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

  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-UTRAN和EPC（Evolved Packet Core），并將整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)命名為EPS（Evolved 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NodeB和RNC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，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）、RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY層。其中，PDCP層提供加密和完整性保護(hù)功能，RLC及MAC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。

  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)。