LTE的关键技术介绍

LTE标准介绍王斌[e-mail]LTE的系统架构LTE的协议堆栈和功能划分LTE用户面PDCPRLCMACLTE控制面LTE的关键技术LTE-A的关键技术中继技术载波聚合技术增强技术3GPP标准组织与制定阶段阶段1：需求阶段2：结构阶段3：详细实现RAN1-物理层RAN2-L2与L3无线协议RAN3-结构与S1/X2接口RAN4-RF与RRM性能要求RAN5-终端测试无线网络结构eNBMME/SAEGatewayMME/SAEGatewayeNBeNBS1接口S1接口S1接口S1接口X2接口X2接口X2接口E-UTRAN出于达到简化信令流程，缩短延迟的目的，E-UTRAN舍弃了UTRAN的RNC-NodeB结构，完全由eNB（基站）组成LTE协议堆栈和功能划分interneteNBRBControlConnectionMobilityCont.eNBMeasurementConfiguration&ProvisionDynamicResourceAllocation(Scheduler)PDCPPHYMMES-GWS1MACInterCellRRMRadioAdmissionControlRLCE-UTRANEPCRRCMobilityAnchoringEPSBearerControlIdleStateMobilityHandlingNASSecurityP-GWUEIPaddressallocationPacketFiltering用户平面结构eNBPHYUEPHYMACRLCMACSAEGatewayPDCPPDCPRLC在用户面，协议栈主要分为MAC、RLC、PDCP。主要完成头压缩、加密、解密、调度、ARQ和HARQ的功能控制平面控制平面的底层协议，和用户平面相似，而上层的RRC层和非接入子层（NAS）是控制平面最重要的部分。eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCEPSBearerServiceArchitectureP-GWS-GWPeerEntityUEeNBEPSBearerRadioBearerS1BearerEnd-to-endServiceExternalBearerRadioS5/S8InternetS1E-UTRANEPCGiS5/S8BearerRRC子层RRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连接管理、无线承载控制（RBC）、移动性管理、UE测量上报和控制等功能。把RRC在网络侧终结于eNB，是网络的一个重大改变。RRC的状态RRC_IDLE：当UE不发起业务时，通常处于该状态。此时，eNB侧也没有UE的RRC上下文，只进行一些诸如监听寻呼、小区广播消息等操作，在eNB之内不存储RRC上下文。RRC_CONNECTED：UE已经建立业务后，进入RRC连接状态，E-UTRAN具有该UE的上下文，并知道UE所在的小区；网络和UE之间进行数据传送；进行切换和邻区测量；以及控制UE进行非连续发送/接收（DTX／DRX）。非接入层非接入层（NAS，Non-Access-Stratum），顾名思义，更多的是完成核心网对用户的移动性、呼叫控制和QoS管理功能，不属于接入网的范畴，这部分终结于GW。UE的NAS层状态和其所处的RRC状态有相应的关系NAS层的状态LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着等状态LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态。UE和网络侧存储的信息包括：给UE分配的IP地址、安全相关的参数（密钥等）、UE的能力信息、无线承载。此时UE的状态转移由基站或GW决定。3)LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态；状态转移由基站或GW决定。NAS层的状态LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着等状态LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态。UE和网络侧存储的信息包括：给UE分配的IP地址、安全相关的参数（密钥等）、UE的能力信息、无线承载。此时UE的状态转移由基站或GW决定。3)LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态；状态转移由基站或GW决定。层2的整体功能描述服务访问点（SAP）：同一系统中，相邻两层的实体进行通信的地方是服务访问点。物理层和MAC层之间的SAP提供传输信道。MAC层和RLC层之间的SAP提供逻辑信道。MAC层可以将多个逻辑信道（无线承载）复用到同一个传输信道（传输块）上。下行的层2结构打包分片和ARQUE1内部复用打包分片和ARQ...HARQUEn内部复用HARQBCCHPCCH调度/优先级控制逻辑信道传输信道MACRLC打包分片和ARQ打包分片和ARQPDCPROHCROHCROHCROHC无线承载安全安全安全安全...上行的层2结构复用...HARQ调度/优先级控制传输信道MACRLCPDCP打包分片和ARQ打包分片和ARQ逻辑信道ROHCROHC无线承载安全安全MAC层的描述Scheduling/PriorityHandlingMultiplexingDCCHDTCHCCCHHARQUL-SCHHARQFeedbackControlHARQDemultiplexingDCCHDTCHDL-SCHHARQFeedbackPDCCHSRCCCHBCCHBCHPCCHPCHMAC-control复用和解复用（1）MACControlelement1...R/R/E/LCIDsub-headerMACheaderMACpayloadR/R/E/LCID[/F/L]sub-headerR/R/E/LCID/F/Lsub-headerR/R/E/LCID/F/Lsub-header...R/R/E/LCID/F/Lsub-headerR/R/E/LCIDpaddingsub-headerMACControlelement2MACSDUMACSDUPadding(opt)复用和解复用（2）RLC模式AM模式：AM模式是为可靠性要求很高并且分组的长度可变的业务提出的。它的典型特征是支持ARQ和分组的切割和串接。M模式：UM模式是为可靠性要求不高的业务提出的。它的典型特征是支持分组的切割和串接，但不支持ARQ。TM模式：TM模式是直接将高层的分组传到下层，在RLC层不封装协议头。在TM模式下，高层的数据是不分段的。目前，LTE仅仅确定了在随机接入阶段对于控制平面支持TM模式，。RLC实体TransmissionbufferSegmentation&ConcatenationAddRLCheaderRetransmissionbufferRLCcontrolRoutingReceptionbuffer&HARQreorderingSDUreassemblyDCCH/DTCHDCCH/DTCHAM-SAPRemoveRLCheaderRLC-concatenation,segment/resegment分割/串接RLCPDUSN设置SNRLCPDU缓存RLCRLCSDU缓存FeedbackSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNControlSNSNSNSNSNSNControlSN可变长的RLCPDU用于重传图中给出了RLC数据的打包和分片过程，形象地给出了RLCSDU数据根据信道的质量好坏来进行串接还是分割。红色方块是PDCPPDU序号，蓝色方块是RLCPDU的序号。RLC的AM和UM模式的数据发送过程RLCSDU和RLCPDU缓存管理串接和分割PDU重传缓存和管理接受Acks和状态报告复用发送缓存去往MACSDU缓存管理串接和分割发送缓存PDCP层头压缩(ROHC)增加PDCPSN加密分组(Header+Payload)压缩的分组(CompressedHeader+Payload)PDCPSN+压缩的分组PDCPSN+加密的压缩分组头解压缩(ROHC)去掉PDCPSN解密分组(Header+Payload)压缩的分组(CompressedHeader+Payload)PDCPSN+压缩的分组PDCPSN+加密的压缩分组加密参数(HFN,key,etc.)解密参数(HFN,key,etc.)PDCP层的最重要功能是头压缩和加密功能，在这里需要特别提出的是：PDCP的序号是用来产生与加密相关的时变MASK，它不参与压缩和被加密RRC概述UEcapabilityBCCHRRCconnectionestpagingSecurity(UP-C;CP-C/I)SRB2/DRBsestablishmentMeasurementconfigurationandreportRRCconnectionreconfigurationHandoverprocedureRRCre-establishementRRCconnectionreleaseUEcapabilityenquiryMBMSNAStransferCSfallbackHNB/SONAttachRRC连接建立9:接入连接完成8:无线连接建立完成3:无线连接请求NAS信息7:无线连接建立AS-配置4:接入连接请求NAS信息请求6:接入连接响应NAS信息响应,SAE承载性质,UEAS能力,AS安全上下文2:RA响应1:RA请求UESourceENBMMEUPERC的建立过程中要考虑3个方面的内容，即：移动和安全方面的控制、NAS信令的传输、冲突解决和路由等几个方面的问题RRC重配置MeasurementconfigurationMobilitycontrolinformation(HO)NASRadioresourceconfigurationSRB/DRBconfigurationMACconfigurationSPSconfigurationPhysicalconfigurationSecurity(HO)RRC重新建立终终终终RRCconnectionre-establishmentrequestRRCconnectionre-establishmentRRCconnectionre-establishmentcompleteRRCconnectionre-configurationRRCconnectionreconfigurationcompleteLTE的关键技术随机接入过程切换重传技术调度技术干扰协调技术随机接入过程（1）PurposeContentionresolutionUplinksynchronizationContentionbasedrandomaccessprocedureInitialaccessfromRRC_IDLERRCConnectionRe-establishmentprocedureHandoverNon-contentionbasedrandomaccessprocedure随机接入过程（2）UEeNBRandomAccessPreamble1RandomAccessResponse2ScheduledTransmission3ContentionResolution4UEeNBRAPreambleassignment0RandomAccessPreamble1RandomAccessResponse2随机接入过程（3）RApreamble(message1)：TheUErandomlyselectsanRApreamblesequencefromthesetofsequencesavailableinthecellandtransmitsitonanRAchannelRAResponse(message2)：1)correcttiming-advance。2)CorrespondingRAresponseisreceivedonlyifRA-RNTIandpreambleindexism