LTE知识点梳理(一)网络架构及协议修改版

目录LTE知识点梳理（一）：LTE网络架构及协议................................................................................21.1移动通信系统的发展........................................................................................................21.2LTE概述..............................................................................................................................21.2.1LTE的主要技术特点...............................................................................................31.2.2LTE设计目标...........................................................................................................31.3LTE网络架构......................................................................................................................31.3.1E-UTRAN（接入网）...............................................................................................51.3.2EPC核心网...............................................................................................................61.3.3LTE网络特点...........................................................................................................81.4LTE无线接口协议栈..........................................................................................................81.4.1LTE协议栈的三层...................................................................................................81.4.2LTE协议栈的两个面：...........................................................................................91.4.3协议栈架构...........................................................................................................101.5网络接口...........................................................................................................................10LTE知识点梳理（一）：LTE网络架构及协议1.1移动通信系统的发展在学习LTE技术之前，我们需要简单了解一下移动通信系统的发展过程，第一代移动通信技术（1G）是指采用蜂窝技术组网、仅支持模拟语音通信的移动电话标准，其制定于上世纪80年代，主要采用的是模拟技术和频分多址技术。第二代移动通信技术（2G）区别于第一代，使用了数字传输取代模拟传输，根据其特点主要分为两大类，分别是起源于欧洲基于TDMA的GSM系统和起源于美国基于CDMA技术的IS95系统。在技术的不断推进下，又出现了以GPRS、CDMA20001X为特征的2G升级版2.5G，它的业务包括了语音业务、低速数据业务。第三代移动通信技术（3G）的最大特点是在数据传输中使用分组交换取代了电路交换，电路交换使手机与手机之间进行语音等数据传输，而分组交换则将语音等转换为数字格式并通过互联网进行包括语音、视频和其他多媒体内容在内的数据包传输。高度数据业务则是3G的主要特征，它能够在全球范围内更好地实现无线漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。但是，随着社会的发展，2/3G网络语音收入下降，网络成本高。营运商需要在吸引用户、增加收入的同时，大幅度降低网络建设和营运成本。话费赚钱时代结束，流量经营正成为核心。LTE通过提升带宽，发掘新业务来弥补语音业务的下降；降低每bit成本来控制网络成本。而LTE能带来更加流畅和便利的移动业务，大宽带确保了用户体验。下面将给大家介绍4GLTE技术。1.2LTE概述LTE是LongTermEvolution的缩写，全称应为3GPPLongTermEvolution，中文一般译为3GPP长期演进技术，为第三代合作伙伴计划（3GPP）标准。3GPP发布的第一个LTE版本为R8版本，实际为3.9G，并不是真正意义上的4G技术，而是3G向4G技术发展过程中的一个过渡技术，是被称为3.9G的全球化标准，它通过采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing正交频分复用）和MIMO（(Multiple-InputMultiple-Output多输入多输出）作为无线网络演进的标准，改进并且增强了3G的空中接入技术。这些技术的运用，使其能获得更高的峰值速率。对于LTE技术的研究历来已久，我国的LTE项目是基于3G时代的TD-SCDMA技术和WCDMA技术发展起来的，那么，其对应的也将发展成为TD-LTE和FD-LTE技术。后续的R9/R10版本为LTEAdvanced才是实际的4G网络。1.2.1LTE的主要技术特点LTE有如下主要技术特点：（1）实现灵活的频谱带宽配置，支持1.25-20MHz的可变带宽；（2）采用OFDM，MIMO等先进技术支持更高的用户传输速率，20M带宽时，实现下行峰值速率100Mbps和上行峰值速率50Mbps；（3）频谱利用率是HSPA（高速分组接入，是WCDMA的其中一种规范）的2-4倍，用户平均吞吐量（吞吐量指上下行流量）是HSPA的2-4倍；(3GPP要求LTE系统每MHz上行平均用户吞吐量应达到R6HSUPA的（）倍)（4）提高小区边缘传输速率，改善用户在小区边缘的业务体验，增强3GPPLTE系统的覆盖性能；（5）用户面延迟小于5ms，控制面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms,UE从待机状态到开始传输数据，时延不超过100ms；（6）降低建网成本，实现低成本演进；（7）取消电路交换（CS）域，CS域业务在PS域实现，语音部分由VOIP实现；（注：CS域是电路承载域，走语音的，PS域是数据域，走的是IP，用于手机上网）（8）强调兼容性，支持已有的3G系统，也支持与非3GPP规范系统的协同运作。LTE在技术发展方面，表现出了很大的先进性，LTE的关键技术主要包括OFDM技术、MIMO技术和高阶调制技术等，在后面的学习中会详细介绍。通过对这些技术的运用，LTE不仅能提升用户对于移动的体验，而且能够为运营商们带来更加巨大的技术方面的优势和成本上的优势。1.2.2LTE设计目标无论是FD-LTE还是TD-LTE，其基本需求和架构均大致相同，采用的关键技术也基本相同，所不同的是双工方式，一个是时分的，一个是频分的。目前几乎所有的厂家都采用同一个平台设计。LTE要达到的目标已经大大高于目前UMTS所能实现的各项指标，TD-LTE实现的主要目标如下：（1）采用OFDM，MIMO等先进技术支持更高的用户传输速率；下行最大速率可达100Mbps，上行最大速率可达50Mbps；（2）支持1.4MHz/3.0MHz/5MHz/10MHz/15MHz/20MHz共6种可变带宽；（3）只有PS域，没有CS域；（4）更小的TTI（子帧捆绑）满足用户面和控制面的时延；共享信道支持在多个用户间同时传输数据；用户面延迟小于5ms，控制面延迟小于100ms；（5）下行频谱效率可达HSDPA的3～4倍；上行频谱效率可达HSUPA的2～3倍；（6）提高小区边缘的用户吞吐量；1.3LTE网络架构LTE是由以下三个主要组件：用户设备(UE).地面无线接入网(E-UTRAN)：由e-NodeB组成分组核心演进(EPC简称核心网):由MME，S-GW，P-GW组成LTE的网络接口包括：X2接口：e-NodeB之间的接口，支持数据和信令的直接传输；S1接口：连接e-NodeB与核心网EPC的接口；S1-MME：e-NodeB连接MME的控制面接口；S1-U：e-NodeB连接S-GW的用户面接口。LTE总的体系结构如下所示。1.3.1E-UTRAN（接入网）E-UTRAN（接入网）的体系结构如下所示：E-UTRAN主要由eNB构成。同UTRAN（3G的接入网名称，由NodeB和RNC组成）网络相比，eNB不仅具有NodeB的功能，还能完成RNC的大部分功能。eNodeB和eNodeB之间采用X2接口方式直接互连，eNB通过S1接口连接到EPC。具体地讲，eNB通过S1-MME连接到MME，通过S1-U连接到S-GW。E-UTRAN主要功能包括：无线资源管理、无线承载控制、无线许可控制，上行和下行资源动态分配/调度（简而言之就是对用户使用资源的管理、调度和分配）；根据用户QoS签约信息，进行上行和下行的承载级别的速率调整，对承载级别的准入控制（UE及接入网络，会与eNB及EPC建立相应的承载）；寻呼消息的调度与传输；系统广播消息的调度与传输。在3GPPLTE与LTE-A的标准中，用eNB来代表基站，与用户UE对应。eNB是LTE(4G)中UE和演进后的核心网EPC之间的桥梁，eNB之间通过X2接口进行连接，它是E-UTRAN侧的S1接入点。eNB的主要功能如下：（1）无线资源管理（RRM）（RRM指是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷）；（2）用户数据流IP头压缩和加密；（3）UE附着时MME选择功能（附着即UE在网络侧进行注册）；（4）用户面数据向ServingGW的路由功能；（数据是从UE首先发送到eNB，eNB再将数据路由给核心网的ServingGW）（5）寻呼消息的调度和发送功能；（6）广播消息的调度和发送功能；（广播消息即系统消息包括MIB和SIB）MIB用一种固定的、具有40ms周期的调度，以及在40ms时间内重传方式。MIB的第一次传输是安排在无线帧的子帧#0中,PBCH上发送的MIB只包含三个内容：系统带宽，系统帧号，PHICH配置信息。SIB1是除MIB外最重要的系统消息，固定以20ms（广播周期）为周期重传4次；传输周期为80ms。SIBn传输周期80的整数倍。（7）用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能。（UE在移动过程中，会发生切换，那