8-LTE接口协议分析

第1页LTE接口协议分析2011年5月第2页培训目标学完本课程后，您应该能：了解E-UMTS接口协议的整个架构了解E-UMTS各接口的特性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GERANUTRANLTE系统总体构架UEE-UTRANMMESGSNServingGatewayPDNGatewayOperator’sIPServices(eg.IMS,PSSetc)HSSPCRF“LTE-Uu”S1-US1-MMES10S11S6aS3S4S12S5/8GxRxSGiX2S6dS9第5页INTERNETE-UTRAN和EPC的分工界面S1eNB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）RRCPDCPRLCMACPHYMMENAS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-GWUEIP地址分配基于每用户包过滤E-UTRANEPCeNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2E-UTRAN第6页eNB实现的功能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。IP头压缩和用户数据流加密。UE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。路由用户平面数据到S-GW。调度和传输寻呼消息。调度和传输广播消息。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将寻呼消息发送到eNodeB。跟踪区域的列表管理（UE的IDEL模式和ACTIVE模式）。在3GPP访问网络之间移动时，CN节点之间的信令传输。P-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择。MME选择，MME改变带来的切换。SGSN（服务GPRS支持节点）选择，为了切换到2G或3G网络。IDEL空闲状态下的移动性管理、漫游、确认等。SAE承载控制（承载建立和管理等）。NAS（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为eNB间的切换，进行本地的移动定位。3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制。在E-UTRAN的IDEL模式下，下行包缓冲和网络初始化。授权侦听。包路由和前向转移。上下行进行传输级的包标记。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用户的包过滤。授权侦听。UE的IP地址分配。传输级的下行包标记。上下行的服务级计费、速率控制。基于最大比特速率的下行速率控制。DHCPv4和DHCPv6功能。第10页E-UTRAN地面接口通用协议模型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NASRRCPDCPRLCMACL1RRCRLCMACL1IPL1RelayPDCPSCTPNASS1-APSCTPL2IPL1L2UELTE-UuS1-MMEeNodeBMME第12页GTP-U用户面协议栈结构应用层IPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1UDP/IPL1RelayIPGTP-UL2UDP/IPL1L2UELTE-UuS1-UeNodeBServingGWGTP-UGTP-UL1UDP/IPL1RelayL2S5/S8SGiL2UDP/IPPDNGW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E-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可分为：NAS控制协议L3层：无线资源控制（RRC）层L2层：媒体接入控制（MAC）子层无线链路控制（RLC）子层分组数据集中协议（PDCP）子层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无线接口协议栈垂直方向根据用途分为：用户平面协议栈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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。和UTRAN相比，空中接口的媒体接入控制（MAC）子层的实体类型得以简化，不再保留用于专用传输信道的MAC-d实体。广播媒体控制层（BMC）和UTRAN的公共业务信道（CTCH）不再保留。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。不再支持用于异频或异系统测量的压缩模式。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2.1物理层2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4分组数据汇聚协议PDCP2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS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传输信道的错误检测，并向高层提供指示传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制和解调HARQ软合并编码的传输信道向物理信道的映射物理信道功能加权频率与时间同步无线特征测量，并向高层提供指示MIMO天线处理、传输分集、波束赋形射频处理第20页LTE物理资源定义基本定义RE：ResourceelementRB：Resourceblock…123456723456789101112…1个上行时隙个SC-FDMA符号ULNsymb子载波子载波RE（k,l）RB：个RERBULNNscsymbl=0l=－1ULNsymbk=0k=－1RBULNNscRB配置常规CP127扩展CP126RBNscULNsymb第21页物理层处理Bit处理传送来自MAC层的数据块基准为24bitCRC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110,,,Aaaa110,,,Bbbb)1(10,,,rKrrrccc)()1()(1)(0,,,iDririrrddd)1(10,,,rErrreee110,,,Gfff第22页物理层处理符号处理调制：QPSK，16QAM，和64QAM（64QAMUE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OFDM信号产生天线端口第23页下行物理信道物理广播信道（PBCH：Physicalbroadcastchannel）物理控制格式指示信道（PCFICH：Physicalcontrolformatindicatorchannel）物理HARQ指示信道（PHICH：PhysicalHARQindicatorchannel）物理下行控制信道（PDCCH：Physicaldownlinkcontrolchannel）物理下行共享信道（PDSCH：Physicaldownlinksharedchannel）物理多播信道（PMCH：Physicalmulticastchannel）第24页下行物理信号Cell-specific下行参考信号（CRS）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同步信号主同步信号：正交序列有3种从同步信号：伪随机序列有168种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（168×3＝504）第25页下行资源分配实例s0s472个中心REs7s11第26页上行物理信道物理上行控制信道（PUCCH：Physicaluplinkcontrolchannel）物理上行共享信道（PUSCH：Physicaluplinksharedchannel）物理随机接入信道（PRACH：Physicalrandomaccesschannel）第27页上行物理信号上行参考信号支持2种上行参考信号：解调参考信号（DMSR），与PUSCH和PUCCH关联Sounding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-SCHRACHPUSCHPRACHPUCCHUplinkTransportchannelsUplinkPhysicalchannelsBCHMCHPCHDL-SCHPBCHPMCHPDSCHPDCCHDownlinkTransportchannelsDownlinkPhysicalchannels下行：上行：第29页目录1.LTE接口概述2.空中接口协议构架2.1物理层2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4分组数据汇聚协议PDCP2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层3.S1接口协议栈分析4.X2接口协议分析第30页MAC层MAC层功能：主要实现与调度和HARQ相关的功能。与WCDMA相比，LTE的MAC实体的特点：每个小区只存在一个MAC实体，负责实现MAC相关的全部功能。逻辑信道与传输信道的映射：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广播控制信道BCCH：广播系统控制信息寻呼控制信道PCCH：寻呼信息，网络不知道UE位置时使用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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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专用业务信道DTCH：双向点到点信道，专用于一个UE传输用户信息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：PCCHBCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCHBCHDL-SCHMCHDownlinkLogicalchannelsDownlinkTransportchannelsCCCHDCCHDTCHUL-SCHUplinkLogicalchannelsUplinkTransportchannelsARCH第33页目录1.LTE接口概述2.空中接口协议构架2.1物理层2.2媒体访问控制协议MAC2.3无线链路控制协议RLC2.4分组数据汇聚协议PDCP2.5无线资源控制（RRC）协议2.6NAS层3.S1接口协议栈分析4.X2接口协议分析第34页RLC层eNB侧配置的RLC实体，与UE侧配置的RLC实体对应RLC实体通过与高层的接口（SAP），传送或接收RLCSDURLC实体通过逻辑信道，传送或接收RLCSDU存在两种RLCPDU：RLCdataPDURLCcontrolPDU第35页RLC层功能对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输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）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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顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时出外）重复检测（针对UM和AM数据）底层协议错误检测与恢复eNodeB和UE间的流控SDU丢弃（针对UM和AM数据）第36页RLC层模式确认（AM：AcknowledgementMode）模式用于可靠性很高、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。非确认（U