1-LTE网络架构和接口

LTE基本原理技术支持中心目录一、LTE发展历程二、网络架构及接口、协议栈LTE概述无线网络演进Release10LTE-Advanced是我们通常提到的4GLTE标准化进展Rel-8Rel-9Rel-10Rel-11Rel-12•LTE/SAE初始版本•支持LTEHomeeNodeB,LCS(位置服务),MBMS(多播组播)•对SON(自组网),跨制式互操作等增强•LTE-Advanced初始版本载波聚合高阶MIMO协同多点CoMP异构网HetNetRelay•对载波聚合(CA)进一步增强•增强的HetNet峰值:100Mbps频谱效率:1.7bps/Hz峰值:1Gbps频谱效率:3.7bps/HzLTE标准化进展•LTE-Hi•3DBeamforming•MTC(MachineTypeCommunication)峰值:10Gbps频谱效率:10bps/Hz三高高峰值速率：下行峰值100/150Mbps，上行峰值50Mbps高频谱效率：频谱效率是3G的3～5倍高移动性：支持350km/h（在某些频段甚至支持500km/h）两低低时延：控制面IDLE-ACTIVE：100ms,用户面传输：10ms低成本：SON（自组织网络），支持多频段灵活配置一平以分组域业务为主要目标，系统在整体构架上基于分组交换的扁平化构架（取消CS域）LTE的设计目标业务类型GPRS/EDGEUMTSLTESMS★★★MMS★★★Web浏览★★★Email★★★高速web浏览★★视频电话★★普通网络游戏★★企业VPN★★高清视频点播★基于MBMS的移动视频广告★MobileWeb2.0★高端网络游戏★LTE的业务提升目录一、LTE发展历程二、网络架构及接口、协议栈SGSN2GTDLTEHSSBTSBSC/PCUNodeBRNCeNodeBS1-US6aGxGbIuS1-MMES11SGiMMEPCRFS9InternetPSServiceServingGWPDNGWS5/8SAEGWS6dS10BOSSCGS4S3AFRxUEE-UTRANEPCEPS负责无线资源管理负责移动性管理功能负责用户面接入功能提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控提供鉴权和签约等功能用户设备(UE)接入网(E-UTRAN)核心网(EPC)整个LTE系统由3部分组成S5/S8接口在S-GW和PDN-GW之间，如果S-GW和PDN-GW属于同一个PLMN，它们之间是S5接口，若不同PLMN网络是S8接口。LTE的网络结构E-UTRAN网络结构EPS（演进型分组系统）：1.接入网LTE（长期演进）+核心网SAE（系统构架演进）；2.接入网E-UTRAN（演进型通用陆地无线接入网）+核心网EPC（演进型分组核心网）。LTE的网络实体整个LTE系统由3部分组成：核心网（EPC,EvolvedPacketCore）接入网（eNodeB）用户设备（UE）EPC分为三部分：接入网（也MME(MobilityManagementEntity,负责信令处理部分）S-GW（ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分）P-GW（PDNGateway，负责用户数据包与其他网络的处理）给UE分配IP地址。接入网（也称E-UTRAN）由eNodeB构成网络接口S1接口：eNodeB与EPCX2接口：eNodeB之间Uu接口：eNodeB与UENOTE:和UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB,所以LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口。E-UTRAN与EPC功能划分EPCEUTRAN网络实体功能eNB功能：无线资源管理：RRM负责给UE分配/调度上行和下行物理资源，接入控制和移动性控制。数据压缩：压缩IP头，提高传输效率，数据压缩在PDCP层完成。数据保护：RRC信令的完整性保护和加密，对用户数据的加密。路由：eNodeB要把信令传到MME，把用户数据传到S-GW。数据包分类及QoS策略执行：给上行数据打上标记，这些标记给QoS提供依据。MME功能（EPC中的控制面网元）：NAS信令处理和安全：MME会处理EMM(EPS移动性管理)和ESM(EPS会话管理)相关的信令，包括trackingarea更新和EPS承载管理。MME还处理NAS信令的安全。S-GW和PDN-GW的选择：MME收到UE的连接请求后，选择合适的S-GW和PDN-GW建立连接。这种选择可以基于UE的位置和当前网络的负载。TrackingArea列表管理和寻呼：当UE在LTEIdle状态时，MME知道UE在哪一个TrackingArea里面。MME可以为UE提供一个TrackingArea列表，当UE在这个列表里面的TrackingArea之间移动时，不需要向MME报告。MME也负责发起寻呼。MME间的移动性：如果切换发生在不同的MME之间，服务MME会选择目标MME。鉴权：MME会参与用户鉴权流程。SGW服务网关功能：–终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包；–支持由于UE移动性产生的用户平面切换。PDN网关功能：–逐用户数据包的过滤和检查–用户IP分配网络实体功能LTE网络接口S1-MMEeNodeB与MME之间的控制面接口，提供S1-AP信令的可靠传输，基于IP和SCTP协议。S1-UeNodeB与S-GW之间的用户面接口，提供eNodeB与S-GW之间用户面PDU非保证传输。基于UDP/IP和GTP-U协议。S3在UE活动状态和空闲状态下，为支持不同的3G接入网络之间的移动性，以及用户和承载信息交换而定义的接口点，基于MME与SGSN之间的Gn接口定义。S4核心网和作为3GPP锚点功能的ServingGW之间的接口，为两者提供相关的控制功能和移动性功能支持。该接口基于定义于SGSN和S-GW之间的Gn接口。另外，如果没有建立DirectTunnel，该接口提供用户平面的隧道功能。S5/S8负责ServingGW和PDNGW之间的用户平面数据传输和隧道管理功能的接口。用于支持UE的移动性而进行的ServingGW重定位过程以及连接PDN网络所需要的与non-collocatedPDNGW之间的连接功能。基于GTP协议或者基于PMIPv6协议。S6aMME和HSS之间用以传输签约和鉴权数据的接口。S7基于Gx接口的演进，PCRF和PDNGW之间的接口，传输服务数据流级的PCC信息、接入网络和位置信息。S11MME和ServingGW之间的接口S12有DirectTunnel建立时，UTRAN和ServingGW之间的接口，用于二者之间的用户数据传输。该接口基于Iu-u/Gn-u使用SGSN和UTRAN之间或SGSN和GGSN间所定义的GTP-U协议S10MME之间的接口，用来处理MME重定位和MME之间的信息传输。网元间控制面整体协议栈没有RNC，空中接口的控制平面（RRC）功能由eNB进行管理和控制。RRC是处理所有UE和E-UTRAN之间的信令，包括UE和MME之间的NAS信令。PDCP是加密控制面信令和用户面数据，对控制面信令做完整性保护，用户面数据IP头压缩，用户面数据的数据包编号。RLC在UE和eNodeB之间提供无线链路的控制,为高层提供数据端到端传输的服务,有三种传输模式,TM提供无连接的服务如系统消息广播和寻呼,UM提供无连接但有序的数据传输而且有分段和合并高层数据包的功能,AM支持ARQ提供面向连接的服务。物理层：信道编码、速率匹配、物理信道映射、功控、RF调制解调、时频同步、无线测量、MIMO处理控制面协议栈SCTPL2L1IPL2L1IPSCTPS1-MMEeNodeBMMES1-APS1-APNASMACL1RLCPDCPUERRCMACL1RLCPDCPRRCLTE-UuNASRelay流控制传输协议，传输层协议，适合在IP上传输信令（有序可靠传输）ERAB建立更改释放，eNodeB建立UE初始上下文建立IP连接，告诉MMEue的能力信息，NAS信令传输，移动性（切换）MAC是逻辑信道到传输信道映射，不同RB的数据复用到一个TB，HARQ，基于QoS提供无线资源调度分配。用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和PDCP层，控制面向上还包含RRC层和NAS层。没有了RNC，空中接口的用户平面（MAC/RLC）功能由eNB进行管理和控制。GTP-U隧道用来传输封装好的用户数据，有多个GTP-U隧道，用来区分不同的EPS承载，这些隧道用TEID（隧道端点标识）来标识。用户面协议栈网元间用户面整体协议栈信令流eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP数据流IP包头压缩加密分段、ARQ调制天线映射编码PDCPRLCPHYMAC调度MACHARQMAC复用Payload选择优先级处理重传控制调制方案天线资源分配IP包解头压缩解密合并、ARQ解调天线解映射译码PDCPRLCPHYHARQMAC解复用MACEPS承载无线承载逻辑信道传输信道物理信道eNodeBUE子层运行方式协议栈及分层