TD-LTE协议架构的学习

个人总结个人总结 TD LTE 协议架构协议架构 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 0 15km h 性能最优 15 120 km h 高性能 支持 120 350 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 eNB MME S GWMME S GW eNB eNB S1 S1 S1 S1 X2 X2 X2 E UTRAN 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 eNB eNB 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 internet eNB RB Control Connection Mobility Cont eNB Measurement Configuration Provision Dynamic Resource Allocation Scheduler PDCP PHY MME S GW S1 MAC Inter Cell RRM Radio Admission Control RLC E UTRANEPC RRC Mobility Anchoring EPS Bearer Control Idle State Mobility Handling NAS Security P GW UE IP address allocation Packet Filtering 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 连接建立 维 护 释放 安全功能密钥管理 无线承载管理 移动性管理 包括 UE 测 量上报和控制 切换 UE 小区选择和重选 切换时候上下文传输 MBMS 服务通知 MBMS 服务承载管理 QoS 管理 UE 测量报告和控 制 NAS 直传消息传输 个人体会 通过本章的学习 对 LTE 协议架构有了进一步的认识 本章节的 侧重点为 LTE 的空口协议 这也是我们高层项目中会遇到比较频繁的 在之后我会切入到细节 将知识融会贯通 EPC Evolved Packet Core ne