LTE协议

开启通信不归路的第一炮！----LTE整体框架和协议架构概述

(2015-03-09 09:07:04)

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分类： 通信那些事儿

听说“态度、决心、毅力和细心”一定可以成就一个人！而我们也总是在听说中膜拜说的家伙。一直想对自己的学习、生活亦或是拖到眼前的工作进行装B的总结和自我的一个完善。痛定思痛，今天在这个令我百无聊赖的日子里开嗓！

接下来的博客仅是我对TD-LTE网络数据库中的一个复制和搬运工作。

旨在督促自己学习以及更为通俗易懂科普性的为大家解答问题。光说不练假把式，今天就来第一炮！

1、什么是LTE？    LTE=Long Term Evolution 长期演进。通俗讲就是一个名字，简单粗暴的告诉你这是一个长期演进的过程（你不要急，类比我们将处于并将长期处于社会主义初级阶段）。【其实LTE是3.9G，从2G到我们貌似现期处于的4G，以及在2015年3月世界移动通信大会（在巴塞罗那展出，又名巴展）展出的5G，都只是个标示，它深层次的内涵是标志着技术的更新（指标：更稳定逼真的通话服务，更多的用户容量，更高的冲浪速度等等）所能带来更好的服务，其实说白了每次的迭代目的都只有一个：为了更好的用户体验！】--后悔下面注出2G-4G的一些科普知识。

2、LTE系统整体网络拓扑结构。【是的，我们都处于各种网中，关系网，人脉网……拓扑顾名思义是关系网中彼此有关联的结构体的表现形式】拓扑结构如下图：

备注（BZ）：

EPS:Evolved Packet System，演进的分组系统

EPC：Evolved Packet Core，核心网

E-UTRAN：Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，进化型的统一陆地无线接入网络，简称无线接入网【3G当中，叫做UTRAN；4G就升了下级，加了个E进化型】。

备注完毕（BZover）；

正文（ZW）
       在LTE系统中：对应的无线网络和核心网被称为E-UTRAN和EPC，并将整个网络系统命名为EPS。 与3G相比【UMTS是3G移动通信技术标准。UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)通用移动通信系统】LTE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，4G的网络结构更加的扁平化。

在E-UTRAN中，ENodeB之间底层采用IP传输（LTE是全IP网络，听上去很牛逼的样纸！），在逻辑上通过X2口传输（也就是常说的Mesh型网络，无线型网络，是最终的终极理想网络）。每个eNodeB通过S1接口与MME/S-GW相连。S1接口也是全部采用和部分采用Mesh型网络的连接形式，一个eNodeB可以与多个MME/S-GW相连，反之亦然。这样的网络结构设计，有效的支持UE在整个网络内的移动连接性，保证用户的无缝切换。（说过吧，所有的一切都是为了你！更好的用户体验）

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；【在控制平面：从激活态Active到睡眠态Dormant少于50ms，到驻留态Camped-State少于100ms】

●  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；【为运营商省了钱！】

●  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。【减少一个排查故障的节点！话说少一个是一个！】

3、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：

控制平面协议栈如下图所示：

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。

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。