《LTE协议解析》word版.doc

E-UTRAN架构EUTRAN(Evolved UTRAN)由eNBs构成，如图1所示。eNBs为EUTRA提供用户平面(PDCPRLCMACPHY)协议和控制平面(RRC)协议。eNB之间通过接口X2互相关联，同时eNBs也可以通过连接到EPC(evolved packet core)的S 1接口相互建立联系。每个LTE基站eNB都通过Sl接口和MME以及SAE网关相连接。eNB功能有无线资源管理功能，用户平面数据服务网关的选择，调度和传输寻呼信息、广播信息，上下行资源分配RB控制、配置信息的测量及结果报告，调度和传输ETWS信息等。接口s1功能有：SAE承载业务的设置和释放，在激活状态下的移动性管理功能，LTE小区切换以及与不同RAT系统间切换，寻呼功能，非接人层NAS信令传送功能，s1接口管理功能，漫游与地区限制功能等。协议栈层次结构LTE的Uu接口按照协议栈的功能和任务来区分，包括以下几层：物理层（PHY)、数据链路层（Layer 2）和无线资源控制层（RRC） 。而其中数据链路层又分为媒体接入控制层（MAC） ，无线链路控制层（RLC）和分组数据汇聚协议层（PDCP） 。LTE的空中接口又可以分为用户平面和控制平面， 用户平面通过空中接口传输通道为上层协议栈提供用户数据传输服务，同时为控制平面和 NAS 信令提供传输通道。控制平面负责用户无线资源的管理、无线连接的建立、业务的 Qos 保证和最终的资源释放。RRC 层和非接入子层（NAS）是控制平面最主要的功能实体数据链路层中各子层接口都有对等通信业务接入点 SAP（Service Access Point） ，在物理层和MAC层之间的SAP提供传输信道，MAC层和RLC 层之间的SAP 提供逻辑信道，RLC层和PDCP 层之间提供无线承载。根据分层结构，低层通过SAP向高层提供服务，这些服务通过原语来实现。对于控制SAP，可以跨过不同的层或子层来向高层提供服务。.RRC 层 RRC 协议层位于 E-UTRAN 的控制平面，实现系统信息广播、无线接口寻呼、RRC 连接管理、无线承载控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能。RRC层在网络侧终结于eNB。无线承载（RB）分为信令无线承载（SRB）和数据无线承载（DRB） 。信令无线承载是指仅只用于传输RRC 和NAS 消息的无线承载。SRB通常在RRC 连接建立过程中建立，但也可以在其他RB控制过程中进行配置。eNB和UE之间通过在信令无线承载（SRB）上传输RRC 消息及NAS 消息支持系统信息广播、寻呼、RRC 连接建立、RRC连接重配、RRC连接释放以及E-UTRAN内移动性管理等 RRC 过程。.数据链路层 数据链路层又被划分为以下几个子层：分组数据汇聚（PDCP）子层、无线链路控制（Radio Link Control, RLC）和媒体接入控制（Media Access Control, MAC）子层。2.1PDCP子层 PDCP子层的主要作用是将网络层的传输技术与E-UTRAN的空中接口处理技术剥离开，使其上的各协议层无需考虑与空中接口相关的问题。 PDCP 子层向上层提供用户平面和控制平面的数据传输功能。在用户平面上，PDCP 子层得到来自上层的 IP 数据分组后，可以对 IP 数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层。在控制平面，PDCP 子层为上层提供RRC 子层提供信令传输服务，并实现 RRC 信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查。2.2RLC 子层 RLC 子层为来自上层的用户数据和控制数据提供可靠地传输服务。RLC 子层的功能由 RLC 实体实现。RLC 子层的功能由 RLC 实体实现。RLC 实体可以被配置为3种模式：透明模式（TM） 、非确认模式（UM）和确认模式（AM） ，即RLC 子层能够提供 3种模式的数据传输服务。 确认模式可以对未正确接收的 RLC PDU 通过 ARQ 机制进行重传，从而实现数据的无差错按序传输，可以满足基于 TCP 的 FTP 等高层协议对无差错传输的需求。非确认模式可以向上层提供按序传输服务，对丢失的PDU 不进行重传。非确认模式适合于 Vo IP 等可容忍一些差错但对时延要求很高的应用。透明模式中RLC 子层对来自上层的数据不做任何处理，只进行数据的透明传输。 MAC 子层通过逻辑信道向RLC 子层提供数据传输服务。 逻辑信道包括广播控制信道（BCCH） 、寻呼控制信道（PCCH） 、公共控制信道（CCCH） 、专用控制信道（DCCH）和专用业务信道（DTCH）等。2.3MAC 子层 MAC 子层为上层协议层提供数据传输和无线资源分配服务。 存在于eNB 和UE 中的MAC实体的功能有所不同。 MAC子层实现的功能总体来说包括以下几个方面： eNB和UE中 MAC 实体共有的功能： 1. 映射：从逻辑信道到传输信道的映射； 2. 复用：将来自逻辑信道的 MAC SDU复用为传输块（TB）通过传输信道传送到物理层； 3. 解复用：将传输信道上来自物理层的传输块（TB）解复用为逻辑信道上的MAC SDU； 4. 通过HARQ 修正传输中的错误。 eNB中MAC实体特有的功能： 1. 用户无线资源分配：时间和频率（RB 数量和位置） 、发射层数、天线数和发射功率； 2. 一个UE的逻辑信道之间的优先级处理； 3. 传输格式选择。 UE 中MAC实体特有的功能： 1. 逻辑信道优先级控制； 2. 调度信息报告。MAC 子层通过逻辑信道为 RLC 子层和 RRC 子层提供数据传输服务，而层1即物理层通过传输信道为MAC子层提供数据传输服务。 层 1 提供的供 MAC 子层使用的传输信道包括：广播信道（BCH） 、寻呼信道（PCH） 、下行共享信道（DL-SCH） 、上行共享信道（UL-SCH）和随机接入信道（RACH） 。MAC子层负责将上下行的逻辑信道映射到传输信道。3. LTE物理层LTE物理层主要为MAC层的数据传输提供以下功能服务： 传输块错误检验与纠错、速率匹配及 HARQ 软合并、传输信道到物理信道的映射、功率控制或分配、调制解调、频域时域的同步、物理层测量、多天线空时信号处理、射频处理等。 LTE的物理层的多址方案， 在下行方向上采用基于循环前缀的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM） ，在上行方向上采用基于循环前缀的单载波频分多址（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA） 。 为了支持成对的和不成对的频谱， 支持频分双工 （Frequency Division Duplex, FDD）模式和时分双工（Time Division Duplex, TDD）模式。 物理层是基于资源块（Resource Block, RB）进行调度的，从而允许LTE的物理层适用于不同的频谱分配。一个资源块在频域上占用 12 个宽度为 15kHz的子载波，在时域上持续时间为 0.5ms。 无线帧结构1用于FDD模式， 其无线帧长度为10ms， 包含 20个时隙 （Slot） ，每一个时隙的长度为0.5ms。两个相邻的时隙构成一个子帧，长度为1ms。 无线TDD帧结构2用于TDD模式， 具有两个时长为5ms的半帧 （half-frame） ，每一个半帧包括8 个0.5ms的时隙以及3个特殊区域：下行导频时隙（Downlink Pilot Time Slot, DwPTS） 、保护时隙（Guard Period, GP）和上行导频时隙（Uplink Pilot Time Slot, UpPTS） ，这 3个特殊区域的总时长为l ms，各自的时长可配。除子帧 1 和子帧 6 以外，一个子帧包括两个相邻的时隙，子帧 1 和子帧 6 包含DwPTS、GP 和UpPTS。 支持多输入多输出（MIMO）传输，在下行方向上可以配置 2根或者4根传输天线，以及2根或者 4根接收天线，允许最大4个流的多层传输。在上行和下 行都支持多用户MIMO （Multiple User-MIMO, MU-MIMO） ，即分配不同的流给不同的用户。 下行和上行均支持如下调制方式：四相移相键控（Quadrature Phase Shift Keying, QPSK） 、正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation, 16QAM）和64QAM。 下行定义的物理信道包括物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel, PDSCH） 、物理多播信道（Physical Multicast Channel, PMCH） 、物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel, PDCCH） 、物理广播信道（Physical Broadcast Channel, PBCH） 、物理控制格式指示信道（Physical Control Format Indicator Channel, PCFICH）以及物理HARQ 指示信道（Physical HARQ Indicator Channel, PHICH） 。 上行定义的物理信道包括物理随机接入信道（Physical Random Access Channel, PRACH） 、物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel, PUSCH）以及物理上行控制信道（Physical Uplink Control Channel, PUCCH） 。下行传输信道和下行物理信道的映射关系如图2-6所示，上行传输信道和上行物理信道的映射关系如图2-7 所示。图2-6：下行传输信道与下行物理信道之间的映射图2-7：上行传输信道与上行物理信道之间的映射