LTE技术解析课件

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHuawei Confidential Security Level: 2021-10-20总体技术部预研部 王洁LTE技术解析HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 2LTE/SAE基本架构LTE协议栈和各实体功能LTE新特性LTE基本业务流程LTE QoS机制LTE语音解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 3LTE/SAE的演进目标LTE/SAE的目标如下： l 增加峰值数据速率：20MHz

2、带宽达到下行100Mbit/s（5bit/s/Hz）、上行50Mbit/s（2.5bit/s/Hz）的传输速率。 l 保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界比特速率，如MBMS在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据速率。l 明显提高频谱效率，如24倍的R6频谱效率。 l 无线接入网（UE到eNodeB用户面）延迟时间低于10ms。 l 明显降低控制面等待时间，低于100ms。 l 带宽等级为： 1.25、1.4、3、5、10、15、20MHz，适应宽带频谱和窄带频谱的分配。 l 支持与已有的3GPP系统和非3GPP规范系统的协同运作。 l 支持进一步增强的MBMS。 HUAWEI TECH

3、NOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 4LTE的频段分配HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 5非漫游3GPP接入的网络架构HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 6非漫游的3GPP接入的网络架构2HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 7漫游的3GPP接入的网络架构HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Con

4、fidential Page 8漫游的3GPP接入的网络架构2HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 9漫游的3GPP接入的网络架构3HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 10LTE告警系统架构CBC: Cell Broadcast Centre 小区广播中心CBE: Cell Broadcast Entity 小区广播实体HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 11LTE/SAE基本架构L

5、TE协议栈和各实体功能LTE新特性LTE基本业务流程LTE QoS机制LTE语音解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 12E-UTRAN功能l 头压缩和用户面加密l 当UE不提供MME路由信息时进行MME选择l 基于UE-AMRB和MBR，对上行承载进行速率控制l 基于UE-AMBR对下行承载进行速率控制l 上行和下行承载级的准入控制l 对上行进行传输层的分组标记，如基于QCI设置DS码HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 13MME功能l NAS

6、信令l NAS信令安全l 3GPP接入网之间的CN节点间移动性信令l ECM-IDLE状态下UE的可达性，包括寻呼重传的控制和执行l TA LIST管理l PDN GW和Serving GW选择l MME改变时选择MMEl 切换到2G和3G接入网时选择SGSNl 漫游l 鉴权l 承载管理功能，包括专有承载建立l 信令的合法监听l 告警消息传递功能l UE可达性流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 14Serving Gateway功能 eNodeB间切换时的本地移动锚点 eNodeB间和RAT间切换时路径转移后向源eNo

7、deB、SGSN、RNC发送结束标记 3GPP接入网间移动时的锚点 ECM-IDLE模式时下行分组缓存，并发起网络出发的业务请求过程 合法监听 分组路由和前转 传输级上行和下行分组标记，如基于QCI设置DS码 运营商之间的计费 在线计费系统的接口HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 15PDN Gateway功能 基于每用户的分组过滤 合法监听 UE IP地址获取 传输级上行和下行分组标记，如基于QCI设置DS码 运营商之间的计费 上行和下行业务级计费 在线计费系统的接口 上行和下行业务级门控 上行和下行业务级速率执行，如速

8、率策略 基于APN-AMBR的上行和下行速率控制 下行速率控制，基于计算形同虚设GBR QCI的总MBR DHCPv4和DHCPv6功能（client和server） 网络不支持PPP承载类型，GGSN的PPP功能可在PDN GW实现 分组屏蔽HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 16控制面协议栈HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 17用户面协议栈HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page

9、18用户面协议栈（2G接入）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 19用户面协议栈（3G接入）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 20用户面协议栈（3G接入）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 21各协议层功能lPDCP（分组数据融合协议）：负责处理无线接口的报头压缩和安全功能；lRLC（无线链路控制协议）：负责确保数据的无损耗传输lMAC（媒体接入控制协议）：负责处理上下行调度和H

10、ARQ信令；lRRC（无线资源控制协议）：负责处理无线承载的建立、激活模式的移动性管理以及系统信息的广播；lNAS（非接入层协议）：负责处理空闲模式移动性管理和业务建立。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 22LTE/SAE基本架构LTE协议栈和各实体功能LTE新特性LTE基本业务流程LTE QoS机制LTE语音解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 23LTE调制技术 为适应不断变化的无线信道，LTE采用了多种调制方式，同时可根据无线信道质量的变

11、化，动态改变调制方式，使传输性能最优。 LTE支持最高到64QAM（HSPA+也支持）的调制方式，与WCDMA同样采用CQI方式，利用终端报告无线网络质量，网络根据其报告值决定采用相应的网络参数，进而决定最终的数据传输速率。不同CQI级别反映了不同的信道质量条件，对应一种传输格式。 LTE已确定采用多天线技术，其中MIMO天线个数的基本配置是下行22、上行12，也考虑44的高阶天线配置。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 24LTE HARQ机制 由于无线移动信道具有时变和多径导致的衰落特点，常有较高的误码率。为减小高层

12、重传，提高正确接收概率，降低时延，一般采用前向纠错FEC和自动重传请求ARQ两种差错控制方法以确保QoS。 3个标准ARQ协议：SAW停等协议，GBN回退N步协议，SR选择性重传协议。其中SAW最简单，对信头要求最少，特点是发端一直处理当前数据分组直到它被成功接收。GBN采用连续发送和重传，提高了效率，且接收端只需储存当前分组即可，但当往返延迟较大、数据传输速率较高时，由于要重传许多无错分组，效率较低。SR效率最高，但要求存储容量很大且实现复杂，特点是只传送错误数据分组，要求用序列号识别数据分组。 LTE和HSDPA都采用混合ARQ（HARQ）技术。HARQ综合了FEC和ARQ两种差错控制方式

13、的优点，将二者适当组合，使SW-ARQ，GBN-ARQ或者SR-ARQ系统嵌入一个FEC子系统，便构成HARQ系统。目前HARQ技术分为type-I和type-II。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 25LTE 资源调度机制 LTE采用多种资源调度方式保障网络高效运行，主要包括：l （1）无线承载控制（RBC）；l （2）无线接纳控制，（RAC）；l （3）连接移动性控制（CMC）；l （4）分组调度（PSC）；l （5）小区间干扰协调（ICIC）；l （6）负荷均衡（LB）。HUAWEI TECHNOLOGIES CO

14、., LTD.Huawei Confidential Page 26TA概念lSAE中 TA（Tracking Area）取代了原来的LA、RA概念。l采用TA LIST 的方式，MME 可将UE定位在多个TA，UE在TA LIST中的TA之间移动时不发起TA更新流程。针对不同性质的UE网络下发的TA LIST 可不同，主要解决某些情况下终端位置更新过于频繁的问题。Initial VLAFinal VLATATAOverlapping TABefore Tracking Area UpdateAfter Tracking Area UpdateHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,

15、LTD.Huawei Confidential Page 27LTE重要标识GUTI (Global Unique Temporary Identity) (LTE特有标识)GUTI = GUMMEI + M-TMSI (32 bit)GUMMEI = MCC+ MNC + MMEI (24 bit)MMEI = MME Goup ID (16bit) + MMEC (8bit) S-TMSI (S-Temporary Mobile Subscriber Identity ) (为减少空口信令，用于paging和Service Request)S-TMSI (40 bit) = MMEC +

16、M-TMSI UTRAN/GERAN标识RAI = MCC + MNC + LAC + RACFirst 2bit of P-TMSI is 11NRI is included in P-TMSI (长度可变) HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 28LTE标识与GERAN/UTRAN标识的转换Mapping from GUTI to RAI/P-TMSIE-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTR

17、AN GERAN/UTRAN ： M-TMSI bit 2924, bit 150 P-TMSI bit 2924, bit 150 ; M-TMSI bit 2316 P-TMSI signature fieldMapping from RAI/P-TMSI to GUTIGERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN E-UTRAN bit 2316 GERAN/UTRAN E-UTRAN GERAN/UTRAN - E-UTRAN ：P-TMSI bit 2924, bit 150 - M-T

18、MSI bit 2924, bit 150 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 29LTE ISR特性l ISR (Idle State Signalling Reduction) 是LTE的新特性，其目的是为减少空闲态的终端在3G/LTE系统间频繁进行更新所带来的信令开销，从而减少终端功耗。l 当ISR激活时，UE可能驻留在UTRAN，也可能驻留在E-UTRAN，寻呼消息需要在两个系统下发。l 当UE驻留在UTRAN时，周期性TAU timer超时后，启动E-UTRAN Deactivate ISR timer，保证在足

19、够长时间内UE都没有返回E-UTRAN时再去激活ISR。E-UTRAN Deactivate ISR timer超时后将TIN设置为P-TMSI，表示UE的最新的context保存在SGSN。UE的下一次Attach/TAU/RAU应从SGSN获取最新的context。 l 同样，当UE驻留在E-UTRAN时，周期性RAU timer超时后，启动GERAN/UTRAN Deactivate ISR timer ，GERAN/UTRAN Deactivate ISR timer超时后将TIN设置为GUTI，表示UE的最新的context保存在MME。UE的下一次Attach/TAU/RAU应从M

20、ME获取最新的context。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 30LTE SONl LTE SON实现无线网络自主功能，减少人工参与，降低运营成本。四大功能：（1）自配置：eNodeB即插即入、自动安装软件、自动配置无线参数和传输参数、自动检测、邻接关系的自动管理等。自配制能减少网络建设开通中工程师重复手动配制参数的过程，减少网络建设难度和成本。（2）自优化：根据网络设备的运行状况，自适应调整参数，优化网络性能。传统的网络优化，可以分为两个方面，其一为无线参数优化，如发射功率、切换门限、小区个性偏移等；其二为机械和物理

21、优化，如天线方向和下倾、天线位置、补点等。自优化只能部分代替传统的网络优化。自优化包括覆盖与容量优化、节能、PCI自配置、移动健壮性优化、移动负荷均衡优化、RACH优化、自动邻区关系、小区内干扰协调等。（3）自治愈：通过自动告警关联发现故障，及时隔离和恢复。（4）自规划：动态地自动重计算网络的规划，如系统扩容时的站点规划和无线参数配置。l SON的架构分集中式、分布式和混合式三种，现在多倾向采用混合式架构。集中式目前主要在网管系统上实现，分布式是通过SON分布式来实现。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 31LTE/SAE

22、基本架构LTE协议栈和各实体功能LTE新特性LTE基本业务流程LTE QoS机制LTE语音解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 32UE发起的业务请求流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 33网络发起的业务请求流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 34UE发起的DETACH流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential

23、 Page 35UE发起的DETACH流程2HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 36网络发起的DETACH流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 37专有流程激活流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 38网络发起的专有流程去激活流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 39S-GW内部的切换HUAWEI TEC

24、HNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 40跨S-GW的切换HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 41LTE/SAE基本架构LTE协议栈和各实体功能LTE新特性LTE基本业务流程LTE QoS机制LTE语音解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 42LTE/SAE的QoS机制lLTE/SAE的QoS机制在UMTS基础上进行了增强:为减小业务建立时延，真正实现用户永远在线，引入默认承载概念，即用户网络附着

25、时建立固定数据速率的默认承载，保证其基本业务需求。默认承载的QoS参数可来自于从 HSS中的签约数据，也可通过PCRF交互或基于本地配置来改变这些值。 LTE在无线接入网中取消了专用信道的概念，采用共享信道机制，并采用更灵活的动态调度机制，取消了UMTS系统中复杂的QoS协商机制。SAE要求支持跨不同接入技术的端到端QoS保证，即UE在跨越不同接入网时，能有效实现QoS参数间映射，保证无缝的用户体验。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 43LTE承载业务构架 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Hua

26、wei Confidential Page 44基于GTP的LTE承载 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 45LTE QoS类别lLTE承载分两类： GBR承载和Non-GBR承载。l在发生拥塞时，GBR承载不会出现丢包， Non-GBR承载会出现丢包。 针对GBR承载，各网络节点会执行准入控制功能，所以GBR承载是按需建立的。 Non-GBR承载则可以长时间存在。所以LTE缺省承载是一种Non-GBR承载。l另一种LTE承载分类：缺省承载和专用承载。l缺省承载在终端附着网络时就自动建立，针对终端的每个IP地址有一个缺省

27、承载，并且在IP地址有效期间一直存在。缺省承载是Non-GBR承载。l专用承载可以是GBR承载或者Non-GBR承载，专用承载的QoS参数由网络侧决定。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 46LTE承载级QoS参数HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 47LTE承载级QoS参数lLTE承载级QoS参数包括质量类型标识QCI、分配与保持优先级ARP、GBR、最大比特速率MBR和聚合最大比特速率AMBR。其中QCI与AMBR两个参数是EPS系统新增加的，其余

28、参数则沿用于UMTS系统。lGBR承载和Non-GBR承载都包含QCI和ARP两个参数。QCI是一个数量等级，用来表示控制承载级别的数据包传输处理的接入点参数。ARP的主要目的是在资源限制的情况下决定接受还是拒绝承载的建立或修改请求。 lGBR承载主要用于语音、视频、实时游戏等业务，采用专用承载和静态调度方式。GBR代表预期能由GBR承载提供的比特速率，MBR表示GBR承载提供期望数据速率的上限。 lNon-GBR承载主要用于各种数据业务承载，为尽可能提高系统的带宽利用率，LTE系统引入汇聚的概念，新定义的AMBR是到每个PDN连接的会话级QoS参数，相同PDN连接的多个承载可共享相同的AMB

29、R值。AMBR有两种，针对每个APN或针对每个终端，并且上下行分别定义。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 48QCI属性属性HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 49网络发起的QoS控制LTE只采用网络发起的QoS控制机制，取代了3GPP R7之前的终端发起的QoS控制机制。其优点是向接入不可知的客户端应用提供QoS，以及在TE-ME分离的情况下提供QoS。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidentia

30、l Page 50LTE/SAE基本架构LTE协议栈和各实体功能LTE新特性LTE基本业务流程LTE QoS机制LTE语音解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 51LTE语音解决方案目前有三种LTE语音实现方案：CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System)、SR-VCC(Single radio voice continuity control)和VoLGA (Voice over LTE via Generic Access technology)

31、。前两种已写入3GPP R8规范中，后一种在VoLGA组织中密切讨论。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 52CSFB方案l 部分LTE运营商因现有CS网络覆盖好、容量充足等原因，决定LTE网络首先开展分组业务，而语音业务仍基于原有CS网络开展。l 由于LTE和GERAN/UTRAN之间的Single-radio模式，LTE终端使用LTE数据业务时，将无法收到电路域语音业务信号。因此LTE网络产生了对MSC的CSFB需求，严格说来，CSFB技术不是一种LTE VoIP技术。l CSFB主要解决附着于LTE网络的双模终端如

32、何在LTE网络中接收到电路域的被叫寻呼等网络发起的请求，要求MSC能够建立与MME之间的SGs接口，实现LTE和2G3G的联合位置更新和寻呼等操作。l3GPP CSFB规范号： TS 23.272HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 53CSFB: UE做主叫的呼叫流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 54CSFB: UE做被叫的呼叫流程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Huawei Confidential Page 55SR

33、-VCC方案l SR-VCC利用IMS核心网络提供LTE VoIP语音业务的路由、控制和业务触发，并提供LTE向GERANUTRAN切换时的语音连续性保证。3GPP R7版本制定了VCC架构，实现WiFi和GERANUTRAN接入间切换时的语音连续性控制。3GPP R8阶段又针对LTE需求，在VCC基础上进一步制定了SR-VCC的语音业务切换控制标准。l SR-VCC架构需要部署IMS SCC(Service continuity control) AS、增强MSC网元，结合MME的切换控制保证LTE语音能够平滑地向GERAN/UTRAN CS网络切换。要求MME在eNodeB发出向GERANUTRAN 切换请