Lớp vật lý sẽ mang các kênh vận chuyển được cung cấp bởi lớp MAC.Kênh vận chuyển chỉ ra làm thế nào và những đặc tính dữ liệu nào có thểđược mang trên
giao diện vô tuyến các kênh vật lý.Lớp MAC cung cấp các kênh logic cho lớp RLC.Các kênh logic mô tả loại dữ liệu được truyền và nó sẽ được trình bày ở các phần sau. Ở bên trên lớp RLC là lớp PDCP được sử dụng cho cả hai mặt phẳng điều khiển và người dùng, điều này khác với trong WCDMA nó chỉ được sử dụng trong mặt phẳng người dùng.Lớp 2 cung cấp các sóng mang vô tuyến cho các lớp trên.Các sóng mang vô tuyến báo hiệu mang các bản tin báo hiệu RRC. Tương tự
các sóng mang vô tuyến trong mặt phẳng người dùng mang dữ liệu người dùng.Như
miêu tả trong hình 3.2 các kiến trúc giao thức vô tuyến trong mặt phẳng điều khiển như MAC, RLC, PDCP và RRC được nằm ở eNodeB. Trong WCDMA RRC và PDCP nằm ở RNC và lớp MAC nằm ở NodeB
Hình 3. 2 Các giao thức vô tuyến mặt phẳng điều khiển trong LTE
Các tín hiệu điều khiển trong mặt phẳng điều khiển giữa các thành phần mạng
được mang trên giao diện X2 để các eNodeB trao đổi thông tin với nhau.Đối với lưu lượng thông tin giữa MME và eNodeB giao diện S1_MME được sử dụng để
quản lý di động có liên quan đến báo hiệu trong mặt phẳng điều khiển.Các giao diện mặt phẳng điều khiển bên trong EUTRAN và giữa EUTRAN và MME được chỉ ra trong hình 3.3. Tất cả các quyết định liên quan đến di động vô tuyến vẫn được xử lý
ở eNodeB trong khi MME đóng vai trò như một “mobility anchor” khi UE di chuyển giữa các eNodeB.
Hình 3. 3 Các giao thức vô tuyến mặt phẳng điều khiển trong LTE
Đối với mặt phẳng người sử dụng, tương tự tất cả các giao thức vô tuyến trong mặt phằng người dùng đều nằm ở eNodeB, được chỉ ra trong hình 3.4
Hình 3. 4 Các giao thức vô tuyến mặt phẳng người sử dụng trong LTE 3.2Điều khiển truy nhập môi trường
¾ Kiến trúc lớp MAC
- RRC kiểm soát các cấu hình MAC
- EUTRA định nghĩa hai thực thể MAC riêng biệt: một nằm ở UE và một nằm ở
E-UTRAN
¾ Các dịch vụ trong lớp MAC
- Các dịch vụ cung cấp cho lớp trên
• Truyền tải dữ liệu
• Phân bổ nguồn tài nguyên vô tuyến - Các dịch vụ mong muốn từ lớp vật lý • Các dịch vụ truyền tải dữ liệu • Báo hiệu phản hồi HARQ • Báo hiệu các yêu cầu định trình • Đo đạc tín hiệu ¾ Các chức năng chính của lớp MAC
Hình 3. 6 Một số chức năng chính của lớp MAC
- Ánh xạ giữa các kênh logic và kênh vận chuyển
- Ghép kênh các MAC SDU từ một hay nhiều các kênh logic khác nhau lên các khối vận chuyển (TB-Transport Blocks) để đưa tới lớp vật lý trên các kênh vận chuyển
- Giải ghép kênh các MAC SDU từ một hay nhiều các kênh logic từ các khối vận chuyển được đưa từ lớp vật lý trên các kênh vận chuyển
- Báo cáo các thông tin định trình - Sửa lỗi thông qua HARQ
- Xử lý quyền ưu tiên giữa các UE bằng phương pháp định trình động - Xử lý quyền ưu tiên giữa các kênh logic của cùng một UE
- Định quyền ưu tiên cho các kênh logic - Lựa chọn các định dạng truyền tải
Khi so sánh với WCDMA thì trong LTE không có chức năng mã hóa ở trong lớp MAC
¾ Dòng dữ liệu trong lớp MAC
Lớp MAC nhận dữ liệu từ lớp RLC,các khối dữ liệu dịch vụ MAC (MAC- SDUs Service Data Units). Sau đó chuyển thành MAC PDU, nó bao gồm: tiêu
đề MAC, MAC SDUs và các thành phần điều khiển MAC.Tiêu đề MAC và MAC SDUs có độ lớn thay đổi. Các tiêu đề của MAC PDU bao gồm một hoặc nhiều các tiêu đề con và mỗi tiêu đề con tương ứng với một MAC SDU, một thành phần điều khiển MAC hoặc padding.Các thành phần điều khiển MAC mang các thông tin điều khiển quan trọng nó được sử dụng cho rất nhiều các chức năng điều khiển nhưđược mô tả trong hình 3.7.Ở hướng đường lên (trong kêt nối với UL-SCH) ngoài dữ liệu (trong MAC SDU) nó còn có rất nhiều các thành phần thông tin điều khiển như:
• Báo cáo tình trạng bộđệm, nó chỉ ra rằng bao nhiêu dữ liệu hiện đang chờđể
truyền ở UE và các thông tin về quyền ưu tiên của các loại dữ liệu trong bộ đệm
• Báo cáo về khoảng công suất còn lại để chỉ ra nguồn công suất sẵn có để
dùng cho việc truyền dữ liệu ởđường lên
Hình 3. 7 Cấu trúc MAC PDU và các loại trọng tải trong các kênh DL-SCH và UL-SCH
Ở hướng xuống (trong kết nối với DL-SCH), các thông tin điều khiển sau có thểđược mang bởi các thành phần điều khiển MAC:
• Điều khiển hoạt động thu không liên tục (DRX-Discontinuos Reception) (Khi nào bắt đầu, khi nào dừng…)
• Các lệnh định thời trước đểđiều chỉnh thời gian đường lên
• Thông tin giải đáp tranh chấp
Tiêu đề và tải trong MAC cho RACH là hoàn toàn khác biệt, nó như là chìa khóa cho phép các thủ tục truy nhập hoàn thành và đối phó với các va chạm tiềm tàng hoặc các tình huống quá tải có thể xảy trong cell.Tín hiệu báo hiệu truy nhập ngẫu nhiên ở lớp MAC được chỉ ra trong hình 3.8 và nó cũng bao gồm các thông tin
điều khiển cần thiết cho phép truyền dữ liệu sau khi thủ tục RACH thành công.Các thông tin truyền đi trong đáp ứng truy nhập ngẫu nhiên MAC bao gồm:
• Định thời trước để chỉ ra những thay đổi cần thiết cho truyền dẫn đường lên
đểđảm bảo các người dùng khác nhau không bị chồng lấn lên nhau
• Truy nhập đường lên chỉ rõ chi tiết nguồn tài nguyên (trong miền tần số và thời gian) được sử dụng trong đường lên
• C-RNTI ( Cell Radiao Network Temporary Identifier) tạm thời cung cấp cho UE sự nhận dạng tức thời được sử dụng để hoàn thành thủ tục truy xuất ngẫu nhiên
• Tiêu đề chỉ rõ khoảng lùi có thể và nhận dạng phần mởđầu nhận được
Hình 3. 8 Cấu trúc MAC PDU với đáp ứng nhập ngẫu nhiên 3.3Điều khiển liên kết vô tuyến
¾ Kiến trúc RLC
Hình 3. 9 Tổng quan cấu trúc lớp RLC
RRC điều khiển các cấu hình RLC
Chức năng của lớp con RLC được thực hiện bởi các thực thể RLC, các thực thể được cấu hình ở RLC
• Chuyển các dữ liệu PDU nhận được từ các lớp cao hơn, hay là từ lớp RRC (kênh điều khiển chung) hoặc từ PDCP (các trường hợp còn lại, bao gồm cả
mặt phẳng người sử dụng)
• Sau đó (phụ thuộc vào chếđộ hoạt động của RLC) sửa lỗi với ARQ, ghép nối/ phân đoạn dữ liệu, vận chuyển đúng thứ tự và phát hiện trùng lặp có thểđược áp dụng
• Xử lý các lỗi giao thức để phát hiện và phục hồi các trạng thái gây ra do lỗi giao thức ví dụ như sai tín hiệu báo hiệu
Hình 3. 10 Một số chức năng chính lớp RLC
Các điểm khác nhau cơ bản của RLC trong LTE khi so sánh với RLC trong WCDMA là thiếu chức năng mã hóa trong RLC
¾ Các chếđộ hoạt động của RLC
• Chế độ hoạt động trong suốt (TM-Transparent Mode): trong chế độ TM RLC chỉ phân phối và nhận các khối PDU từ các kênh logic mà không thêm bất cứ
một tiêu đề vào các khối này và do đó nó không theo dõi bất cứ khối PDU đến nào nằm giữa các thực thể tiếp nhận và truyền tải. Chếđộ hoạt động trong suốt chỉ phù hợp cho các dịch vụ không sử dụng truyền lại ở lớp vật lý hoặc không quan tâm đến việc vận chuyển đúng thứ tự. Vì thế nhìn từ phía các kênh logic chỉ có các kênh BCCH, CCCH và PCCH có thể hoạt động được ở chếđộ TM.
Hình 3. 11 Chế độ trong suốt
• Chế độ không công nhận (UM-Unacknowledged Mode): chế độ này cung cấp thêm một số chức năng khi so sánh với chế độ TM. Nó bao gồm việc vận chuyển dữ liệu đúng thứ tự mà các dữ liệu nhận được đó bị sai thứ tự do hoạt
động HARQ ở các lớp dưới. Dữ liệu trong chế độ UM được phân tách hoặc ghép nối cho phù hợp với kích thước của khối RLC SDU và sau đó các tiêu đề được thêm vào. Các tiêu đề RLC UM bao gồm số thứ tự chuỗi dùng cho việc vận chuyển đúng thứ tự (cũng nhưđể phát hiện sự trùng lặp)
Hình 3. 12 Chế độ không công nhận
• Chế độ công nhận (AM-Acknowledged Mode): ở chế độ này nó cung cấp thêm một số chức năng so với chế độ không công nhận, truyền lại dữ liệu khi
các PDU bị mất do kết quả hoạt động ở các lớp dưới. Dữ liệu trong chế độ
công nhận cũng có thể tái phân đoạn để cho phù hợp với các nguồn tài nguyên
ở lớp vật lý phục vụ cho việc truyền lại. Tiêu đề bây giờ cũng chứa thông tin về gói tin nhận được chính xác cuối cùng ở bên phía thu cùng với các số thứ tự
chuỗi như trong chếđộ không công nhận
Hình 3. 13 Chế độ công nhận
¾ Dòng dữ liệu trong RLC
Khi hoạt động ở chếđộ công nhận, lớp RLC nhận dữ liệu từ lớp PDCP, dữ liệu
được lưu trữ trong các bộ đệm và sau đó dựa trên các nguồn tài nguyên sẵn có mà dữ liệu có thểđược phân đoạn hoặc ghép lại để truyền đi.
Khi nhận được dữ liệu từ các khối RLC PDU, nó kiểm tra các phần có thể bị lặp và sau đó sẽ ghép lại các dữ liệu này (giả sử rằng không có số thự tự chuỗi nào bị
mất) và cung cấp các dữ liệu này cho các lớp giao thức tiếp theo (trong trường hợp này là lớp giao thức PDCP) để xử lý tiếp.Nếu có một số thứ tự chuỗi nào bị
3.4Giao thức hội tụ dữ liệu gói
Hình 3. 14 Tổng quan cấu trúc lớp PDCP
Giao thức hội tụ dữ liệu gói (PDCP) nằm phía trên lớp RLC ở mặt phẳng người sử dụng và PDCP cũng được sử dụng cho hầu hết các bản tin RRC.Sự khác biệt cơ
bản so với trong WCDMA là bây giờ tất cả dữ liệu người sử dụng đều phải đi qua lớp PDCP bởi vì chức năng mã hóa bây giờ nằm ở lớp PDCP và được đặt tại eNodeB.Các chức năng chính của lớp PDCP bao gồm:
• Nén tiêu đề và tương ứng là giải nén các gói dữ liệu IP. Nó được dựa trên giao thức nén tiêu đề tin cậy (ROHC-Robust Header Compression protocol) và nó cũng là một phần trong lớp PDCP ở WCDMA. Nén tiêu đề càng trở nên quan trọng đối với các gói dữ liệu có kích thước nhỏ đặc biệt là trong các kết nối với dịch vụ VoIP, khi đó tiêu đề IP lớn có thể là nguồn lớn dữ liệu cho các dữ
liệu có tốc độ nhỏ
• Mã hóa và giải mã hóa được dùng cho cả mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển, chức năng này trong WCDMA được nằm trong các lớp MAC và RLC
• Bảo vệ tính toàn vẹn dữ liệu và thẩm tra để đảm bảo thông tin điều khiển đến từ nguồn chính xác
Hình 3. 15 Một số chức năng chính của lớp PDCP
Lớp PDCP nhận các khối PDCP SDU từ NAS và RRC sau đó mã hóa và làm một số nhiệm vụ khác như trong hình 3.16, sau đó chuyển dữ liệu tới lớp RLC.Tương ứng, ở bên phía thu dữ liệu được nhận từ lớp RLC.Bên cạnh các chức năng đã nêu ở trên, lớp PDCP còn có một chức năng trong kết nối với các sự kiện chuyển giao (ở trong LTE). PDCP cũng thực hiện chức năng phân phát đúng thứ tự ởđường xuống và phát hiện lặp. Trong hướng lên, PDCP truyền lại tất cả các gói dữ
liệu chưa được chỉ ra bởi các lớp thấp hơn là đã được hoàn thành. Trong đường xuống, lớp PDCP sẽ chuyển tiếp các gói tin không phân phát tới eNodeB mới
Hình 3. 16 Các chức năng của lớp PDCP 3.5Điều khiển tài nguyên vô tuyến
Các bản tin điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC-Radio Resource Control) là một phần quan trọng trong thông tin điều khiển trao đổi giữa UE và E-
UTRAN.RRC trong E-UTRAN đơn giản hơn rất nhiều khi so sánh với RRC trong UTRAN bằng cách giảm số các bản tin và dư thừa trong các bản tin.RRC trong E- UTRAN và UTRAN sử dụng cùng một ngôn ngữ giao thức như trong WCDMA- ASN.1 (Abstract Syntax Notation One)- vì nó đã mang lại hiệu quả trong việc tạo thuận lợi cho sự phát triển giữa các phiên bản khác nhau với một khả năng mở rộng trong ASN.1
¾ Các trạng thái UE và các trạng thái chuyển đổi
Không như trong UTRAN (WCDMA), các trạng thái UE trong E-UTRAN cũng
đơn giản hơn đáng kể và nó chỉ có hai trạng thái là: RRC_CONNECTED và RRC_IDLE, phụ thuộc vào kết nối RRC có được thành lập hay không
Trong trạng thái RRC_IDLE, UE theo dõi một kênh tìm gọi để phát hiện các cuộc gọi đến, thu được các thông tin hệ thống và thực hiện đo đạc tín hiệu của các cell hàng xóm và cell được chọn (và được chọn lại). Ở trạng thái này, chế độ UE DRX cụ thểđược cấu hình bởi lớp trên và tính di động được điều khiển bởi UE
Trong trạng thái RRC_CONNECTED, UE truyền/ nhận dữ liệu tới/ từ mạng.Để làm
được điều này, UE theo dõi các kênh điều khiển gắn liền với các kênh dữ liệu dùng chung để xác định xem dữ liệu đã được định trình chưa, cung cấp chất lượng kênh và các thông tin phản hồi về eNodeB. Cũng ở trọng trạng thái này, UE thực hiện đo
đạc tín hiệu của các cell hàng xóm và báo cáo các đo đạc dựa trên cấu hình được cung cấp bởi eNodeB. Không giống như trong hệ thống UTRAN, UE có thể thu
được các thông tin hệ thống từ kênh BCCH trong suốt trạng thái RRC_CONNECTED. Ở những lớp thấp hơn UE có thểđược cấu hình ở chếđộ UE DRX và di dộng được điều khiển bởi mạng (ví dụ như chuyển giao)
Hình 3.17 miêu tả hỗ trợ di động giữa E-UTRAN, UTRN, và GERAN. Trạng thái CELL_FACH trong UTRAN chỉ được xem xét trong thời gian rất ngắn, và sự
chuyển tiếp từ trạng thái UTRAN CELL_FACH sang E-UTRAN RRC không được hỗ trợ
Hình 3. 17 Các trạng thái RRC E-UTRAN và các sự chuyền đổi giữa các mạng 3GPP
Các sóng mang vô tuyến báo hiệu (SRB- Signaling Radio Bearers) là các sóng mang đặc biệt chỉ dùng để vận chuyển các bản tin RRC và các bản tin NAS.Có ba loại SRBs được định nghĩa. SRB0 được sử dụng cho các bản tin RRC được dùng cho kênh CCCH, như trong quá trình thiết lập kết nối và quá trình lỗi kết nối vô tuyến.Vì thế một số bản tin sau được truyền tải trên SRB0: bản tin yêu cầu kết nối RRC, bản tin thiết lập kết nối RRC, bản tin thành lập lại kết nối RRC, bản tin không chấp nhận thành lập lại kêt nối RRC. Mỗi khi kết nối RRC được thành lập, SRB1
được sử dụng để truyền các bản tin dùng trong kênh DCCH và NAS đến khi chếđộ
bảo mật được kích hoạt.Khi chếđộ bảo mật được kích hoạt thành công, SRB2 được thiết lập và các bản tin NAS được truyền qua SRB2 trong khi các bản tin RRC vẫn
được truyền trên SRB1. SRB2 có quyền ưu tiên thấp hơn SRB1
¾ Các chức năng chính của RRC
• Quảng bá thông tin hệ thống
• Tìm gọi
• Thành lập, duy trì và giải phóng kết nối giữa UE và E-UTRAN
• Các chức năng bảo mật bao gồm cả quản lý mã
• Thành lập, cấu hình, duy trì và giải phóng các sóng mang vô tuyến điểm tới
điểm
• Chọn cell, chọn lại cell và điều khiển quá trình chọn cell, chọn lại cell
• Truyền dữ liệu giữa các eNodeB
• Truyền trực tiếp các bản tin NAS giữa mạng và UE
• Truyền tải khả năng UE
• Xử lý lỗi giao thức chung