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LTE协议原理设计 LTE整体架构 下图为LTE系统整体网络拓扑结构图。 图 1.11 LTE整体架构 与UMTS系统相比，LTE/SAE网络中无线传输技术、空中接口协议和系统结构等方面都发生了革命性的变化。对应的无线网络和核心网被称为E-UTRAN和EPC（Evolved Packet Core），并将整个网络系统命名为EPS（Evolved Packet System，演进的分组系统）。 在E-UTRAN中，eNodeB之间底层采用IP传输，在逻辑上通过X2接口相互连接，也就是常说的Mesh型网络。这样的网络结构设计，可以有效地支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。每个eNodeB通过S1接口，与MME/S-GW相连接，而S1接口，也是采用了全部或部分Mesh型的连接形式，即一个eNodeB可用于多个MME/S-GW互连，反之亦然。 可以看出，与UTRAN系统相比，E-UTRAN系统将NodeB和RNC融合为一个网元eNodeB，因此，系统中将不再存在Iub接口，而X2接口类似于原系统中的Iur接口，S1接口类似于Iu接口。 具体来讲，eNodeB是指在UMTS系统NodeB原有功能基础上，增加了RNC的物理层、MAC层、RRC层、以及调度、接入控制、承载控制、移动性管理和小区间无线资源管理等功能，即eNodeB实现了接入网的全部功能。MME/S-GW则可以看成一个边界节点，作为核心网的一部分，类似于UMTS系统中的SGSN。 综上，新的网络结构可以带来以下好处： ● 网络扁平化使得系统延时减少，从而改善了用户体验，可开展更多业务； ● 网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易； ● 取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性。 LTE协议架构 E-UTRAN系统的空中接口协议栈根据用途可以分为用户平面协议栈和控制平面协议栈。用户平面协议栈与UMTS系统相似，主要包括物理（PHY）层、媒体访问控制（MAC）层、无线链路控制（RLC）层以及分组数据汇聚（PDCP）层四个层次，这些子层在网络侧均终止于eNodeB实体。如下图所示。 图 1.21 空中接口用户平面协议栈 控制平面协议栈如下图所示。 图 1.22 空中接口控制平面协议栈 控制平面协议栈主要包括非接入层（NAS）、RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY层。其中，PDCP层提供加密和完整性保护功能，RLC及MAC层中控制平面执行的功能与用户平面一致。RRC层协议终止于eNodeB，主要提供广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载（RB）控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能。NAS子层则终止于MME，主要实现EPS承载管理、鉴权、空闲状态下的移动性处理、寻呼消息以及安全控制等功能。 下图简要描述了LTE协议不同层次的结构、主要功能以及各层之间的交互流程。该图给出的是eNodeB侧协议架构，UE侧的协议架构与之类似。 图1.23 LTE协议架构示意图（下行） 与UMTS系统及大多数移动通信系统类似，LTE系统的数据处理过程被分解成不同的协议层。上图阐述了LTE系统下行传输的总体协议架构，下行数据以IP包的形式进行传送，在空中接口传送之前，IP包将通过多个协议层实体进行处理，具体描述如下： ● PDCP层：负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。头压缩机制基于ROHC，ROHC是一个标准的头压缩算法，已被应用于UMTS及多个移动通信规范中。PDCP层同时负责传输数据的加密和完整性保护功能；在接收端，PDCP协议将负责执行解密及解压缩功能。对于一个终端每个无线承载有一个PDCP实体。 ● RLC层：负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序传送。与UMTS系统不同，LTE系统的RLC协议位于eNodeB，这是因为在LTE系统对无线接入网的架构进行了扁平化，仅仅只有一层节点eNodeB。RLC层以无线承载的方式为PDCP层提供服务，其中，每个终端的每个无线承载配置一个RLC实体。 ● MAC层：负责处理HARQ重传与上下行调度。MAC层将以逻辑信道的方式为RLC层提供服务。 ● PHY层：负责处理编译码、调制解调、多天线映射以及其它电信物理层功能。物理层以传输信道的方式为MAC层提供服务。物理层协议 ( 知识点 ( 物理层功能 物理层帧结构 物理资源分配 物理层信道及映射关系 物理层功能 LTE系统中空中接口的物理层主要负责向上层提供底层的数据传输服务。为了提供数据传输服务，物理层将包含如下功能。 ● 传输信道的错误检测并向高层提供指示。 ● 传输信道的前向纠错编码（FEC）与译码。 ● 混合自动重传请求（HARQ）软合并。 ● 传输信道与物理信道之间的速率匹配及映射。 ● 物理信道的功率加权。