移动通信简介

L2
RLC MAC PHY
L2
L1
MME NAS
Uu用户面协议栈 L3 L2
NAS RRC PDCP RRC PDCP
RLC
MAC
RLC
MAC
L2
L1
PHY
PHY
源自文库L1
Uu控制面协议栈
L1-物理层
L1-物理层
物理层资源
资源单元（RE） 一个OFDM或者SC-FDMA符号上的一个 子载波组成的资源 资源块（RB） 一个时隙中，频域上连续宽度为180kHz 的物理资源
通过动态调度进行UE之间的优先级管理 传输格式的选择，通过物理层上报的测量信息，用户能力等，选择相应的 传输格式（调制方式和编码速率），从而达到最有效的资源利用 MBMS业务识别 填充功能，实际传输的数据不能填满整个授权的数据块大小时使用
MAC层之调度
调度：LTE取消了专用信道，并引入共享信道的概念。不同UE不同逻辑信道之间划分共享信
小区ID等系统消息 用于小区搜索过程
传输MBMS（多媒体广播 和多播业务）信息
HARQ(混合自动重传)的 确认/非确认(ACK/NACK)消息
用户数据资源分配的控制信息
PICH寻呼指示，AICH随机接入响应均在此信道传输
参考信号RS 同步信号
指示在一个子帧内用于控制区域 的OFDM符号数。
物理层信道
子帧0和子帧5只能用于下行传输，5ms切换周期配置时子帧1和6用作特殊子帧，10ms切换 周期配置时子帧1用作特殊子帧，UpPTS之后的第一个常规子帧只能用于上行传输
物理层信道
CRC 校验
CRC
Coding
Rate Matching
CRC 校验
Coding
Rate Matching
信道 编码
速率 匹配
LTE
宽带无线化 主导组织IEEE
带宽灵活配置 峰值速率更高 时延更小 支持高速 简化结构
LTE系统构架演进
从四层到三层 核心网 RNC
S1
RNC eNodeB NodeB eNodeB NodeB
X2 Uu
eNodeB NodeB eNodeB NodeB
X2
UE
UE
UE
UE
UE
UE
UE
UE
节点数目减少，用户面的时延大大缩减 简化了控制面从休眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移时间 降低了系统复杂性，减少了接口类型
复用方式：频分复用（FDM）和时分复用(TDM) TDMA帧
0
1
2
3
4
5
6
7
200kHz
业务信道
FCCH,SCH,BCCH,RACH,AGCH,PCH
GSM
基带单元 切换，功率控制 HLR:存储用户入网时登记 HLR/AuC 载频单元 无线资源管理 HIR 的一些静态信息，以及动 控制单元 测量和统计 态的用户位置信息
AuC: 鉴权和加密
BSC BTS
Um Abis A
BSC
MSC/VLR
A
用户
BTS
VLR:存储进入控制 区域内登记的移动 MMSCSC： 用户信息
A
MSC:网络的核心 协调与控制GSM MMSCSC： 网络中各个功能 实体
BTS
BTS
BSC
GPRS
HLR/AuC
基 站
BIS
Um Abis
BSC P C U
加扰
调制
层映射
预编码
符号级处理
RF映射
比特级处理
CRC 校验 Rate Matching
下行物理信道处理过程
OFDM 符号产生
Coding CRC
信道 编码
速率 匹配
加扰
调制
传输 预编码
RF映射
SC-FDMA 符号产生
上行物理信道处理过程
物理层信道
下行数据业务，所有 用户数据都可以使用
包括部分广播信息及寻呼信息
PDCCH+DL-SCH
上行动态调度
下行动态调度
MAC层之调度
半持续调度SPS：LTE中一些小数据量的应用，例如VoIP，制约系统容量的不再是带宽，而
是控制信道的容量。
随机接入过程
小区搜索过程：完成精确定时和频率同步，实现下行同步， PBCH收听广播 获得下行系统带宽，天线配置，系统帧号。
随机接入过程：
X2接口控制面主要功能支持在LTE系统内，UE在连接状态下从一个eNodeB到另一个eNodeB的移动性管理。 各eNodeB之间的资源状态、负荷状态进行监测，同时还负责X2连接的建立、复位、eNodeB配置更新等接 口管理工作。
LTE接口协议
地面接口 同级接口X2 上下级接口S1
用户面PDU 用户面PDU
WCDMA
HLR/AuC
基 站
NodeB
Uu Iub
RNC
RNC
Iu-CS
MSC/VLR
Iu-CS
NodeB
用户
NodeB Iu-PS
internet SDSN GGSN
R99
WCDMA
空中接口协议
控制面 用户面
NAS
呼叫控制实现，移动管理
RRC协议层
PDCP RLC MAC 物理层
接入网无线资源的管理
eNodeB
L3
SCTP IP
SCTP IP DLL PHY
eNodeB
L2 DLL L1 PHY
eNodeB
X2接口用户面协议
X2接口控制面协议
X2接口为用户面提供了业务数据基于IP的不可靠连接，而为控制面提供了信令传输的基于IP的可靠连接。
X2接口用户面是在切换时eNodeB之间转发业务数据的接口。UDP/IP是基于TCP/IP协议族内容，是实时 性较差的，不可靠链接的分组数据包传送协议。GTP-U(GPRS用户平面隧道协议)传送用户分组数据单元。
仅适用于PS域业务 实现点到点数据可靠传输 复用、解复用 透明模式（TM） 非确认模式（UM） 确认模式（AM）
编码、解码、交织、扩频和解扩
TD-SCDMA
R4
智能天线 同步码分多址 接力切换 时分双工 频谱的灵活性 对不对称业务的支持 上下行链路的相关性 设备成本低 需要精确同步
5ms 无线子帧1 #0 下行同步 #1 #2 #3 10ms 无线子帧2 #4 #5 #6
传输信道
物理信道 PUCCH PRACH PUSCH PDSCH PBCH PMCH PDCCH PCFICH PHICH
MAC层功能概述
实现逻辑信道到传输信道的映射 来自多个逻辑信道的MAC服务数据单元（SDU）复用与解复用 上行调度信息上报，包括终端待发送数据量信息和上行功率余量信息
基于HARQ机制的错误纠正功能。 同一个UE不同逻辑之间的优先级管理
道资源的功能成为调度
动态调度DS：
MAC层（调度器）实时动态地分配时频资源和允许传输的速率，灵活性高，但控制信令开销大， 适合突发特征明显的业务。 动态调度过程： a) eNodeB在控制信道上发布调度信令，包括资源分配信息，传输块格式信息和相关的HARQ信息。 b) UE检测控制信道，如果发现针对自己的资源调度信令，按照信令中的信息进行数据传输。 UE PDCCH UL-SCH eNodeB UE eNodeB
S1接口协议
S1 AP S1 AP
GTP-U L3 UDP IP L2 DLL L1 PHY
eNodeB
GTP-U UDP IP DLL PHY
eNodeB
L3
SCTP
IP
SCTP
IP DLL PHY
eNodeB
L2 DLL L1 PHY
eNodeB
S1接口用户面协议
S1用户面主要功能：在S1接口目标节点 指示数据分组所属的SAE接入承载；移动 性过程中尽量减少数据的丢失；错误处理 机制；MBMS处理功能；分组丢失检测 机制
S1接口控制面协议
S1控制面主要功能：EPC承载服务管理功能； S1接口UE上下文释放；助力UE完成系统间切 换；S1接口的寻呼；NAS信令传输；NAS节 点选择；S1接口管理。
LTE接口协议
空中接口Uu协议栈——三层两面
UE 压缩/解压缩，加密/解密 分段，级联 复用/解复用，调度 数据流传输 L1 （编码，译码，调制，解调） 独立于无线接入网相关的功能和流程， 主要包括EPS承载管理、鉴权，移动性 管理 系统信息的广播、寻呼，RRC连接管理， 无线资源控制，移动性管理 +控制信令数据完整性保护和验证 PDCP eNodeB PDCP RLC MAC PHY
动态分配信道 软件无线电
上行同步
保护时隙
3GPP三大标准对比
标准 采用国家和地区 继承基础 核心网 WCDMA 欧洲、日本 GSM GSM MAP cdma2000 美国、韩国 CDMA IS-95 ANSI-41 TD-SCDMA 中国 GSM GSM MAP
双工方式
多址方式 载波带宽 码片速率 峰值速率 基站间同步 功率控制
FDD
FDMA+CDMA 5MHz 3.84Mchip/s 14.4Mbit/s(下行) 5.76Mbit/s(上行) 异步 快速功控（1500Hz）
FDD
FDMA+CMDA 1.25MHz 1.228Mchip/s 3.1Mbit/s(下行) 1.8Mbit/s(上行) 同步（GPS） 上行：800Hz 下行：慢速、快速功控
TDD
FDMA+CDMA+ TDMA+SDMA 1.6MHz 1.28Mchip/s 2.8Mbit/s(下行) 384kbit/s(上行) 同步（GPS,北斗） 0~200Hz
LTE简介
LTE的演化 LTE接口协议
空口协议 X2口协议 S1口协议
L1、L2、L3层介绍
LTE演进
主导组织3GPP GSM CDMA 95 802.3 LAN 移动宽带化 WCDMA TD-SCDMA cdma2000 802.11 WLAN 802.16 WiMAX
上行用户数据
开机 UE从空闲状态到连接状态
切换
HARQ的ACK/NACK SR(调度请求)
CP
preamble
TG
随机接入前导
参考信号RS
L2层
MAC层简介 RLC层简介 PDCP简介
L2结构特点
下行：BCH(广播信道)，PCH（寻呼信道），DL-SCH(下行共享信道)，MCH(多播信道) 上行：RACH(随机接入信道)，UL-SCH(上行共享信道)
基站功能演进
“瘦”基站到“胖”基站
GGSN SGSN 路由选择 附着 路由选择 附着 系统接入控制 承载控制 移动性管理 无线资源管理 射频处理 信道编、译码 复用、解复用 调制、解调 LTE eNodeB 主要功能
RNC
系统接入控制 承载控制 移动性管理 无线资源管理 射频处理 信道编、译码 复用、解复用 调制、解调
移动通信简介
杨天绘 2017年08月03日
1
内容大纲
移动通信发展概述
2G:GSM GPRS/EDGE ，IS-95(cdmaOne) 3G:WCDMA /TD-SCDMA/cdma2000
LTE简介
LTE的演化 LTE接口协议 LTE L1、L2、L3层相关协议介绍
GSM
GSM是全球移动通信系统(Global System of Mobile communication) 的简称。自 90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。它的空中接口主要采 用时分多址技术，提供9.6kbps传输速度。
目的： 获得上行同步 获取上行发送资源
场景： 1、RRC_IDLE状态下的初始接入; 2、重建RRC连接； 3切换； 4、RRC_CONNECTED状态下，下行数据到达而上行失步而触发RACH； 5、RRC_CONNECTED状态下，UE上行数据发送时处于上行失步状态。 分类： 竞争随机接入，可用于1~5 非竞争随机接入，用于3~4
NodeB
UTMS主要网元功能分布
LTE接口协议
地面接口 同级接口X2 上下级接口S1
用户面PDU
X2接口协议
用户面PDU
X2 AP
X2 AP
流控制传输 协议，为IP分组 交换网提供可靠 的信令传输
GTP-U L3 IP UDP L2 DLL L1 PHY
eNodeB
GTP-U IP UDP DLL PHY
BSC
MSC/VLR
A
A
BIS
用户
BIS Gb
提供端到端，广域的IP连接 速率达到150kbps SGSN GGSN
internet
3G时代
主要技术：
码分多址（CDMA）技术
三大标准：
欧洲：WCDMA
中国：TD-SCDMA
美国：cdma2000
特点：
比2G更大的系统容量，更好的通信质量，为用户提供话音、数据、多 媒体业务，并且与2G系统兼容。
的
控制信道：BCCH(广播控制信道)，PCCH（寻呼控制信道），CCCH(公共控制信道) DCCCH(专用控制信道)，MCCH(多播控制信道) 业务信道：DTCH(专用业务信道)，MTCH(多播业务信道)
信道映射
CCCH DCCH DTCH BCCH PCCH MCCH MTCH
逻辑信道
RACH DL/UL-SCH BCH PCH MCH
帧结构
帧结构1：
支持全双工、半双工FDD 每个无线帧10ms，由10个子帧组成，每个子帧又可以分为两个时隙。 所以每个无线帧可以分为20个时隙，标号0-19。
帧结构
帧结构2：
仅支持TDD 每个无线帧10ms，由2个半帧组成，每个半帧由由5个子帧组成。 每个常规子帧包含两个时隙，每个时隙0.5ms。每两个时隙组成一组进行 调度。特殊时隙由DwPTS,GP,UpPTS组成，共占1ms,长度可调。