一、LTE網絡參考模型
整個TD-LTE系統由3部分組成：核心網（EPC，Evolved Packet Core），接入網（eNodeB），用戶設備（UE）
UE：全稱是User Equipment，用戶設備，就是指用戶的手機，或者是其他可以利用LTE上網的設備。
eNB：是eNodeB的簡寫，它為用戶提供空中接口（air interface），用戶設備可以通過無線連接到eNB，也就是我們常說的基站，然后基站再通過有線連接到運營商的核心網。在這里注意，我們所說的無線通信，僅僅只是手機和基站這一段是無線的，
其他部分例如基站與核心網的連接，基站與基站之間互相的連接，核心網中各設備的連接全部都是有線連接的。一台基站(eNB)要接受很多台UE的接入，所以eNB要負責管理UE，包括資源分配，調度，管理接入策略等等。
MME：Mobility Management Entity的縮寫，提供：NAS 信令傳輸，用戶鑒權與漫游管理（S6a），移動性管理，EPS承載管理。移動性管理主要是有尋呼，TAI管理和切換。
S-GW：Serving Gateway，負責本地網絡用戶數據處理部分。
P-GW：PDN Gateway，負責用戶數據包與其他網絡的處理。是PDN Gateway的縮寫，其中PDN是Packet Data Network 的縮寫，通俗地講，可以理解為互聯網，這是整個LTE架構與互聯網的接口處，所以UE如果想訪問互聯網就必須途徑P-GW實體，
從另外一方面說，如果想通過P-GW而訪問互聯網的話，必須要有IP地址，所以P-GW負責了UE的IP地址的分配工作，同時提供IP路由和轉發的功能。
此外，為了使互聯網的各種業務能夠分配給不同的承載，P-GW提供針對每一個SDF和每一個用戶的包過濾功能。
（也就是說在P-GW處，進出的每一個包屬於哪個級別的SDF和哪一個用戶都已經被匹配好了。這里的SDF是服務數據流Service Data Flow的縮寫，意思就是P-GW能區分每一個用戶的不同服務的數據包，從而映射到不同的承載上去。以后會有關於SDF的更詳細的說明）。
此外，P-GW還有其他的一些功能，比如根據用戶和服務進行不同的計費和不同的策略，這部分對於每個運營商都會有差異，在此不做多的贅述。
HSS：是Home Subscriber Server的縮寫，歸屬用戶服務器，這是存在與核心網中的一個數據庫服務器，里面存放着所有屬於該核心網的用戶的數據信息。當用戶連接到MME的時候，用戶提交的資料會和HSS數據服務器中的資料進行比對來進行鑒權。
PCRF：是Policy and Charging Rules Function的縮寫，策略與計費規則，它會根據不同的服務制定不同的PCC計費策略。
SPR：是Subscriber Profile Repository的縮寫，用戶檔案庫。這個實體為PCRF提供用戶的信息，然后PCRF根據其提供的信息來指定相應的規則。
OCS：是Online Charging System 的縮寫，在線計費系統，顧名思義，應該是個用戶使用服務的計費的系統。
OFCS：是Offline Charging System 的縮寫，離線計費系統，對計費的記錄進行保存。
二、LTE協議棧
1.接口協議定義
接口是指不同網元之間的信息交互方式。既然是信息交互，就應該使用彼此都能看懂的語言，這就是接口協議。接口協議的框架稱為協議棧。根據接口所處的位置分為空中接口和地面接口，相應的協議也分為空中接口協議和地面接口協議。
LTE空中接口是UE和eNodeB的LTE-Uu接口，地面接口主要是eNodeB之間的X2接口，以及eNodeB和EPC之間的S1接口。
2.協議棧分層
協議棧的分層結構有助於實現簡化設計。底層協議為上層提供服務；上層使用下層提供的功能，上層不必清楚下層過程處理的細節。
無線制式的接口協議分為三層：物理層（PHY），L2數據鏈路層（PDCP：分組數據匯聚協議層，RLC：無線鏈路控制層，MAC：媒體接入層），L3網絡層（NAS：非接入層協議，RRC：無線資源控制層）。
NAS：處理UE和MME之間信息的傳輸，傳輸的內容可以是用戶信息或控制信息。如業務的建立、釋放或者移動性管理信息。NAS層以下，我們稱為AS層，而NAS對於eNode B是透明的，從上圖可以看到，eNode B是沒有這層協議的，所有NAS消息，對於他來說，就是過路。、
NAS建立在AS層之上，它與接入信息無關，只是通過接入層的信令交互，在UE和MME之間建立起了信令通路，從而便能進行非接入層信令流程了。NAS子層則終止於MME。
RRC：支持終端和eNodeB間多種功能的最為關鍵的信令協議。廣播NAS層和AS層的系統消息，尋呼功能，RRC連接建立、保持和釋放，端到端無線承載的建立、修改和釋放，移動性管理包括UE測量報告、小區切換、UE小區選擇和重選等。RRC層協議終止於eNode B。
PDCP：負責執行頭壓縮以減少無線接口必須傳送的比特流量。頭壓縮機制基於ROHC，PDHP層在控制面對RRC和NAS層消息進行完整性校驗，在用戶面不進行完整性校驗。以及對數據和信令的加密。
RLC：負責分段與連接、重傳處理，以及對高層數據的順序控制。RLC提出了三種模式：透明模式（Transparent Mode，TM）、非確認模式（Unacknowledged Mode，UM）和確認模式（Acknowledged Mode，AM）。
一般來講，AM模式典型用於TCP的業務，如文件傳輸，這類業務主要關心數據的無措傳輸；UM模式用於高層提供數據的順序傳送，但是不重傳丟失的PDU，典型用於如Voip業務，這類業務最主要關心傳送時延；TM模式則僅僅用於特殊的目的，如隨機接入。
MAC：負責處理HARQ重傳與上下行調度。應該說，L2的精華就在這邊，重傳和調度能做好，對於整個產品來說，速率就能體現出來。
PHY：負責處理編譯碼、調制解調、多天線映射以及其它電信物理層功能。最為復雜的一層，也是最考驗產品的一層協議。實際設計中，涉及諸多算法也最能體現實際芯片的性能。和硬件緊密相關，需要協同工作。
數據鏈路層的功能：
用戶面的主要功能是處理業務數據。在發送端，將承載高層業務應用的IP數據流，通過頭壓縮（PDCP）、加密（PDCP）、分段（RLC）、復用（MAC）、調度等過程變成物理層可處理的傳輸塊。在接受端，將物理層接收到的比特數據流，按調度要求，街復用（MAC）
級聯（RLC）、解密（PDCP）、解壓縮（PDCP），成為高層應用可識別的數據流。整個過程如圖所示：
控制面層二功能模塊和用戶面一樣，也包括MAC、ELC、PDCP三個功能模塊。MAC、RLC功能與用戶面一致，PDCP與用戶面略有區別，除了對控制信令進行加解密外，還要對控制信令數據進行完整性保護和完整性驗證。
網絡層L3功能：
UE和eNodeB之間的控制信令主要是無線資源控制（RRC）消息。RRC就相當於eNodeB內部的一個司令部，RRC消息攜帶建立、修改和釋層二和層一協議實體所需的全部參數；另外，RRC還要給UE透明傳達來自核心網的指示。
在干活前先聽一下領導意見，UE和eNodeB在承載業務前，先要建立RRC連接。RRC模塊的主要功能有系統信息的廣播、尋呼、RRC連接管理、無線資源控制、移動性管理。LTE的RRC狀態管理比較簡單，只有兩種狀態：空閑狀態（RRC_IDLE）
和連續狀態（RRC_CONNECTED）。系統信息塊個數降低很多，傳輸信道個數也減少了。這樣針對系統信息或傳輸信道的參數配置也減少很多。UE處於空閑狀態時，接收到的系統信息有小區選擇或重選的配置參數、鄰小區信息；在UE處於連接狀態時，接收到的是公共信道配置信息。
尋呼（Paging）消息是eUTRAN用來尋找或通知一個或多個UE，主要攜帶的內容包括擬尋呼UE的標識、發起尋呼的核心網標識、系統消息是否有改變的指示。UE划分成多個尋呼組，在空閑狀態時並不是始終檢測是否有呼叫進入，而是采用DRX方式，只有在特定時刻接收尋呼信息。
可避免尋呼消息過多，減少UE功耗。
3.兩面
LTE接口協議棧除了分層還分面：用戶面協議和控制面協議。用戶面負責業務數據的傳送和處理，控制面負責協調和控制信令的傳送和處理。用戶面和控制面都是邏輯上的概念。在層一，不區分用戶面和控制面；在層二，數據功能處理開始區分用戶面和控制面；
在層三，用戶面和控制面則由不同的功能實體完成。在無線側，用戶面和控制面還在一個物理實體eNodeB上；而在核心網側，用戶面和控制面則完全實現了物理上的分離，分別安排在不同的物理實體上。
1）用戶面
用戶面提供了業務數據的基於IP傳輸的不可靠連接。S1-UP/X2/S5的傳輸網絡層是基於IP傳輸，UDP/IP之上的GTP-U用來傳輸用戶平面PDU。PDU：分組數據單元。
GTP：GPRS Tunnel Protocol，GPRS隧道傳輸協議。GTP是一組基於IP的高層協議，位於TCP/IP，UDP/IP協議之上。GTP-U是其中一種GTP。
GTP-U：GTP-U用來傳輸S1和X2用戶面數據。隧道端點之間的數據通過IP地址和UDP端口號進行路由。GTP-U協議還有個特點，只要GTP-U連接建立后傳輸數據，那么在數據結束之后總會有END Marker來標志着數據流的結束。
TEID：Tunnel endpoint ID，隧道端點標識符。由接收端生成，供發送端使用，通過s1/x2信令交換。s1接口：數據上傳TEID由S-GW分配，數據下傳TEID由eNodeB分配。X2接口：由目標eNodeB分配。
2）控制面
數據面提供了信令傳送的基於IP的可靠連接。它利用了SCTP（流控傳輸協議）為IP分組網提供可靠的信令傳輸。SCTP的設計是為了解決TCP/IP網絡在傳輸實時信令和數據時所面臨的不可靠傳輸、時延等問題。
S1-AP和X2-AP分別是S1接口和X2接口的應用層信令協議。
S1AP協議如前所述，是S1 連接建立的時候用來傳輸信令的協議，該協議負責S1接口的管理，E-RAB的管理，還有NAS信令的傳輸，以及UE上下文的管理。
X2AP協議支持無線網（E-UTRAN）中的UE移動性管理和SON功能。比如通過X2AP的數據轉發（在X2 Handover的時候的數據轉發），SN status的轉發（Handover時），或者是eNB之間的資源狀態消息交換等。
重點：
X2接口控制面的主要功能是支持在LTE系統內，UE在連接狀態下從一個eNodeB切換到另一個eNodeB的移動性管理。X2接口控制面還可以對各eNodeB之間的資源狀態、負責狀態進行監測，用於eNodeB負載均衡、
負荷控制或者准入控制的判斷依據。此外還負責X2連接的建立、復位、eNodeB配置更新等借口管理工作。
S1控制面的主要功能是建立與核心網的承載連接，即SAE承載管理功能，包括SAE承載建立、修改和釋放。S1移動性管理不管包括LTE系統內的切換，還包括系統間切換。
三、LTE運行過程
1）上行傳輸
首先，UE發出一個包時，包上面會打上UE的地址作為源地址，要去的因特網上的服務器的地址作為目的地址，傳送給基站eNB，然后基站給包封裝到GTP 隧道里可以傳輸的GTP包，每個包的源地址會被換成基站的地址，
而目的地址則是被換成將要到達的Serving Gateway，然后，每個包也會包含他們所在傳輸隧道的隧道ID：UL S1-TEID。當包到達Serving Gateway時，源目地址被分別換成了Serving Gateway和P-GW的地址，同時，
傳輸的隧道也由S1 GTP 隧道變成了S5 GTP隧道，當然隧道ID也會隨之變化。最后，當包到達P-GW后，這時P-GW講GTP解開，查看其真正的目的地址，然后將包送到互聯網上。這樣子就完成了一個數據包從終端的互聯網的上傳。
2）下行傳輸
下行的情況與上行的情況正好相反，經過P-GW，S-GW，eNB時會對數據包打包，在eNB處會解封裝，然后直接把數據包傳輸給UE。
四、補充
在eNodeB中僅存在2種RRC狀態：RRC_IDLE（空閑狀態）、RRC_CONNECTED（連接狀態）。在eNodeB中，RRC_CONNECTED對應着aGW中的RRC_ACTIVE狀態，無需保留RRC_DETACHED狀態。
這樣，處於RRC_DETACHED（分離狀態）的UE在核心網屬於“在線（online）”狀態，而在無線接入網側則並不占用任何無線資源。