TDLTE協議架構的學習

2021-03-04 00:56:04 字數 4693 閱讀 2685

個人總結td-lte協議架構

接觸td-lte的相關內容已經有幾個月了,再回頭看看td-lte的總框架時,又會有新的認識和理解。

1、 lte系統架構

【lte技術需求】

1)容量提公升

– 峰值速率:下行100 mbps,上行50 mbps (20mhz的頻寬內)

– 頻譜效率:下行是hsdpa的3-4倍,上行是hsupa的2-3倍

2) 覆蓋增強

– 提高「小區邊緣位元率」,5 km滿足最優容量,30 km輕微下降

並支援100 km的覆蓋半徑

3) 移動性提高

– 0~15km/h效能最優,15~120 km/h高效能,支援120~350 km/h,

甚至在某些頻段支援 500 km/h

4) 質量優化

– 時延:使用者面(資料報從ue或ran邊緣節點ip層傳輸至ran

邊緣節點或ueip層的單向傳輸)小於 5ms,控制面(從空閒狀態轉移到啟用狀態的時延)小於 100 ms。

5) 服務內容綜合多樣化

– 高效能的廣播業務,mbms,提高實時業務支援能力,voip達到

utran電路域效能

6) 運維成本降低

– 扁平、簡化的網路架構,降低運營商網路的運營維護成本 。

【lte系統網路總體架構】

lte採用扁平化、ip化的網路架構,e-utran用e-nodeb替代原有的rnc-nodeb結構,各網路節點之間的介面使用ip傳輸,通過ims承載綜合業務,原utran的cs域業務均可由lte網路的ps域承載。

lte的網路架構如下圖所示:

如圖所示,e-utran由enb構成;epc (evolved packet core)由mme(mobility management entity),s-gw(serving gateway)以及p-gw(pdn gateway)構成。

【各網元的功能劃分】

e-utran與epc之間的功能劃分如下圖所示,其中淺黃色的方塊代表邏輯節點,藍色長方形條代表邏輯節點中的各層無線協議,白色長方形條代表邏輯節點中的控制平面的功能實體。

1)enb

enb即evolved node b,主要功能包括空中介面的phy、mac、rlc、rrc各層實體,使用者通訊過程中的控制面和使用者面的建立、管理和釋放,以及部分無線資源管理rrm方面的功能。具體包括:

1.1) 無線資源管理(rrm);

1.2) 使用者資料流ip頭壓縮和加密;

1.3) ue附著時mme選擇功能;

1.4) 使用者面資料向serving gw的路由功能;

1.5) 尋呼訊息的排程和傳送功能;

1.6)(源自mme和o&m的)廣播訊息的排程和傳送功能;

1.7) 用於移動性和排程的測量和測量報告配置功能;

1.8) 基於ambr和mbr的上行承載級速率整型;

1.9) 上行傳輸層資料報的分類標示;

2) mme

mme即mobile managenment entity其主要功能包括:

2.1)nas信令,nas信令安全;

2.2)認證;

2.3) 漫遊跟蹤區列表管理;

2.4) 3gpp接入網路之間核心網節點之間移動性信令;

2.5) 空閒模式ue的可達性;

2.6) 選擇pdn gw 和 serving gw;

2.7) mme改變時的mme選擇功能;

2.8) 2g、3g切換時選擇sgsn;

2.9) 承載管理功能(包括專用承載的建立);

3) s-gw

s-gw即signaling gateway其主要功能包括:

3.1)enodeb之間切換時本地移動性錨點和3gpp之間移動性錨點;

3.2)在網路觸發建立初始承載過程中,快取下行資料報;

3.3)資料報的路由[sgw可以連線多個pdn]和**;

3.4)切換過程中,進行資料的前轉;

3.5)上下行傳輸層資料報的分類標示;

3.6)在漫遊時,實現基於ue,pdn和qci粒度的上下行計費;

3.7)合法性監聽;

4)p-gw

p-gw即ps gateway其主要功能包括:

4.1)基於單個使用者的資料報過濾;

4.2)ue ip位址分配;

4.3)上下行傳輸層資料報的分類標示;

4.4)上下行服務級的計費(基於sdf,或者基於本地策略);

4.5)上下行服務級的門控;

4.6)上下行服務級增強,對每個sdf進行策略和整形;

4.7)基於ambr的下行速率整形基於mbr的下行速率整上下行承載的繫結;

4.8)合法性監聽;

2、 無線介面協議棧

無線介面是指終端和接入網之間的介面,簡稱uu介面,通常我們也稱為空中介面。無線介面協議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業務的。lte技術中,無線介面是終端和enb之間的介面。

無線介面是乙個完全開放的介面,只要遵守介面的規範,不同製造商生產的裝置就能夠互相通訊。

無線介面協議棧主要分三層兩面,三層主要包括了物理層、資料鏈路層和網路層,兩面是指控制平面和使用者平面。

資料鏈路層主要被分為3個子層,包括**接入控制(mac)、無線鏈路控制(rlc)、和分組資料匯聚協議(pdcp)3個子層。資料鏈路層同事位於控制平面和使用者平面:在控制平面負責無線承載信令的傳輸、加密和完整性保護;在使用者平面主要負責使用者業務資料的傳輸和加密。

網路層是指無線資源控制(rrc)層,位於接入網的控制平面,負責完成接入網和終端之間互動的所有信令處理。

【控制平面無線介面協議棧】

無線介面控制平面協議棧如上圖所示,主要負責對無線介面的管理和控制,包括rrc協議、mac/rlc/pdcp協議和管理層的協議。將非接入層(nas)協議顯示在這裡,只是為了說明它是ue-epc通訊的一部分。控制平面協議棧各層主要功能如下。

1) nas控制協議實體位於終端ue和移動管理實體mme內,主要負責提供對非接入層部分的控制和管理,主要功能包括演進資料報傳輸系統(eps)承載管理,鑑權,eps連線管理模式的空閒狀態下的移動性管理,負責產生ecm-idle狀態ue的尋呼訊息,安全控制等功能。

2) rrc協議實體位於ue和enb網路實體內,主要負責對接入層的控制和管理,主要功能包括廣播、尋呼、rrc連線管理、無線承載控制、移動性管理以及ue測量報告和測量上報控制功能。

3) 資料鏈路層的pdcp子層主要負責控制平面rrc協議資料的加解密和完整性保護功能。

4) 資料鏈路層和物理層提供對rrc協議訊息的資料傳輸功能。nas訊息可以串接在rrc訊息內,也可以單獨在rrc訊息中攜帶。在切換等情況下nas訊息的丟失和重複有可能會發生,as將提供對nas信令在小區內的有序傳輸功能。

【使用者平面無線介面協議棧】

使用者平面無線介面協議棧如上圖所示,主要為資料鏈路層協議(mac、rlc、pdcp)和物理層協議。物理層為資料鏈路層提供資料傳輸功能。物理層通過傳輸通道為mac子層提供相應的服務。

mac子層通過邏輯通道向rlc子層提供相應的服務。

lte/sae總體的協議結構如下圖所示:

【協議棧功能的劃分】

無線介面協議部分主要由物理層、資料鏈路層和網路層組成。

1)物理層

物理層位於無線介面協議最底層,提供物理介質中位元流傳輸所需要的所有功能,為mac層和高層提供資訊傳輸的服務,其中,物理層提供的服務通過傳輸通道來描述。傳輸通道描述了物理層為mac層和高層所傳輸的資料特徵。

lte中各通道的對映圖如下:

2)資料鏈路層

資料鏈路層包括mac、rlc和pdcp3個子層。

2.1)mac子層的主要功能

mac子層只有乙個mac實體,包括傳輸排程功能、ue級別功能、mbms功能、mac控制功能以及傳輸塊生成功能塊。具體包括:

2.1.1)邏輯通道到傳輸通道的對映;

2.1.2)來自多個邏輯通道的mac服務資料單元(sdu)的復用和解復用;

2.1.3)上行排程資訊上報,包括終端待傳送資料量資訊和上行功率餘量資訊;

2.1.4)harq傳輸;

2.1.5)終端內的多個邏輯通道的優先順序處理;

2.1.6)通過動態排程實現ue間的優先順序處理;

2.1.7)mbms業務識別;

2.1.8)傳輸格式選擇,包括傳輸使用的調製方式和編碼速率;

2.1.9)填充功能,即當實際傳輸資料量不能填滿整個授權的資料塊大小時使用該功能;

2.2)rlc子層

針對不同的服務模式,rlc子層包含的功能也有所不同。

2.2.1)對確認模式和非確認模式的rlc實體,支援對rlc sdu的串接/分段和重組;

2.2.2)對確認模式和非確認模式的rlc實體,由於資料報中攜帶序號資訊,故支援對高層資料的按序遞交,重複檢測功能和rlc sdu丟棄功能;

2.2.3)對配置確認模式的rlc實體,支援arq傳輸;

2.2.4)對配置確認模式的rlc實體,在資料重傳時候支援rlc data pdu重分段功能;

2.2.5)支援rlc重建立功能。

2.3)pdcp子層

pdcp子層用於使用者平面的功能包括:

2.3.1)支援頭壓縮解壓縮功能,包括rohc演算法;

2.3.2)在pdcp重建立過程中,支援確認rlc模式下邏輯通道向高層進行按需遞交,及對底層sdu資料的重複檢測;

2.3.3)切換過程中,支援對確認rlc模式的邏輯通道的pdcp sdu的重傳;

2.3.4)加密和解密;

2.3.5)業務面資料的傳輸;

2.3.6)上行基於定時器的sdu丟棄機制。

pdcp子層用於控制平面的功能包括:

2.3.7)加密和完整性保護;

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