LTE无线协议架构解析

# LTE无线协议架构解析 ## 1. 引言 在LTE系统中，无线协议架构起着至关重要的作用，它涉及多个层面的处理，包括PDCP、RLC和MAC层等。这些层协同工作，确保数据在无线接口上的高效、可靠传输。接下来，我们将详细介绍这些层的功能和工作原理。 ## 2. 分组数据汇聚协议（PDCP） ### 2.1 IP头压缩 PDCP的主要功能之一是执行IP头压缩，以减少通过无线接口传输的比特数。其头压缩机制基于健壮头压缩（ROHC）算法，这是一种标准化的头压缩算法，也应用于其他多种移动通信技术。 ### 2.2 加密与完整性保护 PDCP还负责加密，以防止窃听；对于控制平面，它提供完整性保护，确保控制消息来自正确的源。在接收端，PDCP执行相应的解密和解压缩操作。 ### 2.3 切换处理 在eNodeB内切换时，PDCP发挥重要作用。它处理按序交付和重复数据的移除。切换时，未交付的下行数据分组将由PDCP从旧的eNodeB转发到新的eNodeB。设备中的PDCP实体还会处理所有尚未交付给eNodeB的上行分组的重传，因为切换时混合自动重传请求（hybrid - ARQ）缓冲区会被清空。 ## 3. 无线链路控制（RLC） ### 3.1 分段与拼接 RLC协议负责将来自PDCP的（头压缩后的）IP分组（即RLC服务数据单元，RLC SDU）分段或拼接成合适大小的RLC协议数据单元（RLC PDU）。根据调度器的决策，从RLC SDU缓冲区中选择一定量的数据进行传输，并对SDU进行分段或拼接以创建RLC PDU。因此，LTE中RLC PDU的大小是动态变化的。 - 对于高数据速率，较大的PDU大小可减少相对开销。 - 对于低数据速率，需要较小的PDU大小，否则有效负载会过大。 由于LTE数据速率范围从几kbit/s到数Gbit/s，与早期移动通信技术通常使用固定PDU大小不同，动态PDU大小更适合LTE。每个RLC PDU包含一个头部，其中包含用于按序交付和重传处理的序列号。 ### 3.2 重传与重复数据移除 RLC处理错误接收的PDU的重传以及重复PDU的移除。通过监控传入PDU的序列号，接收端的RLC可以识别丢失的PDU，并将状态报告反馈给发送端的RLC实体，请求重传丢失的PDU。发送端的RLC实体根据接收到的状态报告采取适当行动，必要时重传丢失的PDU。 ### 3.3 按序交付 RLC确保SDU按序交付给上层。虽然RLC能够处理由于噪声、不可预测的信道变化等导致的传输错误，但在大多数情况下，无差错交付由基于MAC的混合ARQ协议处理。不过，RLC和MAC的重传机制因反馈信令的差异而都有其存在的必要性。 以下是RLC主要功能的表格总结： |功能|描述| | ---- | ---- | |分段与拼接|将RLC SDU分段或拼接成合适大小的RLC PDU，PDU大小动态变化| |重传|处理错误接收的PDU的重传| |重复数据移除|移除重复的PDU| |按序交付|确保SDU按序交付给上层| 下面是RLC分段和拼接的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[RLC SDU缓冲区] --> B{调度器决策} B -->|选择数据| C[分段/拼接] C --> D[生成RLC PDU] ``` ## 4. 媒体接入控制（MAC） ### 4.1 逻辑信道和传输信道 #### 4.1.1 逻辑信道 MAC以逻辑信道的形式为RLC提供服务。逻辑信道根据其所承载的信息类型进行定义，通常分为控制信道和业务信道： - 控制信道用于传输操作LTE系统所需的控制和配置信息。 - 业务信道用于传输用户数据。 LTE中定义的逻辑信道类型包括： - 广播控制信道（BCCH）：用于从网络向小区内所有设备传输系统信息。 - 寻呼控制信道（PCCH）：用于寻呼网络不知道其小区级位置的设备。 - 公共控制信道（CCCH）：用于与随机接入相关的控制信息传输。 - 专用控制信道（DCCH）：用于向/从设备传输控制信息。 - 专用业务信道（DTCH）：用于向/从设备传输用户数据。 - 组播控制信道（MCCH）：用于传输接收组播业务信道（MTCH）所需的控制信息。 - 单小区组播控制信道（SC - MCCH）：用于单小区MTCH接收的控制信息传输。 - 组播业务信道（MTCH）：用于跨多个小区的多媒体广播多播业务（MBMS）下行传输。 - 单小区组播业务信道（SC - MTCH）：用于单小区的MBMS下行传输。 - 侧行链路广播控制信道（SBCCH）：用于侧行链路同步。 - 侧行链路业务信道（STCH）：用于侧行链路通信。 #### 4.1.2 传输信道 MAC层从物理层使用传输信道形式的服务。传输