1.4 TD-LTE接口及协议
1.4.1 主要接口
E-UTRAN的主要接口包括S1接口和X2接口。
1.S1接口
（1）S1接口结构
S1接口是EPC和E-UTRAN之间的接口界面。沿袭了承载和控制分离的思想，S1接口也分为用户平面和控制平面，EPC侧的接入点是控制平面的MME或用户平面的S-GW。对应地，S1接口包括两部分：控制面的S1-MME接口和用户面的S1-U接口，如图1-10所示。
图1-10 S1接口结构
S1是一个逻辑接口，任意一个eNode B都可能有多个S1-MME逻辑接口面向EPC，多个S1-U逻辑接口面向EPC。
S1接口完成以下功能。
①S1接口UE上下文管理功能；
②无线接入承载管理功能；
③S1接口连接管理功能；
④UE在LTE_Active状态下的移动性管理功能；
⑤寻呼功能；
⑥漫游和区域限制支持功能；
⑦S1接口管理功能；
⑧协调功能；
⑨安全功能；
⑩服务和网络接入功能；
⑪无线接入网信息管理功能。
（2）S1-MME接口
S1-MME接口定义为eNode B和MME功能之间的接口，主要实现S1接口的无线接入承载控制、接口专用的操作维护等功能。图1-11为S1-MME接口的协议栈结构。
（3）S1-U接口
S1-U接口定义为eNode B和SAE网关之间的接口，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧，图1-12为S1-U接口的协议栈结构。
图1-11 S1-MME接口协议结构
图1-12 S1-U接口协议结构
EPC和eNode B之间是多到多的关系，即S1接口实现多个EPC网元和多个eNode B网元之间的接口功能。
2.X2接口
X2接口定义为各个eNode B之间的接口，其主要作用在于为支持激活模式的手机转发分组数据，另外还能够承担多小区的无线资源管理功能。X2接口实现eNode B之间的互通，支持两个eNode B之间信令信息的交互，支持将PDU前转到各自的隧道终结点。eNode B之间的网状网络由X2接口互相连接形成。LTE区别于传统移动网络的主要地方在于E-UTRAN结构中去掉了RNC，使得原有的树形结构更加扁平化，更多的无线资源管理功能由基站承担，相邻基站间的直接对话增多，进而保证了用户在网络中的无缝切换。与S1接口类似，X2接口也分为用户平面和控制平面，协议结构如图1-13所示。
图1-13 X2接口协议结构
X2接口的主要功能如下。
●连接状态下UE在LTE接入网内的移动性支持；
●负载管理；
●小区间干扰协调；
●X2接口综合管理和错误处理功能；
●eNode B间的应用级数据交换；
●跟踪功能。
1.4.2 空中接口协议
1.控制平面与用户平面协议栈
（1）控制平面协议栈
控制平面协议栈负责完成对无线接口的管理和控制功能，主要包括RRC协议、数据链路层协议以及物理层协议。其中，RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，负责接入层的控制和管理；数据链路层和物理层提供对RRC协议消息的数据传输功能。
（2）用户平面协议栈
用户平面协议包括数据链路层协议和物理层协议。物理层通过传输信道为MAC子层提供相应的服务，MAC子层通过逻辑信道向RLC子层提供相应的服务。
2.协议栈功能划分
（1）物理层功能
物理层位于无线接口协议栈的最底层，其主要功能是为数据端设备提供传送数据的通路。物理层为MAC层和高层提供信息传输服务，其中，物理层提供的服务通过传输信道来描述。传输信道描述了物理层为MAC层和高层所传输的数据特征。
（2）数据链路层功能
数据链路层是无线接口协议栈中的第二层，位于物理层和网络层之间，由MAC、RLC和PDCP 3个子层构成。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务。
3.MAC层协议
MAC子层为上层提供数据传输和无线资源分配服务，MAC子层实现的功能主要有3类：eNode B和UE中MAC实体共有的功能，eNode B中MAC实体特有的功能，UE中MAC实体特有的功能。其具体功能如下。
①逻辑信道到传输信道的映射；
②复用和解复用；
③上行调度信息上报；
④通过HARQ修正传输错误；
⑤UE内多逻辑信道间的优先级处理；
⑥动态调度UE间的优先级处理；
⑦传输格式选择；
⑧填充功能。
4.RLC层协议
RLC子层为来自上层的用户数据和控制数据提供传输服务，其功能由RLC实体实现。RLC实体配置有透明模式、非确认模式和确认模式3种方式，主要功能如下。
①对于确认模式和非确认模式的RLC实体，支持对RLC SDU的串接/分段和重组；
②对于确认模式和非确认模式的RLC实体，支持高层数据的按序递交、重复检测和RLC SDU丢弃功能；
③对于配置确认模式的RLC实体，支持ARQ传输；
④对于配置确认模式的RLC实体，在数据重传时支持RLC数据PDU重分段功能；
⑤支持RLC重建立功能。
5.分组数据汇聚协议
分组数据汇聚协议（PDCP）子层的作用是将网络层的传输技术与E-UTRAN的空中接口处理技术分开，从而使其上的各协议层无需考虑与空中接口相关的问题。PDCP子层向上层提供用户平面和控制平面的数据传输功能。
PDCP子层用于用户平面的功能如下。
①支持头压缩和加密功能；
②PDCP子层向上层提供按序提交和重复分组检测功能；
③切换过程中，支持对确认RLC模式的逻辑信道的PDCP SDU重传；
④业务面数据的传输；
⑤上行基于定时器的SDU丢弃机制。
PDCP子层用于控制平面的功能如下。
①为RRC子层提供信令传输服务；
②实现对RRC信令的加密/解密和完整性保护功能。
6.无线资源控制协议
无线资源控制（RRC）协议功能分为：系统信息广播，寻呼、RRC连接建立/维护/释放，安全功能密钥管理，无线承载管理，移动性管理，MBMS服务通知，MBMS服务承诺管理，QoS管理，UE测量报告和控制，NAS直传消息传输。
在LTE中，RRC的协议状态从原来UTRAN的5个减少为LTE的2个，即RRC_IDLE和RRC_CONNECTED状态，每个状态下的特征见表1-3。
表1-3 RRC状态和行为对照
7.非接入层控制协议
非接入层（NAS）控制协议完成SAE承载管理、鉴权、AGW和UE间信令加密控制、用户面信令加密控制、移动性管理以及LTE_IDLE时的寻呼发起。NAS主要包括3个协议状态。
①LTE_DETACHED：网络侧和UE侧没有RRC实体，此时UE通常处于关机、去附着等状态。
②LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态。UE侧和网络侧存储的信息包括：UE的IP地址、与安全相关的参数（密钥等）、UE的能力信息、无线承载。此时UE的状态转移由基站或AGW决定。
③LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态，状态转移由基站或AGW决定。