《LTE技術(shù)》課件第5章 無線接口協(xié)議

主要內(nèi)容1234無線接口協(xié)議棧數(shù)據(jù)鏈路層RRC層協(xié)議NAS層協(xié)議1無線接口協(xié)議棧案例引導(dǎo)回憶舊知拓展新知新知詳解無線接口協(xié)議棧在LTE中，無線接口協(xié)議通常可以分為三層兩面。三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。兩面：控制面、用戶面。無線接口協(xié)議?？刂泼鎱f(xié)議無線接口協(xié)議棧用戶面協(xié)議棧2數(shù)據(jù)鏈路層詳細(xì)定義性質(zhì)特點運用場景例題解析數(shù)據(jù)鏈路層在LTE系統(tǒng)中，層2由媒體接入控制子層（MAC子層）、無線鏈路控制子層（RLC子層）、和分組數(shù)據(jù)匯聚子層（PDCP子層）構(gòu)成，每個子層分別完成不同功能的同時，上下層之間互相通過連接節(jié)點進行數(shù)據(jù)的傳輸。MAC子層1.LTE中的信道

LTE沿用了3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中通用移動通信系統(tǒng)（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，UMTS）里面的三種信道，邏輯信道，傳輸信道與物理信道。從協(xié)議棧的角度來看，物理信道屬于物理層，傳輸信道位于物理層和MAC層之間，邏輯信道位于MAC層和RLC層之間，MAC子層（1）物理信道，信號在空中傳輸?shù)某休d，直接占用LTE空中接口的時頻資源。比如PBCH，也就是在實際的物理位置（時間和發(fā)射頻率）上采用特定的調(diào)制編碼方式來傳輸廣播消息。（2）傳輸信道，怎樣傳或者在傳輸這些消息時使用何種傳輸方式。比如下行共享信道DL-SCH，用于傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或是一些控制消息，這些數(shù)據(jù)和消息通過共享一部分的空中資源來傳輸，傳輸時需要指定調(diào)制與編碼策略，空間復(fù)用等信息處理方式，物理層會根據(jù)相應(yīng)的處理方式對信息進行發(fā)送。（3）邏輯信道，傳輸什么內(nèi)容或者傳輸?shù)南⒂糜谕瓿墒裁礃拥墓δ?。比如廣播控制信道（BCCH），其功能用來傳廣播消息；其傳輸?shù)南⑹轻槍o線小區(qū)內(nèi)所有移動臺，告知其相應(yīng)的運行參數(shù)。MAC子層物理信道見第4章MAC子層傳輸信道物理層通過傳輸信道向MAC子層或更高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸信道特性由傳輸格式定義。傳輸信道描述了數(shù)據(jù)在無線接口上是如何進行傳輸?shù)模约八鶄鬏數(shù)臄?shù)據(jù)特征，如數(shù)據(jù)如何被保護以防止傳輸錯誤，信道編碼類型，CRC保護或者交織，數(shù)據(jù)包的大小等。所有的這些信息集就是“傳輸格式”。MAC子層LTE定義的下行傳輸信道主要有如下4種類型：廣播信道（BroadcastChannel，BCH）：用于廣播系統(tǒng)信息和小區(qū)的特定信息。使用固定的預(yù)定義格式，能夠在整個小區(qū)覆蓋區(qū)域內(nèi)廣播。下行共享信道（DownlinkSharedChannel，DL-SCH）：用于傳輸下行用戶控制信息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。能夠使用HARQ；能夠通過各種調(diào)制模式，編碼，發(fā)送功率來實現(xiàn)鏈路適應(yīng)；能夠在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)送；能夠使用波束賦形；支持動態(tài)或半持續(xù)資源分配；支持終端非連續(xù)接收以達到節(jié)電目的；支持多媒體廣播多播（MultimediaBroadcastMulticastService，MBMS）業(yè)務(wù)傳輸。MAC子層下行共享信道（DownlinkSharedChannel，DL-SCH）：用于傳輸下行用戶控制信息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。能夠使用HARQ；能夠通過各種調(diào)制模式，編碼，發(fā)送功率來實現(xiàn)鏈路適應(yīng)；能夠在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)送；能夠使用波束賦形；支持動態(tài)或半持續(xù)資源分配；支持終端非連續(xù)接收以達到節(jié)電目的；支持多媒體廣播多播（MultimediaBroadcastMulticastService，MBMS）業(yè)務(wù)傳輸。MAC子層尋呼信道（PagingChannel，PCH）：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不知道UE所處小區(qū)位置時，用于發(fā)送給UE的控制信息。能夠支持終端非連續(xù)接收以達到節(jié)電的目的；能在整個小區(qū)覆蓋區(qū)域發(fā)送；映射到用于業(yè)務(wù)或其他動態(tài)控制信道使用的物理資源上。多播信道（MulticastChannel，MCH）：用于MBMS用戶控制信息的傳輸。能夠在整個小區(qū)覆蓋區(qū)域發(fā)送；對于單頻點網(wǎng)絡(luò)支持多小區(qū)的MBMS傳輸?shù)暮喜?；使用半持續(xù)資源分配。MAC子層LTE定義的上行傳輸信道主要有如下2種類型：上行共享信道（UplinkSharedChannel，UL-SCH）：用于傳輸下行用戶控制信息或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。能夠使用波束賦形；有通過調(diào)整發(fā)射功率、編碼和潛在的調(diào)制模式適應(yīng)鏈路條件變化的能力；能夠使用HARQ；動態(tài)或半持續(xù)資源分配。隨機接入信道（RandomAccessChannel，RACH）：能夠承載有限的控制信息，這些信息用于在早期連接建立的時候或者RRC狀態(tài)改變的時候建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)連接。MAC子層邏輯信道邏輯信道定義了傳輸?shù)膬?nèi)容。MAC子層使用邏輯信道與高層（RLC層）進行通信。邏輯信道通常分為兩類：即用來傳輸控制平面信息的控制信道和用來傳輸用戶平面信息的業(yè)務(wù)信道。而根據(jù)傳輸信息的類型又可劃分為多種邏輯信道類型，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，提供不同的傳輸服務(wù)。MAC子層LTE定義的控制信道主要有如下5種類型：廣播控制信道（BroadcastControlChannel，BCCH）：該信道屬于下行信道，用于傳輸廣播系統(tǒng)控制信息。尋呼控制信道（PagingControlChannel，PCCH）：該信道屬于下行信道，用于傳輸尋呼信息和改變通知消息的系統(tǒng)信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)沒有用戶終端所在小區(qū)信息的時候，使用該信道尋呼終端。MAC子層公共控制信道（CommonControlChannel，CCCH）：該信道包括上行和下行，當(dāng)終端和網(wǎng)絡(luò)間沒有RRC連接時，終端級別控制信息的傳輸使用該信道。多播控制信道（MulticastControlChannel，MCCH）：該信道為點到多點的下行信道，用于UE接收MBMS業(yè)務(wù)。專用控制信道（DedicatedControlChannel，DCCH）：該信道為點到點的雙向信道，用于傳輸終端側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)存在RRC連接時的專用控制信息。MAC子層LTE定義的業(yè)務(wù)信道主要有如下2種類型：專用業(yè)務(wù)信道（DedicatedTrafficChannel，DTCH）：該信道可以為單向的也可以是雙向的，針對單個用戶提供點到點的業(yè)務(wù)傳輸。多播業(yè)務(wù)信道（MulticastTrafficChannel，MTCH）：該信道為點到多點的下行信道。用戶只會使用該信道來接收MBMS業(yè)務(wù)。MAC子層邏輯信道至傳輸信道的映射MAC子層傳輸信道至物理信道的映射MAC子層MAC層功能1）實現(xiàn)邏輯信道到傳輸信道的映射；2）進行來自多個邏輯信道的MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）的復(fù)用和解復(fù)用操作；3）上行調(diào)度信息上報，包括終端待發(fā)送數(shù)據(jù)量信息和上行功率余量信息；4）通過HARO機制進行糾錯；MAC子層MAC層功能5）同一個UE不同邏輯信道之間的優(yōu)先級管理；6）通過動態(tài)調(diào)度進行UE之間的優(yōu)先級管理；7）傳輸格式的選擇，通過物理層上報的測量信息，用戶能力等，選擇相應(yīng)的傳輸格式（包括調(diào)制方式和編碼速率等），從而達到最有效的資源利用；8）MBMS業(yè)務(wù)識別；9）填充功能，即當(dāng)實際傳輸數(shù)據(jù)量不能填滿整個授權(quán)的數(shù)據(jù)塊大小時使用。MAC子層1）調(diào)度在LTE中，系統(tǒng)完全取消了專用信道，而引入了共享信道的概念，即LTE的應(yīng)用和業(yè)務(wù)是由多個用戶共享相同的資源進行傳輸?shù)?，這樣做主要的目的是提高無線資源的利用率。但是由于各個業(yè)務(wù)和應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求是不同的，如何為具有不同帶寬要求、不同時延保障、不同QoS等級的各種業(yè)務(wù)合理地分配資源，在滿足業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，提高網(wǎng)絡(luò)的總體吞吐量和頻譜效率，這就需要一種能夠在不同UE、不同邏輯信道之間劃分共享信道資源的功能，這種功能稱為調(diào)度。MAC子層1）調(diào)度動態(tài)調(diào)度這種方法由MAC層調(diào)度器實時動態(tài)地分配時頻資源和允許傳輸?shù)乃俾剩`活性很高，但控制信令開銷也大，適合突發(fā)特征明顯的業(yè)務(wù)。動態(tài)調(diào)度的基本流程是：首先eNodeB在控制信道上發(fā)送資源調(diào)度信令；然后UE檢測控制信道，如果發(fā)現(xiàn)針對自己的資源調(diào)度信令，則按照信令中的信息進行數(shù)據(jù)傳輸。MAC子層1）調(diào)度半持續(xù)調(diào)度（Semi-PersistentScheduling，SPS）是在動態(tài)調(diào)度的基礎(chǔ)上引入的，它是一種優(yōu)化的調(diào)度方式，用于支持分組大小相對固定、到達具有周期性特點的業(yè)務(wù)（例如對于上行或者下行的VoIP業(yè)務(wù)）。RRC信令負(fù)責(zé)靜態(tài)調(diào)度參數(shù)（周期）的配置，PDCCH信令負(fù)責(zé)激活/去激活半持續(xù)調(diào)度資源。半持續(xù)調(diào)度方式的實現(xiàn)過程是：在LTE的調(diào)度傳輸過程中，eNodeB在初始調(diào)度通過PDCCH指示UE當(dāng)前的調(diào)度信息，UE識別是半持續(xù)調(diào)度，則保存當(dāng)前的調(diào)度信息，每隔固定周期在相同的時頻資源位置上進行該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。使用SPS，可以充分利用話音數(shù)據(jù)包周期到達的特點，一次授權(quán)，周期使用，能夠有效地節(jié)省LTE系統(tǒng)用于調(diào)度指示的PDCCH資源。MAC子層2）混合自動重傳MAC層協(xié)議實現(xiàn)對物理層HARQ功能的控制。在MAC中實現(xiàn)對HARQ功能的建模分為兩個層次：HARQ實體和HARQ進程。每個UE中存在一個ULHARQ實體和一個DLHARQ實體，每個實體包含多個并行操作的HARQ進程。HARQ實體響應(yīng)調(diào)度信令，并操作HARQ進程，HARQ進程針對傳輸塊進行HARQ操作。MAC子層3）優(yōu)先級管理在MAC中，調(diào)度功能是根據(jù)邏輯信道的優(yōu)先級管理進行的。優(yōu)先級管理分為UE間優(yōu)先級管理和UE內(nèi)優(yōu)先級管理。UE間優(yōu)先級管理：在LTE中，上行資源分配是以UE為單位進行的。UE間的優(yōu)先級管理主要目的是根據(jù)每個UE內(nèi)部邏輯信道的QoS，確定不同UE被分配資源的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的UE先獲得資源。MAC子層3）優(yōu)先級管理UE內(nèi)優(yōu)先級管理：一個UE可能同時和eNodeB建立多個邏輯信道，每個邏輯信道對應(yīng)一個無線承載，不同無線承載的QoS屬性決定了不同邏輯信道的優(yōu)先級。在LTE規(guī)范中，UE內(nèi)的優(yōu)先級管理體現(xiàn)在上行調(diào)度（下行調(diào)度中UE內(nèi)部優(yōu)先級管理取決于eNodeB）過程中。當(dāng)UE獲得eNodeB分配的資源時，將根據(jù)一定的規(guī)則保證高優(yōu)先級的邏輯信道中的數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)送，同時又要避免低優(yōu)先級邏輯信道中的數(shù)據(jù)由于長時間得不到無線資源，而無法進行傳輸?shù)那闆r發(fā)生。MAC子層4）調(diào)度請求調(diào)度請求用于UE向eNodeB請求UL-SCH資源發(fā)送上行數(shù)據(jù)所用，當(dāng)觸發(fā)了SR時，它就會一直處于掛起的狀態(tài)直到它被取消，即這次請求得到滿足或者出現(xiàn)了新的SR。調(diào)度請求SR由常規(guī)緩存狀態(tài)報告（RegularBSR）觸發(fā)，BSR將UE當(dāng)前緩沖區(qū)中待發(fā)送數(shù)據(jù)情況告訴eNodeB，為eNodeB提供上行調(diào)度的信息。SR有兩種獲得上行資源的方式，分別是：專用SR和隨機接入SR。MAC子層4）調(diào)度請求專用SR：eNodeB為UE分配特定的PUCCH用于發(fā)送調(diào)度請求。專用SR是周期性質(zhì)的，即不管UE是否進行申請，都會有上行的PUCCH資源用于SR的發(fā)送。所以如果eNodeB為UE配置了專用SR，則優(yōu)先使用專用SR。隨機接入SR：在某些場景下UE可以通過隨機接入過程，將BSR發(fā)送給eNodeB。隨機接入SR采用基于競爭的隨機接入方式，將BSR放在Msg3中發(fā)送給基站。MAC子層5）緩沖區(qū)狀態(tài)報告（BSR）緩沖區(qū)狀態(tài)報告的作用是告知eNodeB此UE共有多少數(shù)據(jù)存在上行的緩沖區(qū)里需要發(fā)送，為eNodeB提供上行調(diào)度需要的信息。過于精細(xì)的BSR會導(dǎo)致較大的信令開銷，因此LTE上行的調(diào)度是針對一個邏輯信道組而不是一個邏輯信道的。UE內(nèi)部共設(shè)置了4個邏輯信道組，每個邏輯信道組中可以包括一個或多個邏輯信道，每次上報的信息是同一組中的邏輯信道緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)量的總和。BSR上報的數(shù)據(jù)包括RLC和PDCP緩沖區(qū)中的所有PDU和SDU。MAC子層5）緩沖區(qū)狀態(tài)報告（BSR）BSR觸發(fā)條件有如下幾種情況：常規(guī)BSR（RegularBSR）：存在一個屬于某一個邏輯信道組的邏輯信道，它對應(yīng)的RLC或者PDCP實體里存在要發(fā)送的上行數(shù)據(jù)（例如RLC/PDCP的控制信息以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等）；或者有一個邏輯信道，它的優(yōu)先級高于任何屬于某一邏輯信道組的信道，有數(shù)據(jù)需要發(fā)送。這些情況觸發(fā)的BSR，稱為“常規(guī)BSR”。周期性BSR（PeriodicBSR）：如果配置了周期性BSR定時器（periodicBSR-Timer），當(dāng)該定時器超時，就會觸發(fā)周期性BSR。填充BSR（PaddingBSR）：如果eNodeB分配的資源容納傳輸數(shù)據(jù)之外仍有剩余，并且剩余的資源足夠容納對應(yīng)BSR的MACCE和相應(yīng)的MAC頭，將觸發(fā)填充BSR。即填充BSR機制允許將剩余的上行資源用于BSR。MAC子層6）功率余量上報（PowerHeadroomReport，PHR）功率余量上報（PHR）用于將估計的上行傳輸功率和UE的最大發(fā)射功率之差上報給eNodeB，PHR為eNodeB提供進行功率控制和調(diào)度的信息。MAC子層7）非連續(xù)接收（DiscontinuousReception，DRX）在LTE中，為了節(jié)省UE的能量，增加UE電池的使用時間，引入了DRX機制。DRX分兩種，空閑態(tài)（IDLE）DRX和激活態(tài)（ACTIVE）DRX。MAC子層空閑態(tài)DRX也就是當(dāng)UE處于空閑狀態(tài)下的非連續(xù)性接收，由于處于空閑狀態(tài)時，已經(jīng)沒有RRC連接以及用戶的專有資源，因此這個主要是監(jiān)聽呼叫信道與廣播信道，只要定義好固定的周期，就可以達到非連續(xù)接收的目的。激活態(tài)DRX，也就是UE處在RRC-CONNECTED狀態(tài)下的DRX，它可以優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，更重要的是可以節(jié)約手機功率，增加UE電池使用時間。有一些非實時應(yīng)用，像web瀏覽，即時通信等，總是存在一段時間，手機不需要不停地監(jiān)聽下行數(shù)據(jù)以及相關(guān)處理，那么DRX就可以應(yīng)用到這樣的情況。RLC子層無線鏈路控制層（RadioLinkControl，RLC）位于MAC層和PDCP層之間，是MAC層與更高層協(xié)議之間通信的橋梁。RLC層通過業(yè)務(wù)接入點與上層（PDCP層）進行相連，而通過邏輯信道與下層（MAC層）進行相連。RLC實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理相關(guān)的諸多功能，包括數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝、ARQ過程、重排序和重復(fù)檢測等。RLC層的功能由RLC實體實現(xiàn)，RRC層會對RLC層進行配置。RLC子層一個RLC實體可以配置為以下三種數(shù)據(jù)傳輸模式中的一種：透明模式（TransparentMode，TM）、非確認(rèn)模式（UnacknowledgedMode，UM）、確認(rèn)模式（AcknowledgedMode，AM）。UM和TM模式下發(fā)送端和接收端是兩個獨立的實體，一個TMRLC實體僅支持單方向數(shù)據(jù)傳輸，即為發(fā)送TM實體或接收TM實體。AM模式下，由于發(fā)送端和接收端需要交互信息，因此發(fā)送端和接收端位于同一個RLC實體中。一個AMRLC實體支持雙向傳輸，即其同時包含一個發(fā)送端和一個接收端，發(fā)送端接收高層SDU并通過低層發(fā)送PDU至其對等端的AM實體，接收端通過低層從其對等端AM實體接收PDU并將SDU發(fā)往高層。RLC子層RLC層功能概括如下：1）高層數(shù)據(jù)傳輸；2）通過ARQ機制進行錯誤修正（僅針對AM數(shù)據(jù)傳輸，CRC校驗由物理層完成）；3）RLCSDU串接、分段、重組（針對UM和AM數(shù)據(jù)傳輸）；4）RLCSDU重分段（僅針對AM數(shù)據(jù)傳輸）；RLC子層5）RLCSDU重排序（針對UM和AM數(shù)據(jù)傳輸）；6）RLCSDU重復(fù)檢測（針對UM和AM數(shù)據(jù)傳輸）；7）RLCSDU丟棄（針對UM和AM數(shù)據(jù)傳輸）；8）RLC重建立9）協(xié)議錯誤檢測（僅針對AM數(shù)據(jù)傳輸）；RLC子層RLC層整體模型RLC子層1）透明模式（TM）透明模式中的“透明”是指TMRLC實體對經(jīng)過它的PDU是透明的，即不執(zhí)行任何功能也沒有附加RLC開銷。既然沒有附加開銷，RLCSDU就被直接映射到RLCPDU，反之亦然。TMRLC實體主要在邏輯信道BCCH，DL/ULCCCH和PCCH上發(fā)送/接收RLCPDU。TMRLC實體發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)類型為TMDPDU。TMRLC使用非常嚴(yán)格。只有那些不需要RLC配置的RRC消息才可以使用TMRLC，例如廣播系統(tǒng)消息、尋呼消息等。用戶平面的數(shù)據(jù)傳輸不能使用TMRLC。RLC子層透明模式RLC子層2）非確認(rèn)模式（AM）UMRLC主要用于傳輸延時敏感和容忍差錯的實時應(yīng)用，比如VoIP。點對多點業(yè)務(wù)如MBMS也使用UMRLC，因為這些業(yè)務(wù)不能適用確認(rèn)模式AMRLC。UMRLC實體主要在邏輯信道DL/ULDTCH上發(fā)送/接收RLCPDU。UM實體發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)類型為UMDPDU。UMRLC的主要功能主要有：RLCSDU分塊和串接；RLCSDU重排序；RLCSDU的重復(fù)檢測；RLCSDU的重組。RLC子層非確認(rèn)模式RLC子層3）確認(rèn)模式（AM）AMRLC提供雙向的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，發(fā)送端和接收端位于同一個RLC實體中。AMRLC最重要的特征是“重傳”，利用自動重傳請求（ARQ）用來支持無差錯傳輸。AMRLC主要應(yīng)用在錯誤敏感、時延容忍的非實時業(yè)務(wù)中。這些應(yīng)用包括大部分交互/后臺類型業(yè)務(wù)，如web瀏覽和文件下載等。如果時延要求不太嚴(yán)格，流媒體類型業(yè)務(wù)也經(jīng)常使用AMRLC。在控制平面中，為了利用RLC確認(rèn)和重傳來保證可靠性，RRC消息通常使用AMRLC。AMRLC實體主要在邏輯信道上下行DCCH或者DTCH上發(fā)送/接收RLCPDU。AMRLC實體發(fā)送/接收數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)單元AMDPDU和AMDPDU分段，控制單元STATUSPDU。RLC子層確認(rèn)模式PDCP子層分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PacketDataConvergenceProtocol，PDCP）層位于LTE空中接口協(xié)議中的RLC層之上，RRC層之下。PDCP層主要用于對用戶平面和控制平面數(shù)據(jù)提供頭壓縮、加密、完整性保護等操作，以及對UE提供無損切換的支持。所有的數(shù)據(jù)無線承載（DataRadioBearer，DRB）以及除信令無線承載（SignalingRadioBear）SRB0外的其他的SRB在PDCP層都對應(yīng)一個PDCP實體。每個PDCP實體根據(jù)所傳輸?shù)臒o線承載特點與一個或兩個RLC實體相關(guān)聯(lián)。單向無線承載（即對應(yīng)RLCUM模式的無線承載）的PDCP實體對應(yīng)兩個RLC實體（即兩個RLCUM實體，分別用于上/下行數(shù)據(jù)的處理），雙向無線承載（即對應(yīng)RLCAM的無線承載）的PDCP實體對應(yīng)一個RLC實體（即一個RLCAM實體，RLCAM實體能夠處理上下行數(shù)據(jù)）。一個UE可以包含多個PDCP實體，PDCP實體的數(shù)目由無線承載的數(shù)目所決定。PDCP子層PDCP層結(jié)構(gòu)PDCP子層PDCP功能視圖PDCP子層1.PDCP序列號（SequenceNumber，SN）維護每個PDCPSDU都與一個COUNT值相關(guān)聯(lián)，COUNT值由PDCPSDU在PDCP層分配的PDCPSN和PDCPSDU對應(yīng)的超幀號（HyperFrameNumber，HFN）兩部分組成。序列號維護的主要任務(wù)是當(dāng)PDCPSN發(fā)生翻轉(zhuǎn)時使收發(fā)兩端的HFN保持同步，使PDCPSDU在接收端能夠獲得與發(fā)送端一致的COUNT值，用于解密和完整性驗證。PDCP子層2.頭壓縮在UE對應(yīng)的PDCP實體中，每個處理用戶面數(shù)據(jù)的PDCP實體都可以配置使用頭壓縮。當(dāng)前的PDCP只支持ROHC協(xié)議，每個PDCP實體最多使用一個ROCH實例。PDCP子層3.完整性保護PDCP層完整性保護用于保證RRC信令在空口傳輸?shù)耐暾?，完整性保護只針對SRB。所保護的內(nèi)容包括PDCPSDU中未經(jīng)加密的數(shù)據(jù)部分，以及對應(yīng)的PDCPSDU頭部。PDCP實體使用的完整性保護算法和密鑰由高層進行配置，并由高層激活。在安全性激活之后，完整性保護功能將應(yīng)用到所有上下行鏈路的PDU中，包括用于激活完整性保護的PDCPPDU中。PDCP子層由于用于激活完整性保護的RRC消息對應(yīng)的PDCPPDU本身是采用該RRC消息中攜帶的完整性保護配置進行了完整性保護的，因此在對該RRC消息對應(yīng)的PDCPPDU進行完整性驗證之前首先應(yīng)該將該RRC消息所對應(yīng)的PDCPPDU發(fā)送給RRC，由RRC對該消息進行解碼，然后，PDCP根據(jù)RRC提供的完整性保護配置信息完成對該RRC消息對應(yīng)的PDCPPDU的完整性驗證。PDCP子層4.加密加密是保護數(shù)據(jù)安全的重要手段，其作用是保障信息被他人截獲后無法讀懂其含義，從而保護數(shù)據(jù)的隱秘性。加密功能只針對PDCP數(shù)據(jù)PDU（包括控制平面數(shù)據(jù)PDU和用戶平面數(shù)據(jù)PDU）；PDCP控制PDU不進行加密。加密功能包括加密和解密兩個部分。PDCP實體所使用的加密算法和密鑰由高層進行配置，加密功能由高層激活。在安全性激活后，加密功能應(yīng)用于高層指示的所有上下行鏈路的PDCPPDU。3RRC層協(xié)議淺顯應(yīng)用知識拓展靈活應(yīng)用舉一反三RRC的功能無線資源控制（RadioResourceControl，RRC）協(xié)議位于接入網(wǎng)協(xié)議?？刂破矫娴淖罡邔?，其功能主要可以劃分為三個部分：對NAS層提供連接管理、消息傳遞等服務(wù)，對接入網(wǎng)的各個低層協(xié)議實體提供參數(shù)配置的功能，負(fù)責(zé)UE移動性管理相關(guān)的測量、控制等功能。連接模式下的RRC層協(xié)議設(shè)計基本遵循了主從模式，即UE側(cè)的RRC實體要完全服從eNodeB側(cè)RRC實體的各個RRC命令。另一方面，在很多情況下，eNodeB側(cè)的RRC層實體行為很多是被MME發(fā)送的S1AP消息觸發(fā)的，因此RRC和S1AP之間也有著很緊密的聯(lián)系。RRC的功能1.發(fā)送廣播系統(tǒng)信息。廣播信息主要包括：1）NAS公共信息；2）適于用RRC_IDLE狀態(tài)UE的信息，例如小區(qū)選擇/小區(qū)重選參數(shù)、鄰區(qū)信息；適用于RRC_CONNECTED狀態(tài)UE的可用信息，例如公共信道配置信息；3）地震和海嘯預(yù)警系統(tǒng)（EarthquakeandTsunamiWarningSystem，ETWS）通知；4）商用移動終端預(yù)警服務(wù)（CommercialMobileAlertService，CMAS）通知。RRC的功能2.RRC連接控制?？刂频膬?nèi)容主要包括：1）尋呼；2）RRC連接建立、修改和釋放，包括C-RNTI的分配/修改、SRB1和SRB2的建立/修改/釋放、禁止接入類型等；3）初始安全激活，即AS完整性保護和AS加密的初始配置；4）RRC連接移動性，包括同頻和異頻切換、相關(guān)的安全處理、密鑰/算法改變、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間傳輸?shù)腞RC上下文信息規(guī)范；5）用戶數(shù)據(jù)RB承載的建立、修改和釋放；無線資源配置管理，包括ARQ配置、HARQ配置、DRX配置的分配和修改等；6）QoS控制，包括上下行半持續(xù)調(diào)度配置信息、UE側(cè)上行速率控制參數(shù)的配置和修改；7）無線鏈路失敗恢復(fù)。RRC的功能3.無線接入技術(shù)（RadioAccessTechnology，RAT）間轉(zhuǎn)移性。4.測量配置與報告。主要包括：1）測量的建立、修改和釋放(例如同頻、異頻以及不同RAT的測量)；2）建立和釋放測量間隔；3）測量報告。5.其他的功能。例如專用NAS信息和非3GPP專用信息的傳輸、UE無線接入性能信息的傳輸、通用協(xié)議錯誤處理、自配置和自優(yōu)化等。系統(tǒng)信息主信息塊（MIB）：定義小區(qū)中最重要的物理信息，包括系統(tǒng)幀號、小區(qū)帶寬、PHICH信道信息等。系統(tǒng)信息塊（SIB）：根據(jù)內(nèi)容分為SIB1~SIB12。系統(tǒng)信息主信息塊內(nèi)容系統(tǒng)幀號（SFN）8bit，使UE獲得系統(tǒng)的時間信息下行系統(tǒng)帶寬3bit，使UE可以獲知接收帶寬PHICH配置信息3bit，使UE獲得PDCCH信道占用的控制符號，以讀取其他系統(tǒng)廣播信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)信息塊攜帶的信息SIB1小區(qū)選擇和駐留的相關(guān)信息提供了與小區(qū)選擇和駐留相關(guān)的信息，如PLMN標(biāo)識、小區(qū)是否被禁止駐留、是否為CSG小區(qū)、小區(qū)選擇的信息、小區(qū)偏移、所用的頻段信息等。其他系統(tǒng)信息塊的調(diào)度信息提供了其他系統(tǒng)信息塊的調(diào)度信息，以便于UE在正確的位置接收相關(guān)信息。同時也提供了系統(tǒng)信息的變化信息，以便于UE更新相應(yīng)的系統(tǒng)廣播消息。SIB2接入限制信息提供了接入服務(wù)的級別等信息以控制UE接入的概率公共信道參數(shù)提供了公共信道的資源配置信息等MBSFN子幀的配置信息提供了預(yù)留給MBSFN子幀的位置信息SIB3小區(qū)重選相關(guān)信息該系統(tǒng)信息塊的重選信息包括了同頻、異頻以及異系統(tǒng)的公用信息、服務(wù)的頻點信息以及部分同頻小區(qū)重選的信息SIB4同頻小區(qū)重選信息提供了同頻鄰小區(qū)列表SIB5異頻小區(qū)重選信息提供了異頻載波的相關(guān)小區(qū)重選參數(shù)，也可以提供異頻小區(qū)的小區(qū)列表信息（可選）SIB6異系統(tǒng)小區(qū)重選信息（UTRAN）提供UTRAN的小區(qū)重選相關(guān)參數(shù)，相關(guān)載波信息SIB7異系統(tǒng)小區(qū)重選信息（GERAN）提供GERAN的小區(qū)重選相關(guān)參數(shù)，相關(guān)載波信息SIB8異系統(tǒng)小區(qū)重選信息（CDMA2000）提供CDMA2000的小區(qū)重選相關(guān)參數(shù)，相關(guān)載波信息SIB9家庭eNodeB的名稱提供家庭eNodeB的名稱SIB10ETWS的主要通知信息提供地震、海嘯告警系統(tǒng)的主要通知信息SIB11ETWS的次要通知信息提供地震、海嘯告警系統(tǒng)次要通知信息，支持分段傳輸SIB12CAMS的告警通知消息提供商用UE告警服務(wù)連接控制RRC層的連接控制功能主要包括：尋呼、RRC連接建立、初始安全激活、RRC連接重配置、計數(shù)器檢查、RRC連接重建立、RRC連接釋放、無線資源配置、信令無線承載增加/修改、MAC重配置、半持續(xù)調(diào)度重配置、物理信道重配置、無線鏈路失敗相關(guān)的操作等。連接控制LTE中設(shè)計了兩個RRC的狀態(tài)：空閑態(tài)（RRC_IDLE）狀態(tài)和連接（RRC_CONNECTED）狀態(tài)。RRU的空閑狀態(tài)具備下面的特點RRC的連接狀態(tài)具備下面的特點：UE監(jiān)聽系統(tǒng)信息；UE監(jiān)聽系統(tǒng)信息；UE監(jiān)聽系統(tǒng)信息；UE監(jiān)聽系統(tǒng)信息；使用UE自主控制的移動性管理機制，即在測量基礎(chǔ)上UE自主決定進行小區(qū)選擇和重選；使用網(wǎng)絡(luò)控制的移動性管理機制，即網(wǎng)絡(luò)對UE測量和切換過程進行控制。不能接收或者發(fā)送任何用戶面數(shù)據(jù)，無線接入網(wǎng)中任何節(jié)點都沒有UE上下文信息，因此不知道UE的存在；UE執(zhí)行資源調(diào)度相關(guān)操作，如監(jiān)聽控制信道、信令質(zhì)量反饋、數(shù)據(jù)收發(fā)；可以在已建立的數(shù)據(jù)承載上收發(fā)數(shù)據(jù)；可以發(fā)起RRC連接過程，用于呼叫建立、位置更新等目的；可以接收或發(fā)送RRC信令；對于正常注冊的UE，核心網(wǎng)（MME節(jié)點）在PLMN的TA級別上掌握UE當(dāng)前所在的位置。UE當(dāng)前接入的eNodeB中存在UE的上下文信息，無線接入網(wǎng)可以在小區(qū)的級別上掌握UE當(dāng)前所在的位置，核心網(wǎng)可以在eNodeB的級別上掌握UE所在的位置。連接控制與RRC連接相關(guān)的一個概念是信令無線承載（SignalingRadioBearer，SRB），其含義是專用于信令傳輸?shù)臒o線承載。LTE中定義了三個信令無線承載，分別是SRB0，SRB1，SRB2。它們的用途如下：SRB0用于承載CCCH上的RRC信息，這些消息用于RRC連接建立過程或者RRC連接重建立過程；SRB1用于承載DCCH上的RRC消息，在SRB2建立前，也可以用SRB1承載NAS消息。SRB2用于承載DCCH上的NAS消息，SRB2的優(yōu)先級低于SRB1，網(wǎng)絡(luò)必須在安全性激活后才能建立和使用SRB2。連接控制RRC的連接主要包括了RRC連接建立、維護釋放和修改過程，此外還包括了利用RRC連接進行的參數(shù)配置和控制過程?？傮w上由RRC連接建立過程、RRC連接重建立過程、RRC連接釋放過程、RRC連接重配置過程等基本過程構(gòu)成。連接控制1）RRC連接建立過程當(dāng)處于空閑狀態(tài)的UE希望發(fā)起一個呼叫或者尋呼響應(yīng)時，即觸發(fā)此過程。出于降低時延的要求，LTE系統(tǒng)中設(shè)計的RRC連接過程發(fā)生在eNodeB和MME之間的S1連接建立前。因為沒有從MME獲得任何UE上下文，所以此過程只建立基本的SRB1，不激活任何的安全性操作。RRC連接建立過程分為兩個階段：準(zhǔn)備階段和實施階段。在準(zhǔn)備階段中，UE會根據(jù)NAS層的觸發(fā)原因和系統(tǒng)廣播中的接入限制信息，通過一系列檢查來判斷自己當(dāng)前是否被允許進行接入過程，如果可以，則執(zhí)行后續(xù)的實施階段；否則UE的RRC將啟動相應(yīng)的定時器，在該定時器超時前UE無法發(fā)起任何接入過程。這個機制主要用于負(fù)荷擁塞控制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時限制某些UE進行接入。在實施階段，一個成功的RRC連接建立過程涉及UE和網(wǎng)絡(luò)間的三次握手。連接控制RRC連接建立成功流程連接控制RRC連接建立失敗流程連接控制RRC連接重建立流程連接控制RRC連接重建立拒絕流程連接控制RRC連接釋放流程連接控制RRC連接重配置連接控制RRC連接重配置異常連接控制承載管理RRC所管理的無線承載分為兩個部分。第一個部分是SRB，對應(yīng)于控制平面。第二部分是DRB，對應(yīng)于用戶平面。當(dāng)RRC連接釋放時，所有已建立的SRB和DRB都被刪除，UE的RRC會自主通知UE的NAS層，所以不需要在RRC連接釋放消息中進行逐個承載的顯式刪除指示。連接控制低層（PHY層、MAC層、RLC層、PDCP層）參數(shù)配置RRC層的一個重要功能是對低層協(xié)議實體提供參數(shù)配置功能，這里低層是指在協(xié)議棧中位于RRC層以下的協(xié)議層，即PHY層、MAC層、RLC層和PDCP層。連接控制1）層1部分每個UE只有一套物理層（PHY層）參數(shù)，包含以下信息：天線信息、上下行帶寬信息、載波信息、TDD時隙比例信息、各個物理信道的配置信息、探測導(dǎo)頻配置信息、功率控制配置信息、CQI、PMI、RI、SR等配置信息。物理層部分的參數(shù)可以分為兩大類。一是小區(qū)特定參數(shù)，即該參數(shù)適用于所在小區(qū)內(nèi)的所有UE；另一類是UE特定參數(shù)，即小區(qū)內(nèi)各個UE之間可以配置不同。當(dāng)UE同時具備以上兩類參數(shù)后。UE才能正常收發(fā)信息。LTE系統(tǒng)中，將小區(qū)特定的參數(shù)都放在系統(tǒng)廣播中進行傳輸，而UE特定參數(shù)則放在專用的RRC消息中進行配置。一個例外是切換，作為專用RRC消息的切換命令中，需要同時包含小區(qū)特定的參數(shù)和UE特定參數(shù)，這樣UE無需花費時間去讀取目標(biāo)小區(qū)的系統(tǒng)信息就可以直接執(zhí)行切換過程，降低了切換的中斷時延。連接控制2）層2部分層2可以分為兩部分，無線承載相關(guān)配置以及MAC層和SPS配置。無線承載相關(guān)配置（如SRB、DRB配置等）：每個無線承載都需要一套完整的L2Identity、PDCP、RLC、LoCH等參數(shù)。對于SRB的這些配置，LTE系統(tǒng)引入了若干優(yōu)化措施：首先Identity、PDCP等參數(shù)是固定在協(xié)議中的，這樣就不需要相應(yīng)的配置信令；其次，對RLC、LoCH參數(shù)定義了一套默認(rèn)參數(shù)，這樣可以減少RRC連接建立和重建立過程中參數(shù)配置的大小。對于DRB，其相關(guān)參數(shù)需要顯式信令進行配置，具體參數(shù)取值遵照該DRB所屬的EPS承載的QoS屬性。MAC層和SPS配置：每個UE只有一套MAC層參數(shù)和SPS參數(shù)，因此這兩類參數(shù)對于各個無線承載是通用的，其具體參數(shù)取值也要綜合UE當(dāng)前使用的各個EPS承載的QoS屬性進行設(shè)置。考慮到SRB1需要用到MAC、SPS參數(shù)，因此與前面的SRB的RLC參數(shù)優(yōu)化方式類似，LTE中也定義了一套默認(rèn)的MAC、SPS參數(shù)，從而減少了RRC連接建立、重建立過程中參數(shù)配置的大小。4NAS層協(xié)議經(jīng)典應(yīng)用舊題新解隨堂小練答案解析NAS層功能NAS協(xié)議主要由EPS移動性管理（EPSMobilityManagement，EMM）和EPS會話管理（EPSSessionManagement，ESM）兩大部分組成。NAS層功能1.移動性管理子層（EMM）移動性管理子層的主要功能是支持UE的移動性，比如給網(wǎng)絡(luò)提供UE當(dāng)前位置以及用戶身份的保密。其擴展功能包括提供會話管理子層和連接管理子層的短信息業(yè)務(wù)（ShortMessagingService，SMS）實體的連接管理服務(wù)。只要UE和MME之間已建立NAS信令連接，就可以進行EMM過程。另外，NAS信令連接的建立也是由EMM子層發(fā)起。NAS層功能2.會話管理子層（ESM）ESM子層的主要功能是處理UE和MME之間的EPS承載上下文。每一個EPS承載上下文代表UE和PDN之間的一條EPS承載。當(dāng)UE請求連接到PDN的時候，默認(rèn)承載上下文就被激活。一般來說，只有在UE和MME之間的EMM上下文已經(jīng)建立，而且通過EMM過程，MME已經(jīng)初始化NAS信息的安全交換時，ESM過程才能執(zhí)行。第一條默認(rèn)EPS承載上下文在EPS附著過程中被激活。一旦UE成功附著，則可以請求MME建立另外的PDN連接。對每一條PDN連接，MME都會激活一條默認(rèn)EPS承載上下文，在整個PDN連接的生存周期內(nèi)，該默認(rèn)承載都保持激活。專用承載總是和默認(rèn)承載相關(guān)聯(lián)，并且代表UE和MME之間另外的EPS承載資源。網(wǎng)絡(luò)可以在默認(rèn)承載上下文激活之時或者之后（只要默認(rèn)承載保持激活），發(fā)起專用承載上下文激活。默認(rèn)和專用承載上下文都可以修改，專用EPS承載上下文可以在不影響默認(rèn)EPS承載上下文的基礎(chǔ)上釋放。當(dāng)默認(rèn)EPS承載上下文被釋放的時候，所有關(guān)聯(lián)的專用EPS承載上下文都被釋放。NAS層基本流程1.EMM過程基于EMM過程建立的方式，EMM過程可分為以下幾種類型：（1）EMM普通過程：GUTI重分配、安全模式控制、鑒權(quán)、身份認(rèn)證以及EMM信息過程等。只有在NAS信令連接存在時，才能發(fā)起這種類型的過程。NAS層功能（2）EMM特殊過程。在一個時間段，只能進行一個EMM特殊過程，屬于該類型的過程有：附著和聯(lián)合附著（由UE發(fā)起并用于附著EPS服務(wù)或非EPS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的國際移動