LTE空中接口协议总结

zhou540540

LTE空中接口协议总结

一、概述：

LTE空中接口是EUTRAN与UE之间的接口，分为用户面和控制面，图1、图2分别是用户面和控制面示意图。

图 1  用户面协议栈

户面部分包括PDCP子层、RLC子层、MAC子层和物理层。在网络侧，PDCP子层位于AGW(接入网关)；RLC子层、MAC子层和物理层位于eNodeB。PDCP子层完成IP头压缩、完整性保护和加密；RLC子层、MAC子层完成调度；物理层完成信道编解码、调制解调、MIMO处理、测量和指示、HARQ合并、功率控制、频率和时间同步、切换、链路适配、物理资源映射、射频信号传输等。

图 2  控制面协议栈

控制面部分包括NAS、PDCP子层、RRC子层、RLC子层、MAC子层和物理层。在网络侧，NAS和PDCP子层位于AGW(接入网关)，RLC子层、MAC子层和物理层位于eNodeB。NAS完成SAE承载管理、鉴权、安全控制等；PDCP子层、RRC子层、RLC子层、MAC子层与物理层的功能与用户面协议栈相同。

二、协议简析

相对UTRAN来讲，E-UTRAN最大的不同就是允许多个用户的数据复用到同一个共享传输信道(shared channel，SCH)；同时，在不使用MIMO的情况下，下行在每个传输时间间隔(TTI)允许传送多于一个的传输块。另外，安全方面的功能，如RRC层的信令完整性保护和用户面的加密，被拆开分别放在了eNodeB和AGW两个实体。

在用户平面．协议栈主要分为MAC、RLC、PDCP和安全子层(如图1所示)。相比较3GPPR Rel6，MAC、RLC、PDCP子层的功能类似，只是负责相应协议的网元发生了变化。而安全子层主要完成用户数据和NAS信令的加密，这是由于用户数据加密移到了AGW新增的一层协议。

控制平面的底层协议和用户平面相似，上层的RRC层和非接入子层(NAS)是控制面最重要的部分(如图2所示)。在真实网络中．UE既可能处于空闲状态，也有可能正在进行业务。针对UE的不同状态，在RRC和NAS子层都有不同的协议状态与之对应．从而对不同活动状态的UE进行管理。

RRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连接管理、无线承载控制(RBC)、移动性管理、UE测量上报和控制等功能。把RRC在网络侧终结于eNodeB是网络的一个重大改变。

和UTRAN相比，E-UTRAN的RRC状态减少为两个：

Ø RRC_IDLE：当UE不发起业务时，通常处于该状态。此时．eNodeB侧也没有UE的RRC上下文，只进行一些诸如监听寻呼、小区广播消息等操作，在eNodeB之内不存储RRC上下文。

Ø RRC_CONNECTED：UE已经建立业务后，进入RRC连接状态。E-UTRAN具有该UE的上下文，并知道UE所在的小区；网络和UE之间进行数据传送；进行切换和邻区测量以及控制UE进行非连续发送／接收(DTX/DRX)。

非接入层(non-access-stratum，NAS)更多的是完成核心网对用户的移动性、呼叫控制和QoS管理功能，不属于接入网的范畴。这部分终结于AGW。UE的NAS层状态和其所处的RRC状态有相应的关系。

NAS层主要包括三个协议状态：

Ø LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着等状态。

Ø LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态，UE和网络侧存储的信息包括：给UE分配的IP地址，安全相关的参数(密钥等)，UE的能力信息，无线承载。此时UE的状态转移由基站或AGW决定。

Ø LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态，状态转移由基站或AGW决定。

三、协议架构

    下表依据3GPP制定的协议，总结出空中接口部分的协议号及大致内容。

注：内容来源自http://www.3gpp.org/

高层系列规范
协议编号	名称	内容
TS 36.300	E-UTRA和E-UTRAN的总体描述	提供了E-UTRAN无线接口协议框架的总体描述，主要包括：E-UTRAN协议框架，E-UTRAN各功能实体功能划分，无线接口协议栈，物理层框架描述，空口高层协议栈框架描述，RRC服务和功能，HARQ功能，移动性管理，随机接入过程，调度，QoS，安全，MBMS，RRM，S1接口，X2接口，自优化的功能等内容
TS 36.302	物理层提供的服务	主要描述了E-UTRA物理层向高层提供的功能，主要包括：物理层的服务和功能，共享信道，广播信道，寻呼信道和多播信道传输的物理层模型，物理信道传输组合，物理层可以提供的测量等内容
TS 36.304	Idle状态的UE过程	主要描述了UE空闲模式下的过程，主要包括：空闲模式的功能以及空闲模式下的PLMN选择，小区选择和重选，小区登记和接入限制，广播信息接收和寻呼
TS 36.305	E-UTRAN中UE的功能说明	主要描述了UE的定位功能，包括E-UTRAN UE的定位架构，定位相关的信令和接口协议，主要定位流程，定位方法和配套程序
TS 36.306	UE的无线接入能力	主要描述UE的无线接入能力，包括UE等级划分方式，UE各个参数的能力定义
TS 36.314	层2——测量	主要针对所有空口高层测量的描述和定义，这些测量用于E-UTRA的无线链路操作，RRM，OAM和SON等
TS 36.321	媒体接入控制（MAC）协议规范	主要是对MAC层的描述，包括：MAC层框架，MAC实体功能，MAC过程，MAC PDU格式和定义等
TS 36.322	无线链路控制（RLC）协议规范	主要是对RLC层的描述，包括：RLC层框架，RLC实体功能，RLC过程，RLC PDU格式和参数等
TS 36.323	分组数据汇聚协议（PDCP）规范	描述了PDCP层协议，主要包括：PDCP层框架，PDCP结构和实体，PDCP过程，PDCP PDU格式和参数等
TS 36.331	无线资源控制（RRC）协议规范	主要是对对RRC层的描述，包括：RRC层框架，RRC层对上下层提供的服务，RRC功能，RRC过程，UE使用的变量和计数器，RRC信息编码，特定和非特定的无线框架，通过网络节点转移RRC信息，UE的能力相关的制约和性能要求
TS 36.355	LTE定位协议（LPP）	主要是对LTE定位协议的描述
接口系列规范
TS 36.401	架构描述	主要是对E-UTRAN整体架构和整体功能的描述，包括：用户平面和控制平面协议，E-UTRAN框架结构，E-UTRAN主要功能和接口介绍
TS 36.410	S1总体方面和原理	主要是对S1接口的总体描述，包括S1接口协议和功能划分，S1接口协议结构，S1接口的3GPP TS36.41X技术规范
TS 36.411	S1接口层1	主要描述支持S1接口的物理层功能
TS 36.412	S1信令传输	定义了在S1接口使用的信令传输的标准
TS 36.413	S1应用协议（S1AP）	主要描述S1应用协议，是S1接口最主要的协议，包括S1接口信令过程，S1AP功能，S1AP过程，S1AP消息
TS 36.414	S1数据传输	定义了用户数据传输协议和相应的信令协议，以通过S1接口建立用户面传输承载
TS 36.420	X2总体方面和原理	主要是对X2接口的总体描述，包括X2接口协议结构，X2接口功能，X2接口的3GPP TS36.42X技术规范
TS 36.421	X2接口层1	描述了X2接口层1
TS 36.422	X2信令传输	主要描述X2信令承载协议栈承载能力
TS 36.423	X2应用协议	主要描述X2应用协议，是X2接口最主要的协议，包括X2接口信令过程，X2AP功能，X2AP过程。X2AP消息
TS 36.424	X2数据传输	主要描述X2接口用户平面协议栈及功能
TS 36.440	支持E-UTRAN中MBMS的接口的总体方面和原理	主要是对MBMS的框架的总体情况介绍，包括MBMS的总体架构，用于支持MBMS业务的M1、M2、M3接口功能，以及MBMS相关协议的介绍
TS 36.441	支持E-UTRAN中MBMS的接口的层1	描述支持MBMS M1，M2，M3接口的物理层功能
TS 36.442	支持E-UTRAN中MBMS的接口的信令传输	主要是M2接口的M2应用协议栈及功能，M3接口的M3应用协议栈及功能
TS 36.443	M2应用协议（M2AP）	主要是M2接口的M2应用协议控制平面信令，包括M2AP业务、功能、过程以及消息描述
TS 36.444	M3应用协议（M3AP）	主要是M3接口的M3应用协议控制平面信令，包括M3AP业务、功能、过程以及消息描述
TS 36.445	M1数据传输	主要是M1接口的用户平面传输承载，用户平面协议栈及功能
TS 36.446	M1用户平面协议
TS 36.455	LTE定位协议A（LPPa）	主要描述LTE定位协议A，包括：定位辅助信息的获取和传输，定位相关测量信息和位置信息的交互等