LTE接口协议分析ppt课件.pptx

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1、LTELTE接口协议接口协议培训目标培训目标l学完本课程后，您应该能：p了解E-UMTS接口协议的整体架构p了解E-UMTS各接口的特性p了解与协议栈相关的概念目目 录录1. LTE接口概述2. 空中接口协议栈分析3. S1接口协议栈分析4. X2接口协议栈分析LTELTE系统总体架构系统总体架构eNBeNB实现的功能实现的功能l无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、UE上下行的动态资源分配lIP头压缩和用户数据流加密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-GWl从MME发起的寻呼消息的调度和传

2、输l从MME发起的广播消息的调度和传输l就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置。MMEMME（移动性管理实体）实现的功能（移动性管理实体）实现的功能l移动性管理l会话管理lP-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择lSAE承载控制（承载建立和管理等）lNAS(非接入层)信令、信令的加密和完整性保护l安全控制S-GWS-GW实现的功能实现的功能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IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化l分组数据包路由和转发分组数据包路由和转发l在上下行进行传输级的包标记l在运营商之间交换用户和QoS

3、类别标识的有关计费信息P-GWP-GW实现的动能实现的动能l用户的包过滤l会话和承载管理会话和承载管理lUE的的IP地址分配地址分配l传输级的下行包标记l上下行的服务级计费、速率控制l基于最大比特速率的下行速率控制lDHCP v4和DHCP v6功能目目 录录1. LTE接口概述2. 空中接口协议栈分析3. S1接口协议栈分析4. X2接口协议栈分析无线空中接口协议架构无线空中接口协议架构lE-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可分为：pNAS控制协议pL3层：无线资源控制（RRC）层pL2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pL1层：物

4、理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射UuUu接口协议结构接口协议结构L3controlcontrolcontrolLogical Channels Transport ChannelsC-plane signallingU-plane informationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLC MACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplication avoidanceUuS boundarycontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadio BearersRRC无线资源控制controlFDD/TDD FDD/TDD 相同的设计相同的设计:

5、:高层信令相同 ，如NAS和RRC 2层用户平面相同: 如MAC，RLC和PDCP物理层70%相同eNodeBU-planeC- planeNASRRCPDCPRLCMACPHYFDD/TDD的主要区别在于帧结构、时分设计、同步、多天线等LTE FDD/TDD LTE FDD/TDD 的比较设计层面的比较设计层面控制平面的主要功能由上层的无线资源控制层（控制平面的主要功能由上层的无线资源控制层（RRCRRC）和非接入子层（）和非接入子层（NASNAS）实现。实现。用户平面协议栈主要由分组数据汇聚子层用户平面协议栈主要由分组数据汇聚子层PDCPPDCP，无线链路控制子层，无线链路控制子层RLCR

6、LC，媒体，媒体接入控制子层接入控制子层MACMAC三个子层构成。三个子层构成。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。PDCP主要任务是IP头头压缩，压缩，用户数据完整性保护和加密。用户数据完整性保护和加密。MAC主要实现与

7、调度和主要实现与调度和HARQ相关功能，逻辑信道与传输信道的映射。相关功能，逻辑信道与传输信道的映射。RLC实现的功能：支持 AM、UM、TM 三种数据传输模式 , 数据分段与重组，SDU排序和丢弃空口协议栈功能空口协议栈功能目目 录录2. 无线空中接口协议架构2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC2.3 无线链路控制协议RLC2.4 物理层2.5 无线资源控制（RRC）协议2.6 NAS层PDCPPDCP实体实体l一个UE可以定义多个PDCP实体l每个PDCP实体承载一个RB（Radio bearer）的数据l每个PDCP实体与一个或两个RLC实体关联，取决于RB特

8、征（单向或双向）l一个PDCP实体与控制面还是用户面关联，取决于承载数据的RB特性pSRB (Signaling Radio Bearer 信令无线承载信令无线承载) - PDCP control PDUpDRB (Data Radio Bearer数据无线承载数据无线承载) - PDCP data PDUPDCPPDCP子层子层lPDCP子层在用户面的业务及功能主要有:p用户平面数据的包头压缩和解压缩p用户数据传送：PDCP接收来自NAS的PDCP SDU，然后转发到RLC子层，反之亦然p在RLC AM切换时顺序传送和上层PDU重复检测p在RLC AM切换时PDCP SDU重传p加密lPDC

9、P子层在控制面的业务及功能主要有p加密及完整性保护p控制面数据传送目目 录录2. 无线空中接口协议架构2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC2.3 无线链路控制协议RLC2.4 物理层2.5 无线资源控制（RRC）协议2.6 NAS层MACMAC层层lMAC层功能：p主要实现与调度和HARQ相关的功能. p逻辑信道与传输信道的映射：MACMAC调度算法调度算法l常用的分组调度算法p最大 C/I算法p轮询算法 (Round Robin ：RR)p正比公平算法 (PF)p增强型正比公平算法（EPF）l其他调度算法p持续调度算法( Persistent scheduling

10、 ：PS)p半持续调度算法( Semi-persistent scheduling ：SPSMACMAC调度算法调度算法逻辑信道功能逻辑信道功能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没有和网络的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有RRC连接时使用l专用业务信道DTCH: 双向p2p信道，专用于一个UE传输用户信息l多播业务信道MTCH: 点

11、到多点下行信道逻辑信道及映射逻辑信道及映射l下行逻辑信道及映射逻辑信道及映射l上行目目 录录2. 无线空中接口协议架构2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC2.3 无线链路控制协议RLC2.4 物理层2.5 无线资源控制（RRC）协议2.6 NAS层RLCRLC层功能层功能l对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输l通过ARQ机制进行错误修正(CRC校验由物理层完成,针对AM数据)l根据传输块大小进行动态分段(级联/分段/重装)，针对UM和AM数据l重传时对PDU进行重分段，重分段的数目没有限制，针对AM数据l顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时

12、除外）l重复检测（针对UM和AM数据） l底层协议错误检测与恢复leNodeB和UE间的流控lSDU丢弃（针对UM和AM数据）RLCRLC层模式层模式l确认(AM, Acknowledgement Mode)模式p用于可靠性要求很高、分组长度可变的业务。支持ARQ、分组的切割和串接。PDU头需要较长序列号、轮询比特、长度指示。如用于TCP业务、文件传输等，主要关心无错传输l非确认(UM, Un-acknowledgement Mode)模式p用于可靠性要求不高的业务。支持分组的切割和串接、不支持ARQ。用于实时性要求很高的业务，如VOIP、视频业务。PDU头需要较短序列号、长度指示l透明(TM

13、, Transparent Mode)模式p用于将高层分组直接传到下层，不封装RLC协议头。不分段，用于随机接入等目目 录录2. 无线空中接口协议架构2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC2.3 无线链路控制协议RLC2.4 物理层2.5 无线资源控制（RRC）协议2.6 NAS层物理层主要功能物理层主要功能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、物理信道调制与解调lHARQ软合并l编码的传输信道向物理信道的映射l物理信道功率加权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射频处理下行物理信道下行物

14、理信道l物理广播信道（ PBCHPBCH ： Physical broadcast channel Physical broadcast channel ）l物理下行共享信道（ PDSCHPDSCH ： Physical downlink shared Physical downlink shared channel channel ）l物理组播信道（ PMCHPMCH ： Physical multicast channel Physical multicast channel ）l物理下行控制信道（ PDCCHPDCCH ： Physical downlink control Physic

15、al downlink control channel channel ）l物理控制格式指示信道（ PCFICHPCFICH ： Physical control Physical control format indicator channel format indicator channel ）下行物理信号下行物理信号lCell-specific下行参考信号p参考信号用于传送下行链路相干解调信息p正交序列有3种，伪随机序列有168种p每个小区通过一个正交序列和一个伪随机序列的组合来识别，因此总共有504种不同的小区ID（168*3=504）l同步信号p主同步信号p辅同步信号上行物理信道上行

16、物理信道l物理上行共享信道（ PUSCHPUSCH ：Physical uplink shared Physical uplink shared channel channel ）l物理上行控制信道（ PUCCHPUCCH ：Physical uplink control Physical uplink control channel channel ）l物理随机接入信道（ PRACHPRACH ：Physical random access Physical random access channel channel ）上行物理信号上行物理信号l上行参考信号p支持2种上行参考信号n解调参考信

17、号，与PUSCH 和PUCCH关联nSounding参考信号，与PUSCH 和PUCCH无关联目目 录录2. 无线空中接口协议架构2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC2.3 无线链路控制协议RLC2.4 物理层2.5 无线资源控制（RRC）协议2.6 NAS层RRCRRC业务及功能业务及功能l系统信息广播涉及NAS和ASl寻呼lUE和E-UTRAN之间RRC连接的建立，维护和释放包括：pUE和E-UTRAN之间临时标识的分配pRRC连接信令无线承载的配置l安全功能包括密钥管理l点到点无线承载的建立，配置，维护和释放RRCRRC业务及功能业务及功能l移动性功能包括pI

18、nter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制p切换pUE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制p切换时上下文传送lMBMS业务功能lQos管理功能lUE测量报告及报告控制lNAS和UE之间的直传消息传送RRCRRC协议状态及状态变换协议状态及状态变换lLTE支持两种RRC状态：RRC_IDLE和RRC_CONNECTEDlRRC_IDLE:pPLMN选择pNAS对DRX的配置p系统消息广播p寻呼peNodeB中没有RRC上下文存储RRCRRC协议状态及状态变换协议状态及状态变换lRRC_CONNECTEDpUE有E-UTRAN-RRC连接pUE在E-UTRAN中有

19、上下文信息pE-UTRAN知道UE属于哪一个小区p网络可以传送或接收到达或来自UE的消息p移动性网络控制（切换，inter-RAT小区变更GERAN和NACC）目目 录录2. 无线空中接口协议架构2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC2.3 无线链路控制协议RLC2.4 物理层2.5 无线资源控制（RRC）协议2.6 NAS层NASNAS控制协议控制协议lNAS消息的传输p如果传输块大小允许，初始消息和RRC连接请求链接在一起p当NAS和RRC过程同步时，其他NAS消息可以与RRC消息链接pNAS消息的完整性保护由RRC完成pNAS消息的加密由PDCP完成EUTRAN

20、EUTRAN协议状态转换协议状态转换完整的数据封装流程完整的数据封装流程目目 录录1. LTE接口概述2. 空中接口协议栈分析3. S1接口协议栈分析4. X2接口协议栈分析S1S1接口结构接口结构 EPC EUTRAN eNodeB “S1-U” “S1-MME” S-GTW MME eNodeB S-GTW MME lS1功能：pS1 UE context管理功能n建立释放 SAE bearer context, security context, UE S1 signalling connection ID(s)等pSAE承载管理pGTP-U隧道管理pS1信令链路管理p不同LTE之间的切

21、换pInter-3GPP RAT切换p寻呼功能p网络共享功能pNAS节点选择功能p安全功能S1S1协议栈协议栈目目 录录1. LTE接口概述2. 空中接口协议栈分析3. S1接口协议栈分析4. X2接口协议栈分析X2X2接口功能接口功能l支持UE在LTE_ACTIVE状态下的Intra LTE-Access-System 移动性p从源eNB到目标eNB的context传送p源eNB和目标eNB之间的用户面隧道控制p切换取消l负载管理l小区间干扰协调p上行链路干扰负载管理lX2接口综合管理和错误处理功能p错误指示X2X2协议栈结构协议栈结构 X2-AP Transport Network Layer User Transport Network Plane Control Plane User Plane Transport User Network Plane Radio Network Layer GTP-U UDP IP Data link layer Physical layer User Plane PDUs SCTP IP Data link layer Physical layer