LTE系统总体架构

E-UTRAN和EPC的分工界面

eNB实现的功能

无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、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。

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IDLE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

IDLE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(非接入层)信令、信令的加密和完整性保护

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IDLE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

在上下行进行传输级的包标记

在运营商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息

P-GW实现的动能

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

DHCP v4和DHCP v6功能

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。所以当有相应需要时，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要。

 

 

E-UTRAN地面接口通用协议模型

Uu接口协议结构

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

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：

– 控制平面协议栈

控制面协议栈结构

- 用户平面协议栈

用户面协议栈结构

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、物理信道调制与解调

HARQ软合并

编码的传输信道向物理信道的映射

物理信道功率加权

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

MAC层-无线链路的分配调度

MAC层功能：

Ø 主要实现与调度和HARQ相关的功能。

Ø 与WCDMA相比，LTE的MAC实体的特点：每个小区只存在一个MAC实体，负责实现相关的全部功能。

Ø 逻辑信道向传输信道的映射：

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

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没有和网络的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有RRC连接时使用

专用业务信道DTCH: 双向p2p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

上行逻辑信道及映射

下行逻辑信道及映射

RLC层-无线链路控制层

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RLC SDU，RLC实体通过逻辑信道，传送或接收RLC PDU存在两类RLC PDU

– RLC data PDU

– RLC control PDU

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，切换时除外）；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）

RLC层模式：

确认(AM, Acknowledgement Mode)模式：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AM RLC通过逻辑信道DL/ULDCCH、DL/ULDTCH传送/接收RLCPDU。

非确认(UM, Un-acknowledgement Mode)模式：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，UM RLC通过逻辑信道DL/UL DCCH、DL/UL DTCH、MCCH、MTCH传送和接收RLC PDU。

透明(TM, Transparent Mode)模式：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，通过BCCH、PCCH、DL/UL CCCH传送/接收RLC PDU。

LTE RLC特点：UM模式与TM模式承载的信道较少，功能实现简单，AM模式支持RLC SDU动态分段，现有2G/3G系统只支持固定分段，AM模式支持二次分段，现有2G/3G系统不支持，LTE的RLC不再支持加密功能、LTE RLC支持流量控制功能

RLC PDU结构：RLC头携带RLC PDU的序列号，与SDU序列号不同

RLC PDU结构

PDCP实体-分组数据汇聚协议

一个UE可以定义多个PDCP实体，每个PDCP实体承载一个RB（Radio bearer）的数据

每个PDCP实体与一个或两个RLC实体关联，取决于RB特征（单向或双向）

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

– SRB (Signaling Radio Bearer 信令无线承载) -> PDCP control PDU

– DRB (Data Radio Bearer    数据无线承载) -> PDCP data PDU

PDCP子层

PDCP子层在用户面的业务及功能主要有:

包头压缩和解压缩

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

在RLC AM切换时顺序传送和上层PDU重复检测

在RLC AM切换时PDCP SDU重传

加密

PDCP子层在控制面的业务及功能主要有

加密及完整性保护

控制面数据传送

LTE PDCP特点

压缩算法简单，只支持一种支持加密，WCDMA加密在RLC和MAC（TM模式时）实现

PDCP结构：

·PDCP PDU和PDCP头为整数个字节

·PDCP头长度为一个字节或两个字节

PDCP结构

RRC业务及功能

系统信息广播涉及NAS和AS

寻呼

UE和E-UTRAN之间RRC连接的建立，维护和释放包括：

UE和E-UTRAN之间临时标识的分配

RRC连接信令无线承载的配置

安全功能包括密钥管理

点到点无线承载的建立，配置，维护和释放

RRC业务及功能

移动性功能包括、Inter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制、切换、

UE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制、切换时上下文传送、MBMS业务功能、

Qos管理功能、UE测量报告及报告控制、NAS和UE之间的直传消息传送

RRC协议状态及状态变换

LTE支持两种RRC状态：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED

RRC_IDLE:

PLMN选择、NAS对DRX的配置、系统消息广播、寻呼、eNodeB中没有RRC上下文存储、

RRC协议状态及状态变换

RRC_CONNECTED

UE有E-UTRAN-RRC连接、UE在E-UTRAN中有上下文信息、E-UTRAN知道UE属于哪一个小区、

网络可以传送或接收到达或来自UE的消息、移动性网络控制（切换，inter-RAT小区变更GERAN和NACC）、RRC协议状态及状态变换

E-UTRAN状态及inter RAT移动性过程

E-UTRAN状态及inter RAT移动性过程

NAS控制协议

NAS消息的传输

– 如果传输块大小允许，初始消息和RRC连接请求链接在一起

– 当NAS和RRC过程同步时，其他NAS消息可以与RRC消息链接

– NAS消息的完整性保护由RRC完成

– NAS消息的加密由PDCP完成

NAS的协议状态

– LTE_DETACHED

– LTE_IDLE

– LTE_ACTIVE

NAS的协议状态- LTE_DETACHED状态

在该状态下，没有RRC实体，通常是刚开机时的状态，网络侧还没有该用户的RRC通信上下文。

分配给用户的标识只有IMSI，网络不知道用户的位置信息，没有上行或者下行的活动，可以执行PLMN/CELL选择。

NAS的协议状态- LTE_IDLE状态

UE处于RRC_IDLE状态，网络侧保存用户的信息，如IP地址、安全相关的信息（密钥等）、用户的能力信息、无线承载等，状态的跃迁由eNodeB或EPC来决定。网络侧有该用户的通信上下文，

这样可以使得用户能够快速的跃迁到LTE_ACTIVE状态。

分配给该用户的标识信息有IMSI、在跟踪区(TA)中唯一标识一个用户的ID、一个或多个IP地址。

网络知道终端在哪个跟踪区中。终端被分配了非连续接收的周期，可以根据此周期进行下行的接收。

在这种状态下，终端可以执行小区重选的过程。

NAS的协议状态- LTE_ACTIVE状态

UE处于RRC_CONNECTED状态，状态的跃迁由eNodeB或EPC来决定，网络侧保留UE的RRC通信上下文，包含所有满足通信的必要信息分配给该用户的标识信息由IMSI、在跟踪区中唯一标识一个用户的ID、在一个小区内唯一标识C-RNTI以及一个或多个IP地址。网络可以知道UE处于哪个小区。

在上行和下行方向上用户都可以进行非连续发送和接收，移动性可以通过执行切换过程来达到。

E-UTRAN协议状态转换

完整的数据封装流程