LTE接口協(xié)議分析(精)

1、Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. LTE接口協(xié)議分析Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 培訓目標l學完本課程后，您應該能：p了解E-UMTS接口協(xié)議的整體架構p了解E-UMTS各接口的特性p了解和協(xié)議棧相關的概念Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 目 錄l LTE接口概述l 空中接口協(xié)議棧分析l S1接口協(xié)議

2、棧分析l X2接口協(xié)議棧分析Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. LTE系統(tǒng)總體架構Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. E-UTRAN和EPC的分工界面Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. eNB實現(xiàn)的功能l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(tài)資源分配lIP頭壓縮和用戶數(shù)據(jù)流加

3、密lUE連接期間，選擇MME，當無路由信息可用時，可以根據(jù)UE提供的信息來間接確定到達MME的路徑l路由用戶平面數(shù)據(jù)到S-GWl調(diào)度和傳輸尋呼消息l調(diào)度和傳輸廣播消息l就移動性和調(diào)度，進行測量和測量報告的配置。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. MME（移動性管理實體）實現(xiàn)的功能l將尋呼消息發(fā)送到eNodeBl跟蹤區(qū)域的列表管理（UE的IDLE模式和ACTIVE模式）l在3GPP訪問網(wǎng)絡之間移動時，CN節(jié)點之間的信令傳輸lP-GW（PDN分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關）和S-GW（服務網(wǎng)關）的選擇lMME選擇，MME

4、改變帶來的切換lSGSN（服務GPRS支持節(jié)點）選擇，為了切換到2G或3G網(wǎng)絡lIDLE空閑狀態(tài)下的移動性管理、漫游、確認等lSAE承載控制（承載建立和管理等）lNAS(非接入層)信令、信令的加密和完整性保護Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. S-GW實現(xiàn)的功能l為eNB間的切換，進行本地的移動定位l3GPP間的移動性管理，建立移動安全機制l在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包緩沖和網(wǎng)絡初始化l授權偵聽l包路由和前向轉(zhuǎn)移l在上下行進行傳輸級的包標記l在運營商之間交換用戶和QoS類別標識的有關計費

5、信息Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. P-GW實現(xiàn)的動能l用戶的包過濾l授權偵聽lUE的IP地址分配l傳輸級的下行包標記l上下行的服務級計費、速率控制l基于最大比特速率的下行速率控制lDHCP v4和DHCP v6功能Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. E-UTRAN地面接口通用協(xié)議模型l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(xié)議棧和其各平面

6、來滿足將來的需要Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 控制面協(xié)議棧結(jié)構Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 用戶面協(xié)議棧結(jié)構Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 目 錄l LTE接口概述l 空中接口協(xié)議棧分析l S1接口協(xié)議棧分析l X2接口協(xié)議棧分析Copyright 2006 Huawei Technologie

7、s Co., Ltd. All rights reserved. Uu接口協(xié)議結(jié)構L3controlcontrolcontrolLogical Channels Transport ChannelsC-plane signallingU-plane informationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLC MACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplication avoidanceUuS boundarycontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadio BearersRRC無線資源控制controlCopyright 2006 Huawei T

8、echnologies Co., Ltd. All rights reserved. 無線空中接口協(xié)議架構lE-UMTS無線接口協(xié)議棧結(jié)構水平方向可分為：pNAS控制協(xié)議pL3層：無線資源控制（RRC）層pL2層n媒體接入控制（MAC）子層n無線鏈路控制（RLC）子層n分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）子層pL1層：物理層、傳輸信道、傳輸信道與物理信道的映射Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 無線空中接口協(xié)議架構l無線接口協(xié)議棧垂直方向根據(jù)用途分為：p用戶平面協(xié)議棧p控制平面協(xié)議棧Copyright 20

9、06 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 目 錄2. 無線空中接口協(xié)議架構2.1 物理層2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC2.4 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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 物理層主要功能l傳輸信道的錯誤檢測，并向高層提供指示l傳輸信道的糾錯編碼/譯碼、物理信道調(diào)制與解調(diào)lHARQ軟合并l編碼的傳輸信道向物理信道的映射l物理信道功率加權l(xiāng)頻率

10、與時間同步l無線特征測量，并向高層提供指示lMIMO天線處理、傳輸分集、波束賦形l射頻處理Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. LTE物理資源定義ConfigurationNormal cyclic prefix127Extended cyclic prefix126RBscNl基本定義pResource elementpResource blockULsymbNCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 物理層處

11、理lBit處理p傳送來自MAC層的數(shù)據(jù)塊p基準為24bit CRCp信道編碼：Turbo 編碼Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 物理層處理l符號處理p調(diào)制：QPSK，16QAM，和64QAM (64 QAM UE可選) Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 下行物理信道l物理廣播信道（ PBCH ： Physical broadcast channel ）l物理下行共享信道（ PDSCH ： Physic

12、al downlink shared channel ）l物理組播信道（ PMCH ： Physical multicast channel ）l物理下行控制信道（ PDCCH ： Physical downlink control channel ）l物理控制格式指示信道（ PCFICH ： Physical control format indicator channel ）Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 下行物理信號lCell-specific下行參考信號p參考信號用于傳送下行鏈路相干解調(diào)

13、信息p正交序列有3種，偽隨機序列有168種p每個小區(qū)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(qū)ID（168*3=504）l同步信號p主同步信號p從同步信號Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 下行資源分配實例72 center RECopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 上行物理信道l物理上行共享信道（ PUSCH ：Physical uplink shared channel

14、）l物理上行控制信道（ PUCCH ：Physical uplink control channel ）l物理隨機接入信道（ PRACH ：Physical random access channel ）Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 上行物理信號l上行參考信號p支持2種上行參考信號n解調(diào)參考信號，與PUSCH 和PUCCH關聯(lián)nSounding參考信號，與PUSCH 和PUCCH無關聯(lián)Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights

15、 reserved. 傳輸層到物理層的映射Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 目 錄2. 無線空中接口協(xié)議架構2.1 物理層2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC2.4 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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. MAC層lMAC層功能：p主要實現(xiàn)與調(diào)度和HARQ相關的功能. p與WCDMA相比，LTE的MAC實體的

16、特點：每個小區(qū)只存在一個MAC實體，負責實現(xiàn)MAC相關的全部功能。p邏輯信道與傳輸信道的映射：n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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 邏輯信道功能l廣播控制信道BCCH: 廣播系統(tǒng)控制信息l尋呼控制信道PCCH: 尋呼信息，網(wǎng)絡不知道UE位置時使用l公共控制信道CCCH: UE與網(wǎng)絡間傳輸控制信息，當UE沒有和網(wǎng)絡的RRC連接時使用該信道l多播控制信道MCCH: 從網(wǎng)絡到UE的MBMS調(diào)度和控制信息傳輸使用的點到多點下行

17、信道l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l專用業(yè)務信道DTCH: 雙向p2p信道，專用于一個UE傳輸用戶信息l多播業(yè)務信道MTCH: 點到多點下行信道Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 邏輯信道及映射l下行Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 邏輯信道及映射l上行Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rig

18、hts reserved. 目 錄2. 無線空中接口協(xié)議架構2.1 物理層2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC2.4 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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RLC層leNB側(cè)配置的RLC實體，與UE側(cè)配置的RLC實體對應lRLC實體通過與高層的接口（SAP），傳送或接收RLC SDUlRLC實體通過邏輯信道，傳送或接收RLC PDUl存在兩類RLC PDUpRLC data PDUpRLC contro

19、l PDUCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RLC層功能l對上層PDU的傳輸支持AM、UM、TM模式數(shù)據(jù)傳輸l通過ARQ機制進行錯誤修正(CRC校驗由物理層完成,針對AM數(shù)據(jù))l根據(jù)傳輸塊大小進行動態(tài)分段(級聯(lián)/分段/重裝)，針對UM和AM數(shù)據(jù)l重傳時對PDU進行重分段，重分段的數(shù)目沒有限制，針對AM數(shù)據(jù)l順序上傳上層的PDU（針對UM和AM數(shù)據(jù)，切換時除外）l重復檢測（針對UM和AM數(shù)據(jù)） l底層協(xié)議錯誤檢測與恢復leNodeB和UE間的流控lSDU丟棄（針對UM和AM數(shù)據(jù)）Copyright

20、2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RLC層模式l確認(AM, Acknowledgement Mode)模式p用于可靠性要求很高、分組長度可變的業(yè)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(yè)務、文件傳輸?shù)?，主要關心無錯傳輸l非確認(UM, Un-acknowledgement Mode)模式p用于可靠性要求不高的業(yè)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(yè)務，如VOIP、視頻業(yè)務。PDU頭需要較短序列號、長度指示l透明(TM, Transparent

21、 Mode)模式p用于將高層分組直接傳到下層，不封裝RLC協(xié)議頭。不分段，用于隨機接入等Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. TM模式l通過BCCH、PCCH、DL/UL CCCH傳送/接收RLC PDUCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. UM模式lUM RLC通過邏輯信道DL/UL DCCH、DL/UL DTCH、MCCH、MTCH傳送和接收RLC PDUCopyright 2006 Huawei Tec

22、hnologies Co., Ltd. All rights reserved. AM模式lAM RLC通過邏輯信道DL/UL DCCH、DL/UL DTCH傳送/接收RLC PDUCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. LTE RLC特點lUM模式與TM模式承載的信道較少，功能實現(xiàn)簡單lAM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lAM模式支持二次分段，現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)不支持lLTE的RLC不再支持加密功能lLTE RLC支持流量控制功能Copyright 2006 Huaw

23、ei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RLC PDU結(jié)構lRLC頭攜帶RLC PDU的序列號，與SDU序列號不同Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 目 錄2. 無線空中接口協(xié)議架構2.1 物理層2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC2.4 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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights

24、 reserved. PDCP實體l一個UE可以定義多個PDCP實體l每個PDCP實體承載一個RB（Radio bearer）的數(shù)據(jù)l每個PDCP實體與一個或兩個RLC實體關聯(lián)，取決于RB特征（單向或雙向）l一個PDCP實體與控制面還是用戶面關聯(lián)，取決于承載數(shù)據(jù)的RB特性pSRB (Signaling Radio Bearer 信令無線承載信令無線承載) - PDCP control PDUpDRB (Data Radio Bearer 數(shù)據(jù)無線承載數(shù)據(jù)無線承載) - PDCP data PDUCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All r

25、ights reserved. PDCP子層lPDCP子層在用戶面的業(yè)務及功能主要有:p包頭壓縮和解壓縮p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p在RLC AM切換時順序傳送和上層PDU重復檢測p在RLC AM切換時PDCP SDU重傳p加密lPDCP子層在控制面的業(yè)務及功能主要有p加密及完整性保護p控制面數(shù)據(jù)傳送Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. LTE PDCP特點l壓縮算法簡單，只支持一種l支持加密，WCDMA加密在RLC和MAC（TM模式時）實

26、現(xiàn)Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. PDCP結(jié)構lPDCP PDU和PDCP頭為整數(shù)個字節(jié)lPDCP頭長度為一個字節(jié)或兩個字節(jié)Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 目 錄2. 無線空中接口協(xié)議架構2.1 物理層2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC2.4 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Copyright 2006 Huawei Techn

27、ologies Co., Ltd. All rights reserved. RRC業(yè)務及功能l系統(tǒng)信息廣播涉及NAS和ASl尋呼lUE和E-UTRAN之間RRC連接的建立，維護和釋放包括：pUE和E-UTRAN之間臨時標識的分配pRRC連接信令無線承載的配置l安全功能包括密鑰管理l點到點無線承載的建立，配置，維護和釋放Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RRC業(yè)務及功能l移動性功能包括pInter-cell和inter-RAT之間UE的測量報告，和測量報告控制p切換pUE小區(qū)選擇和重選，以及小區(qū)選

28、擇和重選的控制p切換時上下文傳送lMBMS業(yè)務功能lQos管理功能lUE測量報告及報告控制lNAS和UE之間的直傳消息傳送Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換lLTE支持兩種RRC狀態(tài)：RRC_IDLE和RRC_CONNECTEDlRRC_IDLE:pPLMN選擇pNAS對DRX的配置p系統(tǒng)消息廣播p尋呼peNodeB中沒有RRC上下文存儲Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RRC

29、協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換lRRC_CONNECTEDpUE有E-UTRAN-RRC連接pUE在E-UTRAN中有上下文信息pE-UTRAN知道UE屬于哪一個小區(qū)p網(wǎng)絡可以傳送或接收到達或來自UE的消息p移動性網(wǎng)絡控制（切換，inter-RAT小區(qū)變更GERAN和NACC）Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換lE-UTRAN狀態(tài)及inter RAT移動性過程CCO：Cell Change OrderCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd

30、. All rights reserved. 目 錄2. 無線空中接口協(xié)議架構2.1 物理層2.2 媒體訪問控制協(xié)議MAC2.3 無線鏈路控制協(xié)議RLC2.4 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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. NAS控制協(xié)議lNAS消息的傳輸p如果傳輸塊大小允許，初始消息和RRC連接請求鏈接在一起p當NAS和RRC過程同步時，其他NAS消息可以與RRC消息鏈接pNAS消息的完整性保護由RRC完成pNAS消息的加密由PDCP完成lNAS的協(xié)

31、議狀態(tài)pLTE_DETACHEDpLTE_IDLEpLTE_ACTIVECopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. NAS的協(xié)議狀態(tài)- LTE_DETACHED狀態(tài)l在該狀態(tài)下，沒有RRC實體，通常是剛開機時的狀態(tài)。l網(wǎng)絡側(cè)還沒有該用戶的RRC通信上下文。l分配給用戶的標識只有IMSI。l網(wǎng)絡不知道用戶的位置信息。l沒有上行或者下行的活動?？梢詧?zhí)行PLMN/CELL選擇。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. NAS

32、的協(xié)議狀態(tài)- LTE_IDLE狀態(tài)lUE處于RRC_IDLE狀態(tài)。l網(wǎng)絡側(cè)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。l狀態(tài)的躍遷由eNodeB或EPC來決定。網(wǎng)絡側(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)。l分配給該用戶的標識信息有IMSI、在跟蹤區(qū)(TA)中唯一標識一個用戶的ID、一個或多個IP地址。l網(wǎng)絡知道終端在哪個跟蹤區(qū)中。l終端被分配了非連續(xù)接收的周期，可以根據(jù)此周期進行下行的接收。l在這種狀態(tài)下，終端可以執(zhí)行小區(qū)重選的過程。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., L

33、td. All rights reserved. NAS的協(xié)議狀態(tài)- LTE_ACTIVE狀態(tài)lUE處于RRC_CONNECTED狀態(tài)。l狀態(tài)的躍遷由eNodeB或EPC來決定。l網(wǎng)絡側(cè)保留UE的RRC通信上下文，包含所有滿足通信的必要信息l分配給該用戶的標識信息由IMSI、在跟蹤區(qū)中唯一標識一個用戶的ID、在一個小區(qū)內(nèi)唯一標識C-RNTI以及一個或多個IP地址。l網(wǎng)絡可以知道UE處于哪個小區(qū)。l在上行和下行方向上用戶都可以進行非連續(xù)發(fā)送和接收。l移動性可以通過執(zhí)行切換過程來達到。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. EUTRAN協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 完整的數(shù)據(jù)封裝流程