TD-LTE协议架构的学习

1、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 km/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

2、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,V oIP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

3、(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。1eNBeNB 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。

4、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;interneteNBRB ControlConnection Mobility Cont.eNB MeasurementConfiguration & Provision Dynamic Resource Allocation (SchedulerPDCPPHYMMES-GWS1MACInter Cell RRM Radio Admission ControlRLC E-UTRANEPCRRCMobility AnchoringEPS Bearer ControlIdle State Mobility

5、Handling NAS SecurityP-GWUE IP address allocation Packet Filtering1.3 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;1.8 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:2.1NAS信令,NAS信令安全;2.2认证;2.3 漫游跟踪区列

6、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 GateWay其主要功能包括:3.1eNodeB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

7、,PDN和QCI粒度的上下行计费; 3.7合法性监听;4P-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;4.2UE 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

8、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(PDCP3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

9、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UE-EPC通信的一部分。控制平面协议栈各层主要功能如下。1NAS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。2RRC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

10、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

11、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 EPC Evolved Packet Core network 演进型分组核心网 EPC 主要包括 MME（Mobility Management Entity）移动性管理