上一筆記說明了LTE網絡的網元組成，網元之間的聯系是通過標准化的接口。接下來學習LTE終端和網絡的空中接口Uu、基站之間的X2接口、基站與核心網之間的S1接口，以及LTE接口協議棧和以往無線制式相比的特點。
1.接口協議棧
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。接口協議的架構稱為協議棧。
根據接口所處位置分為空中接口和地面接口，響應的協議也分為空中接口協議和地面接口協議。
空中接口是無線制式最個性的地方，不同無線制式，其空口的最底層（物理層）的技術實現差別巨大。
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。
1.1 三層
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；上層使用下層的提供的功能，上層不必清楚下層過程處理的細節。比較常見的分層協議有OSI七層參考模型和TCP/IP四層協議。
無線制式的接口協議也分層，粗略分為物理層（層一，L1，PHY)、數據鏈路層（層二，L2，DLL）、網絡層（層三，L3，NL）。
物理層主要功能是提供兩個物理實體間的可靠比特率傳輸，適配傳輸媒介。無線空口中，適配的是無線環境；地面接口中，適配的則是E1，網線，光纖等傳輸媒介。
數據鏈路層的主要功能是信道復用和解復用、數據格式的封裝、數據包調度等。完成的主要功能是具有個性的業務數據向沒有個性的通用數據幀的轉換。
網絡層的主要功能是尋址、路由選擇、連接的建立和控制、資源的配置策略等。
eUTRAN和UTRAN的分層結構類似，但為了靈活承載業務、簡化網絡結構、縮短處理時延，rUTRAN接口協議棧以下功能從層三轉移到層二：
（1）動態資源管理和Qos保證功能轉移到MAC（媒介接入控制）層。
（2）DTX/DRX（不連續發射/接收）控制轉移到MAC層。
（3）業務量測量和上報由MAC層負責。
（4）將控制平面的安全性（加密）和完整性保護轉移到PDCP(Packet Data Convergence Protocol)分組數據匯聚協議。
1.2 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。
不同接口協議細節有所不同，但在架構上都可套用如圖所示的三層兩面協議棧通用模型。
2.空中接口Uu
LTE和UMTS空口協議棧對比如下圖。
兩者都是三層兩面結構，主要區別在於以下兩點：PDCP（分組數據匯聚協議）和BMC（Broadcast Multicast Control，廣播組播功能）。
UMTS架構中並沒有完全實現分組化，控制面信令並不通過PDCP處理；用戶面數據也分CS域和PS域，只有PS域數據才通過PDCP處理。而在LTE架構中，沒有CS域，包括控制面信令在內的一切數據流都通過PDCP處理。
UMTS中的BMC實體被取消，LTE用MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service,多媒體廣播多播業務）功能代替了。
2.1 層二功能模塊
空中接口的用戶面沒有層三的功能模塊，這一點不同於地面接口。
用戶面的層二協議模塊主要包括：MAC（Medium Access Control，媒介接入控制）、RLC（Radio Link Control，無線鏈路控制）、PDCP三個功能模塊，如圖所示。
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；在接收端，將物理層接收到的比特數據流，按調度要求，解復用（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。
LTE空口控制面包括層二、層三的功能模塊，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。
2.2 層三功能模塊
LTE空口控制面層三有兩個功能模塊：RRC（Radio Resource Control，無線資源控制）和NAS（Non Access Stratum，非接入層）。
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.地面接口
地面接口是網絡側網元之間的信息溝通渠道。LTE無線接入網側，主要包括兩類：同級接口（基站間接口）和上下級接口（基站與核心網接口）。
3.1 同級接口——X2
以往的制式中，基站間沒有直接接口，UMTS只建立了RNC之間的Iur接口。LTE取消了RNC網元，基站之間的接口為X2，功能上繼承並加強了Iur接口。
X2接口為用戶面提供了業務數據的基於IP傳輸的不可靠連接，而為控制面提供了信令傳送的基於IP的可靠連接。
X2接口的用戶面是在切換時eNodeB之間轉發業務數據的接口，是一個IP化的接口。它在不可靠的UDP/IP之上，利用了GTP-U（GPRS用戶平面隧道協議）來傳送用戶分組數據單元，其協議棧結構如圖：
X2接口的控制面也基於IP傳輸，但它利用了SCTP（流控傳輸協議）為IP分組網提供可靠的信令傳輸，如上圖所示。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。X2接口的控制面協議為X2 AP。
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。這個功能在UMTS中是位於RNC上的功能模塊中。
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。
3.2 上下級接口——S1
S1用戶面接口位於eNodeB和SGW之間。此接口和X2用戶面接口架構一致。如下圖所示，也是建立在IP傳輸之上，用GTP-U協議來攜帶用戶面的PDU，不是面向連接的可靠傳輸。
S1控制面接口位於eNodeB和MME之間，如上圖所示，也是建立在IP傳輸基礎之上的，這點和S1用戶面一樣。和S1用戶面不同的是，為支持可靠信令傳輸，在IP層上添加了SCTP，這樣，和X2控制面的基礎架構是一致的。S1 AP是S1的應用層信令協議。
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。例如處於連接狀態的UE從LTE覆蓋區域移動到WCDMA覆蓋區域，S1控制面接口助力UE完成系統間切換。而X2接口的控制面沒有系統間切換的功能，只是LTE系統內的移動性管理。此外S1接口還支持尋呼功能、NAS信令的傳輸功能、S1接口的管理功能等。
4.LTE和UMTS接口協議棧的比較
（1）功能簡化，降低系統復雜度
LTE MAC層實體個數減少很多，減少了信道傳輸個數。通過這些功能實體的簡化，降低了系統設計和參數配置的復雜度。LTE減少了UE的狀態，如圖所示，在eNodeB中僅存在2種RRC狀態：RRC_IDLE（空閑狀態）、RRC_CONNECTED（連接狀態）。
LTE刪除了其他狀態，簡化了狀態遷移管理的復雜度，降低了狀態遷移所用的時間。
在AGW網元中，LTE的UE狀態將UTMS中的RRC狀態和PMM（核心網PS域移動性管理）狀態合並為一個狀態集，包含RRC_IDLE（空閑）、RRC_ACTIVE（激活狀態）和RRC_DETACHED（分離狀態）三種。UE的的上下文必須區分這3種狀態，如圖所示。
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。
LTE要與WCDMA、GSM等進行系統間互操作，所以LTE系統也設計了LTE-RRC狀態和其他系統的RRC狀態間的相互轉移途徑。
之所以可以減少UE連接狀態的個數，是因為LTE使用共享信道來承載用戶的控制信令和業務數據，取消了3G物理層中的專用信道。共享信道使多個用戶共享空口資源，不需要區分LTE連接狀態的細節，可根據需要動態調整連接狀態的資源。
（2）功能位移，實現位置下降
取消RNC網元，將其功能下移到eNodeB。PDCP功能也完全下移到了eNodeB上，核心網不再提供PDCP實體。由於PDCP下移，SGW的功能基本成為簡單的路由器，方便了LTE和其他分組網絡在核心網側的融合。
（3）功能增強，替換實現方案。
MBMS代替了UMTS的BMC層以及公共業務信道CTCH；
轉自CSDN jyqxerxes