1、LTELTE網(wǎng)絡(luò)概述及原理網(wǎng)絡(luò)概述及原理 v1.012課程內(nèi)容nLTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)nLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) lLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能lLTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 n空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)nLTE關(guān)鍵技術(shù)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine3移動(dòng)通信從2G、3G到4G發(fā)展過(guò)程，是從低速語(yǔ)音業(yè)務(wù)到高速多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展的過(guò)程。1G：模擬制式的移動(dòng)通信系統(tǒng)，具代表性的有70年代的美國(guó)AMPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)范圍的語(yǔ)音通信。2G：第二代數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，80年代末開發(fā)，全數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通話質(zhì)量和系統(tǒng)容量的提升，開啟了全球化的移動(dòng)通信時(shí)代，其主要代表系統(tǒng)有GSM系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)。3G：第三代移動(dòng)通信技術(shù)，移動(dòng)多

2、媒體蜂窩通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)融合，提供語(yǔ)音、圖像、音樂(lè)、視頻等各種多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，要求提供2Mbps標(biāo)準(zhǔn)用戶速率（室內(nèi)）或144Kbps速率（高速移動(dòng)）。目前3G標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA（由中國(guó)制定的3G標(biāo)準(zhǔn)），以及WiMAX（802.16系列標(biāo)準(zhǔn)）4G： 第四代移動(dòng)通信技術(shù)，寬帶大容量的高速蜂窩系統(tǒng)，支持100Mbps150Mbps下行網(wǎng)絡(luò)帶寬，提供交互多媒體業(yè)務(wù)，高質(zhì)量影像，3D動(dòng)畫和寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等業(yè)務(wù)，用戶體驗(yàn)最大能達(dá)到20Mbps下行速率。LTE：長(zhǎng)期演進(jìn)LTE（Long Term Evolution）是3GPP組織主導(dǎo)的新一代無(wú)線通信

3、系統(tǒng)，也稱之為演進(jìn)的UTRAN（Evolved UTRA and UTRAN）的研究項(xiàng)目，全面支撐高性能數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，“未來(lái)10年或者更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持競(jìng)爭(zhēng)力”，3GPP的LTE標(biāo)準(zhǔn)在無(wú)線接入側(cè)分為L(zhǎng)TE FDD和TD-LTE。LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine4與3G相比，LTE主要性能特征：通信速率大幅提高， 20MHz系統(tǒng)帶寬的條件下：下行鏈路的瞬時(shí)峰值數(shù)據(jù)速率在，可以達(dá)到100Mbps（5 bps/Hz）（網(wǎng)絡(luò)側(cè)2發(fā)射天線，UE側(cè)2接收天線條件下）；上行鏈路的瞬時(shí)峰值數(shù)據(jù)速率，可以達(dá)到50Mbps（2.5 bps/Hz）（UE側(cè)單發(fā)射天線情況）。頻譜效率的提高：下行鏈路

4、5(bit/s)/Hz，是R6版本的HSDPA的34倍，此時(shí)R6 HSDPA是1發(fā)1收，而LTE是2發(fā)2收;上行鏈路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的23倍，此時(shí)R6 HSUPA是1發(fā)2收，LTE也是1發(fā)2收。帶寬靈活配置，能夠支持1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz等不同系統(tǒng)帶寬，并支持成對(duì)(paired)和非成對(duì)(unpaired)的頻譜分配，系統(tǒng)部署更靈活。更低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延：控制面的傳輸時(shí)延100ms；用戶面時(shí)延5ms。控制承載分離：承載與控制分離的結(jié)構(gòu)是指控制面的信令和用戶面的承載分別由獨(dú)立的網(wǎng)元負(fù)責(zé)，優(yōu)化了用戶面的性能，同時(shí)節(jié)約網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和

5、承載網(wǎng)的投資。移動(dòng)性：能為低速移動(dòng)（015km/h）的移動(dòng)用戶提供最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能；能為15120km/h的移動(dòng)用戶提供高性能的服務(wù)；對(duì)120350km/h（甚至在某些頻段下，可以達(dá)到500km/h）速率移動(dòng)的移動(dòng)用戶能夠保持蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性。支持多種接入：支持3GPP（如GSM、WCDMA等）與非3GPP（如Wi-Fi、WiMAX等）的多種接入方式，同時(shí)支持多模終端的無(wú)縫移動(dòng)。取消CS（電路交換）域: 取消原有CS域，EPC成為移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的基本承載網(wǎng)絡(luò)。原有短信、語(yǔ)音等傳統(tǒng)的電路域業(yè)務(wù)將借助VoLTE模式承載，也可以采用CSFB（CS Fall Back）等方案依舊使用電路域來(lái)承載。LTE網(wǎng)

6、絡(luò)基礎(chǔ)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine5LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine6Project Co-ordination Group (PCG) TSG GERANGSM EDGE Radio Access Network GERAN WG1 Radio Aspects GERAN WG2Protocol AspectsGERAN WG3 Terminal TestingTSG RANRadio Access NetworkRAN WG1 Radio Layer 1 specRAN WG2 Radio Layer 2 spec Radio Layer 3 RR

7、 specRAN WG3 lub spec, lur spec, lu spec UTRAN O&M requirementsRAN WG4 Radio Performance Protocol aspectsRAN WG5 Mobile Terminal Conformance TestingTSG SAService & Systems AspectsSA WG1 ServicesSA WG2 ArchitectureSA WG3 SecuritySA WG4 CodecSA WG5 Telecom ManagementTSG CNCore Network & Te

8、rminalsCT WG1 MM/CC/SM (lu)CT WG3 Interworking with external networksCT WG4 MAP/GTP/BCH/SSCT WG6 Smart Card Application AspectsLTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分7課程內(nèi)容nLTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)nLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) lLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能lLTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 n空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)nLTE關(guān)鍵技術(shù)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine8主要網(wǎng)元LTE采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無(wú)線接入網(wǎng)E-UTRAN部分僅包含3G接入網(wǎng)中的NodeB網(wǎng)元（3G的無(wú)線接入網(wǎng)元包含控制器（

9、RNC）、基站（NodeB）兩部分）。整個(gè)LTE/SAE系統(tǒng)由核心網(wǎng)（EPC） 、基站（eNB）和用戶設(shè)備（UE）三部分組成,其中EPC和E-UTRAN兩大系統(tǒng)合稱EPS(Evolved Packet System)：1.EPC（Evolved Packet Core），負(fù)責(zé)核心網(wǎng)部分，主要包括MME、S-GW和P-GW等網(wǎng)元。MME主要負(fù)責(zé)信令處理，包括負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理、承載管理、用戶的鑒權(quán)認(rèn)證、SGW和PGW的選擇等功能；S-GW主要負(fù)責(zé)用戶面處理，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)等功能； P-GW主要負(fù)責(zé)管理3GPP和non-3GPP間的數(shù)據(jù)路由等PDN網(wǎng)關(guān)功能。2.eNB，eNodeB（Evolv

10、ed Node B，即演進(jìn)型Node B簡(jiǎn)稱eNB），負(fù)責(zé)無(wú)線接入功能，以及E-UTRAN的地面接口功能，包括實(shí)現(xiàn)無(wú)線承載控制、無(wú)線許可控制和連接移動(dòng)性控制；完成上下行的UE的動(dòng)態(tài)資源分配（調(diào)度）；IP頭壓縮及用戶數(shù)據(jù)流加密；UE附著時(shí)的MME選擇；S-GW用戶數(shù)據(jù)的路由選擇；MME發(fā)起的尋呼和廣播消息的調(diào)度傳輸；完成有關(guān)移動(dòng)性配置和調(diào)度的測(cè)量和測(cè)量報(bào)告。3.UE，User Equipment，包含手機(jī)，智能終端，多媒體設(shè)備，流媒體設(shè)備等。MME / S-GWMME / S-GWS1p移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理p服務(wù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)網(wǎng)關(guān)MME/SGW 與與 eNode B的接口的接口EPCE-UTRANNo

11、de BRNC+=eNBEPSeNBX2eNode BeNBUuS1S1S1S1S1S1X2X2eNB與與 eNB之間的之間的接口接口LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine9小區(qū)間RRMRB控制連接移動(dòng)性管理無(wú)線接入控制eNB測(cè)量管理動(dòng)態(tài)資源分配(調(diào)度)RRCPDCPRLCMACPHYeNB1S1E-UTRANEPCNAS安全MME空閑態(tài)移動(dòng)性管理EPS承載控制S-GW移動(dòng)錨點(diǎn)P-GWUE IP地址分配分組過(guò)濾InterneteNB2X2S1接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能劃分E-UTRAN提供空中接口功能（包含物理層、MAC、RLC、PDCP、RRC功能）、以及小區(qū)間的RRM功能、RB

12、控制、連接的移動(dòng)性控制、無(wú)線資源的調(diào)度、對(duì)eNB的測(cè)量配置、對(duì)空口接入的接納控制等。EPC通過(guò)MME、S-GW和 P-SW等控制面節(jié)點(diǎn)和用戶面節(jié)點(diǎn)完成NAS信令處理和安全管理、空閑的移動(dòng)性管理、EPS承載控制以及移動(dòng)錨點(diǎn)功能、 UE的IP地址分配、分組過(guò)濾等功能。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine10R4R5R99200020012002規(guī)范完成時(shí)間R8n繼承2G（GSM和GPRS）所有的業(yè)務(wù)和功能n核心網(wǎng)分CS電路域和PS分組域n接入網(wǎng)引入WCDMA UTRANn核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATMn繼承WCDMA R99所有的業(yè)務(wù)和功能n電路域結(jié)構(gòu)的變化：控制和承

13、載相分離，MSC可以用合一或SERVER、MGW分離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)n電路域引入分組話音，支持多種傳輸技術(shù)：TDM，ATM，IPn繼承WCDMA R4所有的業(yè)務(wù)和功能n核心網(wǎng)增加IM（IP多媒體域）nRAN向IP方向發(fā)展n增強(qiáng)的IP QoS 能力，支持端到端的IP多媒體業(yè)務(wù)n啟動(dòng)了LTE項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)制定n啟動(dòng)了系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE) 標(biāo)準(zhǔn)制定nIMS技術(shù)增強(qiáng) LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine11移動(dòng)核心網(wǎng)發(fā)展與演進(jìn)伴隨著移動(dòng)通信從2G、3G到4G發(fā)展，LTE核心網(wǎng)由2/3G核心網(wǎng)的分組域進(jìn)行IP化、扁平化、控制承載分離的平滑演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，所有用戶只接入分組域，

14、未來(lái)所有業(yè)務(wù)都通過(guò)分組域提供。1 用戶面兩級(jí)結(jié)構(gòu)2 控制面和用戶面合一3 通常采用TDM /ATM/IP鏈路承載普通2/3G核心網(wǎng)1 扁平化的核心網(wǎng)2 部分控制承載分離3 ALL IP承載 3G DTS模式核心網(wǎng)1 扁平化網(wǎng)絡(luò)2 控制承載分離3 ALL IP承載EPC架構(gòu)SGSNGGSNSGSN2/3GGERAN/UTRANATM/TDM/IPATM/TDM/IPIPGGSNSGSNGGSN3G-DTSIPUTRANSAE-GWMMESAE-GWLTE/EPCIP統(tǒng)一核心網(wǎng)統(tǒng)一IP承載方式統(tǒng)一扁平化的網(wǎng)絡(luò)GSMTDSCDMANon-3GPPLTEeUTRANLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分

15、VBOX onLine12在2/3G 核心網(wǎng)分組域中，用戶數(shù)據(jù)處理經(jīng)過(guò)”NodeB-RNC-GGSN-GGSN-外部數(shù)據(jù)網(wǎng)“四個(gè)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要經(jīng)過(guò)拆包再 重新打包。這種結(jié)構(gòu)即增加成本又增加時(shí)延。在HSPA R7階段3GPP提出了針對(duì)性的解決方案，即DT(直接隧道)技術(shù)，用戶平面增加NodeB通過(guò)RNC經(jīng)直接隧道連接GGSN的通道。在Flat HSPA+R7中，取消RNC，將部分RNC的功能直接融入基站，NodeB基站經(jīng)直接隧道連接GGSN，這個(gè)階段，用戶數(shù)據(jù)僅需要經(jīng)過(guò)兩跳處理。 EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)繼承了DT思路，省去傳統(tǒng)的基站控制器（RNC、BSC），基站控制器的大部分功能轉(zhuǎn)移到基

16、站eNodeB實(shí)現(xiàn)，核心網(wǎng)側(cè)最少只需SAE-GW一個(gè)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)用戶面處理。原來(lái)的四級(jí)架構(gòu)演變?yōu)椤癳NodeB-SAE-GW-外部數(shù)據(jù)網(wǎng)”，體現(xiàn)了扁平化的演進(jìn)思路。2/3G核心網(wǎng)內(nèi)部均采用全I(xiàn)P承載方式。2/3G核心網(wǎng)分組域與無(wú)線接入網(wǎng)之間是多種承載方式并存即TDM/ATM/IP同時(shí)存在。 LTE/EPC階段，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將全I(xiàn)P話，即用IP完全取代傳統(tǒng)ATM及TDM. EPC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)秉承了控制與承載分離的理念，將2/3G分組域中SGSN的控制面功能與用戶面功能相分離，分別由兩個(gè)網(wǎng)元來(lái)完成，其中MME負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理、信令控制等控制面功能，SGW負(fù)責(zé)媒體流處理及轉(zhuǎn)發(fā)等用戶面功能。 GGSN的用戶面

17、功能不變，由PGW承擔(dān)原GGSN的職能。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine13LTE EPC網(wǎng)架構(gòu)SGSNHSSMMESGWPGWBSCRNCBTSNodeBeNodeB運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)PCRF控制面消息用戶面數(shù)據(jù)EPCS6dS6aS3S4S10S11S1-MMES1-US5 (GTP)RxGxSGiSAE-GW:SGW+PGWePDGS2bS2a/c非非 3GPP接入網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)S10 xS10 x3GPPCS 核心網(wǎng)核心網(wǎng)切換切換2G無(wú)線網(wǎng)3G無(wú)線網(wǎng)4G無(wú)線網(wǎng) EPC系統(tǒng)能夠支持多種接入技術(shù)，即能和現(xiàn)有3GPP 2/3G系統(tǒng)進(jìn)行互通，也能支持Non-3GPP網(wǎng)絡(luò)（例如WL

18、AN、CDMA、Wimax）的接入。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine14 EPC核心網(wǎng)主要由移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）及存儲(chǔ)簽約信息的HSS和策略控制單元（PCRF）等組成，其中S-GW和P-GW邏輯上分設(shè)，物理上可以合設(shè)，也可以分設(shè)。主要網(wǎng)元功能如下： MME（Mobility Management Entity，移動(dòng)管理實(shí)體）MME為控制面功能實(shí)體，臨時(shí)存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的服務(wù)器，負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)UE相關(guān)信息，比如UE用戶標(biāo)識(shí)、移動(dòng)性管理狀態(tài)、用戶安全參數(shù)，為用戶分配臨時(shí)標(biāo)識(shí)。當(dāng)UE駐扎在該跟蹤區(qū)域或者該網(wǎng)絡(luò)時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)該用戶進(jìn)行

19、鑒權(quán)，處理MME和UE之間的所有非接入層消息。 SGW（Serving Gateway，服務(wù)網(wǎng)關(guān)）SGW為用戶面實(shí)體，負(fù)責(zé)用戶面數(shù)據(jù)路由處理，終結(jié)處于空閑狀態(tài)的UE（用戶終端設(shè)備）的下行數(shù)據(jù)，管理和存儲(chǔ)UE的承載信息，比如IP承載業(yè)務(wù)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由信息。 PGW（PDN Gateway，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）PGW負(fù)責(zé)UE接入PDN的網(wǎng)關(guān)，分配用戶IP地址，同時(shí)是3GPP和非3GPP接入系統(tǒng)的移動(dòng)性錨點(diǎn)。用戶在同一時(shí)刻能夠接入多個(gè)PDN GW。 HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務(wù)器）HSS存儲(chǔ)并管理用戶簽約數(shù)據(jù)，包括用戶鑒權(quán)信息、位置信息及路由信息。 PCRF（P

20、olicy and Charging Rule Functionality，策略和計(jì)費(fèi)規(guī)則功能實(shí)體）PCRF功能實(shí)體主要根據(jù)業(yè)務(wù)信息和用戶簽約信息以及運(yùn)營(yíng)商的配置信息產(chǎn)生控制用戶數(shù)據(jù)傳遞的QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）規(guī)則以及計(jì)費(fèi)規(guī)則。該功能實(shí)體也可以控制接入網(wǎng)中承載的建立和釋放。EPC架構(gòu)中各功能實(shí)體間的接口協(xié)議均采用基于IP的協(xié)議，部分接口協(xié)議是由2G/3G分組域標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來(lái)，部分是新增協(xié)議，如MME與HSS間S6a接口的Diameter協(xié)議等。詳細(xì)介紹可以參考接口與協(xié)議部分。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine15LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)中涉及的

21、主要接口及接口協(xié)議如下表LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLineDataGTP-UUDPIPL1/L2DataSigGTP-U/GTP-CUDPIPL1/L2DataIPL1/L2PDNSigGTP-CUDPIPL1/L2S1-US5/S8SGiS11S6aDiameterSCTP/TCPIPL1/L2NASRRCPDCPRLCMACPHY SGW eNB MME PGWHSSRCPFUEGxNASS1APSCTPIPL1/L2S1-MMEDiameterSCTP/TCPIPL1/L2信令接口信令接口數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口信令流信令流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流根據(jù)接口功能的不同，LTE系統(tǒng)接口可

22、以分為兩類，信令接口和數(shù)據(jù)接口。純LTE接入情景下，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及相應(yīng)接口協(xié)議如下：LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine17NASRRCPDCPRLCMACPHYRRCPDCPRLCMACPHYNASS1APSCTPIPL2L1S1APSCTPIPL2L1DiameterSCTPIPL2L1DiameterSCTPIPL2L1UEeNodeBMMEHSSLTE核心網(wǎng)接口協(xié)議根據(jù)功能不同，分為控制面和用戶面。S1-MME S6aLTE-Uu 控制面協(xié)議實(shí)現(xiàn)E-UTRAN和EPC之間的信令傳輸，包括RRC（Radio Resource Control,無(wú)線資源控制）信令、S1-A

23、P信令以及NAS（Non Access Stratum,非接入層）信令。u NAS是完全獨(dú)立于接入技術(shù)的功能和過(guò)程，是UE和MME之間的所有信令交互，包括EMM（EPS Mobility Management,EPS移動(dòng)性管理）消息和ECM（EPS Session Management,EPS會(huì)話管理）消息。這些過(guò)程都是在非接入層信令連接建立的基礎(chǔ)上才發(fā)起的，也就是這些過(guò)程對(duì)于無(wú)線接入是透明的，僅僅由UE與EPC核心網(wǎng)之間的交互過(guò)程。u 其中RRC信令和S1AP信令作為NAS信令的底層承載。RRC支撐所有UE和eNodeB之間的信令過(guò)程，包括移動(dòng)過(guò)程和終端連接管理。當(dāng)S1AP支持NAS信令傳輸

24、過(guò)程時(shí)，UE和MME之間的信令傳輸對(duì)于eNodeB來(lái)說(shuō)是完全透明的。u S6a是HSS與MME之間的接口，此接口也是信令接口，主要實(shí)現(xiàn)用戶鑒權(quán)、位置更新、簽約信息管理等功能。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine18用戶面協(xié)議展示了UE與外部應(yīng)用服務(wù)器之間通過(guò)LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用層數(shù)據(jù)交互的整個(gè)過(guò)程。用戶面協(xié)議最左端是UE,最右端的是應(yīng)用服務(wù)器,EPS的用戶面處理節(jié)點(diǎn)包括eNodeB、SGW及PGW.APPIIPPDCPRLCMACPHYPDCPRLCMACPHYIPGTPUDPIPL1/L2GTPUDPIPL1/L2IPL2L1APPIIPL2L1UEeNodeBS

25、GWPGWGTPUDPIPL1/L2GTPUDPIPL1/L2PDNLTE-UuS1-US5/S8SGiu 應(yīng)用層數(shù)據(jù)不僅包括用戶語(yǔ)音和網(wǎng)頁(yè)瀏覽的數(shù)據(jù)，還包括應(yīng)用層相關(guān)的SIP和RTCP協(xié)議。u 應(yīng)用層數(shù)據(jù)通過(guò)IP層進(jìn)行路由，在到達(dá)目的地之前通過(guò)核心網(wǎng)中的網(wǎng)關(guān)(SGW和PGW)路由。u GTP(GPRS隧道協(xié)議)，GTP隧道對(duì)于終端和服務(wù)器是完全透明，僅僅更新EPC和E-UTRAN節(jié)點(diǎn)間的中間路由信息。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine19基本過(guò)程相關(guān)消息NAS傳輸過(guò)程初始化UE上行NAS傳輸下行NAS傳輸尋呼過(guò)程尋呼消息承載管理承載的建立、修改和釋放用戶上下文管理上下

26、文建立切換管理包括用戶在不同eNodeB間和不同3GPP技術(shù)移動(dòng)時(shí)的S1接口切換 S1AP 提供E-UTRAN 和演進(jìn)型分組核心網(wǎng)EPC之間（即eNodeB和MME之間）的信令服務(wù) S1AP協(xié)議主要功能如下：1. UE上下文管理：包括承載的建立、修改和釋放；2. 承載管理：包括用戶在不同eNodeB間和不同3GPP技術(shù)移動(dòng)時(shí)的S1接口切換；3. NAS信令傳輸過(guò)程：對(duì)應(yīng)UE和MME間的信令傳輸，對(duì)于無(wú)線側(cè)此過(guò)程完全透明；4. 尋呼：當(dāng)用戶做被叫時(shí)使用。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine GTP(GPRS Tunnel Protocl,GPRS隧道協(xié)議)的基本功能是提供網(wǎng)

27、絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的隧道建立，分為GTP-C和GTP-U兩類。GTP-C（GTP-控制面）負(fù)責(zé)傳送路徑管理、隧道管理、移動(dòng)性管理和位置管理等相關(guān)信令消息，用于對(duì)傳送用戶數(shù)據(jù)的隧道進(jìn)行控制。GTP-U（GTP-用戶面）用于對(duì)所有用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并進(jìn)行隧道傳輸； 在EPC網(wǎng)絡(luò)中，GTP-C使用GTPV2版本，GTP-U使用GTPV1版本。 在EPC網(wǎng)絡(luò)中使用GTP-C的接口包括S11、S3、S4、S10以及S5/S8。使用GTP-U的接口包括S1-U和S12。GTP-C/GTP-UUDPIPL2L1GTP-C/GTP-UUDPIPL2L1 S11/S3/S4/S1-U/S12消息類型值消息類型值消息舉例消

28、息舉例消息方向消息方向路徑管理消息Echo RequestEcho Response隧道管理消息Create Bearer RequestPGWSGW, SGWMME/S4-SGSNCreate Bearer ResponseMME/S4-SGSNSGW,SGWPGWModify Bearer RequestMME/S4-SGSNSGW,SGWPGWModify Bearer ResponsePGWSGW, SGWMME/S4-SGSNDelete Bearer RequestPGWSGW, SGWMME/S4-SGSNDelete Bearer ResponseMME/S4-SGSNSGW,

29、SGWPGW移動(dòng)性管理消息Identification Request新MME/SGSN 老MME/SGSNIdentification Response老MME/SGSN 新MME/SGSNLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine21Diameter 協(xié)議是用于AAA（鑒權(quán)、認(rèn)證和計(jì)費(fèi)）的基本協(xié)議和一組應(yīng)用。基本協(xié)議提供可靠傳輸、消息傳送和差錯(cuò)處理的基本機(jī)制。 Diameter協(xié)議用于PGW與PCRF之間，用于傳遞用戶的Qos規(guī)則以及計(jì)費(fèi)規(guī)則。Diameter協(xié)議用于MME與HSS之間完成鑒權(quán)、授權(quán)、位置管理以及用戶數(shù)據(jù)管理等功能，主要消息包括：鑒權(quán)消息，完成用戶合法性檢查

30、。位置更新消息，記錄或更新用戶的位置信息。HSS發(fā)起清除MME中的用戶記錄。HSS發(fā)起的插入用戶簽約數(shù)據(jù)。HSS發(fā)起刪除MME中保存的所有或者部分用戶數(shù)據(jù)。 MME通知HSS刪除去附著用戶的簽約數(shù)據(jù)和MM上下文。 當(dāng)用戶狀態(tài)變化、終端改變或者用戶當(dāng)前APN（接入點(diǎn)名）的P-GW信息改變時(shí)，MME向HSS發(fā)通知請(qǐng)求消息。DiameterSCTPIPL2L1DiameterSCTPIPL2L1 S6a/Gx命令名稱命令名稱縮寫縮寫命令碼命令碼Update-Location-RequestULR316Update-Location-AnswerULA316Cancel-Location-Reques

31、tCLR317Cancel-Location-AnswerCLA317Authentication-Information-Request AIR318Authentication-Information-AnswerAIA318Insert-Subscriber-Data-RequestIDR319Insert-Subscriber-Data-AnswerIDA319LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分22課程內(nèi)容nLTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)nLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) lLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能lLTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 n空口空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)nLTE關(guān)鍵技術(shù)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine23用

32、戶面控制面層1層2PHY物理信道PHYMACMACRLCPDCPRLCPDCPRRCNAS傳輸信道邏輯信道層3無(wú)線空中接口（Uu空口）主要指UE和E-UTRAN間的接口，協(xié)議棧分為層1、層2和層3三層結(jié)構(gòu)，同時(shí)獨(dú)立承載用戶面數(shù)據(jù)和控制面數(shù)據(jù)：層1：主要指物理層（PHY）,采用多址技術(shù)，通過(guò)信道編碼和基本物理層過(guò)程，完成傳輸信道和物理信道之間的映射，向空口接收和發(fā)送無(wú)線數(shù)據(jù)；層2：包括MAC （Media Access Control，媒體接入控制） 、RLC （Radio Link Control，無(wú)線鏈路控制）和PDCP （ Packet Data Convergence Protocol，

33、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）等子層；層3：在控制面協(xié)議棧結(jié)構(gòu)中包含RRC（Radio Resource Control）和NAS子層。物理層PHY處于無(wú)線空口協(xié)議棧的最低層，主要負(fù)責(zé)向上層提供底層的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包含以下主要功能：傳輸信道的錯(cuò)誤檢測(cè)并向高層提供指示；傳輸信道的前向糾錯(cuò)編碼（FEC）與編解碼；混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）軟合并；傳輸信道與物理信道之間的速率匹配及映射；物理信道的功率加權(quán)；物理信道的調(diào)制與解調(diào)；時(shí)間及頻率同步；射頻特性測(cè)量并向高層提供指示；MIMO天線處理；傳輸分集；波束賦形；射頻處理；空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine24LTE的空口采用OFDM技術(shù)

34、為基礎(chǔ)的多址方式，每15kHz的頻率為一個(gè)子載波寬帶，通過(guò)不同的子載波數(shù)目組合（721200），實(shí)現(xiàn)靈活可變的系統(tǒng)帶寬（1.420MHz）。 隨著用戶數(shù)和需要大流量的多媒體等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的激增，在3G向4G演進(jìn)過(guò)程中，無(wú)線物理層采用了一種頻譜效率更高的OFDM（ Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）技術(shù)，其主要原理是將信高速數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)串/并變換為多個(gè)低速率數(shù)據(jù)流，通過(guò)反向快速傅立葉變化（IFFT）將每個(gè)數(shù)據(jù)流調(diào)制到多個(gè)正交的子載波上。OFDM技術(shù)還可以結(jié)合分集，時(shí)空編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度的提高了系統(tǒng)性能。 過(guò)去的F

35、DM系統(tǒng)中，整個(gè)帶寬分成N個(gè)子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，還需在頻帶間加保護(hù)帶寬。而OFDM的子載波相關(guān)正交，所以可以采用N個(gè)重疊的子頻帶，大大提升了頻譜效率，從而提升了系統(tǒng)容量。FDMOFDMOFDM（正交頻分復(fù)用）：011expexp -0TnmmnjtjtdtmnT（）（）空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine25空口無(wú)線幀結(jié)構(gòu)#01個(gè)無(wú)線幀 10 ms1個(gè)時(shí)隙 0.5ms1個(gè)子幀#0#3#2#4#7#5#8#9DwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS半幀5ms#01個(gè)無(wú)線幀 10 ms1個(gè)時(shí)隙 0.5ms1個(gè)子幀1ms#0#1#8#9

36、TYPE1 TYPE2TPYE1幀結(jié)構(gòu)適用于FDD-LTE系統(tǒng)每個(gè)10ms無(wú)線幀被分為10個(gè)子幀每個(gè)子幀包含兩個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙長(zhǎng)0.5msTs=1/(15000*2048) 是基本時(shí)間單元任何一個(gè)子幀即可以作為上行，也可以作為下行TYPE2幀結(jié)構(gòu)使用TDD-LTE系統(tǒng)每個(gè)10ms無(wú)線幀包括2個(gè)長(zhǎng)度為5ms的半幀，每個(gè)半幀由4個(gè)數(shù)據(jù)子幀和1個(gè)特殊子幀組成特殊子幀包括3個(gè)特殊時(shí)隙：DwPTS，GP和UpPTS，總長(zhǎng)度為1ms支持5ms和10ms上下行切換點(diǎn)子幀0、5和DwPTS總是用于下行發(fā)送Uplink-downlink configurationDownlink-to-Uplink Switch

37、-point periodicitySubframe number012345678905 msDSUUUDSUUU15 msDSUUDDSUUD25 msDSUDDDSUDD310 msDSUUUDDDDD410 msDSUUDDDDDD510 msDSUDDDDDDD65 msDSUUUDSUUDTDD上下行配置LTE的Type2 TDD幀結(jié)構(gòu)支持7種不同的上下行比例分配。包括3種5ms周期和4種10ms周期的配置。“D”代表此子幀用于下行傳輸，“U”代表此子幀用于上行傳輸，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS組成的特殊子幀。空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine26

38、RE (Resource Element)最小資源單位，時(shí)域上為1個(gè)符號(hào)，頻域上為1個(gè)子載波,標(biāo)記為（k, l )。RB ( Resource Block)業(yè)務(wù)信道的資源單位，時(shí)域上為1個(gè)時(shí)隙，頻域上為12個(gè)子載波。 LTE中，每幀時(shí)長(zhǎng)為10ms，分成10個(gè)子幀，每個(gè)子幀由兩個(gè)時(shí)隙為0.5ms的半幀組成。這0.5ms又分為7個(gè)時(shí)間片。RB為一個(gè)資源塊，它是一個(gè)127的矩形，其中12行是帶寬為15kHz的12個(gè)子載波，每列就稱為一個(gè)OFDM符號(hào)，共有7列。LTE物理資源單位空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine27BCCHPCCHCCCHDCCHDTCHMCCHMTCHPCH

39、DL-SCHMCHBCHPBCHPDSCHPMCH邏輯信道傳輸信道物理信道CCCHDCCHDTCHUL-SCHPRACHPUSCHRACHPUCCH下行信道下行信道上行信道上行信道邏輯信道傳輸信道物理信道PDCCH空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine28邏輯信道nMAC向RLC以邏輯信道的形式提供服務(wù)。邏輯信道由其承載的信息類型所定義，分為CCH和TCH，前者用于傳輸LTE系統(tǒng)所必需的控制和配置信息，后者用于傳輸用戶數(shù)據(jù)。LTE規(guī)定的邏輯信道類型如下：lBCCH信道，廣播控制信道，用于傳輸從網(wǎng)絡(luò)到小區(qū)中所有移動(dòng)終端的系統(tǒng)控制信息。移動(dòng)終端需要讀取在BCCH上發(fā)送的系統(tǒng)信息

40、，如系統(tǒng)帶寬等。lPCCH，尋呼控制信道，用于尋呼位于小區(qū)級(jí)別中的移動(dòng)終端，終端的位置網(wǎng)絡(luò)不知道，因此尋呼消息需要發(fā)到多個(gè)小區(qū)。lDCCH，專用控制信道，用于傳輸來(lái)去于網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端之間的控制信息。該信道用于移動(dòng)終端單獨(dú)的配置，諸如不同的切換消息lMCCH，多播控制信道，用于傳輸請(qǐng)求接收MTCH信息的控制信息。lDTCH，專用業(yè)務(wù)信道，用于傳輸來(lái)去于網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端之間的用戶數(shù)據(jù)。這是用于傳輸所有上行鏈路和非MBMS下行用戶數(shù)據(jù)的邏輯信道類型。lMTCH，多播業(yè)務(wù)信道，用于發(fā)送下行的MBMS業(yè)務(wù) 空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine29傳輸信道n對(duì)物理層而言，MAC以傳輸信

41、道的形式使用物理層提供的服務(wù)。 nLTE中規(guī)定的傳輸信道類型如下：lBCH：廣播信道，用于傳輸BCCH邏輯信道上的信息。lPCH：尋呼信道，用于傳輸在PCCH邏輯信道上的尋呼信息。lDL-SCH：下行共享信道，用于在LTE中傳輸下行數(shù)據(jù)的傳輸信道。它支持諸如動(dòng)態(tài)速率適配、時(shí)域和頻域的依賴于信道的調(diào)度、HARQ和空域復(fù)用等LTE的特性。類似于HSPA中的CPC。DL-SCH的TTI是1ms。lMCH：多播信道，用于支持MBMS。lUL-SCH：上行共享信道，和DL-SCH對(duì)應(yīng)的上行信道 空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine30物理信道：一系列資源粒子（RE）的集合，用于承載

42、源于高層的信息物理信號(hào)：一系列資源粒子（RE）的集合，這些RE不承載任何源于高層的信息物理信道和信號(hào)上行物理信道PUSCH、PUCCH、PRACH上行物理信號(hào)參考信號(hào)（Reference Signal：RS）下行物理信道PDSCH、PBCH、PMCH、PCFICH、PDCCH、PHICH下行物理信號(hào)同步信號(hào)：主同步信號(hào) PSS（Primary synchronization signal），輔同步信號(hào)SSS(Secondary synchronization signal)參考信號(hào)：Reference Signal空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine31PSS、SSS信號(hào)

43、搜索： UE開機(jī)后，在幾個(gè)不同的中心頻點(diǎn)上搜索PSS，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱，鎖定服務(wù)小區(qū)的頻率和小區(qū)ID，再通過(guò)繼續(xù)搜索SSS信號(hào)，完成幀同步，并獲取小區(qū)組ID，和小區(qū)ID結(jié)合獲得物理層CELL ID。DL-CRS導(dǎo)頻信號(hào)解調(diào)：檢測(cè)下行參考信號(hào)CRS公共導(dǎo)頻信號(hào)，獲取BCH的天線配置，并完成空口物理時(shí)隙和頻率的精準(zhǔn)同步。PBCH信道解調(diào)：完成幀同步后，終端可以讀取廣播信道PBCH，可以獲得系統(tǒng)帶寬、SFN（系統(tǒng)幀數(shù)）、天線數(shù)、物理信道PHICH的配置等MIB（ Master Information Block ）信息。PDSCH信道解調(diào)：系統(tǒng)信息分成MIB和SIBs（System Informatio

44、n Blocks），MIB僅包含了有限個(gè)重要、最常用的傳輸參數(shù)。終端可以通過(guò)解調(diào)下行共享信道PDSCH，讀取SIBs，獲取更多例如小區(qū)接入信息、鄰區(qū)列表等系統(tǒng)信息。物理層過(guò)程小區(qū)搜索 eNBUE物理層CELL DDL 物理信號(hào)/信道UL1時(shí)隙與頻率同步2系統(tǒng)信息MIB3系統(tǒng)消息SIBs4SSS/PSSDL-CRSPBCHPDSCH空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine32隨機(jī)接入發(fā)起： UE在隨機(jī)接入信道PRACH發(fā)送隨機(jī)接入序列Preamble。隨機(jī)接入響應(yīng)：eNB在檢測(cè)到隨機(jī)接入序列后，通過(guò)下行共享信道PDSCH回復(fù)響應(yīng)，包括Preamble碼編號(hào)，上行發(fā)送的時(shí)間調(diào)整（

45、TA），上行PUSCH調(diào)度信息。上行數(shù)據(jù)發(fā)送：UE根據(jù)隨機(jī)響應(yīng)中的調(diào)度信息和TA信息，通過(guò)上行共享信道PUSCH發(fā)送上行數(shù)據(jù)，包括TMSI等終端ID信息。競(jìng)爭(zhēng)解決：eNB向接入成功的UE反饋競(jìng)爭(zhēng)解決消息，消息中包含接入成功的終端ID信息。物理層過(guò)程隨機(jī)接入 eNBUE隨機(jī)接入序列preambleDL 物理信道UL1隨機(jī)接入響應(yīng)2終端ID3競(jìng)爭(zhēng)解決4SSS/PSSPDSCHPDSCHPRACH物理信道PUSCH空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine33層2包括PDCP、RLC和MAC三個(gè)子層，下行層2結(jié)構(gòu)如下圖所示：空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine3

46、4nMAC子層的主要功能： 邏輯信道與傳輸信道之間的映射；MAC業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）的復(fù)用/解復(fù)用；調(diào)度信息上報(bào)；通過(guò)HARQ進(jìn)行錯(cuò)誤糾正；同一個(gè)UE不同邏輯信道之間的優(yōu)先級(jí)管理；通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度進(jìn)行的UE之間的優(yōu)先級(jí)管理；傳輸格式選擇；填充格式等。 nRLC子層的主要功能： 上層PDU傳輸；通過(guò)ARQ進(jìn)行錯(cuò)誤修正（僅對(duì)AM模式有效）；RLC SDU的級(jí)聯(lián)，分段和重組（僅對(duì)UM和AM模式有效）；RLC數(shù)據(jù)PDU的重新分段（僅對(duì)AM模式有效）；上層PDU的順序傳送（僅對(duì)UM和AM模式有效）；重復(fù)檢測(cè)（僅對(duì)UM和AM模式有效）；協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)及恢復(fù)；RLC SDU的丟棄（僅對(duì)UM和AM模式有效）；RL

47、C重建。nRLC子層的主要功能： 用戶面：頭壓縮與解壓縮：只支持ROHC算法；用戶數(shù)據(jù)傳輸；RLC AM模式下，PDCP重建過(guò)程中對(duì)上層PDU的順序傳送；RLC AM模式下，PDCP重建過(guò)程中對(duì)下層SDU的重復(fù)檢測(cè)；RLC AM模式下，切換過(guò)程中PDCP SDU的重傳；加密、解密；上行鏈路基于定時(shí)器的SDU丟棄功能。 控制面：加密和完整性保護(hù)；控制面數(shù)據(jù)傳輸。空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分35課程內(nèi)容nLTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)nLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) lLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能lLTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 n空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)nLTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine36LTE的空口采用了

48、以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)的多址方式。OFDMOFDM的主要思想是將高速數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，通過(guò)快速傅立葉反變換（IFFT）調(diào)制成若干正交的子載波進(jìn)行傳輸，因?yàn)檫@些子載波相互正交，在頻域上可以疊加，此外結(jié)合分集，空時(shí)編碼，干擾和信道間干擾抑制以及智能天線技術(shù)，最大限度的提高系統(tǒng)性能。S/PIFFTSP/SOFDMAOFDMA將傳輸帶寬劃分成相互正交的子載波集，通過(guò)將不同的子載波集分配給不同的用戶，可用資源被靈活的在不同移動(dòng)終端之間共享，從而實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的多址接入。這可以看成是一種OFDM+FDMA+TDMA技術(shù)相結(jié)合的多址接入方式。LTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)LTE無(wú)線及核心網(wǎng)部分VBOX onLine37SC-FDMAOFDM系統(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加，如果多個(gè)信號(hào)的相位一致，所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率，這對(duì)發(fā)射機(jī)的線性度提出了很高的要求。所以在上行鏈路