一级建造师（通信与广电类）继续教育一级建造师（通信与广电类）继续教育LTE空中接口技术与性能 (4)主讲主讲: 西安邮电大学西安邮电大学 孙友伟孙友伟 教授教授2012.10.23一级建造师继续教育一级建造师继续教育第四章第四章 空中接口和空中接口和RRC技术技术在在LTE网络结构中，由网络结构中，由于不存在于不存在RNC，所以整，所以整个空中接口协议结构和个空中接口协议结构和原来的原来的UTRAN相比有较相比有较大不同，尤其是不同功大不同，尤其是不同功能实体的位置出现了很能实体的位置出现了很多变化。原来由多变化。原来由RNC承承担的功能被分散到了担的功能被分散到了eNode B和服务网关和服务网关（SGW）上。）上。概述概述LTE空中接口的用户空中接口的用户平面和控制平面（如平面和控制平面（如图所示）功能由图所示）功能由eNode B统一进行管统一进行管理和控制，包括完成理和控制，包括完成基站之间的切换等。基站之间的切换等。由于减少了一层节点，由于减少了一层节点，用户平面的数据传送用户平面的数据传送和控制平面的无线资和控制平面的无线资源控制变得更加方便、源控制变得更加方便、灵活。灵活。一级建造师继续教育一级建造师继续教育用户平面和控制平面用户平面和控制平面一级建造师继续教育一级建造师继续教育物理层技术演进物理层技术演进数据链路层协议栈 一级建造师继续教育一级建造师继续教育（1）不再使用专用传输信道，通过在上下行链路使用共享信道，使多个用户共享空中接口的无线资源。（2）和UTRAN相比，空中接口的媒体接入控制（MAC）子层的实体类型得以简化，不再保留用于专用传输信道的MAC-d实体。（3）广播媒体控制层和UTRAN的公共业务信道不再保留。（4）对于点对点业务，不再使用宏分集合并，但并不排除对于广播多播业务（MBMS）或同一基站下不同小区之间进行下行链路的软合并。（5）不再支持用于异频或异系统测量的压缩模式。（6）减少RRC状态数，只保留RRC_IDLE和RRC_CONNECT两种状态，最大程度地简化RRC层处理。LTELTE空中接口协议与空中接口协议与UTRANUTRAN相比的主要改进体现在以下几个方面相比的主要改进体现在以下几个方面一级建造师继续教育一级建造师继续教育 4.2 PDCP子层PDCP子层的主要作用是将网络层的传输技术与E-UTRAN的空中接口处理技术剥离开，使其上的各协议层无需考虑与空中接口相关的问题。PDCP子层向上层提供用户平面和控制平面的数据传输功能。在用户平面上，PDCP子层得到来自上层的IP数据分组后，可以对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层。最新的3GPP LTE协议TS 36.323 V8.4.0中规定，目前PDCP子层仅支持ROHC头压缩协议（IETF RFC 3095）。PDCP子层还向上层提供按序提交和重复分组检测功能。在控制平面，PDCP子层为上层RRC子层提供信令传输服务，并实现RRC信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查。PDCP子层的主要功能如图4-3所示。一级建造师继续教育一级建造师继续教育图4-3 PDCP子层功能一级建造师继续教育一级建造师继续教育4.2.1 PDCP PDU网络结构PDCP 子层传输的PDCP PDU总体上可分为两类：控制平面的PDCP PDU和用户平面的PDCP PDU。用户平面的PDCP PDU又可分为用户平面PDCP数据PDU和用户平面PDCU控制PDU。控制平面的PDCP PDU格式如图4-4所示。图4-4 控制平面PDCP PDU一级建造师继续教育一级建造师继续教育控制平面PDCP PDU的SN字段长度为5bit，表示PDCP PDU的序号。MAC-I字段用于控制信息的一致性保护和检查。PDCP子层的一致性保护和检查功能仅应用于控制平面的PDCP PDU。受到一致性保护的内容是加密前的PDU头和数据净荷。用户平面PDCP数据PDU格式如图4-5所示。图4-5 用户平面PDCP数据PDU一级建造师继续教育一级建造师继续教育用户平面PDCP PDU通过D/C字段的一个比特来区分数据PDU和控制PDU。D/C字段为0表示数据PDU，D/C字段为1表示控制PDU。数据PDU中包含SN字段，长度可以配置为7bit或12bit。用户平面控制PDU包括头压缩反馈信息和PDCP状态报告两种。PDCP状态报告用于向发送方反馈PDCP数据PDU的接收情况，格式如图4-6所示。图4-6 PDCP状态报告PDCP状态报告中的FMS字段表示尚未收到的PDU中SN的最小值，PDU接收位图中的每一比特表示FMS对应的PDU之后的每一个PDU的接收情况，比特值为0表示其对应的PDU尚未接收到，比特值为1表示其对应的PDU已经接收到。一级建造师继续教育一级建造师继续教育n使用头压缩的目的是减少传输应用层的冗余数据，以节省宝贵的空中接口资源。头压缩仅应用于数据平面的PDCP PDU。PDCP子层是否使用头压缩由高层负责配置。n目前LTE的PDCP子层仅支持ROHC头压缩协议。ROHC协议框架中对应于多种高层协议分别定义了所使用的头压缩算法，其参考协议号见表4-1。4.2.2 头压缩一级建造师继续教育一级建造师继续教育表4-1 头压缩协议 算 法 标 识 用 途 协 议 号 0x0000 无压缩 RFC 4995 0x0001 RTP/UDP/IP RFC 3095，RFC 4815 0x0002 UDP/IP RFC 3095，RFC 4815 0x0003 ESP/IP RFC 3095，RFC 4815 0x0004 IP RFC 3843，RFC 4815 0x0006 TCP/IP RFC 4996 0x0101 RTP/UDP/IP RFC 5225 0x0102 UDP/IP RFC 5225 0x0103 ESP/IP RFC 5225 0x0104 IP RFC 5225 一级建造师继续教育一级建造师继续教育控制平面的PDCU PDU和用户平面的PDCP数据PDU都拥有一个SN字段，PDCP子层的发送和接收实体就是通过设置和检查SN字段来实现PDCP PDU的按序发送和接收。PDCP子层在发送侧和接收侧分别维护一个重排序窗口，重排序窗口的大小是SN范围的一半。当SN为04095时，即“最大_PDCP_SN”的值为4095时，重排序窗口的大小为2048。 在非切换状态下，RLC子层为PDCP子层提供按序提交和重复包丢弃服务。而在切换状态下，由于UE与两个eNode B同时通信，因此其RLC子层无法保证按序提交和重复包丢弃，从而需要由PDCP子层来完成这些功能。 下面以UE侧的操作为例说明PDCP子层的发送和接收流程。 4.2.3 数据传输流程 一级建造师继续教育一级建造师继续教育1发送流程 UE侧PDCP PDU的发送流程如图4-7所示。 一级建造师继续教育一级建造师继续教育PDCP PDU的接收流程根据数据映射到数据无线承载（DRB）还是信令无线承载（SRB），以及使用RLC确认模式还是非确认模式而有所不同。PDCP子层接收侧的加密/解密和一致性检查功能都使用由RX_HFN和PDCP SN组成的32bit COUNT值实现，因此在接收存在乱第 4 章 空中接口和 RRC 技术 211 序的情况下，接收方需要根据接收到的PDCP PDU的SN与接收窗口的关系得到正确的RX_HFN，从而生成正确的COUNT值进行解密和一致性检查。 在数据无线承载上采用RLC确认模式时，由于存在RLC PDU重传，因此需要由PDCP子层保证PDCP SDU的按序提交和重复丢弃。数据无线承载上采用RLC确认模式的数据接收流程如图4-8所示。 数据无线承载上采用RLC非确认模式的接收流程如图4-9所示。 信令无线承载上的数据接收流程如图4-10所示。 2接收流程一级建造师继续教育一级建造师继续教育图4-8 数据无线承载RLC确认模式接收流程图一级建造师继续教育一级建造师继续教育图 4-9 数据无线承载RLC非确认模式接收流程图一级建造师继续教育一级建造师继续教育图 4-10 信令无线承载接收流程图一级建造师继续教育一级建造师继续教育RLC子层为来自上层的用户数据和控制数据提供可靠的传输服务。RLC子层的功能由第 4 章 空中接口和 RRC 技术213RLC实体实现。RLC实体可以被配置为3种模式：透明模式（TM）、非确认模式（UM）和确认模式（AM），即RLC子层能够提供3种模式的数据传输服务。确认模式可以对未正确接收的RLC PDU通过ARQ机制进行重传，从而实现数据的无差错按序传输，可满足基于TCP的FTP等高层协议对无差错传输的需求。非确认模式可以向上层提供按序传输服务，对丢失的PDU不进行重传。非确认模式适用于VoIP等可容忍一些差错但对时延要求很高的应用。透明模式中RLC子层对来自上层的数据不做任何处理，只进行数据的透明传输。4.3 RLC子层子层一级建造师继续教育一级建造师继续教育MAC子层通过逻辑信道向RLC子层提供数据传输服务。逻辑信道包括广播控制信道（BCCH）、寻呼控制信道（PCCH）、公共控制信道（CCCH）、专用控制信道（DCCH）和专用业务信道（DTCH）等。RLC子层示意图如图4-11所示。一级建造师继续教育一级建造师继续教育一级建造师（通信与广电类）继续教育一级建造师（通信与广电类）继续教育