【LTE基礎(chǔ)知識】LTE整體架構(gòu)和協(xié)議架構(gòu)概述

LTE整體架構(gòu)

下圖為LTE系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖:

  與UMTS系統(tǒng)相比,LTE/SAE網(wǎng)絡(luò)中無線傳輸技術(shù)、空中接口協(xié)議和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面都發(fā)生了革命性的變化。對應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)被稱為E-UTRANEPCEvolved Packet Core),并將整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)命名為EPSEvolved Packet System,演進(jìn)的分組系統(tǒng))。

  在E-UTRAN中,eNodeB之間底層采用IP傳輸,在邏輯上通過X2接口相互連接,也就是常說的Mesh型網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以有效地支持UE在整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的移動性,保證用戶的無縫切換。每個eNodeB通過S1接口,與MME/S-GW相連接,而S1接口,也是采用了全部或部分Mesh型的連接形式,即一個eNodeB可用于多個MME/S-GW互連,反之亦然。

  可以看出,與UTRAN系統(tǒng)相比,E-UTRAN系統(tǒng)將NodeBRNC融合為一個網(wǎng)元eNodeB,因此,系統(tǒng)中將不再存在Iub接口,而X2接口類似于原系統(tǒng)中的Iur接口,S1接口類似于Iu接口。

  具體來講,eNodeB是指在UMTS系統(tǒng)NodeB原有功能基礎(chǔ)上,增加了RNC的物理層、MAC層、RRC層、以及調(diào)度、接入控制、承載控制、移動性管理和小區(qū)間無線資源管理等功能,即eNodeB實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)的全部功能。MME/S-GW則可以看成一個邊界節(jié)點(diǎn),作為核心網(wǎng)的一部分,類似于UMTS系統(tǒng)中的SGSN。

  綜上,新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以帶來以下好處:

  網(wǎng)絡(luò)扁平化使得系統(tǒng)延時減少,從而改善了用戶體驗,可開展更多業(yè)務(wù);

  網(wǎng)元數(shù)目減少,使得網(wǎng)絡(luò)部署更為簡單,網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)更加容易;

  取消了RNC的集中控制,避免單點(diǎn)故障,有利于提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

LTE協(xié)議架構(gòu)

  E-UTRAN系統(tǒng)的空中接口協(xié)議棧根據(jù)用途可以分為用戶平面協(xié)議棧和控制平面協(xié)議棧。用戶平面協(xié)議棧與UMTS系統(tǒng)相似,主要包括物理(PHY)層、媒體訪問控制(MAC)層、無線鏈路控制(RLC)層以及分組數(shù)據(jù)匯聚(PDCP)層四個層次,這些子層在網(wǎng)絡(luò)側(cè)均終止于eNodeB實(shí)體。如下圖所示:

控制平面協(xié)議棧如下圖所示:

  控制平面協(xié)議棧主要包括非接入層(NAS)、RRCPDCP、RLC、MAC、PHY層。其中,PDCP層提供加密和完整性保護(hù)功能,RLCMAC層中控制平面執(zhí)行的功能與用戶平面一致。RRC層協(xié)議終止于eNodeB,主要提供廣播、尋呼、RRC連接管理、無線承載(RB)控制、移動性管理、UE測量上報和控制等功能。NAS子層則終止于MME,主要實(shí)現(xiàn)EPS承載管理、鑒權(quán)、空閑狀態(tài)下的移動性處理、尋呼消息以及安全控制等功能。

  下圖簡要描述了LTE協(xié)議不同層次的結(jié)構(gòu)、主要功能以及各層之間的交互流程。該圖給出的是eNodeB側(cè)協(xié)議架構(gòu),UE側(cè)的協(xié)議架構(gòu)與之類似。

  與UMTS系統(tǒng)及大多數(shù)移動通信系統(tǒng)類似,LTE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程被分解成不同的協(xié)議層。上圖闡述了LTE系統(tǒng)下行傳輸?shù)目傮w協(xié)議架構(gòu),下行數(shù)據(jù)以IP包的形式進(jìn)行傳送,在空中接口傳送之前,IP包將通過多個協(xié)議層實(shí)體進(jìn)行處理,具體描述如下:

  PDCP層:負(fù)責(zé)執(zhí)行頭壓縮以減少無線接口必須傳送的比特流量。頭壓縮機(jī)制基于ROHC,ROHC是一個標(biāo)準(zhǔn)的頭壓縮算法,已被應(yīng)用于UMTS及多個移動通信規(guī)范中。PDCP層同時負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的加密和完整性保護(hù)功能;在接收端,PDCP協(xié)議將負(fù)責(zé)執(zhí)行解密及解壓縮功能。對于一個終端每個無線承載有一個PDCP實(shí)體。

  RLC層:負(fù)責(zé)分段與連接、重傳處理,以及對高層數(shù)據(jù)的順序傳送。與UMTS系統(tǒng)不同,LTE系統(tǒng)的RLC協(xié)議位于eNodeB,這是因為在LTE系統(tǒng)對無線接入網(wǎng)的架構(gòu)進(jìn)行了扁平化,僅僅只有一層節(jié)點(diǎn)eNodeB。RLC層以無線承載的方式為PDCP層提供服務(wù),其中,每個終端的每個無線承載配置一個RLC實(shí)體。

  MAC層:負(fù)責(zé)處理HARQ重傳與上下行調(diào)度。MAC層將以邏輯信道的方式為RLC層提供服務(wù)。

  PHY層:負(fù)責(zé)處理編譯碼、調(diào)制解調(diào)、多天線映射以及其它電信物理層功能。物理層以傳輸信道的方式為MAC層提供服務(wù)。


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