LTE接口协议分析
LTE无线接口协议
LTE无线接口协议篇一：LTE培训材料-7 LTE接口协议分析一、LTE接口概述——LTE系统总体架构EPS通过IP连接是用户通过公共数据网（PDN）接入互联网，以及提供诸如VoIP等业务。
一个EPS承载通常具有一定的QoS。
一个用户可建立多个EPS承载，从而具有不同的QoS等级或连接到不同的PDN。
通过几个承担不同角色的EPS网元可以实现用户的安全性和私密性保护。
整体网络架构如图所示，其包括网元和标准化的接口。
在高层，该网络是由核心网（EPC）和接入网（E-UTRAN）组成的。
核心网由许多逻辑节点组成，而接入网基本上只有一个节点，即与用户终端（UE）相连的eNode B。
所有网元都通过接口相互连接。
通过对接口的标准化可满足众多供应商产品间的互操作性，从而使运营商可以从不同的供应商获取不同的网元产品。
事实上，运营商可以根据商业考虑在他们的物理实现上选择对逻辑网元进行分裂或合并。
——EPC和E-UTRAN间的功能分布如图所示。
下面对EPC和E-UTRAN的网元进行详细描述——eNode B实现的功能——MME实现的功能——S-GW实现的功能——P-GW实现的功能——E-UTRAN地面接口通用协议模型E-UTRAN接口的通用协议模型如图所示，适用于E-UTRAN相关的所有接口，即S1和X2接口。
E-UTRAN接口的通用协议模型继承了UMTS系统中UTRAN接口的定义原则，即控制平面与用户平面相分离，无线网络层与传输层相分离。
除了能够保持控制平面和用户平面、无线网络层与传输层技术的独立演进之外，由于具有良好的继承性，这种定义方法带来的另一个好处是能够减少LTE系统接口标准化工作的代价。
——控制面协议栈结构——用户面协议栈结构二、空中接口协议栈分析无线接口是指终端和接入网之间的接口，简称Uu接口，通常我们也称之为空中接口。
无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。
LTE技术中，无线接口是终端和eNode B之间的接口。
lte协议
lte协议LTE是Long Term Evolution的缩写，意为长期演进技术，是一种4G无线通信标准，也是目前全球广泛应用的移动通信技术之一。
下面将对LTE协议进行详细介绍。
首先，LTE协议是一种基于IP的全新通信协议，它采用OFDM（正交频分复用）技术和MIMO（多天线）技术，可以显著提高无线传输速率和网络容量。
相比于之前的3G技术，LTE可以实现更高的带宽、更低的延迟和更高的频谱效率。
其次，LTE协议采用了分层的体系结构，包括无线接入网和核心网两部分。
无线接入网主要由基站和用户终端组成，通过天线和射频信号实现无线通信。
核心网则是提供丰富的网络和业务支持，包括控制面和用户面。
控制面主要负责网络调度和管理，包括寻呼、鉴权、移动性管理等功能，而用户面则负责传输用户数据，保证数据的高效传输。
此外，LTE协议还引入了无缝漫游和跨层协同技术，使用户可以在不同网络之间平滑切换，提供无线宽带覆盖的连续服务。
同时，LTE协议支持多种无线接入技术的融合，包括CDMA、Wi-Fi和WiMAX等，可以实现多模终端的互联互通。
随着LTE技术的不断发展，LTE-Advanced（LTE-A）和LTE-Advanced Pro（LTE-A Pro）技术也相继发布。
LTE-A在LTE的基础上进一步增强了网络容量和速率，实现了更高的传输效率和更低的延迟。
而LTE-A Pro则实现了更高的频谱效率、更大的覆盖范围和更低的功耗，为提供更多新的应用场景和服务奠定了基础。
总结来说，LTE协议作为全球范围内广泛应用的4G无线通信技术，具有更高的传输速率、更低的延迟和更高的频谱效率。
它的引入使得移动通信从简单语音通话向多媒体数据和高速宽带传输转变，为人们的生活和工作带来了更多便利。
未来LTE技术还将不断演进，以满足人们对高品质通信的需求，为智能城市、物联网等领域的发展提供更强大的支持。
(合同范本)LTE详细各接口协议
与3G网络相比，LTE网络结构更加扁平化、网络结构功能却更加复杂。
省去了RNC 一层，原有RNC部分功能上移至EPC设备，而另外一部分功能则下移至eNodeB设备。
这种架构使得eNodeB承担了原有RNC的部分控制功能，网络资源分配，网络切换直接由eNodeB完成，并定义了几个新的接口。
接口名称连接网元接口功能描述主要协议S1-MME eNodeB - MME 用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)信息，即信令面或控制面信息S1-APS1-U eNodeB - SGW 在GW与eNodeB设备间建立隧道，传送用户数据业务，即用户面数据GTP-UX2-C eNodeB - eNodeB 基站间控制面信息X2-AP X2-U eNodeB - eNodeB 基站间用户面信息GTP-US3 SGSN - MME 在MME和SGSN设备间建立隧道，传送控制面信息GTPV2-CS4 SGSN – SGW 在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送用户面数据和控制面信息GTPV2-CGTP-US5 SGW – PGW 在GW设备间建立隧道，传送用户面数据和控制面信息（设备内部接口）GTPV2-CGTP-US6a MME – HSS 完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理，传送控制面信息DiameterS8 SGW – PGW 漫游时，归属网络PGW和拜访网络SGW之间的接口，传送控制面和用户面数据GTPV2-CGTP-US9 PCRF-PCRF 控制面接口，传送QoS规则和计费相关的信息DiameterS10 MME - MME 在MME设备间建立隧道，传送信令，组成MMEPool，传送控制面数据GTPV2-C[温馨提醒：合同协议是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，最好找专业律师起草或审核后使用。
范文供参考，期待你的好评与关注]。
LTE协议解析
下图 3.1 与 3.2 分别为层二的上下行功能框架图：
结构也基本和下行相同，区别在于一个时隙包含 7 个 DFT-S-OFDM 块，而非 OFDM 符 号，这是因为上行采用的是 SC-FDMA 技术造成，为什么这里说是 DFT-S-OFDM 块呢？ 因为上行在做资源映射之前，做了一次 DFT，相当于把时域的信号先扩展到所分配 的频域资源上，再做 IFFT，从而变换到时域（要深刻了解这个过程还是需要另外看 点 OFDMA，DFT-SFDM 的知识），经过这两个过程后，实际上开始的一个时域上的符 号，已经映射到所分配的所有频域资源上了，而在时域上被压缩了，这看起来就像 一个单载波的信号，所以不再是单纯的一个符号了，它包含了多个符号的信息。由 于在同一时刻来说只有一个符号了，那么也就不存因为多载波而造成 PAPR 了。我们 可以看一下，下面这个图【2】（从安捷伦的讲座截取的）。
UE 通过获取三个物理信号完成小区搜索。这三个信号是 P-SCH 信号、S-SCH 信号和下行参考信号（导 频）。
一个同步信道由一个 P-SCH 信号和一个 S-SCH 信号组成。同步信道每个帧发送两次。
规范定义了 3 个 P-SCH 信号，使用长度为 62 的频域 Zadoff-Chu 序列。每个 P-SCH 信号与物理层小 区标识组内的一个物理层小区标识对应。S-SCH 信号有 168 种组合，与 168 个物理层小区标识组对应。故 在获得了 P-SCH 和 S-SCH 信号后 UE 可以确定当前小区标识。
LTE架构及各个接口和协议类型
1）史上最强悍 的VoLT E 秘籍-网络资料 2）3GPP 23.228 3）3GPP 23.002 4) 3GPP 23.237
路由代理
部署 DRA 的好处: 解决移动用户漫游到其他网络时， 用户的鉴权、认证、位置登记、计费策略等信息在漫 游网络与归属网络之间的传递。在一些业务应用场景 中，保证对于同 一个用户，AF 和 PC EF能够寻址到同一 个 PCRF，通过部署 D iamet er 代理来实现 IP地址和 IMSI 的动态绑定以 完成寻址。
承载协议 GTP-C GTP-U GTP-C 应用层协议 Diame ter SCTP GTP Diame ter Diame ter SIP SIP
Mx Mg Mj Mw/I2
信令 信令 信令 信令
xCSCF -IBCF
SIP
I-CSCF/S-CSCF-MGCF
SIP
BGCF-MGCF
Servi ng Call Sessi on Contr ol Funct ion 服务会话控 制功能
是 IMS 的核心所在，它位于归属 网络，为 UE 进行会话 控制和 注册请求，但当 UE 处于会话中时 ，S-CSCF 处理 网络中的会话状态。在同一个运营商的网络中，可以 有多个 S-CSCF。
一、 VOLTE 网络架构
VOLT 网 络架构有很多种，协议中介绍较为典型的 如下
IMห้องสมุดไป่ตู้ 架构 &接口
二、VOLTE 接口
功能域 分组域
PCC IMS 域
接口名称 S1-MME S1-U S11 SGi SLg SLs Sv Rx Gx Gm Mw
LTE各网元接口及协议
LTE各⽹元接⼝及协议LTE各⽹元接⼝及协议接⼝类型包含主要信息信令⾯/ 1、RRC信令消息;⽤户⾯ 2、测量报告; Uu 3、⼴播消息;4、异常流程信令⾯/ 1、Inter-eNB 切换; X2 ⽤户⾯ 2、eNB直接交换⽆线质量测量信息1、上下⽂信息(IP地址、UE能⼒等);2、⽤户⾝份信息(IMSI或TMSI、GUTI等);3、切换信息、位置信息(⼩区、TAC等); S1-MME 信令⾯4、 E-RAB承载管理信息;5、 NAS信息(⽤户附着、鉴权、寻呼、TA更新等);6、 S1接⼝管理信息(MME标识、负载均衡等)⽤户⾯数据的隧道传输，包含Tunnel号可定位⽤户该业务对应的⽆线侧S1-U ⽤户⾯信息，⽤户业务数据类型如HTTP、IM、Video等1、签约数据:包括⽤户标识(IMSI、MSISDN等)、签约业务APN、S6a 信令⾯服务等级Qos、接⼊限制ARD、⽤户位置、漫游限制等信息，该类信息通过S6a接⼝的位置更新、插⼊⽤户数据等操作进⾏交互2、认证数据:包括鉴权参数(Rand、Res、Kasme、AUTN四元组)，该类信息通过S6a接⼝的鉴权操作进⾏交互1、系统间联合附着、位置更新操作SGs 信令⾯ 2、LTE⽤户短信3、CSFB⽤户被叫寻呼S10 信令⾯ MME间切换信息(包括上下⽂、未⽤的鉴权标识等)S11 信令⾯创建/删除会话、建⽴/删除承载消息接⼝名称连接⽹元接⼝功能描述主要协议⽤于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)信息，S1-MME eNodeB - MME S1-AP 即信令⾯或控制⾯信息在GW与eNodeB设备间建⽴隧道，传送⽤户数S1-U eNodeB - SGW GTP-U 据业务，即⽤户⾯数据基站间控制⾯信息 X2-C eNodeB - eNodeB X2-AP基站间⽤户⾯信息 X2-U eNodeB - eNodeB GTP-U在MME和SGSN设备间建⽴隧道，传送控制⾯信S3 SGSN - MME GTPV2-C 息在S-GW和SGSN设备间建⽴隧道，传送⽤户⾯GTPV2-C SGSN – SGW S4 数据和控制⾯信息 GTP-U在GW设备间建⽴隧道，传送⽤户⾯数据和控制GTPV2-C SGW – PGW S5 ⾯信息(设备内部接⼝) GTP-U完成⽤户位置信息的交换和⽤户签约信息的管理，MME – HSS S6a Diameter 传送控制⾯信息漫游时，归属⽹络PGW和拜访⽹络SGW之间的GTPV2-C SGW – PGW S8 接⼝，传送控制⾯和⽤户⾯数据 GTP-U控制⾯接⼝，传送QoS规则和计费相关的信息 S9 PCRF-PCRF Diameter在MME设备间建⽴隧道，传送信令，组成MME S10 MME - MME GTPV2-C Pool，传送控制⾯数据MME – SGW 在MME和GW设备间建⽴隧道，传送控制⾯数据 S11 GTPV2-C 传送⽤户⾯数据，类似Gn/Gp SGSN控制下的RNC –SGW S12 GTP-U UTRAN与GGSN之间的Iu-u/Gn-u接⼝。
LTE逻辑分层和接口协议
LTE逻辑分层和接⼝协议本⽂链接：，感谢作者。
LTE学习笔记三：接⼝协议上⼀笔记说明了LTE⽹络的⽹元组成，⽹元之间的联系是通过标准化的接⼝。
接下来学习LTE终端和⽹络的空中接⼝Uu、基站之间的X2接⼝、基站与核⼼⽹之间的S1接⼝，以及LTE接⼝协议栈和以往⽆线制式相⽐的特点。
1.接⼝协议栈接⼝是指不同⽹元之间的信息交互⽅式。
既然是信息交互，就应该使⽤彼此都能看懂的语⾔，这就是接⼝协议。
接⼝协议的架构称为协议栈。
根据接⼝所处位置分为空中接⼝和地⾯接⼝，响应的协议也分为空中接⼝协议和地⾯接⼝协议。
空中接⼝是⽆线制式最个性的地⽅，不同⽆线制式，其空⼝的最底层（物理层）的技术实现差别巨⼤。
LTE空中接⼝是UE和eNodeB的LTE-Uu接⼝，地⾯接⼝主要是eNodeB之间的X2接⼝，以及eNodeB和EPC之间的S1接⼝。
1.1 三层协议栈的分层结构有助于实现简化设计。
底层协议为上层提供服务；上层使⽤下层的提供的功能，上层不必清楚下层过程处理的细节。
⽐较常见的分层协议有OSI七层参考模型和TCP/IP四层协议。
⽆线制式的接⼝协议也分层，粗略分为物理层（层⼀，L1，PHY)、数据链路层（层⼆，L2，DLL）、⽹络层（层三，L3，NL）。
物理层主要功能是提供两个物理实体间的可靠⽐特率传输，适配传输媒介。
⽆线空⼝中，适配的是⽆线环境；地⾯接⼝中，适配的则是E1，⽹线，光纤等传输媒介。
数据链路层的主要功能是信道复⽤和解复⽤、数据格式的封装、数据包调度等。
完成的主要功能是具有个性的业务数据向没有个性的通⽤数据帧的转换。
⽹络层的主要功能是寻址、路由选择、连接的建⽴和控制、资源的配置策略等。
eUTRAN和UTRAN的分层结构类似，但为了灵活承载业务、简化⽹络结构、缩短处理时延，rUTRAN接⼝协议栈以下功能从层三转移到层⼆：（1）动态资源管理和Qos保证功能转移到MAC（媒介接⼊控制）层。
（2）DTX/DRX（不连续发射/接收）控制转移到MAC层。
LTE X2协议研读
X2AP全局过程
X2建立
作用
通过X2接口为两个eNodeBs交互传输需要的应用层数据。
成功的操作
eNodeB X2 SETUP REQUEST X2 SETUP R2 SETUP REQUEST X2 SETUP FAILURE eNodeB
target eNodeB
X2AP基本过程
资源释放
作用
目标eNodeB利用该过程释放源eNodeB。
成功的操作
Source eNB [X2 AP] Release Resource Target eNB
X2接口的传输协议栈
GTP-U UDP
IPv6 (RFC 2460) and/or IPv4 (RFC 791)
Data link layer Physical layer
X2接口数据传输协议
X2接口数据传输协议介绍
数据链路层 ：支持任何适当的数据链路层协议 UDP/IP层：
X2AP基本过程
SN状态传输
作用
在X2切换过程中，为每一个申请了PDCP SN状态保存的SAE承载， 从源eNB到目标eNB，传输上行PDCP-SN接收端状态和下行 PDCP-SN发送端状态。
成功的操作
source eNodeB SN STATUS TRANSFER
source eNodeB HANDOVER REQUEST HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE target eNodeB
X2AP基本过程
切换准备
不成功的操作
source eNodeB HANDOVER REQUEST HANDOVER PREPARATION FAILURE target eNodeB
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UE和E-UTRAN之间临时标识的分配 RRC连接信令无线承载的配置
安全功能包括密钥管理 点到点无线承载的建立，配置，维护和释放
RRC业务及功能
移动性功能包括
Inter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制
切换 UE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制 切换时上下文传送
加密
PDCP子层在控制面的业务及功能主要有
加密及完整性保护 控制面数据传送
目
录
2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
MAC层
MAC层功能：
用于可靠性要求不高的业务。支持分组的切割和串接、不支持 ARQ。用于实时性要求很高的业务，如VOIP、视频业务。PDU 头需要较短序列号、长度指示
透明(TM, Transparent Mode)模式
用于将高层分组直接传到下层，不封装RLC协议头。不分段，用
于随机接入等
目
录
2. 无线空中接口协议架构
用户的包过滤
会话和承载管理 UE的IP地址分配 传输级的下行包标记 上下行的服务级计费、速率控制 基于最大比特速率的下行速率控制 DHCP v4和DHCP v6功能
目
录
1. LTE接口概述
2. 空中接口协议栈分析 3. S1接口协议栈分析 4. X2接口协议栈分析
无线空中接口协议架构
E-UMTS无线接口协议栈结构水平方向可分为：
多播控制信道MCCH: 从网络到UE的MBMS调度和控制信息传输使 用的点到多点下行信道
专用控制信道DCCH: 专用控制信息的点到点双向信道，UE有RRC
连接时使用 专用业务信道DTCH: 双向p2p信道，专用于一个UE传输用户信息
多播业务信道MTCH: 点到多点下行信道
逻辑信道及映射
下行
物理上行控制信道（ PUCCH ：Physical uplink control channel ）
物理随机接入信道（ PRACH ：Physical random access
channel ）
上行物理信号
上行参考信号
支持2种上行参考信号
解调参考信号，与PUSCH 和PUCCH关联
Sounding参考信号，与PUSCH 和PUCCH无关联
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH
Downlink Logical channels
PCH
BCH
DL-SCH
MCH
Downlink Transport channels
逻辑信道及映射
上行
CCCH DCCH DTCH
Uplink Logical channels
RACH
目
录
2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
PDCP实体
一个UE可以定义多个PDCP实体
每个PDCP实体承载一个RB（Radio bearer）的数据 每个PDCP实体与一个或两个RLC实体关联，取决于RB特征（单向 或双向） 一个PDCP实体与控制面还是用户面关联，取决于承载数据的RB特 性
LTE接口协议
培训目标
学完本课程后，您应该能：
了解E-UMTS接口协议的整体架构 了解E-UMTS各接口的特性
了解与协议栈相关的概念
目 录
1. LTE接口概述 2. 空中接口协议栈分析 3. S1接口协议栈分析
4. X2接口协议栈分析
LTE系统总体架构
MME / S-GW MME / S-GW
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
物理层主要功能
传输信道的错误检测，并向高层提供指示
传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调 HARQ软合并 编码的传输信道向物理信道的映射 物理信道功率加权
主要实现与调度和HARQ相关的功能. 逻辑信道与传输信道的映射：
MAC调度算法
常用的分组调度算法
最大 C/I算法 轮询算法 (Round Robin ：RR)
正比公平算法 (PF)
增强型正比公平算法（EPF）
其他调度算法
持续调度算法( Persistent scheduling ：PS)
UL-SCH
Uplink Transport channels
目
录
2. 无线空中接口协议架构
2.1 分组数据汇聚协议PDCP 2.2 媒体访问控制协议MAC 2.3 无线链路控制协议RLC 2.4 物理层
2.5 无线资源控制（RRC）协议
2.6 NAS层
RLC层功能
对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输
通过ARQ机制进行错误修正(CRC校验由物理层完成,针对AM数据) 根据传输块大小进行动态分段(级联/分段/重装)，针对UM和AM数据 重传时对PDU进行重分段，重分段的数目没有限制，针对AM数据 顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时除外）
重复检测（针对UM和AM数据）
底层协议错误检测与恢复 eNodeB和UE间的流控
半持续调度算法( Semi-persistent scheduling ：SPS
MAC调度算法
逻辑信道功能
广播控制信道BCCH: 广播系统控制信息
寻呼控制信道PCCH: 寻呼信息，网络不知道UE位置时使用 公共控制信道CCCH: UE与网络间传输控制信息，当UE没有和网络
的RRC连接时使用该信道
PHY
空口协议栈功能
控制平面的主要功能由上层的无线资源控制层（RRC）和非接入子层（NAS） 实现。 RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和 控制，实现的功能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放，RRC 连接管理，无线承载（Radio Bearer，RB）管理，移动性功能，终端的 测量和测量上报控制
SDU丢弃（针对UM和AM数据）
RLC层模式
确认(AM, Acknowledgement Mode)模式
用于可靠性要求很高、分组长度可变的业务。支持ARQ、分组 的切割和串接。PDU头需要较长序列号、轮询比特、长度指示。
如用于TCP业务、文件传输等，主要关心无错传输
非确认(UM, Un-acknowledgement Mode)模式
频率与时间同步
无线特征测量，并向高层提供指示 MIMO天线处理、传输分集、波束赋形 射频处理
下行物理信道
物理广播信道（ PBCH ： Physical broadcast channel ） 物理下行共享信道（ PDSCH ： Physical downlink shared channel ）
物理组播信道（ PMCH ： Physical multicast channel ）
物理下行控制信道（ PDCCH ： Physical downlink control
channel ）
物理控制格式指示信道（ PCFICH ： Physical control format indicator channel ）
SRB (Signaling Radio Bearer 信令无线承载) -> PDCP control PDU DRB (Data Radio Bearer数据无线承载) -> PDCP data PDU
PDCP子层
PDCP子层在用户面的业务及功能主要有:
用户平面数据的包头压缩和解压缩 用户数据传送：PDCP接收来自NAS的PDCP SDU，然后转发到 RLC子层，反之亦然 在RLC AM切换时顺序传送和上层PDU重复检测 在RLC AM切换时PDCP SDU重传
NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内，主要负责非接入 层的管理和控制。实现的功能包括：EPC承载管理，鉴权，产生 LTE‐IDLE状态下的寻呼消息，移动性管理，安全控制等。
用户平面协议栈主要由分组数据汇聚子层PDCP，无线链路控制子层RLC，媒体 接入控制子层MAC三个子层构成。 PDCP主要任务是IP头压缩，用户数据完整性保护和加密。 MAC主要实现与调度和HARQ相关功能，逻辑信道与传输信道的映射。 RLC实现的功能：支持 AM、UM、TM 三种数据传输模式 , 数据分段与重 组，SDU排序和丢弃
下行物理信号
Cell-specific下行参考信号
参考信号用于传送下行链路相干解调信息
正交序列有3种，伪随机序列有168种 每个小区通过一个正交序列和一个伪随机序列的组合来识别，因 此总共有504种不同的小区ID（168*3=504）
同步信号
主同步信号
辅同步信号
上行物理信道
物理上行共享信道（ PUSCH ：Physical uplink shared channel ）