LTE接口協(xié)議分析

1 0 LTE接口協(xié)議分析 1 1 培訓(xùn)目標(biāo) 學(xué)完本課程后 您應(yīng)該能 了解E UMTS接口協(xié)議的整體架構(gòu)了解E UMTS各接口的特性了解和協(xié)議棧相關(guān)的概念 1 2 目錄 LTE接口概述空中接口協(xié)議棧分析S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議棧分析 1 3 LTE系統(tǒng)總體架構(gòu) 1 4 E UTRAN和EPC的分工界面 1 5 eNB實(shí)現(xiàn)的功能 無(wú)線資源管理 無(wú)線承載控制 無(wú)線準(zhǔn)入控制 連接移動(dòng)性控制 UE上下行的動(dòng)態(tài)資源分配IP頭壓縮和用戶數(shù)據(jù)流加密UE連接期間 選擇MME 當(dāng)無(wú)路由信息可用時(shí) 可以根據(jù)UE提供的信息來(lái)間接確定到達(dá)MME的路徑路由用戶平面數(shù)據(jù)到S GW調(diào)度和傳輸尋呼消息調(diào)度和傳輸廣播消息就移動(dòng)性和調(diào)度 進(jìn)行測(cè)量和測(cè)量報(bào)告的配置 1 6 MME 移動(dòng)性管理實(shí)體 實(shí)現(xiàn)的功能 將尋呼消息發(fā)送到eNodeB跟蹤區(qū)域的列表管理 UE的IDLE模式和ACTIVE模式 在3GPP訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí) CN節(jié)點(diǎn)之間的信令傳輸P GW PDN分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān) 和S GW 服務(wù)網(wǎng)關(guān) 的選擇MME選擇 MME改變帶來(lái)的切換SGSN 服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn) 選擇 為了切換到2G或3G網(wǎng)絡(luò)IDLE空閑狀態(tài)下的移動(dòng)性管理 漫游 確認(rèn)等SAE承載控制 承載建立和管理等 NAS 非接入層 信令 信令的加密和完整性保護(hù) 1 7 S GW實(shí)現(xiàn)的功能 為eNB間的切換 進(jìn)行本地的移動(dòng)定位3GPP間的移動(dòng)性管理 建立移動(dòng)安全機(jī)制在E UTRAN的IDLE模式下 下行包緩沖和網(wǎng)絡(luò)初始化授權(quán)偵聽(tīng)包路由和前向轉(zhuǎn)移在上下行進(jìn)行傳輸級(jí)的包標(biāo)記在運(yùn)營(yíng)商之間交換用戶和QoS類別標(biāo)識(shí)的有關(guān)計(jì)費(fèi)信息 1 8 P GW實(shí)現(xiàn)的動(dòng)能 用戶的包過(guò)濾授權(quán)偵聽(tīng)UE的IP地址分配傳輸級(jí)的下行包標(biāo)記上下行的服務(wù)級(jí)計(jì)費(fèi) 速率控制基于最大比特速率的下行速率控制DHCPv4和DHCPv6功能 1 9 E UTRAN地面接口通用協(xié)議模型 對(duì)于S1 X2接口 層與層之間 面與面之間彼此邏輯上獨(dú)立 所以當(dāng)有相應(yīng)需要時(shí) 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體可以很容易改變協(xié)議棧和其各平面來(lái)滿足將來(lái)的需要 1 10 控制面協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 1 11 用戶面協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 1 12 目錄 LTE接口概述空中接口協(xié)議棧分析S1接口協(xié)議棧分析X2接口協(xié)議棧分析 1 13 Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu) L3 control control control LogicalChannels TransportChannels C planesignalling U planeinformation PHY L2 MAC L1 RLC DC Nt GC L2 RLC MAC RLC RLC RLC RLC RLC RLC RLC Duplicationavoidance UuSboundary control PDCP PDCP L2 PDCP DC Nt GC RadioBearers RRC無(wú)線資源控制 control 1 14 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu) E UMTS無(wú)線接口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)水平方向可分為 NAS控制協(xié)議L3層 無(wú)線資源控制 RRC 層L2層媒體接入控制 MAC 子層無(wú)線鏈路控制 RLC 子層分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議 PDCP 子層L1層 物理層 傳輸信道 傳輸信道與物理信道的映射 1 15 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu) 無(wú)線接口協(xié)議棧垂直方向根據(jù)用途分為 用戶平面協(xié)議?？刂破矫鎱f(xié)議棧 1 16 目錄 2 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu)2 1物理層2 2媒體訪問(wèn)控制協(xié)議MAC2 3無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC2 4分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP2 5無(wú)線資源控制 RRC 協(xié)議2 6NAS層 1 17 物理層主要功能 傳輸信道的錯(cuò)誤檢測(cè) 并向高層提供指示傳輸信道的糾錯(cuò)編碼 譯碼 物理信道調(diào)制與解調(diào)HARQ軟合并編碼的傳輸信道向物理信道的映射物理信道功率加權(quán)頻率與時(shí)間同步無(wú)線特征測(cè)量 并向高層提供指示MIMO天線處理 傳輸分集 波束賦形射頻處理 1 18 LTE物理資源定義 基本定義ResourceelementResourceblock 1 19 物理層處理 Bit處理傳送來(lái)自MAC層的數(shù)據(jù)塊基準(zhǔn)為24bitCRC信道編碼 Turbo編碼 1 20 物理層處理 符號(hào)處理調(diào)制 QPSK 16QAM 和64QAM 64QAMUE可選 1 21 下行物理信道 物理廣播信道 PBCH Physicalbroadcastchannel 物理下行共享信道 PDSCH Physicaldownlinksharedchannel 物理組播信道 PMCH Physicalmulticastchannel 物理下行控制信道 PDCCH Physicaldownlinkcontrolchannel 物理控制格式指示信道 PCFICH Physicalcontrolformatindicatorchannel 1 22 下行物理信號(hào) Cell specific下行參考信號(hào)參考信號(hào)用于傳送下行鏈路相干解調(diào)信息正交序列有3種 偽隨機(jī)序列有168種每個(gè)小區(qū)通過(guò)一個(gè)正交序列和一個(gè)偽隨機(jī)序列的組合來(lái)識(shí)別 因此總共有504種不同的小區(qū)ID 168 3 504 同步信號(hào)主同步信號(hào)從同步信號(hào) 1 23 下行資源分配實(shí)例 72centerRE 1 24 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 物理隨機(jī)接入信道 PRACH Physicalrandomaccesschannel 1 25 上行物理信號(hào) 上行參考信號(hào)支持2種上行參考信號(hào)解調(diào)參考信號(hào) 與PUSCH和PUCCH關(guān)聯(lián)Sounding參考信號(hào) 與PUSCH和PUCCH無(wú)關(guān)聯(lián) 1 26 傳輸層到物理層的映射 1 27 目錄 2 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu)2 1物理層2 2媒體訪問(wèn)控制協(xié)議MAC2 3無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC2 4分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP2 5無(wú)線資源控制 RRC 協(xié)議2 6NAS層 1 28 MAC層 MAC層功能 主要實(shí)現(xiàn)與調(diào)度和HARQ相關(guān)的功能 與WCDMA相比 LTE的MAC實(shí)體的特點(diǎn) 每個(gè)小區(qū)只存在一個(gè)MAC實(shí)體 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)MAC相關(guān)的全部功能 邏輯信道與傳輸信道的映射 與WCDMA相比 LTE中的邏輯信道與傳輸信道類型都大大減少 映射關(guān)系變得比較簡(jiǎn)單 1 29 邏輯信道功能 廣播控制信道BCCH 廣播系統(tǒng)控制信息尋呼控制信道PCCH 尋呼信息 網(wǎng)絡(luò)不知道UE位置時(shí)使用公共控制信道CCCH UE與網(wǎng)絡(luò)間傳輸控制信息 當(dāng)UE沒(méi)有和網(wǎng)絡(luò)的RRC連接時(shí)使用該信道多播控制信道MCCH 從網(wǎng)絡(luò)到UE的MBMS調(diào)度和控制信息傳輸使用的點(diǎn)到多點(diǎn)下行信道專用控制信道DCCH 專用控制信息的點(diǎn)到點(diǎn)雙向信道 UE有RRC連接時(shí)使用專用業(yè)務(wù)信道DTCH 雙向p2p信道 專用于一個(gè)UE傳輸用戶信息多播業(yè)務(wù)信道MTCH 點(diǎn)到多點(diǎn)下行信道 1 30 邏輯信道及映射 下行 1 31 邏輯信道及映射 上行 1 32 目錄 2 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu)2 1物理層2 2媒體訪問(wèn)控制協(xié)議MAC2 3無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC2 4分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP2 5無(wú)線資源控制 RRC 協(xié)議2 6NAS層 1 33 RLC層 eNB側(cè)配置的RLC實(shí)體 與UE側(cè)配置的RLC實(shí)體對(duì)應(yīng)RLC實(shí)體通過(guò)與高層的接口 SAP 傳送或接收RLCSDURLC實(shí)體通過(guò)邏輯信道 傳送或接收RLCPDU存在兩類RLCPDURLCdataPDURLCcontrolPDU 1 34 RLC層功能 對(duì)上層PDU的傳輸支持AM UM TM模式數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)ARQ機(jī)制進(jìn)行錯(cuò)誤修正 CRC校驗(yàn)由物理層完成 針對(duì)AM數(shù)據(jù) 根據(jù)傳輸塊大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)分段 級(jí)聯(lián) 分段 重裝 針對(duì)UM和AM數(shù)據(jù)重傳時(shí)對(duì)PDU進(jìn)行重分段 重分段的數(shù)目沒(méi)有限制 針對(duì)AM數(shù)據(jù)順序上傳上層的PDU 針對(duì)UM和AM數(shù)據(jù) 切換時(shí)除外 重復(fù)檢測(cè) 針對(duì)UM和AM數(shù)據(jù) 底層協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)與恢復(fù)eNodeB和UE間的流控SDU丟棄 針對(duì)UM和AM數(shù)據(jù) 1 35 RLC層模式 確認(rèn) AM AcknowledgementMode 模式用于可靠性要求很高 分組長(zhǎng)度可變的業(yè)務(wù) 支持ARQ 分組的切割和串接 PDU頭需要較長(zhǎng)序列號(hào) 輪詢比特 長(zhǎng)度指示 如用于TCP業(yè)務(wù) 文件傳輸?shù)?主要關(guān)心無(wú)錯(cuò)傳輸非確認(rèn) UM Un acknowledgementMode 模式用于可靠性要求不高的業(yè)務(wù) 支持分組的切割和串接 不支持ARQ 用于實(shí)時(shí)性要求很高的業(yè)務(wù) 如VOIP 視頻業(yè)務(wù) PDU頭需要較短序列號(hào) 長(zhǎng)度指示透明 TM TransparentMode 模式用于將高層分組直接傳到下層 不封裝RLC協(xié)議頭 不分段 用于隨機(jī)接入等 1 36 TM模式 通過(guò)BCCH PCCH DL ULCCCH傳送 接收RLCPDU 1 37 UM模式 UMRLC通過(guò)邏輯信道DL ULDCCH DL ULDTCH MCCH MTCH傳送和接收RLCPDU 1 38 AM模式 AMRLC通過(guò)邏輯信道DL ULDCCH DL ULDTCH傳送 接收RLCPDU 1 39 LTERLC特點(diǎn) UM模式與TM模式承載的信道較少 功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單AM模式支持RLCSDU動(dòng)態(tài)分段 現(xiàn)有2G 3G系統(tǒng)只支持固定分段AM模式支持二次分段 現(xiàn)有2G 3G系統(tǒng)不支持LTE的RLC不再支持加密功能LTERLC支持流量控制功能 1 40 RLCPDU結(jié)構(gòu) RLC頭攜帶RLCPDU的序列號(hào) 與SDU序列號(hào)不同 1 41 目錄 2 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu)2 1物理層2 2媒體訪問(wèn)控制協(xié)議MAC2 3無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC2 4分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP2 5無(wú)線資源控制 RRC 協(xié)議2 6NAS層 1 42 PDCP實(shí)體 一個(gè)UE可以定義多個(gè)PDCP實(shí)體每個(gè)PDCP實(shí)體承載一個(gè)RB Radiobearer 的數(shù)據(jù)每個(gè)PDCP實(shí)體與一個(gè)或兩個(gè)RLC實(shí)體關(guān)聯(lián) 取決于RB特征 單向或雙向 一個(gè)PDCP實(shí)體與控制面還是用戶面關(guān)聯(lián) 取決于承載數(shù)據(jù)的RB特性SRB SignalingRadioBearer信令無(wú)線承載 PDCPcontrolPDUDRB DataRadioBearer數(shù)據(jù)無(wú)線承載 PDCPdataPDU 1 43 PDCP子層 PDCP子層在用戶面的業(yè)務(wù)及功能主要有 包頭壓縮和解壓縮用戶數(shù)據(jù)傳送 PDCP接收來(lái)自NAS的PDCPSDU 然后轉(zhuǎn)發(fā)到RLC子層 反之亦然在RLCAM切換時(shí)順序傳送和上層PDU重復(fù)檢測(cè)在RLCAM切換時(shí)PDCPSDU重傳加密PDCP子層在控制面的業(yè)務(wù)及功能主要有加密及完整性保護(hù)控制面數(shù)據(jù)傳送 1 44 LTEPDCP特點(diǎn) 壓縮算法簡(jiǎn)單 只支持一種支持加密 WCDMA加密在RLC和MAC TM模式時(shí) 實(shí)現(xiàn) 1 45 PDCP結(jié)構(gòu) PDCPPDU和PDCP頭為整數(shù)個(gè)字節(jié)PDCP頭長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)或兩個(gè)字節(jié) 1 46 目錄 2 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu)2 1物理層2 2媒體訪問(wèn)控制協(xié)議MAC2 3無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC2 4分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP2 5無(wú)線資源控制 RRC 協(xié)議2 6NAS層 1 47 RRC業(yè)務(wù)及功能 系統(tǒng)信息廣播涉及NAS和AS尋呼UE和E UTRAN之間RRC連接的建立 維護(hù)和釋放包括 UE和E UTRAN之間臨時(shí)標(biāo)識(shí)的分配RRC連接信令無(wú)線承載的配置安全功能包括密鑰管理點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)線承載的建立 配置 維護(hù)和釋放 1 48 RRC業(yè)務(wù)及功能 移動(dòng)性功能包括Inter cell和inter RAT之間UE的測(cè)量報(bào)告 和測(cè)量報(bào)告控制切換UE小區(qū)選擇和重選 以及小區(qū)選擇和重選的控制切換時(shí)上下文傳送MBMS業(yè)務(wù)功能Qos管理功能UE測(cè)量報(bào)告及報(bào)告控制NAS和UE之間的直傳消息傳送 1 49 RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換 LTE支持兩種RRC狀態(tài) RRC IDLE和RRC CONNECTEDRRC IDLE PLMN選擇NAS對(duì)DRX的配置系統(tǒng)消息廣播尋呼eNodeB中沒(méi)有RRC上下文存儲(chǔ) 1 50 RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換 RRC CONNECTEDUE有E UTRAN RRC連接UE在E UTRAN中有上下文信息E UTRAN知道UE屬于哪一個(gè)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)可以傳送或接收到達(dá)或來(lái)自UE的消息移動(dòng)性網(wǎng)絡(luò)控制 切換 inter RAT小區(qū)變更GERAN和NACC 1 51 RRC協(xié)議狀態(tài)及狀態(tài)變換 E UTRAN狀態(tài)及interRAT移動(dòng)性過(guò)程 CCO CellChangeOrder 1 52 目錄 2 無(wú)線空中接口協(xié)議架構(gòu)2 1物理層2 2媒體訪問(wèn)控制協(xié)議MAC2 3無(wú)線鏈路控制協(xié)議RLC2 4分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議PDCP2 5無(wú)線資源控制 RRC 協(xié)議2 6NAS層 1 53 NAS控制協(xié)議 NAS消息的傳輸如果傳輸塊大小允許 初始消息和RRC連接請(qǐng)求鏈接在一起當(dāng)NAS和RRC過(guò)程同步時(shí) 其他NAS消息可以與RRC消息鏈接NAS消息的完整性保護(hù)由RRC完成NAS消息的加密由PDCP完成NAS的協(xié)議狀態(tài)LTE DETACHEDLTE IDLELTE ACTIVE 1 54 NAS的協(xié)議狀態(tài) LTE DETACHED狀態(tài) 在該狀態(tài)下 沒(méi)有RRC實(shí)體 通常是剛開(kāi)機(jī)時(shí)的狀態(tài) 網(wǎng)絡(luò)側(cè)還沒(méi)有該用戶的RRC通信上下文 分配給用戶的標(biāo)識(shí)只有IMSI 網(wǎng)絡(luò)不知道用戶的位置信息 沒(méi)有上行或者下行的活動(dòng) 可以執(zhí)行PLMN CELL選擇 1 55 NAS的協(xié)議狀態(tài) LTE IDLE狀態(tài) UE處于RRC IDLE狀態(tài) 網(wǎng)絡(luò)側(cè)保存用戶的信息 如IP地址 安全相關(guān)的信息 密鑰等 用戶的能力信息 無(wú)線承載等 狀態(tài)的躍遷由eNodeB或EPC來(lái)決定 網(wǎng)絡(luò)側(cè)有該用戶的通信上下文 這樣可以使得用戶能夠快速的躍遷到LTE ACTIVE狀態(tài) 分配給該用戶的標(biāo)識(shí)信息有IMSI 在跟蹤區(qū) TA 中唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)用戶的ID 一個(gè)或多個(gè)IP地址 網(wǎng)絡(luò)知道終端在哪個(gè)跟蹤區(qū)中 終端被分配了非連續(xù)接收的周期 可以根據(jù)此周期進(jìn)行下行的接收 在這種狀態(tài)下 終端可以執(zhí)行小區(qū)重選的過(guò)程 1 56 NAS的協(xié)議狀態(tài) LT