一個MAC實體 負責實現MAC相關的全部功能 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 映射關系變得比較簡單 1 29 邏輯信道功能 廣播控制信道BCCH 廣播系統控制信息尋呼控制信道PCCH 尋呼信息 網絡不知道UE位置時使用公共控制信道CCCH UE與網絡間傳輸控制信息 當UE沒有和網絡的RRC連接時使用該信道多播控制信道MCCH 從網絡到UE的MBMS調度和控制信息傳輸使用的點到多點下行信道專用控制信道DCCH 專用控制信息的點到點雙向信道 UE有RRC連接時使用專用業務信道DTCH 雙向p2p信道 專用于一個UE傳輸用戶信息多播業務信道MTCH 點到多點下行信道 1 30 邏輯信道及映射 下行 1 31 邏輯信道及映射 上行 1 32 目錄 2 無線空中接口協議架構2 1物理層2 2媒體訪問控制協議MAC2 3無線鏈路控制協議RLC2 4分組數據匯聚協議PDCP2 5無線資源控制 RRC 協議2 6NAS層 1 33 RLC層 eNB側配置的RLC實體 與UE側配置的RLC實體對應RLC實體通過與高層的接口 SAP 傳送或接收RLCSDURLC實體通過邏輯信道 傳送或接收RLCPDU存在兩類RLCPDURLCdataPDURLCcontrolPDU 1 34 RLC層功能 對上層PDU的傳輸支持AM UM TM模式數據傳輸通過ARQ機制進行錯誤修正 CRC校驗由物理層完成 針對AM數據 根據傳輸塊大小進行動態分段 級聯 分段 重裝 針對UM和AM數據重傳時對PDU進行重分段 重分段的數目沒有限制 針對AM數據順序上傳上層的PDU 針對UM和AM數據 切換時除外 重復檢測 針對UM和AM數據 底層協議錯誤檢測與恢復eNodeB和UE間的流控SDU丟棄 針對UM和AM數據 1 35 RLC層模式 確認 AM AcknowledgementMode 模式用于可靠性要求很高 分組長度可變的業務 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業務 文件傳輸等 主要關心無錯傳輸非確認 UM Un acknowledgementMode 模式用于可靠性要求不高的業務 支持分組的切割和串接 不支持ARQ 用于實時性要求很高的業務 如VOIP 視頻業務 PDU頭需要較短序列號 長度指示透明 TM TransparentMode 模式用于將高層分組直接傳到下層 不封裝RLC協議頭 不分段 用于隨機接入等 1 36 TM模式 通過BCCH PCCH DL ULCCCH傳送 接收RLCPDU 1 37 UM模式 UMRLC通過邏輯信道DL ULDCCH DL ULDTCH MCCH MTCH傳送和接收RLCPDU 1 38 AM模式 AMRLC通過邏輯信道DL ULDCCH DL ULDTCH傳送 接收RLCPDU 1 39 LTERLC特點 UM模式與TM模式承載的信道較少 功能實現簡單AM模式支持RLCSDU動態分段 現有2G 3G系統只支持固定分段AM模式支持二次分段 現有2G 3G系統不支持LTE的RLC不再支持加密功能LTERLC支持流量控制功能 1 40 RLCPDU結構 RLC頭攜帶RLCPDU的序列號 與SDU序列號不同 1 41 目錄 2 無線空中接口協議架構2 1物理層2 2媒體訪問控制協議MAC2 3無線鏈路控制協議RLC2 4分組數據匯聚協議PDCP2 5無線資源控制 RRC 協議2 6NAS層 1 42 PDCP實體 一個UE可以定義多個PDCP實體每個PDCP實體承載一個RB Radiobearer 的數據每個PDCP實體與一個或兩個RLC實體關聯 取決于RB特征 單向或雙向 一個PDCP實體與控制面還是用戶面關聯 取決于承載數據的RB特性SRB SignalingRadioBearer信令無線承載 PDCPcontrolPDUDRB DataRadioBearer數據無線承載 PDCPdataPDU 1 43 PDCP子層 PDCP子層在用戶面的業務及功能主要有 包頭壓縮和解壓縮用戶數據傳送 PDCP接收來自NAS的PDCPSDU 然后轉發到RLC子層 反之亦然在RLCAM切換時順序傳送和上層PDU重復檢測在RLCAM切換時PDCPSDU重傳加密PDCP子層在控制面的業務及功能主要有加密及完整性保護控制面數據傳送 1 44 LTEPDCP特點 壓縮算法簡單 只支持一種支持加密 WCDMA加密在RLC和MAC TM模式時 實現 1 45 PDCP結構 PDCPPDU和PDCP頭為整數個字節PDCP頭長度為一個字節或兩個字節 1 46 目錄 2 無線空中接口協議架構2 1物理層2 2媒體訪問控制協議MAC2 3無線鏈路控制協議RLC2 4分組數據匯聚協議PDCP2 5無線資源控制 RRC 協議2 6NAS層 1 47 RRC業務及功能 系統信息廣播涉及NAS和AS尋呼UE和E UTRAN之間RRC連接的建立 維護和釋放包括 UE和E UTRAN之間臨時標識的分配RRC連接信令無線承載的配置安全功能包括密鑰管理點到點無線承載的建立 配置 維護和釋放 1 48 RRC業務及功能 移動性功能包括Inter cell和inter RAT之間UE的測量報告 和測量報告控制切換UE小區選擇和重選 以及小區選擇和重選的控制切換時上下文傳送MBMS業務功能Qos管理功能UE測量報告及報告控制NAS和UE之間的直傳消息傳送 1 49 RRC協議狀態及狀態變換 LTE支持兩種RRC狀態 RRC IDLE和RRC CONNECTEDRRC IDLE PLMN選擇NAS對DRX的配置系統消息廣播尋呼eNodeB中沒有RRC上下文存儲 1 50 RRC協議狀態及狀態變換 RRC CONNECTEDUE有E UTRAN RRC連接UE在E UTRAN中有上下文信息E UTRAN知道UE屬于哪一個小區網絡可以傳送或接收到達或來自UE的消息移動性網絡控制 切換 inter RAT小區變更GERAN和NACC 1 51 RRC協議狀態及狀態變換 E UTRAN狀態及interRAT移動性過程 CCO CellChangeOrder 1 52 目錄 2 無線空中接口協議架構2 1物理層2 2媒體訪問控制協議MAC2 3無線鏈路控制協議RLC2 4分組數據匯聚協議PDCP2 5無線資源控制 RRC 協議2 6NAS層 1 53 NAS控制協議 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NAS和RRC過程同步時 其他NAS消息可以與RRC消息鏈接NAS消息的完整性保護由RRC完成NAS消息的加密由PDCP完成NAS的協議狀態LTE DETACHEDLTE IDLELTE ACTIVE 1 54 NAS的協議狀態 LTE DETACHED狀態 在該狀態下 沒有RRC實體 通常是剛開機時的狀態 網絡側還沒有該用戶的RRC通信上下文 分配給用戶的標識只有IMSI 網絡不知道用戶的位置信息 沒有上行或者下行的活動 可以執行PLMN CELL選擇 1 55 NAS的協議狀態 LTE IDLE狀態 UE處于RRC IDLE狀態 網絡側保存用戶的信息 如IP地址 安全相關的信息 密鑰等 用戶的能力信息 無線承載等 狀態的躍遷由eNodeB或EPC來決定 網絡側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 分配給該用戶的標識信息有IMSI 在跟蹤區 TA 中唯一標識一個用戶的ID 一個或多個IP地址 網絡知道終端在哪個跟蹤區中 終端被分配了非連續接收的周期 可以根據此周期進行下行的接收 在這種狀態下 終端可以執行小區重選的過程 1 56 NAS的協議狀態 LT