lte無(wú)線及核心網(wǎng)部分1

1、LTE網(wǎng)絡(luò)概述及原理,v1.0,1,2,,課程內(nèi)容,LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能LTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE關(guān)鍵技術(shù),3,移動(dòng)通訊技術(shù)演進(jìn),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(kāi)發(fā)，全數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通話質(zhì)

2、量和系統(tǒng)容量的提升，開(kāi)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

3、動(dòng)通信技術(shù)，寬帶大容量的高速蜂窩系統(tǒng)，支持100Mbps~150Mbps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(huà)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

4、”，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),4,LTE系統(tǒng)主要性能和目標(biāo),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：

5、下行鏈路5(bit/s)/Hz，是R6版本的HSDPA的3~4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2~3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)

6、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)和承載網(wǎng)的投資。,移動(dòng)性：能為低速移動(dòng)（0~15km/h）的移動(dòng)用戶提供最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能；能為15~120km/h的移動(dòng)用戶提供高性能的服務(wù)；對(duì)120~350km/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

7、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)絡(luò)基礎(chǔ),5,LTE頻段劃分,LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),6,3GP

8、P組織架構(gòu),LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),7,,課程內(nèi)容,LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能LTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE關(guān)鍵技術(shù),8,LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),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（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

9、,其中EPC和E-UTRAN兩大系統(tǒng)合稱EPS(Evolved Packet System)：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。

10、eNB，eNodeB（Evolved 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。UE，User Equipment，包含手機(jī)，智

11、能終端，多媒體設(shè)備，流媒體設(shè)備等。,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),9,網(wǎng)元功能,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I

12、P地址分配、分組過(guò)濾等功能。,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),10,,,,R4,,R5,,R99,,2000,2001,2002,規(guī)范完成時(shí)間,,R8,繼承2G（GSM和GPRS）所有的業(yè)務(wù)和功能核心網(wǎng)分CS電路域和PS分組域接入網(wǎng)引入WCDMA UTRAN核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的Iu接口基于ATM,繼承WCDMA R99所有的業(yè)務(wù)和功能電路域結(jié)構(gòu)的變化：控制和承載相分離，MSC可以用合一或SERVER、MGW分離結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路域引入分組話音，支持

13、多種傳輸技術(shù)：TDM，ATM，IP,繼承WCDMA R4所有的業(yè)務(wù)和功能核心網(wǎng)增加IM（IP多媒體域）RAN向IP方向發(fā)展增強(qiáng)的IP QoS 能力，支持端到端的IP多媒體業(yè)務(wù),啟動(dòng)了LTE項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)制定啟動(dòng)了系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（SAE) 標(biāo)準(zhǔn)制定IMS技術(shù)增強(qiáng),,3GPP協(xié)議版本的演進(jìn),LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),11,EPC核心網(wǎng)架構(gòu),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、

14、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，未來(lái)所有業(yè)務(wù)都通過(guò)分組域提供。,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),12,,控制承載分離,承載全I(xiàn)P化,,,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，

15、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N

16、odeB->SAE-GW->外部數(shù)據(jù)網(wǎng)”，體現(xiàn)了扁平化的演進(jìn)思路。,網(wǎng)絡(luò)扁平化,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)

17、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的用戶面功能不變，由PGW承擔(dān)原GGSN的職能。,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),13,LTE EPC網(wǎng)架構(gòu),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WLAN、CDMA、Wimax）的接入。,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),14,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-G

18、W）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)行鑒權(quán)，處理MME和UE

19、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。

20、 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（Policy 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

21、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),15,,LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)中涉及的主要接口及接口協(xié)議如下表,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),PDN,S1-U,S5/S8,SGi,S11,S6a,SGW,eNB,MME,PGW,HSS,RCPF,UE,

22、Gx,S1-MME,,信令接口數(shù)據(jù)接口信令流數(shù)據(jù)流,,根據(jù)接口功能的不同，LTE系統(tǒng)接口可以分為兩類，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),17,LTE接口與協(xié)議,UE,eNodeB,MME,HSS,LTE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,S6a,LTE-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 Resou

23、rce Control,無(wú)線資源控制）信令、S1-AP信令以及NAS（Non Access Stratum,非接入層）信令。,控制面協(xié)議棧,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

24、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。 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。 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),18,用戶面協(xié)議棧,

25、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.,UE,eNodeB,SGW,PGW,PDN,LTE-Uu,S1-U,S5/S8,SGi,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。 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)(S

26、GW和PGW)路由。 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),19,S1AP協(xié)議介紹,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

27、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。,S1控制面基本過(guò)程：,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),GTP(GPRS Tunnel Protocl,GPRS隧道協(xié)議)的基本功能是提供網(wǎng)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。GT

28、P-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。,S11/S3/S4/S1-U/S12,GTP協(xié)議介紹,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),21,Diameter 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?；緟f(xié)議提供

29、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。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

30、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。,S6a/Gx,DIAMETER協(xié)議介紹,LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),22,,課程內(nèi)容,LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能LTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE關(guān)鍵技術(shù),23,無(wú)線空口協(xié)議棧,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

31、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，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)

32、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

33、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),24,LTE無(wú)線物理層,LTE的空口采用OFDM技術(shù)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（72~1200），實(shí)現(xiàn)靈活可變的系統(tǒng)帶寬（1.4~20MHz）。,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

34、 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FDM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O

35、FDM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。,OFDM（正交頻分復(fù)用）：,OFDM的正交性—頻域描述,空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu),25,空口無(wú)線幀結(jié)構(gòu),TYPE2,TPYE1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T

36、DD-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,TDD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，

37、“S”是由DwPTS、GP和UpPTS組成的特殊子幀。,空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu),26,?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)12×7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),27,LTE 上行/下行信道,空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu),28,邏輯信道,MAC

38、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：BCCH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，如系統(tǒng)帶寬等。PCCH，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)。D

39、CCH，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MCCH，多播控制信道，用于傳輸請(qǐng)求接收MTCH信息的控制信息。DTCH，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。MTCH，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),29,傳輸信道,對(duì)物理層而言，MAC以傳輸信道的形式使用

40、物理層提供的服務(wù)。 LTE中規(guī)定的傳輸信道類型如下：BCH：廣播信道，用于傳輸BCCH邏輯信道上的信息。PCH：尋呼信道，用于傳輸在PCCH邏輯信道上的尋呼信息。DL-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。MCH：多播信道，用于支持MBMS。UL-SCH：上行共

41、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),30,物理信道：一系列資源粒子（RE）的集合，用于承載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

42、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),31,PSS、SSS信號(hào)搜索： UE開(kāi)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

43、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&

44、#160;Information 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,空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu),32,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Preamb

45、le碼編號(hào)，上行發(fā)送的時(shí)間調(diào)整（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,空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu),33,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：,,空口層2結(jié)構(gòu),空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu),34,MAC子層

46、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。 RLC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

47、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）；RLC重建。RLC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PDC

48、P 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),35,,課程內(nèi)容,LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)元功能LTE系統(tǒng)接口和協(xié)議 空口協(xié)議棧結(jié)構(gòu)LTE關(guān)鍵技術(shù),36,OFDMA/SC-FDMA多址技術(shù),LTE的空口采用了以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

49、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。,,,OFDMAOFDMA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

50、式。,LTE關(guān)鍵技術(shù),37,SC-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，基于OFDM的多址接入技術(shù)并不適合用在UE側(cè)使用。LTE上行鏈路所采用的SC-FDMA多址接入技術(shù)基于DFT-spread OFDM傳輸方案。下圖中分別是采用OFDMA和SC-FDMA兩種多址技術(shù)傳輸同一串字符串?dāng)?shù)據(jù)流的對(duì)

51、比示意圖。,LTE關(guān)鍵技術(shù),38,MIMO多天線技術(shù),在移動(dòng)通信領(lǐng)域中，多徑效應(yīng)會(huì)引起衰落，因而被視為無(wú)線傳輸?shù)挠泻σ蛩亍６嗵炀€MIMO (Multiple Input Multiple output：多輸入多輸出)技術(shù)充分利用空間中的多徑因素，在發(fā)送端和接收端采用多個(gè)天線，如右圖所示，通過(guò)空時(shí)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)分集增益或復(fù)用增益，充分利用空間資源，提高頻譜利用率。,,,多天線技術(shù)分類 MIMO SISO SIMO MIS

52、O,LTE系統(tǒng)的MIMO傳輸模型：LTE系統(tǒng)一般在下行采用SU-MIMO，上行采用MU-MIMO下行多天線技術(shù)。,LTE關(guān)鍵技術(shù),39,AMC自適應(yīng)技術(shù),,,高階調(diào)制技術(shù)LTE系統(tǒng)上下行均支持以下三種數(shù)字調(diào)制方式：QPSK，16QAM，64QAM。通過(guò)高階調(diào)制，一個(gè)調(diào)制符可以傳送更多的信息比特。理論上，高階16QAM和64QAM的信息速率分別是低階調(diào)制QPSK的2倍和3倍。在帶寬資源固定的情況下，利用高階調(diào)制技術(shù)是提高數(shù)據(jù)速率和

53、提高帶寬利用率的有效手段之一。,PSK,QPSK With 4 symbols Constellation Diagram,QAM With 64symbols Constellation Diagram 64QAM,BPSK With 2 symbols Constellation Diagram,QAM With 16 symbols Constellation Diagram 16Q

54、AM,AMC自適應(yīng)技術(shù)不同的調(diào)制方式有各自的特征和應(yīng)用場(chǎng)景，低階調(diào)制實(shí)際信息速率較低但能保證較高的傳輸可靠性，高階調(diào)制信息效率高但可靠性差，對(duì)信道條件要求較高。為了保證可靠性前提下，盡可能提高數(shù)據(jù)吞吐率，LTE引入了AMC（ Adaptive Modulation and Coding ）自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)，根據(jù)瞬時(shí)信道質(zhì)量狀況和目前資源選擇或動(dòng)態(tài)調(diào)整最合適的調(diào)制方式。系統(tǒng)的可靠性是通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本指標(biāo)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，

55、在信道條件較差的情況下，保證信噪比，選擇傳輸效率低的低階調(diào)制方式，在信道條件好的場(chǎng)景或由壞轉(zhuǎn)好的情況下，從低階轉(zhuǎn)化成高階調(diào)制方式。。,LTE關(guān)鍵技術(shù),,40,HARQ技術(shù),,,為保證傳輸可靠性和服務(wù)質(zhì)量，提高系統(tǒng)吞吐量，移動(dòng)通信系統(tǒng)都需要引入差錯(cuò)控制技術(shù)來(lái)控制誤碼率。傳統(tǒng)的差錯(cuò)控制技術(shù)有FEC（Forward Error coding，前向糾錯(cuò)）和ARQ（Automatic Repeat Request，自動(dòng)重傳請(qǐng)求）。,AR

56、Q接收端根據(jù)檢錯(cuò)碼檢測(cè)接收的數(shù)據(jù)幀，并產(chǎn)生相應(yīng)的ACK/NACK信息反饋給發(fā)送端。發(fā)送端對(duì)接收到反饋信息為NACK的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行重傳，直到接收到相應(yīng)的ACK反饋。,HARQ,FEC發(fā)送端對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，得到增加了糾錯(cuò)碼等冗余信息的編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送；接收端根據(jù)解碼算法，通過(guò)對(duì)接收數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)，結(jié)合冗余信息譯碼，還原出源數(shù)據(jù)。,HARQHARQ(Hybrid ARQ)混合自動(dòng)重傳技術(shù)是將自動(dòng)重傳請(qǐng)求和前向糾錯(cuò)編碼結(jié)合，保持了較高的糾