TD-LTE协议架构的学习

1、TD-LTE 协议架构的学习个人总结 TD-LTE协议架构接触 TD-LTE的相关内容已经有几个月了，再回头看看TD-LTE的总框架时，又会有新的认识和理解。1、 LTE 系统架构【 LTE技术需求】1) 容量提升 峰值速率 : 下行 100 Mbps，上行 50 Mbps (20MHz 的带宽内 ) 频谱效率 :下行是 HSDPA的 3-4 倍，上行是 HSUPA的 2-3 倍 2)覆盖增强 提高“小区边缘比特率”，5 km 满足最优容量， 30 km 轻微下降，并支持 100 km 的覆盖半径3) 移动性提高 015km/h 性能最优， 15120 km/h 高性能，支持 120350 k

2、m/h，甚至在某些频段支持 500 km/h4) 质量优化 时延 : 用户面 ( 数据包从 UE或 RAN边缘节点 IP 层传输至 RAN边缘节点或 UEIP 层的单向传输 ) 小于 5ms，控制面 ( 从空闲状态转移到激活状态的时延 ) 小于 100 ms 。5) 服务内容综合多样化 高性能的广播业务， MBMS，提高实时业务支持能力，VoIP 达到UTRAN电路域性能6) 运维成本降低 扁平、简化的网络架构，降低运营商网络的运营维护成本。【 LTE系统网络总体架构】LTE采用扁平化、 IP 化的网络架构， E-UTRAN用 E-NodeB替代原有的 RNC-NodeB结构，各网络节点之间的

3、接口使用IP 传输，通过 IMS 承载综合业务，原UTRAN的 CS域业务均可由 LTE网络的 PS域承载。LTE的网络架构如下图所示 :EPC如图所示，E-UTRAN由eNB构成 ;EPC (Evolved Packet Core)由MME(Mobility Management Entity)，S-GW(Serving Gateway) 以及P-GW(PDN Gateway)构成。【各网元的功能划分】E-UTRAN与 EPC之间的功能划分如下图所示，其中浅黄色的方块代表逻辑节点，蓝色长方形条代表逻辑节点中的各层无线协议，白色长方形条代表逻辑节点中的控制平面的功能实体。eNBInter Ce

4、ll RRMRB ControlConnection Mobility Cont.MME Radio Admission ControlNAS Security eNB MeasurementConfiguration & Provision Idle State Mobility HandlingDynamic Resource Allocation (Scheduler)EPS Bearer Control RRCPDCPS-GWP-GW RLCMobility UE IP address AnchoringallocationMACS1 PHYPacket Filteringin

5、ternetE-UTRANEPC1)eNBeNB即 evolved Node B ，主要功能包括空中接口的phy、 mac、rlc 、rrc各层实体，用户通信过程中的控制面和用户面的建立、管理和释放，以及部分无线资源管理 rrm 方面的功能。具体包括 :1.1)无线资源管理 (RRM);1.2)用户数据流 IP 头压缩和加密 ;1.3) UE 附着时 MME选择功能 ;1.4)用户面数据向 Serving GW 的路由功能 ; 1.5)寻呼消息的调度和发送功能 ;1.6)( 源自 MME和 O&M的) 广播消息的调度和发送功能; 1.7)用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能; 1.

6、8)基于 AMBR和 MBR的上行承载级速率整型 ;1.9)上行传输层数据包的分类标示;2) MMEMME即 Mobile Managenment Entity其主要功能包括 : 2.1)NAS信令， NAS信令安全 ;2.2) 认证 ;2.3)漫游跟踪区列表管理 ;2.4) 3GPP 接入网络之间核心网节点之间移动性信令; 2.5)空闲模式 UE的可达性 ;2.6)选择 PDN GW和 Serving GW;2.7) MME 改变时的 MME选择功能 ;2.8) 2G 、3G切换时选择 SGSN;2.9)承载管理功能 ( 包括专用承载的建立 );3) S-GWS-GW即 Signaling

7、GateWay其主要功能包括 : 3.1)eNodeB之间切换时本地移动性锚点和 3GPP之间移动性锚点 ;3.2) 在网络触发建立初始承载过程中，缓存下行数据包; 3.3)数据包的路由SGW可以连接多个 PDN和转发 ; 3.4)切换过程中，进行数据的前转;3.5) 上下行传输层数据包的分类标示;3.6) 在漫游时，实现基于UE，PDN和 QCI 粒度的上下行计费 ; 3.7)合法性监听 ;4)P-GWP-GW即 PS GateWay其主要功能包括 : 4.1)基于单个用户的数据包过滤;4.2)UE IP地址分配 ;4.3) 上下行传输层数据包的分类标示;4.4) 上下行服务级的计费 ( 基

8、于 SDF，或者基于本地策略 ); 4.5)上下行服务级的门控 ;4.6) 上下行服务级增强，对每个SDF进行策略和整形 ;4.7) 基于 AMBR的下行速率整形基于MBR的下行速率整上下行承载的绑定 ;4.8) 合法性监听 ;2、 无线接口协议栈无线接口是指终端和接入网之间的接口，简称Uu 接口，通常我们也称为空中接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。LTE技术中，无线接口是终端和eNB之间的接口。无线接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口的规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。无线接口协议栈主要分三层两面，三层主要包括了物理层、数据链路层和网络层，两面是指控

9、制平面和用户平面。数据链路层主要被分为3 个子层，包括媒体接入控制(MAC)、无线链路控制(RLC)、和分组数据汇聚协议 (PDCP)3个子层。数据链路层同事位于控制平面和用户平面 : 在控制平面负责无线承载信令的传输、加密和完整性保护; 在用户平面主要负责用户业务数据的传输和加密。网络层是指无线资源控制 (RRC)层，位于接入网的控制平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。【控制平面无线接口协议栈】无线接口控制平面协议栈如上图所示，主要负责对无线接口的管理和控制，包括 RRC协议、 MAC/RLC/PDCP协议和管理层的协议。将非接入层 (NAS)协议显示在这里，只是为了说明它是

10、UE-EPC通信的一部分。控制平面协议栈各层主要功能如下。1) NAS 控制协议实体位于终端 UE和移动管理实体 MME内，主要负责提供对非接入层部分的控制和管理，主要功能包括演进数据包传输系统 (EPS)承载管理，鉴权， EPS连接管理模式的空闲状态下的移动性管理，负责产生ECM-IDLE状态 UE的寻呼消息，安全控制等功能。2) RRC 协议实体位于 UE和 ENB网络实体内，主要负责对接入层的控制和管理，主要功能包括广播、寻呼、 RRC连接管理、无线承载控制、移动性管理以及 UE测量报告和测量上报控制功能。3) 数据链路层的 PDCP子层主要负责控制平面 RRC协议数据的加解密和完整性保

11、护功能。4) 数据链路层和物理层提供对 RRC协议消息的数据传输功能。NAS消息可以串接在RRC消息内，也可以单独在RRC消息中携带。在切换等情况下 NAS消息的丢失和重复有可能会发生， AS 将提供对 NAS信令在小区内的有序传输功能。【用户平面无线接口协议栈】用户平面无线接口协议栈如上图所示，主要为数据链路层协议 (MAC、 RLC、PDCP)和物理层协议。物理层为数据链路层提供数据传输功能。物理层通过传输信道为 MAC子层提供相应的服务。 MAC子层通过逻辑信道向 RLC子层提供相应的服务。LTE/SAE总体的协议结构如下图所示:【协议栈功能的划分】无线接口协议部分主要由物理层、数据链路

12、层和网络层组成。1) 物理层物理层位于无线接口协议最底层，提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能，为 MAC层和高层提供信息传输的服务，其中，物理层提供的服务通过传输信道来描述。传输信道描述了物理层为 MAC层和高层所传输的数据特征。LTE中各信道的映射图如下 :2) 数据链路层数据链路层包括MAC、RLC和 PDCP3个子层。2.1)MAC子层的主要功能MAC子层只有一个 MAC实体，包括传输调度功能、UE级别功能、 MBMS功能、 MAC控制功能以及传输块生成功能块。具体包括:逻辑信道到传输信道的映射;来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元 (SDU)的复用和解复用 ;上行调度信息上报，包

13、括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息 ;传输 ;终端内的多个逻辑信道的优先级处理;通过动态调度实现UE间的优先级处理 ;业务识别 ;传输格式选择，包括传输使用的调制方式和编码速率;填充功能，即当实际传输数据量不能填满整个授权的数据块大小时使用该功能 ;2.2)RLC 子层针对不同的服务模式， RLC子层包含的功能也有所不同。对确认模式和非确认模式的RLC实体，支持对 RLC SDU的串接 / 分段和重组 ;对确认模式和非确认模式的RLC实体，由于数据包中携带序号信息，故支持对高层数据的按序递交，重复检测功能和RLC SDU丢弃功能 ;对配置确认模式的RLC实体，支持 ARQ传输 ;对配置确认模式的RLC实体，在数据重传时候支持RLC dataPDU重分段功能 ;支持 RLC重建立功能。2.3)PDCP子层PDCP子层用于用户平面的功能包括:支持头压缩解压缩功能，包括ROHC算法 ;在 PDCP重建立过程中，支持确认RLC模式下逻辑信道向高层进行按需递交，及对底层SDU数据的重复检测 ;切换过程中，支持对确认RLC模式的逻辑信道的PDCP SDU的重传 ;加密和解密 ;业务面数据的传输 ;上行基于定时器的SDU丢弃机制。PDCP子层用于控制平面的功能包括:加密和完整性保护 ;控制平面数据的传输。3)RRC层RRC协议模块功能包括 : 系统信息广播 , 寻呼，