星星之火-42：LTE空口协议栈、数据处理流程与LTE的调制技术大全

前言：

LTE的数据处理，是数字调制、频分复用、时分复用、数模转换、模拟调制的集大成者。

这里汇集了众多的复杂的调制技术，包括高阶QAM正交幅度调制、正交多载波调制OFDM、CPRI传输、IQ双路正交载波调制、AD转换、射频模拟调制，LTE把调制技术发挥到了极致。

同时LTE的调制技术跨越了LTE系统的两个网元BBU和RU，跨越了LTE协议栈物理层和RF层。

1 LTE空口协议栈

协议栈的分层结构有助于实现简化设计。底层协议为上层提供服务；上层使用下层提供的功能，上层不必清楚下层过程处理的细节。

LTE空口的接口协议分为四层：

L3网络层，包含2个子层：RRC（无线资源控制层）、NAS（非接入层协议）。

L2数据链路层，包含3个子层：MAC：媒体接入层、RLC（无线链路控制层）、PDCP（分组数据汇聚协议层）。

L1物理层PHY：包含两个子层：PHY_Low、PHY_High，主要负责基带调制和解调。

RF射频层:  主要负责射频调制与解调，以及无线电磁波段发送与接收。

RF:  负责模数转换、射频调制、无线电磁波的收与发。

PHY：负责处理编译码、调制解调、多天线映射以及其它电信物理层功能。最为复杂的一层，也是最考验产品的一层协议。实际设计中，涉及诸多算法也最能体现实际芯片的性能。和硬件紧密相关，需要协同工作。

MAC：负责处理HARQ重传与上下行调度。应该说，L2的精华就在这边，重传和调度能做好，对于整个产品来说，速率就能体现出来。

RLC：负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序控制。RLC提出了三种模式：透明模式（Transparent Mode，TM）、非确认模式（Unacknowledged Mode，UM）和确认模式（Acknowledged Mode，AM）。一般来讲，AM模式典型用于TCP的业务，如文件传输，这类业务主要关心数据的无措传输；UM模式用于高层提供数据的顺序传送，但是不重传丢失的PDU，典型用于如Voip业务，这类业务最主要关心传送时延；TM模式则仅仅用于特殊的目的，如随机接入。

PDCP：负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。头压缩机制基于ROHC，PDHP层在控制面对RRC和NAS层消息进行完整性校验，在用户面不进行完整性校验。以及对数据和信令的加密。

RRC：支持终端和eNodeB间多种功能的最为关键的信令协议。广播NAS层和AS层的系统消息，寻呼功能，RRC连接建立、保持和释放，端到端无线承载的建立、修改和释放，移动性管理包括UE测量报告、小区切换、UE小区选择和重选等。RRC层协议终止于eNode B。

NAS：处理UE和MME之间信息的传输，传输的内容可以是用户信息或控制信息。如业务的建立、释放或者移动性管理信息。NAS层以下，我们称为AS层，而NAS对于eNode B是透明的，从上图可以看到，eNode B是没有这层协议的，所有NAS消息，对于他来说，就是过路。NAS建立在AS层之上，它与接入信息无关，只是通过接入层的信令交互，在UE和MME之间建立起了信令通路，从而便能进行非接入层信令流程了。NAS子层则终止于MME。

2.2 LTE数据处理流程与LTE的调制技术

在上述发送过程如下：

（1）BBU L1 PHY:把二进制的比特流映射到由LT的无线资源构成的LTE的FDD/TDD物理层的帧结构中。

（2）BBU L1 PHY:根据映射关系，对物理层的帧的数据进行基带QAM调制和OFDM复用

（3）BBU L1 PHY: 对把基带信号转换成IQ数字信号

（4）CPRI : 在BBU和RRU之间传输基带IQ数字信号

（5）RRU 数字: 把数字基带信号转换成数字中频信号

（6）RRU RF: 把数字基带或中频信号转换成模拟信号DAC

（7）RRU RF : 进行模拟IQ调制，获得QAM调制+OFDM复用后数字基带或中频模拟信号

（8）RRU RF: 把基带/中频模拟已调信号进行模拟射频调制，即混频。

（9）RRU RF: 对信号进行放大，然后通过天线发送

接收过程正好与发送过程反向对称。

至于每个环节的理论基础、工作原理与实现细节，请参考：

《图解通信原理与案例分析-20：4G LTE调制与多路复用技术：QAM正交幅度调制、多载波调制、O-FDM正交频分复用、SC-FDMA频分复用、IQ调制、混频》图解通信原理与案例分析-20：4G LTE调制与多路复用技术：QAM正交幅度调制、多载波调制、O-FDM正交频分复用、SC-FDMA频分复用、IQ调制、混频_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客