LTE学习笔记2

### LTE学习笔记2 #### 一、概述 本学习笔记旨在深入探讨长期演进（Long Term Evolution, LTE）系统的架构和技术细节，特别是基于3GPPTS36.300（R13）标准文档的学习。此外，还将参考《3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范》及《LTE—UMTS长期演进理论与实践》两本书籍，进一步增强理解。 #### 二、EPS系统概述 **2.1 EPS网络架构** EPS（Evolved Packet System，演进的分组系统）是3GPP为第四代移动通信设计的新型网络架构。该架构主要由以下几部分构成： - **EPC（Evolved Packet Core）**：作为核心网部分，EPC负责用户的全面管理和承载建立。 - MME（Mobility Management Entity，移动性管理实体）：负责NAS信令的传输、NAS信令的安全性和接入层的安全控制等。 - S-GW（Serving Gateway，服务网关）：用于用户数据平面的处理。 - P-GW（Public Data Network Gateway，公共数据网络网关）：负责外部网络的接口。 - HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）、PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能）及HLR（Home Location Register，归属位置寄存器）等其他功能节点。 - **E-UTRAN（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）**：作为接入网部分，E-UTRAN主要由eNodeB组成，提供了端到端的用户平面（PDCP/RLC/MAC/PHY）和控制平面（RRC）协议。 - **UE（User Equipment，用户设备）**：指终端用户设备。 **2.2 E-UTRAN相关网元节点及标准化接口** **2.2.1 网元** - **接入网部分**： - eNodeB：E-UTRAN中的唯一节点，其功能包括无线资源管理（如无线承载控制、无线接入控制、连接移动性控制等）、IP头压缩和用户数据流加密、UE附着时的MME选择、安全性控制、用户平面数据到S-GW的路由、寻呼消息的调度传输等。 - **核心网部分**： - MME：主要负责NAS信令的传输、NAS信令的安全性、接入层安全性控制、3GPP接入网络间移动性的CN节点信令传输、IDLE态UE的可达性管理（包括寻呼重传过程的控制和执行）等。 - S-GW：用于用户数据平面的处理。 - P-GW：负责外部网络的接口。 **2.2.2 标准化接口** - **用户平面**：用户数据流的传输路径，通常涉及S1-U、S5/S8等接口。 - **控制平面**：控制信令的传输路径，如S1-MME、S6a等接口。 **2.2.2.1 用户平面** - **S1-U接口**：连接eNodeB和S-GW，用于用户数据传输。 - **S5/S8接口**：连接S-GW和P-GW，用于用户数据传输。 **2.2.2.2 控制平面** - **S1-MME接口**：连接eNodeB和MME，用于NAS信令和用户上下文的传输。 - **S6a接口**：连接MME和HSS，用于用户上下文的传输。 **2.2.2.3 S1和X2接口的协议结构** - **S1接口**：主要用于eNodeB与EPC之间的通信。 - **X2接口**：主要用于eNodeB之间的直接通信，支持小区间的切换和负载均衡等功能。 **2.3 承载** 承载是指从UE到PDN网关之间的逻辑连接，用于传输用户数据。EPS承载分为默认承载和专有承载两种类型。 #### 三、物理层信号与时频资源结构 **3.1 时频资源结构** **3.1.1 无线帧结构** - 一个无线帧包含10个子帧，每个子帧包含两个时隙。 - 每个时隙持续0.5ms，共包含7个OFDM符号。 **3.1.2 时频资源结构** - LTE采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）技术，将频带划分为多个子载波。 - 子载波和OFDM符号构成了最小的资源单元，称为资源元素（Resource Element, RE）。 **3.2 同步信号** **3.2.1 同步信号的作用** - PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信号）和SSS（Secondary Synchronization Signal，辅同步信号）用于UE的初始小区搜索。 - 提供时间同步和频率同步。 **3.2.2 同步信号在时频资源的映射** - PSS和SSS位于每个无线帧的第一个子帧的最后一个符号中。 - PSS和SSS分别占用不同的频域位置，以便于区分。 **3.3 参考信号** **3.3.1 下行参考信号** - CRS（Cell-specific Reference Signal，小区特定参考信号）：用于小区搜索、信道估计和下行信道质量反馈。 - DMRS（Demodulation Reference Signal，解调参考信号）：与PDSCH或PDCCH一起发送，用于解调。 **3.3.2 上行参考信号** - DRS（De-modulation Reference Signal，解调参考信号）：与PUSCH或PUCCH一起发送，用于解调。 - SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号）：用于上行信道质量评估。 #### 四、无线接口协议栈 **4.1 概述** **4.1.1 LTE协议层次划分** - 物理层（Physical Layer, PHY）：负责编码、调制、资源分配等。 - 数据链路层（Data Link Layer）：分为MAC（Medium Access Control）、RLC（Radio Link Control）和PDCP（Packet Data Convergence Protocol）三个子层。 - 网络层（Network Layer）：RRC（Radio Resource Control）层，负责无线资源管理和控制。 **4.1.2 LTE接入网协议结构** - **MAC子层**：负责调度、HARQ（Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自动重传请求）机制、逻辑信道到传输信道的映射等。 - **RLC子层**：负责分割/重分割、重组、错误检测、ARQ（Automatic Repeat reQuest，自动重传请求）等。 - **PDCP子层**：负责报头压缩、加密/解密等。 - **RRC层**：负责无线承载控制、移动性管理、UE测量控制等。 **4.2 MAC子层** - 负责资源调度、HARQ操作、逻辑信道到传输信道的映射等。 **4.3 RLC子层** - 提供数据的分段和重组、ARQ机制、错误检测等功能。 **4.4 PDCP子层** - 负责报头压缩、加密/解密、完整性保护等。 **4.5 RRC层** **4.5.1 RRC功能和状态转移** - RRC层负责无线资源的管理和控制，包括无线承载控制、移动性管理、UE测量控制等。 - UE可以在IDLE和CONNECTED两种状态之间转换。 **4.5.2 系统信息** - 系统信息块（System Information Block, SIB）：包含了UE接入网络所需的必要信息，如小区选择参数、邻区信息等。 #### 五、信道 **5.1 物理信道** **5.1.1 下行物理信道** - PDSCH（Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道）：用于承载用户数据。 - PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道）：用于承载控制信息。 - PBCH（Physical Broadcast Channel，物理广播信道）：用于广播系统信息。 **5.1.2 上行物理信道** - PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）：用于承载用户数据。 - PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道）：用于承载控制信息。 **5.2 传输信道** - BCH（Broadcast Channel，广播信道）：用于广播系统信息。 - DL-SCH（Downlink Shared Channel，下行共享信道）：用于承载用户数据。 - UL-SCH（Uplink Shared Channel，上行共享信道）：用于承载用户数据。 **5.3 逻辑信道** - BCCH（Broadcast Control Channel，广播控制信道）：用于传输系统信息。 - PCCH（Paging Control Channel，寻呼控制信道）：用于传输寻呼信息。 - CCCH（Common Control Channel，公共控制信道）：用于传输RRC连接建立和释放等信息。 - DCCH（Dedicated Control Channel，专用控制信道）：用于传输专用的控制信息。 **5.4 信道映射关系** **5.4.1 下行信道** - BCH映射到PBCH。 - DL-SCH映射到PDSCH。 **5.4.2 上行信道** - UL-SCH映射到PUSCH。 #### 六、LTE中UE呼叫（接入）基本流程 **6.1 UE开机阶段流程** **6.1.1 小区搜索** - UE首先进行小区搜索，获取PSS和SSS，完成时间和频率的同步。 **6.1.2 PLMN选择** - UE根据接收的系统信息选择合适的PLMN。 **6.1.3 小区选择** - UE根据接收到的信息选择最佳小区进行驻留。 **6.1.4 随机接入** - UE通过随机接入过程获得与网络的初步连接。 **6.2 附着过程** - UE向网络发起附着请求，进行身份验证、安全设置等步骤。 **6.3 UE发起的service request流程** - UE向网络发起服务请求，建立或修改承载。 **6.4 网络发起的paging流程** - 当网络需要向UE发送信息时，会发起寻呼过程。 **6.5 跟踪区域更新TAU流程** - UE进入新的TA后，会发起TAU流程，更新当前位置信息。 通过以上内容的学习，可以深入了解LTE的基本架构和技术细节，为后续更深入的技术研究奠定基础。