LTE接口協(xié)議分析

LTE接口協(xié)議分析2011年5月培訓(xùn)目標(biāo)學(xué)完本課程后，您應(yīng)該能：了解E-UMTS接口協(xié)議的整個架構(gòu)了解E-UMTS各接口的特性了解與協(xié)議棧相關(guān)的概念目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析GERANUTRANLTE系統(tǒng)總體構(gòu)架UEE-UTRANMMESGSNServingGatewayPDNGatewayOperator’sIPServices(eg.IMS,PSSetc)HSSPCRF“LTE-Uu”S1-US1-MMES10S11S6aS3S4S12S5/8GxRxSGiX2S6dS9INTERNETE-UTRAN和EPC的分工界面S1eNB小區(qū)間無線資源管理無線承載控制連接移動性管理無線接入控制eNodeB測量動態(tài)資源分配（調(diào)度）RRCPDCPRLCMACPHYMMENAS安全空閑狀態(tài)移動性管理EPC承載控制S-GW移動性管理接入點P-GWUEIP地址分配基于每用戶包過濾E-UTRANEPCeNB實現(xiàn)的功能無線資源管理：無線承載控制、無線準(zhǔn)入控制、連接移動性管理、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，可以根據(jù)UE提供的信息來間接確定到達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，進行測量和測量報告的配置。MME（移動性管理實體）實現(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IDEL模式和ACTIVE模式）。在3GPP訪問網(wǎng)絡(luò)之間移動時，CN節(jié)點之間的信令傳輸。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）選擇，為了切換到2G或3G網(wǎng)絡(luò)。IDEL空閑狀態(tài)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（非接入網(wǎng)）信令、信令的加密和完整性保護。S-GW實現(xiàn)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IDEL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。

上下行進行傳輸級的包標(biāo)記。在營運商之間交換用戶和QoS類別標(biāo)識的有關(guān)計費信息。P-GW實現(xiàn)的功能用戶的包過濾。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)級計費、速率控制?；谧畲蟊忍厮俾实南滦兴俾士刂?。DHCPv4和DHCPv6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立。所以當(dāng)有相應(yīng)需求時，標(biāo)準(zhǔn)實體可以很容易改變協(xié)議棧和其各平面來滿足將來的需求。無線網(wǎng)絡(luò)層傳輸網(wǎng)絡(luò)層控制面用戶面應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)流傳輸網(wǎng)絡(luò)用戶面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)用戶面物理層信令承載數(shù)據(jù)承載S1-AP控制面協(xié)議棧結(jié)構(gòu)NASRRCPDCPRLCMACL1RRCRLCMACL1IPL1RelayPDCPSCTPNASS1-APSCTPL2IPL1L2UELTE-UuS1-MMEeNodeBMMEGTP-U用戶面協(xié)議棧結(jié)構(gòu)應(yīng)用層IPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1UDP/IPL1RelayIPGTP-UL2UDP/IPL1L2UELTE-UuS1-UeNodeBServingGWGTP-UGTP-UL1UDP/IPL1RelayL2S5/S8SGiL2UDP/IPPDNGW目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)無線空中接口協(xié)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?？刂破矫鎱f(xié)議棧目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架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PDCP2.5無線資源控制（RRC）協(xié)議2.6NAS層S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析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(diào)制和解調(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能加權(quán)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LTE物理資源定義基本定義RE：ResourceelementRB：Resourceblock…123456723456789101112…1個上行時隙個SC-FDMA符號子載波子載波RE（k,l）RB：個REl=0l=－1k=0k=－1配置常規(guī)CP127擴展CP126物理層處理Bit處理傳送來自MAC層的數(shù)據(jù)塊基準(zhǔn)為24bitCRC信道編碼：Turbo編碼傳輸塊CRC添加碼塊分段碼塊CRC添加信道編碼速率匹配碼塊級聯(lián)物理層處理符號處理調(diào)制：QPSK，16QAM，和64QAM（64QAMUE可選）信道編碼碼字1加擾調(diào)制層映射信道編碼碼字Q加擾調(diào)制??????預(yù)編碼層1層2層L???資源粒子映射資源粒子映射OFDM信號產(chǎn)生OFDM信號產(chǎn)生天線端口下行物理信道物理廣播信道（PBCH：Physicalbroadcastchannel）物理HARQ指示信道（PHICH：PhysicalHARQindicatorchannel）物理控制格式指示信道（PCFICH：Physicalcontrolformatindicatorchannel）物理下行控制信道（PDCCH：Physicaldownlinkcontrolchannel）物理下行共享信道（PDSCH：Physicaldownlinksharedchannel）物理多播信道（PMCH：Physicalmulticastchannel）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，偽隨機序列有168種每個小區(qū)通過一個正交序列和偽隨機序列的組合來識別，因此總共有504種不用的小區(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例s0s472個中心REs7s11上行物理信道物理上行控制信道（PUCCH：Physicaluplinkcontrolchannel）物理上行共享信道（PUSCH：Physicaluplinksharedchannel）物理隨機接入信道（PRACH：Physicalrandomaccesschannel）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PUSCH和PUCCH無關(guān)聯(lián)傳輸層到物理層的映射UP-SCHRACHPUSCHPRACHPUCCHUplinkTransportchannelsUplinkPhysicalchannelsBCHMCHPCHDL-SCHPBCHPMCHPDSCHPDCCHDownlinkTransportchannelsDownlinkPhysicalchannels下行：上行：目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架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PDCP2.5無線資源控制（RRC）協(xié)議2.6NAS層S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析MAC層MAC層功能：主要實現(xiàn)與調(diào)度和HARQ相關(guān)的功能。與WCDMA相比，LTE的MAC實體的特點：每個小區(qū)只存在一個MAC實體，負責(zé)實現(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)控制信息尋呼控制信道PCCH：尋呼信息，網(wǎng)絡(luò)不知道UE位置時使用公共控制信道CCCH：UE與網(wǎng)絡(luò)間傳輸控制信息，當(dāng)UE沒有與網(wǎng)絡(luò)的RRC連接時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與RRC連接時使用專用業(yè)務(wù)信道DTCH：雙向點到點信道，專用于一個UE傳輸用戶信息多播業(yè)務(wù)信道MTCH：點到多點下行信道邏輯信道及映射下行：上行：PCCHBCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHBCHDL-SCHMCHDownlinkLogicalchannelsDownlinkTransportchannelsCCCHDCCHDTCHUL-SCHUplinkLogicalchannelsUplinkTransportchannelsARCH目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架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PDCP2.5無線資源控制（RRC）協(xié)議2.6NAS層S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析RLC層eNB側(cè)配置的RLC實體，與UE側(cè)配置的RLC實體對應(yīng)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RLCSDU存在兩種RLCPDU：RLCdataPDURLCcontrolPDURLC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機制進行錯誤修正（CRC校驗由物理層完成，針對AM數(shù)據(jù)）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)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)順序上傳上層的PDU（針對UM和AM數(shù)據(jù)，切換時出外）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（AM：AcknowledgementMode）模式用于可靠性很高、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（UM：Un-acknowledgementMode）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。用于實時性要求很高的業(yè)務(wù)，如VoIP、視頻業(yè)務(wù)。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(xié)議頭。不分段，用于隨機接入等。TM模式通過BCCH、PCCH、DL/ULCCCH傳送/接收RLCPDU傳輸緩存器發(fā)送TM-RLC實體接收TM-RLC實體TM-SAPTM-SAPBCCH/PCCH/CCCHBCCH/PCCH/CCCH無線接口UE/eNBeNB/UEUM模式UMRLC通過邏輯信道DL/ULDCCH、DL/ULDTCH、MCCH、MTCH傳送和接收RLCPDUSDU重新組裝發(fā)送UM-RLC實體接收UM-RLC實體UM-SAPUM-SAPDCCH/DTCH/MCCH/MTCH無線接口UE/eNBeNB/UE傳輸緩存器加RLC頭分段和串接刪除RLC頭接收緩存器和HARQ重排DCCH/DTCH/MCCH/MTCHAM模式AMRLC通過邏輯信道DL/ULDCCH、DL/ULDTCH、傳送和接收RLCPDUSDU重新組裝AM-SAPDCCH/DTCH傳輸緩存器加RLC頭分段和串接接收緩存器和HARQ重排重傳緩存器RLC控制刪除RLC頭路由選擇DCCH/DTCHLTERLC特點UM模式與TM模式承載的信道多少，功能實現(xiàn)簡單AM模式支持RLCSDU動態(tài)分段，實現(xiàn)2G/3G系統(tǒng)只支持固定分段AM模式支持二次分段，現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)不支持LTE的RLC不再支持加密功能LTERLC支持流量控制功能LTEPDU結(jié)構(gòu)RLC頭攜帶RLCPDU的序列號，與SDU序列號不同nn+1n+2n+3RLC頭RLCSDU……分段點RLCPDU目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架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PDCP2.5無線資源控制（RRC）協(xié)議2.6NAS層S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析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(shù)據(jù)每個PDCP實體與一個或兩個RLC實體關(guān)聯(lián)，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(guān)聯(lián)，取決于承載數(shù)據(jù)的RB特性SRB（SignalingRadioBearer信令無線承載）→PDCPcontrolPDUDRB（DataRadioBearer數(shù)據(jù)無線承載）→PDCPdataPDUPDCP子層PDCP子層在用戶面的業(yè)務(wù)和功能主要有：包頭壓縮和解壓縮用戶數(shù)據(jù)栓送：PDCP接收來自NAS的PDCPSDU，然后轉(zhuǎn)發(fā)到RLC子層，反之亦然在RLCAM切換時，順序傳送和上層PDU重復(fù)檢測在RLCAM切換時，PDCPSDU重傳加密PDCP子層在控制面的業(yè)務(wù)和功能主要有：加密及完整性保護控制面數(shù)據(jù)傳送LTEPDCP特點壓縮算法簡單，只支持一種支持加密，WCDMA加密在RLC和AMC（TM模式時）實現(xiàn)PDCP結(jié)構(gòu)PDCPPDU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)PDCP頭PDCP

SDUPDCPPDU目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架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PDCP2.5無線資源控制（RRC）協(xié)議2.6NAS層S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析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，維護和釋放包括：UE和E-UTRAN之間臨時標(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到點無線承載的建立，配置，維護和釋放RRC業(yè)務(wù)及功能移動性功能包括：Inter-cell和inter-RAT之間UE的測量報告，和測量報告控制切換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上下文傳送MBMS業(yè)務(wù)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_CONNECTEDRRC_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_CONNECTED：UE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(qū)網(wǎng)絡(luò)可以傳送或接收到達或來自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interRAT移動性過程CELL_DCHCELL_FACHCELL_PCHURA_PCHUTRA_IdelGSM_ConnectedE-UTRARRCCONNECTEDE-UTRARRCIDLEGPRS分組交換模式GSM-Idle/GPRSPacket_Idel切換切換可選NACC的CCO連接建立/釋放CCO，重選連接建立/釋放重選CCO，重選重選重選連接建立/釋放CCO：CellChangeOrderGERANE-UTRANUTRAN目錄LTE接口概述空中接口協(xié)議構(gòu)架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PDCP2.5無線資源控制（RRC）協(xié)議2.6NAS層S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議分析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RRC完成NAS的協(xié)議狀態(tài)：LTE_DETACHEDLTE_IDELLTE_ACTIVENAS的協(xié)議狀態(tài)——LTE_DETACHED狀態(tài)在該狀態(tài)下，沒有RRC實體，通常是剛開機時的狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)還沒有用戶的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_IDEL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地躍遷到LTE_ACTIVE狀態(tài)。分配給該用戶的標(biāo)識信息有IMSI、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)此周期進行下行的接收。在這種情況下，終端可以執(zhí)行小區(qū)重選的過程。NAS的協(xié)議狀態(tài)——LTE_ACTIVE狀態(tài)UE處于RRC_CONNECTED狀態(tài)。狀態(tài)的躍遷由eNodeB或EPC來決定。網(wǎng)絡(luò)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。分配給該用戶的標(biāo)識信息有IMSI、在跟蹤區(qū)中唯一標(biāo)識一個用戶的ID、在一個小區(qū)內(nèi)唯一標(biāo)識C-RNTI以及一個或多個IP地址。網(wǎng)絡(luò)可以知道UE處于哪個小區(qū)。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。移動性可以通過執(zhí)行切換過程來達到。E-UTRAN協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換LTE_IDLERRC：RRC_IDLE網(wǎng)絡(luò)側(cè)保存的通信上下文：用來實現(xiàn)向LTE_ACTIVE狀態(tài)快速躍遷的信息，如密鑰等分配的UE標(biāo)識：IMSITA內(nèi)的唯一ID（TA_ID）一個或多個IP地址UE位置：網(wǎng)絡(luò)側(cè)掌握TA級別的UE位置移動性：小區(qū)重選上下行的活動性：配置UE的DRX周期LTE_ACTIVERRC：RRC_CONNECTED網(wǎng)絡(luò)側(cè)保存的通信上下文：包含了通信所有必須的信息分配的UE標(biāo)識：IMSITA內(nèi)的唯一ID（TA_ID）小區(qū)內(nèi)唯一ID（C-RNTI）一個或多個IP地址UE位置：網(wǎng)絡(luò)側(cè)掌握小區(qū)級別的UE位置移動性：切換上下行的活動性：配置UE的DRX/DTX周期LTE_DETACHEDRRC：NULL網(wǎng)絡(luò)側(cè)保存的通信上下文：不存在分配的UE標(biāo)識：IMSIUE位置：網(wǎng)絡(luò)側(cè)不掌握UE位置移動性：PLMN/小區(qū)的選擇上下行的活動性：無上電無活動：釋放C-RNTI分配在DRX狀態(tài)下需要監(jiān)聽的PCH執(zhí)