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1、第页 LTE接口协议分析 2011年5月 第2页 培训目标 l 学完本课程后，您应该能： p 了解E-UMTS接口协议的整个架构 p 了解E-UMTS各接口的特性 p 了解与协议栈相关的概念 第3页 目 录 1. LTE接口概述 2. 空中接口协议构架 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议分析 第4页 GERAN UTRAN LTE系统总体构架 UEE-UTRAN MME SGSN Serving Gateway PDN Gateway Operators IP Services (eg. IMS, PSS etc) HSS PCRF “LTE- Uu” S1-U S1-MME S10
2、 S11 S6a S3 S4 S12 S5/8 Gx Rx SGi X2 S6d S9 第5页 INTERNET E-UTRAN和EPC的分工界面 S1 eNB 小区间无线资源管理 无线承载控制 连接移动性管理 无线接入控制 eNodeB测量 动态资源分配 （调度） RRC PDCP RLC MAC PHY MME NAS安全 空闲状态 移动性管理 EPC承载控制 S-GW 移动性管 理接入点 P-GW UE IP地 址分配 基于每用 户包过滤 E-UTRANEPC 第6页 eNB实现的功能 l无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连接移动 性管理、UE上下行的动态资源分配。 lIP头压缩
3、和用户数据流加密。 lUE连接期间，选择MME，当无路由信息可用时，可以根 据UE提供的信息来间接确定到达MME的路径。 l路由用户平面数据到S-GW。 l调度和传输寻呼消息。 l调度和传输广播消息。 l就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置。 第7页 MME（移动性管理实体）实现的功能 l将寻呼消息发送到eNodeB。 l跟踪区域的列表管理（UE的IDEL模式和ACTIVE模式）。 l在3GPP访问网络之间移动时，CN节点之间的信令传输。 lP-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择。 lMME选择，MME改变带来的切换。 lSGSN（服务GPRS支持节点）选择，为了切换到
4、2G或3G网 络。 lIDEL空闲状态下的移动性管理、漫游、确认等。 lSAE承载控制（承载建立和管理等）。 lNAS（非接入网）信令、信令的加密和完整性保护。 第8页 S-GW实现的功能 l为eNB间的切换，进行本地的移动定位。 l3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制。 l在E-UTRAN的IDEL模式下，下行包缓冲和网络初始化。 l授权侦听。 l包路由和前向转移。 l 上下行进行传输级的包标记。 l在营运商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息。 第9页 P-GW实现的功能 l用户的包过滤。 l授权侦听。 lUE的IP地址分配。 l传输级的下行包标记。 l上下行的服务级计费、速率控
5、制。 l基于最大比特速率的下行速率控制。 lDHCP v4和DHCP v6功能。 第10页 E-UTRAN地面接口通用协议模型 l对于S1/X2接口，层与层之间，面与面之间彼此逻辑上独 立。所以当有相应需求时，标准实体可以很容易改变协议 栈和其各平面来满足将来的需求。 无线网络层 传输网络层 控制面用户面 应用协议数据流 传输网络用户面传输网络用户面 物理层 信令承载数据承载 第11页 S1-AP 控制面协议栈结构 NAS RRC PDCP RLC MAC L1 RRC RLC MAC L1 IP L1 Relay PDCPSCTP NAS S1-AP SCTP L2 IP L1 L2 UE
6、LTE-UuS1-MME eNodeBMME 第12页 GTP-U 用户面协议栈结构 应用层 IP PDCP RLC MAC L1 PDCP RLC MAC L1 UDP/IP L1 Relay IP GTP-U L2 UDP/IP L1 L2 UE LTE-UuS1-U eNodeBServing GW GTP-UGTP-U L1 UDP/IP L1 Relay L2 S5/S8SGi L2 UDP/IP PDN GW 第13页 目 录 1. LTE接口概述 2. 空中接口协议构架 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议分析 第14页 Uu接口协议结构 第15页 无线空中接口协议架构
7、lE-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可分为： p NAS控制协议 p L3层：无线资源控制（RRC）层 p L2层： n媒体接入控制（MAC）子层 n无线链路控制（RLC）子层 n分组数据集中协议（PDCP）子层 p L1层：物理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射 第16页 无线空中接口协议架构 l无线接口协议栈垂直方向根据用途分为： p 用户平面协议栈 p 控制平面协议栈 第17页 LTE空中接口协议与UTRAN相比主要改进 l不再使用专用传输信道，通过在上下行链路适用共享信道，使 多个用户共享空中接口的无线资源。 l和UTRAN相比，空中接口的媒体接入控制（MAC）子层的实体 类型
8、得以简化，不再保留用于专用传输信道的MAC-d实体。 l广播媒体控制层（BMC）和UTRAN的公共业务信道（CTCH） 不再保留。 l对于点对点业务，不再使用宏分集合并，但并不排除对于广播 多播业务（MBMS）进行下行链路的软合并。 l不再支持用于异频或异系统测量的压缩模式。 l减少RRC状态数，只保留RRC_IDEL和RRC_CONNECT两种状 态，最大程度地简化RRC层的处理。 第18页 目 录 1. LTE接口概述 2. 空中接口协议构架 p2.1 物理层 p2.2 媒体访问控制协议MAC p2.3 无线链路控制协议RLC p2.4 分组数据汇聚协议PDCP p2.5 无线资源控制（R
9、RC）协议 p2.6 NAS层 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议分析 第19页 物理层主要功能 l传输信道的错误检测，并向高层提供指示 l传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制和解调 lHARQ软合并 l编码的传输信道向物理信道的映射 l物理信道功能加权 l频率与时间同步 l无线特征测量，并向高层提供指示 lMIMO天线处理、传输分集、波束赋形 l射频处理 第20页 LTE物理资源定义 l基本定义 p RE：Resource element p RB：Resource block 1234567 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1个上行时 隙 个SC-FDM
10、A符号 子载波 子载波 RE（k,l） RB： 个RE l =0l = 1 k =0 k = 1 配置 常规CP127 扩展CP126 第21页 物理层处理 lBit处理 p 传送来自MAC层的数据块 p 基准为24bit CRC p 信道编码：Turbo编码 传输块CRC添加 码块分段 码块CRC添加 信道编码 速率匹配 码块级联 第22页 物理层处理 l符号处理 p 调制：QPSK，16QAM，和64QAM（64QAM UE可选） 信道 编码 码字1 加扰调制 层 映 射 信道 编码 码字Q 加扰调制 预 编 码 层1 层2 层L 资源粒子 映射 资源粒子 映射 OFDM 信号产生 OFD
11、M 信号产生 天线端口 第23页 下行物理信道 l物理广播信道（PBCH：Physical broadcast channel） l物理控制格式指示信道（PCFICH：Physical control format indicator channel） l物理HARQ指示信道（PHICH：Physical HARQ indicator channel ） l物理下行控制信道（PDCCH：Physical downlink control channel ） l物理下行共享信道（PDSCH：Physical downlink shared channel ） l物理多播信道（PMCH：Physi
12、cal multicast channel） 第24页 下行物理信号 lCell-specific下行参考信号 （CRS） p 参考信号用于传送下行链路相干解调信息及下行信道估计 和质量测量 l同步信号 p 主同步信号：正交序列有3种 p 从同步信号：伪随机序列有168种 p 每个小区通过一个正交序列和伪随机序列的组合来识别， 因此总共有504种不用的小区ID（1683504） 第25页 下行资源分配实例 s0s4 72个中心RE s7s11 第26页 上行物理信道 l物理上行控制信道（PUCCH： Physical uplink control channel ） l物理上行共享信道（PUS
13、CH：Physical uplink shared channel） l物理随机接入信道（PRACH：Physical random access channel） 第27页 上行物理信号 l上行参考信号 p 支持2种上行参考信号： n解调参考信号（DMSR），与PUSCH和PUCCH关联 nSounding参考信号（SRS），与PUSCH和PUCCH无关联 第28页 传输层到物理层的映射 UP-SCHRACH PUSCHPRACH PUCCH Uplink Transport channels Uplink Physical channels BCHMCHPCHDL-SCH PBCHPMCH
14、PDSCHPDCCH Downlink Transport channels Downlink Physical channels 下行 ： 上行 ： 第29页 目 录 1. LTE接口概述 2. 空中接口协议构架 p2.1 物理层 p2.2 媒体访问控制协议MAC p2.3 无线链路控制协议RLC p2.4 分组数据汇聚协议PDCP p2.5 无线资源控制（RRC）协议 p2.6 NAS层 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议分析 第30页 MAC层 lMAC层功能： p 主要实现与调度和HARQ相关的功能。 p 与WCDMA相比，LTE的MAC实体的特点：每个小区只存 在一个MAC
15、实体，负责实现MAC相关的全部功能。 p 逻辑信道与传输信道的映射： n与WCDMA相比，LTE中的逻辑信道与传输信道类型都 大大减少。映射关系变得比较简单。 第31页 逻辑信道功能 l广播控制信道BCCH：广播系统控制信息 l 寻呼控制信道PCCH：寻呼信息，网络不知道UE位置时使用 l公共控制信道CCCH：UE与网络间传输控制信息，当UE没有与网 络的RRC连接时使用该信道 l多播控制信道MCCH：从网络到UE的MBMS调度和控制信息传输 使用的点到多点下行信道 l专用控制信道DCCH：专用控制信息的点到点双向信道，UE 与 RRC连接时使用 l专用业务信道DTCH：双向点到点信道，专用于
16、一个UE传输用户 信息 l多播业务信道MTCH：点到多点下行信道 第32页 逻辑信道及映射 下行 ： 上行 ： PCCHBCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCH PCHBCHDL-SCHMCH Downlink Logical channels Downlink Transport channels CCCHDCCHDTCH UL-SCH Uplink Logical channels Uplink Transport channels ARCH 第33页 目 录 1. LTE接口概述 2. 空中接口协议构架 p2.1 物理层 p2.2 媒体访问控制协议MAC p2.3 无线链路控制协议RLC p2.4 分组数据汇聚协议PDCP p2.5 无线资源控制（RRC）协议 p2.6 NAS层 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议分析 第34页 RLC层 leNB侧配置的RLC实体，与UE侧配置的RLC实体对应 lRLC实体通过与高层的接口（SAP），传送或接收RLC SDU lRLC实
