第7章 LTE空中接口协议

第7章

LTE空中接口协议7.1空中接口及协议栈7.2层1（L1）协议7.3层2（L2）协议7.4层3（L3）协议7.5NAS控制协议7.6空中接口标识7.1空中接口及协议栈用户平面协议栈与UMTS系统相似（如图7-1所示），主要包括PDCP、RLC、MAC层，主要执行头压缩、调度、加密等功能。7.1空中接口及协议栈控制平面协议栈如图7-2所示，主要包括非接入层（NAS）、RRC、PDCP、RLC、MAC层，其中PDCP、RLC和MAC的功能和用户平面的一样。7.2层1（L1）协议7.2.1传输信道1．下行传输信道类型（1）广播信道（BroadcastCHannel）。（2）下行共享信道（DownlinkSharedCHannel）。（3）寻呼信道（PagingCHannel）。（4）多播信道（MulticastCHannel）。2．上行传输信道类型（1）上行共享信道（UplinkSharedCHannel）。（2）随机接入信道（RandomAccessCHannel）。

7.2.2传输信道与物理信道映射传输信道与物理信道的映射关系如图7-3和图7-4所示。

7.2.2传输信道与物理信道映射1．上行方向表7-1规定了上行传输信道与对应的物理信道的映射关系。表7-2规定了上行控制信道信息与对应的物理信道的映射关系。传输信道物理信道上行共享信道（UpLinkSharedChannel,UL-SCH）PUSCH随机接入信道（RandomAccessChannel,RACH）PRACH控制信息物理信道上行控制信息（UpLinkControlInformation,UCI）PUCCH、PUSCH

7.2.2传输信道与物理信道映射2．下行方向表7-3规定了下行传输信道与对应的物理信道的映射关系。表7-4规定了下行控制信道信息与对应的物理信道的映射关系。传输信道物理信道下行共享信道（DownLinkSharedChannel,DL-SCH）PDSCH广播信道（BroadcastChannel,BCH）PBCH寻呼信道（PagingChannel,PCH）PDSCH多播信道（MulticastChannel,MCH）PMCH控制信息物理信道控制格式指示（ControlFormatIndicator,CFI）PCFICHHARQ指示（HARQIndicator,HI）PHICH下行控制信息（DownlinkControlInformation,DCI）PDCCH7.3层2（L2）协议L2总体框架图7-5和图7-6分别给出了下行和上行的层2框架。7.3层2（L2）协议7.3.1媒体访问控制（MAC）协议1．MAC的功能（1）逻辑信道与传输信道之间的映射。（2）RLC协议数据单元（ProtocolDataUnit，PDU）的复用与解复用。

（3）业务量测量与上报。（4）通过HARQ进行错误纠正。（5）同一个UE不同逻辑信道之间的优先级管理。（6）通过动态调度进行的UE之间的优先级管理。（7）传输格式选择。（8）填充。7.3.1媒体访问控制（MAC）协议2．逻辑信道（1）控制信道（用于传输控制平面信息）。（2）业务信道（用于传输业务平面信息）。3．逻辑信道与传输信道的映射与现有系统相比，LTE中的逻辑信道与传输信道类型都大大减少，映射关系也变得比较简单，上行逻辑信道映射如图7-7所示。7.3.1媒体访问控制（MAC）协议下行逻辑信道映射如图7-8所示。7.3.2无线链路控制（RLC）协议1．RLC的功能（1）对上层PDU的传输支持确认模式（AM）或者非确认模式（UM）。（2）TM（透明模式）数据传输。（3）通过ARQ机制进行错误修正（CRC检验由物理层完成）。（4）根据传输块（TB）大小进行动态分段，分段产生的RLCPDU不包含任何填充（Padding）。（5）重传时对PDU进行重分段。（6）重分段的数目没有限制。（7）同一RB的多个业务数据单元（ServiceDataUnit，SDU）串接FFS。（8）顺序传送上层的PDU（切换时除外）。（9）重复检测。（10）底层协议错误检测与恢复。（11）eNodeB和UE间的流控。（12）SDU丢弃。（13）重置（Reset）。7.3.2无线链路控制（RLC）协议2．RLCPDU的结构图7-9中给出了RLCPDU的结构。7.3.3分组数据汇聚（PDCP）协议1．PDCP的功能PDCP子层的主要功能如下。（1）头压缩与解压缩，只支持一种压缩算法，即ROHC算法。（2）用户面数据传输，包括从NAS接收数据转发给RLC层，反之亦然。（3）切换时对上层PDU的顺序递交。（4）低层SDU的重复检测。（5）用户面数据和控制面数据加密。与现有系统中的PDCP相比较，LTE中的PDCP具有以下特点。（1）压缩算法简单，只支持一种。（2）不支持无损重定位。（3）要支持加密，3GPPR99～R7加密在RLC和MAC（TM模式在MAC）实现。（4）不再需要无损下行RLCPDU大小的改变。7.3.3分组数据汇聚（PDCP）协议2．PDCPPDU的结构图7-10给出了PDCPPDU的结构。（1）PDCPPDU和PDCP头为8位组的倍数。（2）PDCP头可以是一个字节或者两个字节长。7.4层3（L3）协议1．RRC层提供的服务与功能（1）广播NAS层和接入层（AS层）的系统消息。（2）寻呼。（3）RRC连接建立、保持和释放，包括临时标识的分配、信令RB（SRB）的配置（低优先级和高优先级SRB）。（4）安全功能。RRC消息的完整性保护。（5）点对点无线承载（RadioBearer，RB）的建立、修改和释放。（6）移动性管理功能。UE测量报告以及为了小区间和RAT间移动性进行的报告控制、小区间切换、UE小区选择和重选以及小区选择和重选控制、eNodeB间的通信上下文的传输。（7）QoS管理。（8）UE测量上报及测量控制。（9）NAS消息的传输。7.4层3（L3）协议2．RRC协议状态以及状态跃迁空闲状态（RRC_IDLE）的状态描述如下。（1）NAS配置UE特定（UE-specific）的DRX（非连续接收）。（2）系统信息广播。（3）寻呼。（4）小区重选移动性。（5）UE已经有一个可以在跟踪区域（TrackingArea，TA）范围内唯一的标识。（6）在eNodeB中没有保存RRC通信上下文。7.4层3（L3）协议连接状态（RRC_CONNECTED）的状态描述如下。（1）UE有E-UTRAN-RRC连接。（2）UE在E-UTRAN中有通信上下文。（3）E-UTRAN知道UE属于哪个小区。（4）网络可以给/从UE发送/接收数据。（5）网络控制的移动性（切换）。（6）邻小区测量。（7）从PDCP/RLC/MAC层的角度可看出以下几点。①UE可以发送数据给网络，也可以接收从网络发来的数据。②UE监听与共享数据信道相关的控制信令信道来查看在共享数据信道上是否有分配给此UE的传输。③UE也要上报信道质量信息和反馈信息给eNodeB。④DRX/DTX周期可以根据UE的活动水平来配置以达到终端节电和提高资源利用率的目的。这个功能由eNodeB进行控制。7.4层3（L3）协议3．RRC过程（1）系统信息广播（2）寻呼过程（3）随机接入过程①基于竞争的随机接入过程。图7-11所示是一个简单的基于竞争的随机接入基本流程。7.4层3（L3）协议②基于非竞争的随机接入过程。图7-12给出了一个简单的基于非竞争的随机接入基本流程。7.4层3（L3）协议图7-13从L1与L2/L3交互的角度给出了随机接入过程的交互模型。7.4层3（L3）协议（4）小区选择和重选①在服务小区的系统信息中没有必要指示邻小区的信息以用于搜索和测量一个小区，即在E-UTRAN中是依赖于UE本身的检测能力获知邻小区信息的。②是否需要指示同频邻小区的信息以加快终端的检测速度还没有确定。③对于搜索和测量异频邻小区，只需要指示出载波频率。④对于E-UTRAN中的小区需要测量哪些属性还没有确定。⑤一个小区的小区重选参数是应用于此小区内的所有用户的，但是针对每个用户组或者某个用户配置特定的小区重选参数也是可能的。7.5NAS控制协议1．NAS消息的传输在E-UTRAN中，NAS消息或者链接在RRC消息中或者没有跟RRC消息链接。如果传输块的大小允许，则初始直传消息与RRC连接请求链接在一起。2．NAS的协议状态以及状态跃迁（1）LTE_DETACHED状态：在该状态下是没有RRC实体的，通常是指刚开机时的状态。（2）LTE_IDLE状态：在该状态下，UE是处于RRC_IDLE状态的。（3）LTE_ACTIVE