LTE接口协议分析课件

LTE接口协议LTE接口协议培训目标学完本课程后，您应该能：了解E-UMTS接口协议的整体架构了解E-UMTS各接口的特性了解与协议栈相关的概念培训目标学完本课程后，您应该能：目录LTE接口概述空中接口协议栈分析S1接口协议栈分析X2接口协议栈分析目录LTE接口概述LTE系统总体架构LTE系统总体架构eNB实现的功能无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、UE上下行的动态资源分配IP头压缩和用户数据流加密UE连接期间，选择MME，当无路由信息可用时，可以根据UE提供的信息来间接确定到达MME的路径路由用户平面数据到S-GW从MME发起的寻呼消息的调度和传输从MME发起的广播消息的调度和传输就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置。eNB实现的功能无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连MME（移动性管理实体）实现的功能移动性管理会话管理P-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择SAE承载控制（承载建立和管理等）NAS(非接入层)信令、信令的加密和完整性保护安全控制MME（移动性管理实体）实现的功能移动性管理S-GW实现的功能为eNB间的切换，进行本地的移动定位3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化分组数据包路由和转发在上下行进行传输级的包标记在运营商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息S-GW实现的功能为eNB间的切换，进行本地的移动定位P-GW实现的动能用户的包过滤会话和承载管理UE的IP地址分配传输级的下行包标记上下行的服务级计费、速率控制基于最大比特速率的下行速率控制DHCPv4和DHCPv6功能P-GW实现的动能用户的包过滤目录LTE接口概述空中接口协议栈分析S1接口协议栈分析X2接口协议栈分析目录LTE接口概述无线空中接口协议架构E-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可分为：NAS控制协议L3层：无线资源控制（RRC）层L2层媒体接入控制（MAC）子层无线链路控制（RLC）子层分组数据集中协议（PDCP）子层L1层：物理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射无线空中接口协议架构E-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可Uu接口协议结构L3controlcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-planesignallingU-planeinformationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLCMACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplicationavoidanceUuSboundarycontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadioBearersRRC无线资源控制controlUu接口协议结构L3controlcontrolcontroFDD/TDD相同的设计:高层信令相同，如NAS和RRC2层用户平面相同:如MAC，RLC和PDCP物理层70%相同eNodeBU-planeC-planeNASRRCPDCPRLCMACPHYFDD/TDD的主要区别在于帧结构、时分设计、同步、多天线等LTEFDD/TDD的比较－设计层面FDD/TDD相同的设计:高层信令相同，如NAS和RRC控制平面的主要功能由上层的无线资源控制层（RRC）和非接入子层（NAS）实现。用户平面协议栈主要由分组数据汇聚子层PDCP，无线链路控制子层RLC，媒体接入控制子层MAC三个子层构成。RRC协议实体位于UE和eNodeB网络实体内，主要负责接入层的管理和控制，实现的功能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放，RRC连接管理，无线承载（RadioBearer，RB）管理，移动性功能，终端的测量和测量上报控制NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内，主要负责非接入层的管理和控制。实现的功能包括：EPC承载管理，鉴权，产生LTE‐IDLE状态下的寻呼消息，移动性管理，安全控制等。PDCP主要任务是IP头压缩，用户数据完整性保护和加密。MAC主要实现与调度和HARQ相关功能，逻辑信道与传输信道的映射。RLC实现的功能：支持AM、UM、TM三种数据传输模式

,数据分段与重组，SDU排序和丢弃空口协议栈功能控制平面的主要功能由上层的无线资源控制层（RRC）和非接入子目录2.无线空中接口协议架构2.1分组数据汇聚协议PDCP2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4物理层2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层目录2.无线空中接口协议架构PDCP实体一个UE可以定义多个PDCP实体每个PDCP实体承载一个RB（Radiobearer）的数据每个PDCP实体与一个或两个RLC实体关联，取决于RB特征（单向或双向）一个PDCP实体与控制面还是用户面关联，取决于承载数据的RB特性SRB(SignalingRadioBearer信令无线承载)->PDCPcontrolPDUDRB(DataRadioBearer数据无线承载)->PDCPdataPDUPDCP实体一个UE可以定义多个PDCP实体PDCP子层PDCP子层在用户面的业务及功能主要有:用户平面数据的包头压缩和解压缩用户数据传送：PDCP接收来自NAS的PDCPSDU，然后转发到RLC子层，反之亦然在RLCAM切换时顺序传送和上层PDU重复检测在RLCAM切换时PDCPSDU重传加密PDCP子层在控制面的业务及功能主要有加密及完整性保护控制面数据传送PDCP子层PDCP子层在用户面的业务及功能主要有:目录2.无线空中接口协议架构2.1分组数据汇聚协议PDCP2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4物理层2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层目录2.无线空中接口协议架构MAC层MAC层功能：主要实现与调度和HARQ相关的功能.逻辑信道与传输信道的映射：MAC层MAC层功能：MAC调度算法常用的分组调度算法最大C/I算法轮询算法(RoundRobin：RR)正比公平算法(PF)增强型正比公平算法（EPF）其他调度算法持续调度算法(Persistentscheduling：PS)半持续调度算法(Semi-persistentscheduling：SPSMAC调度算法常用的分组调度算法MAC调度算法MAC调度算法逻辑信道功能广播控制信道BCCH:广播系统控制信息寻呼控制信道PCCH:寻呼信息，网络不知道UE位置时使用公共控制信道CCCH:UE与网络间传输控制信息，当UE没有和网络的RRC连接时使用该信道多播控制信道MCCH:从网络到UE的MBMS调度和控制信息传输使用的点到多点下行信道专用控制信道DCCH:专用控制信息的点到点双向信道，UE有RRC连接时使用专用业务信道DTCH:双向p2p信道，专用于一个UE传输用户信息多播业务信道MTCH:点到多点下行信道逻辑信道功能广播控制信道BCCH:广播系统控制信息逻辑信道及映射下行逻辑信道及映射下行逻辑信道及映射上行逻辑信道及映射上行目录2.无线空中接口协议架构2.1分组数据汇聚协议PDCP2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4物理层2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层目录2.无线空中接口协议架构RLC层功能对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输通过ARQ机制进行错误修正(CRC校验由物理层完成,针对AM数据)根据传输块大小进行动态分段(级联/分段/重装)，针对UM和AM数据重传时对PDU进行重分段，重分段的数目没有限制，针对AM数据顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时除外）重复检测（针对UM和AM数据）底层协议错误检测与恢复eNodeB和UE间的流控SDU丢弃（针对UM和AM数据）RLC层功能对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传RLC层模式确认(AM,AcknowledgementMode)模式用于可靠性要求很高、分组长度可变的业务。支持ARQ、分组的切割和串接。PDU头需要较长序列号、轮询比特、长度指示。如用于TCP业务、文件传输等，主要关心无错传输非确认(UM,Un-acknowledgementMode)模式用于可靠性要求不高的业务。支持分组的切割和串接、不支持ARQ。用于实时性要求很高的业务，如VOIP、视频业务。PDU头需要较短序列号、长度指示透明(TM,TransparentMode)模式用于将高层分组直接传到下层，不封装RLC协议头。不分段，用于随机接入等RLC层模式确认(AM,AcknowledgementM目录2.无线空中接口协议架构2.1分组数据汇聚协议PDCP2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4物理层2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层目录2.无线空中接口协议架构物理层主要功能传输信道的错误检测，并向高层提供指示传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调HARQ软合并编码的传输信道向物理信道的映射物理信道功率加权频率与时间同步无线特征测量，并向高层提供指示MIMO天线处理、传输分集、波束赋形射频处理物理层主要功能传输信道的错误检测，并向高层提供指示下行物理信道物理广播信道（PBCH

：Physicalbroadcastchannel）物理下行共享信道（PDSCH

：Physicaldownlinksharedchannel）物理组播信道（PMCH

：Physicalmulticastchannel）物理下行控制信道（PDCCH

：Physicaldownlinkcontrolchannel）物理控制格式指示信道（PCFICH：Physicalcontrolformatindicatorchannel）下行物理信道物理广播信道（PBCH：Physical下行物理信号Cell-specific下行参考信号参考信号用于传送下行链路相干解调信息正交序列有3种，伪随机序列有168种每个小区通过一个正交序列和一个伪随机序列的组合来识别，因此总共有504种不同的小区ID（168*3=504）同步信号主同步信号辅同步信号下行物理信号Cell-specific下行参考信号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）物理随机接入信道（PRACH

：Physicalrandomaccesschannel）上行物理信道物理上行共享信道（PUSCH：Physica上行物理信号上行参考信号支持2种上行参考信号解调参考信号，与PUSCH和PUCCH关联Sounding参考信号，与PUSCH和PUCCH无关联上行物理信号上行参考信号目录2.无线空中接口协议架构2.1分组数据汇聚协议PDCP2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4物理层2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层目录2.无线空中接口协议架构RRC业务及功能系统信息广播涉及NAS和AS寻呼UE和E-UTRAN之间RRC连接的建立，维护和释放包括：UE和E-UTRAN之间临时标识的分配RRC连接信令无线承载的配置安全功能包括密钥管理点到点无线承载的建立，配置，维护和释放RRC业务及功能系统信息广播涉及NAS和ASRRC业务及功能移动性功能包括Inter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制切换UE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制切换时上下文传送MBMS业务功能Qos管理功能UE测量报告及报告控制NAS和UE之间的直传消息传送RRC业务及功能移动性功能包括RRC协议状态及状态变换LTE支持两种RRC状态：RRC_IDLE和RRC_CONNECTEDRRC_IDLE:PLMN选择NAS对DRX的配置系统消息广播寻呼eNodeB中没有RRC上下文存储RRC协议状态及状态变换LTE支持两种RRC状态：RRC_IRRC协议状态及状态变换RRC_CONNECTEDUE有E-UTRAN-RRC连接UE在E-UTRAN中有上下文信息E-UTRAN知道UE属于哪一个小区网络可以传送或接收到达或来自UE的消息移动性网络控制（切换，inter-RAT小区变更GERAN和NACC）RRC协议状态及状态变换RRC_CONNECTED目录2.无线空中接口协议架构2.1分组数据汇聚协议PDCP2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4物理层2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层目录2.无线空中接口协议架构NAS控制协议NAS消息的传输如果传输块大小允许，初始消息和RRC连接请求链接在一起当