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LTE无线接口体系归类.pdf
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第15章 LTE 无线接口体系
与 WCDMA/HSPA 以及大多数其他现代通信系统类似, LTE 的体系也是划分为不同的
协议层来处理的。尽管 LTE 的分层结构有一部分与 WCDMA/HSPA 相同,但是由于 LTE 和
WCDMA/HSPA 的体系架构上的不同等原因, 两者的分层还是有许多区别的。 这一章涵盖了
对 LTE 物理层的上层的描述,这些上层之间的交互,以及与物理层的接口等。对 LTE 体系
更详细的介绍是在第 18 章,在 18 章中还将会讲述不同网络节点中的不同协议实体的位置。
在本章中,我们只需了解 LTE 无线接入体系中只有一种节点,即 eNodeB 即可。
图 15.1 从整体框架上描述了 LTE 协议体系中的下行部分。不过在后续的讨论中,我们
将知道这个框图的某些实体也有一些场合中不能应用。 比如, 在广播系统信息的时候, 框图
中的 MAC 调度和软结合的混合 ARQ 都没有使用。 LTE 体系中的上行部分,与图 15.1 的下
行框图相类似,只是传输格式选择和多天线传输方面有所不同,后面将会讲到。
下行传输的数据先封装成一个 SAE 承载上的 IP 包形式。 数据是通过无线接口传输的在
这之前,往下传输的 IP 包还要通过一系列的协议实体来处理,这里做了一个概述,后面将
详细展开:
分组数据融合层 ( PDCP)是对 IP 数据包的头部进行压缩, 以使得节省必要的比特更易
于通过无线接口的传输。头部压缩的机制基于 ROHC,一种使用在 WCDMA 和其他一些移
动通信系统中的标准化的头部压缩算法。 PDCP 还可以用来对传输数据进行加密和集成保
护。在接收端, PDCP 协议做相反的处理, 即解密和解压缩操作。 对于一个移动终端的配置,
每一个无线承载对应一个 PDCP 实体。
无线链路控制层( RLC )负责分割 /串接,重传处理,以及按顺序传送到上层协议。 与
WCDMA 不同,RLC 协议位于 eNodeB,这主要是由于在 LTE 的无线链路网络体系中只
有这一种类型的节点。 RLC 以无线承载的形式为 PDCP 提供服务。 一个终端的每一个无
线载体只有一个 RLC 实体。
媒体访问控制层( MAC )完成混合 ARQ 的重传以及上行和下行传输的调度。调度
的作用是体现在 eNodeB 中的,它对每一个上行和下行传输的小区有一个 MAC 实体。
混合 ARQ 协议处在 MAC 协议的发送端和接收端。 MAC 在逻辑链路层为 RLC 提供服
务。
物理层( PHY )完成编码和解码,调制和解调,多天线映射,以及其他类型的物理
层作用,物理层以传输信道的形式为 MAC 层提供服务。
下面的部分更加详细的介绍 LTE 的 RLC 和 MAC 协议。也给出了从 MAC 层看物理
层的框图,关于物理层更加详细的介绍在第 16 章,其他的细节可以在 LTE 规范 [110]
和参考引文中查找到。
15.1 RLC :无线链路控制
LTE RLC 和 WCDMA/HSPA 类似,主要完成从 PDCP 来的头压缩后的 IP 包( RLC
SDUs)的分割, 分成更小的单元 RLC PDUs 。它也同时负责被错误接收的 PDUs 的重发
和接收到的 PDUs 的串接以及重复码的删除。最后 RLC 保证按序排好的 RLC SDUs 传
送到上层。
RLC 的重发机制是为上层提供无错误传送的数据, 为了实现这一机制, 重发协议作
用在 RLC 的发送端与接收端。通过检测到达数据的序号,接收端的 RLC 能确认丢失的
PDUs。状态报告被反馈到传送端的 RLC,请求重传丢失的 PDUs。关于何时去反馈状态
报告是可以配置的,但是一个报告可以包括多个 PDUs 的信息并且相对不频繁地传送。
根据接收到的状态报告,发送端的 RLC 实体能够采取适当的操作并且根据请求信息来
重传丢失的 PDUs。
当 RLC 被配置为请求重发丢失的 PDUs,指的是 RLC 操作在确认模式 (AM ),这
与 WCDMA/HSPA 中的相应机制类似, AM 主要用在基于 TCP 的服务,例如当误码率
作为首要考虑因素时的文件传输。
同 WCDMA/HSPA 类似,RLC 也可以被配置为无响应模式 (UM )和透明模式( TM ),
在 UM 中,提供了顺序传送信息到高层的服务,但是不能有重传丢失的 PDUs 的请求。
UM 典型的用在像 VoIP 这种相对于时间要求来说, 错误传输率要求不高的服务上。 TM
主要用在一些特殊的方面如随机接入。
尽管 RLC 有能力处理因为噪声与不可预测的信道变化等造成的传输错误,但绝大
多数情况下,错误是被 MAC 层的混合 ARQ 协议处理的。这样, RLC 中的重传机制,
起初看起来似乎有点多余, 但这并不是问题所在, RLC 和基于 MAC 的重传机制事实上
是由不同的反馈信号所引起的,这些将在第 15.2.4 节中加以讨论。
除了重传机制和顺序传输, RLC 还负责像图 15.2 中所描述的分割和串接。根据时
序的安排,一些数据会被选择从 RLC SDU 缓冲区中传输,同时那些 SDUs 会被分割或
者串接以制造 RLC PDU 。因此, LTE 中的 RLC PDU 的大小是动态变化的,反而版本 7
之前的 WCDMA/HSPA 用的是一个半固定的大小。在高数据率下,一个大的 PDU 可以
导致相对较小的开销,而当数据率比较低的时候,需要较小的 PDU 否则有效载荷可能
会很大。因此, 由于 LTE 的数据率的范围从很低到差不多 100MBit/s ,这就需要不同大
小的 PDU。由于在 RLC 中时序和数据率匹配机制都在 eNodeB 中,动态大小的 PDU 很
容易被 LTE 支持。
15.2 媒体访问控制层( MAC )
媒体访问控制层主要完成逻辑信道的复用,混合 ARQ 重传,以及上行和下行链路
的调度。与使用上行链路宏分集而定义服务与非服务小区(见第 10 章)的 HSPA 不同,
LTE 因为没有使用上行链路宏分集而仅仅定义了服务小区。 所谓服务小区就是移动终端
所接入的小区,负责调度和混合 ARQ 操作。
15.2.1 逻辑信道和传输信道
MAC 以逻辑信道的形式为 RLC 提供服务。 逻辑信道由它所携带的信息所定义并且
一般被分入控制信道的类别。控制信道用于操作 LTE 系统所必须的控制和配置信息的
传输。而传输信道用于用户数据的传输。 LTE 中逻辑信道的类型包括有:
广播控制信道( BCCH ),用于系统控制信息在一个小区中从网络到移动终端的传
输。在接入系统之前, 一个移动终端需要读取 BCCH 上传输的信息来找出系统是怎么配
置的,例如系统的带宽。
寻呼控制信道( PCCH),用于寻呼不被网络所识别的小区上的移动终端,寻呼信
息需要被传送到多个小区。
专用控制信道( DCCH),用于进出移动终端的控制信息的传输。这个信道用于移
动终端的个人配置例如不同的切换信息。
多播控制信道 (MCCH),用于被请求接收 MTCH (下面介绍) 的控制信息的传输。
专用 流量 信道( DTCH ),用于进出移动终端的用户数据的传输,这是用于所有上
行信道和非 MBMS 的下行信道用户数据的传输的逻辑信道类型。
多播流量( MTCH ),用于 MBMS 服务的下行信道的传输。
WCDMA/HSPA 使用类似的逻辑信道的结构。但是与 WCDMA/HSPA 相比, LTE
逻辑信道结构更加简化,即逻辑信道类别更少。
MAC 层以传输信道的形式从物理层获得服务。传输信道定义的是怎样并且以何种
类型在无线接口上传输信息。在传输信道,作为 HSPA 的符号术语,被 LTE 继承,数
据被组织为传输块。在每一个传输时间间隔( TTI )中,当没有空分复用技术的时候,
至 多只有 一个特 定大小 的传输 块通过 无线 接口传 输。当 有空分 复用技 术的时 候
( MIMO ),一个 TTI 可能会有两个传输块。
与每一个传输块相关的是传输格式 (TF),它指定每一个传输块是如何通过无线通
信接口传输的。 传输格式包括传输块大小的信息,调制方法和天线映射。再加上资源分
配,由此可以通过传输格式实现码率大小。通过改变不同的传输格式, MAC 层可以实
现不同的数据传输率。速率控制,因此也被称为传输格式选择。
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