TD-LTE演进型基站标准接口分析(下)

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中国移动通信集团湖南有限公司岳阳分公司 张长青

当然，这些协议都是作为对用户数据保护的控制信令流，它们的职能就是保护用户数据从UE到eNodeB之间的正确交互。也就是说，控制平面实际上是对用户数据打包封装的控制数据，是用户平面数据保驾护航的忠诚卫士。

3.3  Uu接口用户平面协议

用户平面协议用于执行无线接入承载，主要负责用户发送和接收的所有信息的处理。用户平面协议包括物理层和数据链路层的所有协议，物理层为数据链路层提供数据传输功能，它通过传输信道为MAC子层提供相应服务，MAC子层通过逻辑信道向RLC子层提供相应服务，而用户UE的IP数据包通过IP子层后经无线网络层RNL直传到传输网络层TNL，将用户信息传输给上层EPC的IP子层，如图6所示：

图6  Uu的用户平面协议栈

此外，在LTE R10版本中，4G引入了中继基站RN概念。如同UE一样，RN与施主基站DeNB间也是通过无线接口通信的，将这个无线接口叫Un，以区别UE与eNodeB间的Uu接口。因此，RN和UE一样都位于eNodeB底层，但职能不是最终用户的收发，而是给最终用户提供中转。为了支持RN，LTE R10控制平面中的RRC协议增加了与RN配置相关的功能和信令，用户平面协议也有一些功能增强，以支持基站与RN间的数据传输，如增加R-PDCCH、优化PUCCH的HAR反馈信道的资源分配、RN和DeNB之间的同步等性能改进。

4  S1接口协议分析[2]

4.1  S1用户平面接口(S1-U)

eNodeB与EPC之间的连接是通过两条标准接口完成的，且分别对应控制平面和用户平面。其中，eNodeB和S-GW之间的接口叫S1-U，主要提供eNodeB和S-GW之间用户平面PDU(Protocol
Data Unit，协议数据单元)的非保障性传输。S1接口用户平面协议栈如图7-A所示。

由于传输网络层基于IP传输，而IP子层采用的是高速率、无连接、单向机制和不可靠的UDP(User
Datagram Protocol，用户数据报协议)，网络层采用的是具有较好兼容性、基于IPV4/UDP或IPV6/UDP协议的GTP-U(GPRS Tunneling Protocol
for User Plane，GPRS用户平面隧道协议)。因此，S-GW和eNodeB之间的用户平面PDU是一种非保障性传输，即eNodeB与上层EPC之间的用户平面数据传输方式是一种高速的但不可靠的传输机制，而用户数据传输质量的保证是依靠其控制平面。

S1接口类似3G的Iu接口，但又有一定区别。由于Iu接口连接3G核心网的分组交换PS域和电路变换CS域，而EPC只支持PS，因此S1接口只需支持分组交换域。

4.2  S1控制平面接口(S1-MME)

eNodeB和MME间的接口叫S1-MME。与用户平面一样，传输网络层也是基于IP传输，不同的是IP层之上采用的是SCTP(Stream
Control Transmission Protocol，流控制传输协议)，可为应用层实现信令消息的可靠传输提供相当的保证，S1控制平面接口如图7-B所示。在传输网络层，每个S1-MME接口支持一个SCTP偶联，S1接口控制平面与专用过程用MME分配的MME通信上下文和eNodeB分配的eNodeB通信上下文来区分不同的UE和S1接口控制平面信令传输承载，通信上下文标识在各自的S1接口应用层信令协议(S1-AP)消息中单独传输。

图7  S1接口协议栈

众所周知，UDP传输协议高速但不可靠，TCP协议可靠但低速，且只提供8bit字节级别的可靠性。SCTP能够在两个信令节点间提供消息级无重复的可靠信令传输，也支持顺序传输、网络级容错、路径监测、路径冗余以及避免拥塞、遭受泛播和匿名攻击等功能，因而更适合用于点对点之间的消息的高可靠性传输。控制平面要保证用户平面的可靠性传输，首先得自己有较高的可靠性传输，所以相对于UDP或TCP来说，SCTP在可靠性能、传输速率等方面是一个更好的选择。

4.3  S1接口主要功能

S1接口主要功能如下：

(1)包括EPS(Evolved Packet
System，演进分组系统)建立、修改、释放的承载服务管理功能；

(2)S1接口UE上下文管理功能；

(3)EMM-CONNECTED状态针对UE的包括Intra-LTE切换、Inter-3GPP-RAT切换的移动性管理功能；

(4)S1接口寻呼功能，支持向UE注册的所有跟踪区域内的小区中发送寻呼请求，基于服务MME中UE的移动性管理内容所包含的移动信息，寻呼请求将被发送到相关eNodeB；

(5)NAS信令传输功能，提供UE与核心网之间非接入层的信令的透明传输；

(6)S1接口管理功能，如错误指示、S1接口建立等；

(7)网络共享功能；

(8)漫游与区域限制支持功能；

(9)NAS节点选择功能；

(10)初始上下文建立功能。

5  X2接口协议分析[2]

5.1  X2用户平面接口(X2-U)

该接口提供了eNodeB间的用户数据传输功能。从图8-A中可以看出，它与S1-U完全一样，不同的只是接口对象是接入网E-UTRAN中另一个节点eNodeB的X2接口，而非上层EPC。

5.2  X2控制平面接口(X2-C)

该接口定义为连接eNodeB间接口的控制面。从图8-B中可以看出，传输网络层与S1-MME完全一样，不同的只是无线网络层中的应用层信令为X2接口应用层信令协议(X2-AP)。

图8  X2接口协议栈 与S1-MME接口类似，每个X2-C接口支持一个SCTP偶联，X2接口控制平面的公共过程使用单对流，X2接口控制平面的专用过程则使用多对流。X2接口控制平面的专用过程用源eNodeB和目标eNodeB分配的通信上下文来区分不同的UE的X2接口控制平面信令传输承载，通信上下文标在各自的X2-AP消息中传输。 5.3  X2接口主要功能 X2接口主要功能如下： (1)支持UE在EMM-CONNECTED状态时的LTE接入系统内的移动性管理功能，如在切换过程中由源eNodeB到目标eNodeB的上下文传输、源eNodeB与目标eNodeB间用户平面隧道的控制、切换取消等； (2)上行负载管理功能； (3)一般性的X2管理和错误处理功能，如错误指示等。 6  总结 通信过程要求通信双方接口支持的协议是对等的。这说明在接入网E-UTRAN中，UE与eNodeB间的Uu接口的两端必须同时支持无线通信协议；eNodeB与EPC间的S1接口的两端必须同时支持S1通信协议；eNodeB与eNodeB间的X2接口的两端必须同时支持X2通信协议。因此，eNodeB需要同时具备支持Uu、S1和X2通信协议的能力，由于它们是标准接口且基于IP的标准协议，技术成熟、设计规范，为其它接入设备入网或TD-LTE网络建设与维护提供了极大方便，尤其降低了eNodeB的安装、维护和管理成本。 eNodeB三大接口的标准化，为日后的维护管理提供了极大方便。由于TD-LTE系统是一个长期演进系统，关键技术已基本确定，在长期演进过程中虽有诸多变化，但接口的基本技术不会因此而有较大更改。随着LTE R10、R11等版本的应用，也只会在接口中增加部分新协议或增强已用协议功能。根据以太网络的发展来看，从以太、快速以太、千兆以太到万兆以太接口，虽然接口速率成倍增长，但载波侦听多路访问冲突测试CSMA/CD的控制技术基本没变。因此，了解eNodeB的标准接口，在维护、优化、管理TD-LTE及后期演进系统方面有着深远的意义，这也正是本文分析TD-LTE eNodeB标准接口的目的所在。 作者简介 张长青：高级工程师，硕士毕业于中国科学院长春物理研究所，现任职于中国移动通信集团湖南有限公司岳阳分公司，发表论文170多篇，开发编写计算机网络管理、移动通信工具及相关专业应用软件几十个。 参考文献： [1]戴源，朱晨鸣，王强，等.TD-LTE无线网络规划与设计[M].北京：人民邮电出版社，2012. [2]王映民，孙韶辉，等.TD-LTE-Advanced移动通信系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2012.

《移动通信》2013年第06期