通信（1）---LTE 整体架构

article/2025/11/5 16:32:35

1.1 LTE整体架构

LTE（Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率（20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为150Mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps），并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。根据双工方式不同LTE系统分为FDD-LTE（Frequency Division Duplexing）和TDD-LTE (Time Division Duplexing)，二者技术的主要区别在于空口的物理层上（像帧结构、时分设计、同步等）。FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，而TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，较FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率。

E-UTRAN系统的空中接口协议栈根据用途可以分为用户平面协议栈和控制平面协议栈。用户平面协议栈主要包括物理（PHY）层、媒体访问控制（MAC）层、无线链路控制（RLC）层以及分组数据汇聚（PDCP）层四个层次，这些子层在网络侧均终止于eNode B实体。如下图所示：

LTE系统的数据处理过程被分解成不同的协议层。上图阐述了LTE系统下行传输的总体协议架构，下行数据以IP包的形式进行传送，在空中接口传送之前，IP包将通过多个协议层实体进行处理，具体描述如下：

●物理层：负责处理编译码、调制解调、多天线映射以及其它电信物理层功能。最为复杂的一层，也是最考验产品的一层协议。实际设计中，涉及诸多算法也最能体现实际芯片的性能。和硬件紧密相关，需要协同工作。

●MAC层：负责处理HARQ重传与上下行调度。应该说，L2的精华就在这边，重传和调度能做好，对于整个产品来说，速率就能体现出来。

●RLC层：负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序传送。

●PDCP层：负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。

●RRC层：支持终端和eNode B间多种功能的最为关键的信令协议。广义上来说，还包括无线资源算法，实际应用中的无线行为，都是由它来决定的。

●NAS层：处理UE和MME之间信息的传输，传输的内容可以是用户信息或控制信息。包括会话管理，用户管理，安全管理等。NAS层以下，我们称为AS层，而NAS对于eNode B是透明的，从上图可以看到，eNode B是没有这层协议的，所有NAS消息，对于他来说，就是过路。

控制平面协议栈如下图所示。控制平面协议栈主要包括非接入层（NAS）、RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY层。其中，PDCP层提供加密和完整性保护功能，RLC及MAC层中控制平面执行的功能与用户平面一致。RRC层协议终止于eNode B，主要提供广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载（RB）控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能。NAS子层则终止于MME，主要实现EPS承载管理、鉴权、空闲状态下的移动性处理、寻呼消息以及安全控制等功能。