TD-LTE协议架构的学习.doc

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/h 4） 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。1）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；1.8) 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) MME MME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-GW S-GW即Signaling 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-GW P-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： 2.1.1）逻辑信道到传输信道的映射； 2.1.2）来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元（SDU）的复用和解复用； 2.1.3）上行调度信息上报，包括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息； 2.1.4）HARQ传输； 2.1.5）终端内的多个逻辑信道的优先级处理； 2.1.6）通过动态调度实现UE间的优先级处理； 2.1.7）MBMS业务识别； 2.1.8）传输格式选择，包括传输使用的调制方式和编码速率； 2.1.9）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。 2.2.1）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； 2.2.2）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； 2.2.3）对配置确认模式的RLC实体，支持ARQ传输； 2.2.4）对配置确认模式的RLC实体，在数据重传时候支持RLC data PDU重分段功能； 2.2.5）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： 2.3.1）支持头压缩解压缩功能，包括ROHC算法； 2.3.2）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； 2.3.3）切换过程中，支持对确认RLC模式的逻辑信道的PDCP SDU的重传； 2.3.4）加密和解密； 2.3.5）业务面数据的传输； 2.3.6）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： 2.3.7）加密和完整性保护； 2.3.8） 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，RRC连接