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1、 第二章第二章 TD LTE 网络结构和接口网络结构和接口 2 1 TD LTE 系统结构系统结构 TD LTE 对 TD SCDMA 的网络架构进行了优化 采用扁平化的网络结构 取消 RNC 节 点 接入网侧仅包含 Node B 一种实体 这简化了网络设计 降低了后期维护的难度 实现 了全 IP 路由 网络结构趋近于 IP 宽带网络 整个 TD LTE 系统由演进型分组核心网 Evolved Packet Core EPC 演进型基站 eNodeB 和用户设备 UE 三部分组成 如图 2 1 所示 其中 EPC 负责核心网部分 EPC 控制处理部分称为 MME 数据承载部分称为 SAE Ga
2、teway S GW eNode B 负责接入 网部分 也称 E UTRAN UE 指用户终端设备 图 2 1 TD LTE 网络架构 如图 2 1 所示 eNode B 与 EPC 通过 S1 接口连接 eNode B 之间通过 X2 接口连接 eNode B 与 UE 之间通过 Uu 接口连接 与 UMTS 相比 由于 NodeB 和 RNC 融合为网元 eNodeB 所 以 TD LTE 少了 Iub 接口 X2 接口类似于 Iur 接口 S1 接口类似于 Iu 接口 但都有较大简化 因为 TD LTE 系统在 TD SCDMA 系统的基础上对网络架构做了较大的调整 相应的 其 核心网和
3、接入网的功能划分也有所变化 如图 2 2 所示 图 2 2 核心网和接入网之间功能划分 MME 的功能主要包括 寻呼消息发送 安全控制 Idle 状态的移动性管理 SAE 承载管 理 以及 NAS 信令的加密与完整性保护等 S GW 的功能主要包括 数据的路由和传输 以及用户面数据的加密 2 2 空中接口协议栈空中接口协议栈 空中接口是指终端和接入网之间的接口 通常也称之为无线接口 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 无线接口协议栈根据用途分为用户平面协议栈 和控制平面协议栈 2 2 1 控制平面协议 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
4、和最终的资源 释放 如图 2 3 所示 图 2 3 控制平面协议栈 控制平面协议栈主要包括非接入层 Non Access Stratum NAS 无线资源控制子层 Radio Resource Control RRC 分组数据汇聚子层 Packet Date Convergence Protocol PDCP 无线链路控制子层 Radio Link Control RLC 及媒体接入控制子层 Media Access Control MAC 控制平面的主要功能由上层的 RRC 层和非接入子层 NAS 实现 NAS 控制协议实体位于终端 UE 和移动管理实体 MME 内 主要负责非接入层的管理和
5、 控制 实现的功能包括 EPC 承载管理 鉴权 产生 LTE IDLE 状态下的寻呼消息 移动性管 理 安全控制等 RRC 协议实体位于 UE 和 eNode B 网络实体内 主要负责接入层的管理和控制 实现的 功能包括 系统消息广播 寻呼建立 管理 释放 RRC 连接管理 无线承载 Radio Bearer RB 管理 移动性功能 终端的测量和测量上报控制 PDCP MAC 和 RLC 的功能和在用户平面协议实现的功能相同 详见 2 2 2 节 2 2 2 用户平面协议 用户平面用于执行无线接入承载业务 主要负责用户发送和接收的所有信息的处理 如 图 2 4 所示 图 2 4 用户平面协议栈
6、 用户平面协议栈主要由 MAC RLC PDCP 三个子层构成 PDCP 主要任务是头压缩 用户面数据加密 MAC 子层实现与数据处理相关的功能 包括信道管理与映射 数据包的封装与解封装 HARQ 功能 数据调度 逻辑信道的优先级管理等 RLC 实现的功能包括数据包的封装和解封装 ARQ 过程 数据的重排序和重复检测 协 议错误检测和恢复等 2 3 S1 接口协议栈接口协议栈 2 3 1 S1 接口用户平面 S1 用户面接口 S1 U 是指连接在 eNode B 和 S GW 之间的接口 S1 U 接口提供 eNode B 和 S GW 之间用户平面协议数据单元 Protocol Date U
7、nite PDU 的非保障传输 S1 接口 用户平面协议栈如图 2 5 所示 S1 U 的传输网络层建立在 IP 层之上 UDP IP 协议之上采用 GPRS 用户平面隧道协议 GPRS Tunneling Protocol for User Plane GTP U 来传输 S GW 和 eNode B 之间的用户平面 PDU GTP U UDP IP 数据链路层 用户平面 PDU 物理层 图 2 5 S1 接口用户平面 eNB S GW 2 3 2 S1 接口控制平面 S1 控制平面接口 S1 MME 是指连接在 eNode B 和 MME 之间的接口 S1 控制平面接 口如图 2 6 所示
8、 与用户平面类似 传输网络层建立在 IP 传输基础上 不同之处在于 IP 层 之上采用 SCTP 层来实现信令消息的可靠传输 应用层协议栈可参考 S1 AP S1 应用协议 SCTP IP 数据链路层 S1 AP 物理层 图 2 6 S1 接口控制平面 eNB MME 在 IP 传输层 PDU 的传输采用点对点方式 每个 S1 MME 接口实例都关联一个单独的 SCTP 与一对流指示标记作用于 S1 MME 公共处理流程中 只有很少的流指示标记作用于 S1 MME 专用处理流程中 MME 分配的针对 S1 MME 专用处理流程的 MME 通信上下文指示标记 以及 eNode B 分配的针对 S
9、1 MME 专用处理流程的 eNode B 通信上下文指示标记 都应当对特定 UE 的 S1 MME 信令传输承载进行区分 通信上下文指示标记在各自的 S1 AP 消息中单独传送 2 3 3 主要功能 S1 接口主要具备以下功能 1 EPS 承载服务管理功能 包括 EPS 承载的建立 修改和释放 2 S1 接口 UE 上下文管理功能 3 EMM CONNECTED 状态下针对 UE 的移动性管理功能 包括 Intra LTE 切换 Inter 3GPP RAT 切换 4 S1 接口寻呼功能 寻呼功能支持向 UE 注册的所有跟踪区域内的小区中发送寻呼 请求 基于服务 MME 中 UE 的移动性管
10、理内容中所包含的移动信息 寻呼请求将被发送到 相关 eNode B 5 NAS 信令传输功能 提供 UE 与核心网之间非接入层的信令的透明传输 6 S1 接口管理功能 如错误指示 S1 接口建立等 7 网络共享功能 8 漫游与区域限制支持功能 9 NAS 节点选择功能 10 初始上下文建立功能 2 4 X2 接口协议栈接口协议栈 2 4 1 X2 接口用户平面 X2 接口用户平面提供 eNode B 之间的用户数据传输功能 X2 的用户平面协议栈如图 2 7 所示 与 S1 UP 协议栈类似 X2 UP 的传输网络层基于 IP 传输 UDP IP 之上采用 GTP U 来 传输 eNode B
11、 之间的用户面 PDU GTP U UDP IP 数据链路层 用户面 PDU 物理层 图 2 7 X2 接口用户面 eNB eNB 2 4 2 X2 接口控制平面 X2 控制面接口 X2 CP 定义为连接 eNB 之间接口的控制面 X2 接口控制面的协议栈如图 2 8 所示 传输网络层是建立在 SCTP 上 SCTP 是在 IP 上 应用层的信令协议表示为 X2 AP X2 应用协议 SCTP IP 数据链路层 X2 AP 物理层 图 2 8 X2 接口控制面 每 X2 C 接口含一个单一的 SCTP 并具有双流标识的应用场景应用 X2 C 的一般流程 具 有多对流标识仅应用于 X2 C 的特
12、定流程 源 eNB 为 X2 C 的特定流程分配源 eNB 通信的上 下文标识 目标 eNB 为 X2 C 的特定流程分配目标 eNB 通信的上下文标识 这些上下文标识 用来区别 UE 特定的 X2 C 信令传输承载 通信上下文标识通过各自的 X2 AP 消息传输 2 4 3 主要功能 X2 AP 协议主要支持以下功能 1 支持 UE 在 EMM CONNECTED 状态时的 LTE 接入系统内的移动性管理功能 如在切 换过程中由源 eNB 到目标 eNB 的上下文传输 源 eNB 与目标 eNB 之间用户平面隧道的控制 切换取消等 2 上行负载管理功能 3 一般性的 X2 管理和错误处理功能 如错误指示等 参考文献 参考文献 1 沈嘉 索世强 全海洋等 3GPP 长期演进 LTE 技术原理与系统设计 M 北京 人民 邮电出版社 2008 2 王映民 孙韶辉等 TD LTE 技术原理与系统设计 M 北京 人民邮电出版社 2010 6 3 孙天伟 3GPP LTE SAE 网络体系结构和标准化演进 J 广东通信技术 2007 2 4 胡宏林 徐景 3GPP LTE 无线链路关键技术 M 北京 电子工业出版社 2008 5
