LTE知识点梳理：网络架构及协议修改版

1、LTE 知识点梳理一 架构及协议修改版网络本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21 year.March目录LTE 知识点梳理一： LTE 网络架构及协议 . 31.1 移动通信系统的开展 31.2LTE 概述 . 41.2.1 LTE 的主要技术特点 41.2.2 LTE 设计目标 51.3 LTE 网络架构 51.3.1 E-UTRAN 接入网 52.3.2EPC 核心网 71.33 LTE 网络特点 . 81.4 LTE 无线接口协议栈 81.4.1 LTE 协议栈的三层 91.4.2 LTE 协议栈的两个而：

2、 91.43 协议栈架构 101.5 网络接口 11LTE 知识点梳理 ( 一): LTE 网络架构及协议1.1 移动通信系统的开展在学习 LTE 技术之前，我们需要简单了解一下移动通信系统的开展过程，第一代移动通信技术(1G)是指米用蜂窝技术组网、仅支持模拟语音通信的移动 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、CDMA200

3、01X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取代了电路交换，电路交换使 与 之间进行语音等数据传输，而分组交换那么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。高度数据业务那么是 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、 会议、电子商务等多种信息效劳。但是，随着社会的开展， 2/3G 网络语音收入下降，网络本钱高。营运商需 要在吸引用户、増加收入的同时，大幅度降低网络建设和营运本钱。话费

4、赚钱 时代结束，流量经营正成为核心。 LTE 通过提升带宽，开掘新业务来弥补语音 业务的下降 ； 降低每 bit 本钱来控制网络本钱。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 4G LTE 技术。1.2 LTE 概述LTE 是 Long Term Evolution 的缩写，全称应为 3GPP Long Term Evolution. 中 文一般译为 3GPP 长期演进技术，为第三代合作伙伴方案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技术开展过程中的一个过渡技术，是被称为

5、3.9G的全球化标准，它通过采用 OFDM 正交频分复用和 MIM0 多输入多输出 作 为无线网络演进的标准，改良并且増强了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 工程是基于 3G 时代的 TD-SCDMA 技术和 WCDMA 技术开展起来的，那么，其对应的也将开展成为 TD-LTE和FD-LTE技术。后续的R9/R10版本为LTE Advaneed才是实际的4G网 络。1.2.1 LTE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 OFD

6、M, 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 的其中一种标准 ) 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；(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，増强3GPP LTE 系统的覆盖性能；()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 0ms, UE从待机状态到开始传输数据，时延不超过100ms ；(6) 降低建网本钱，实现低本钱演进；(7) 取消电路交换(CS)域，CS域业务在PS

7、域实现，语音局部由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标准系统的协 同 运作。LTE 在技术开展方面，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本钱上的优势。122 LTE设计目标无论是 FD-LTE 还是 TD-LTE, 其根本需求和架构均大致相同，采用的关 键技术也根本相

8、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 要到达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 种可变带见/(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 5m

9、s,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. 3 LTE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：? Sl-MME : e-NodeB 连接 MME的控制面接口；? Sl-U : e-NodeB连

10、接S-GW的用户而接口。LTE总的体系结构如下所示。/lib 力SignalsTraffic1.3.1 E-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eNodeB和RNC组成网络相比，cNB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Sl? U连接到S-GWOnNB,E-UTRANE-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

11、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；系统播送消息的调度与传输。在3GPP LTE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，其根本

12、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;3UE 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 Serving GW 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 Serving GW 5 寻呼消息的调度和发送功能； 6 播送消息的调度和发送功能；播送消息即系统消息包括 MIB 和SIB,后面会详细介绍7用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能。

13、 UE 在移动过程 中，会发生切换，那么切换之前 UE 需要完成一些测量工作，而测量什么内容 即测量报告的配置那么由 eNB 完成，并下发给 UE ；E-UTRANsi-uS6a USl-MMES GWHSSS5/S8P-GW1.3.2 EPC核心网随看移动宽带网络向LTE演进，在LTE的演进和运营中，如何才能实现2G和3G网络向LTE的平滑演进，如何实现现有网络和新建网络的互通，如何向用户提供一致的业务，成为运营商的焦点。正是在此需求下，3GPP在关注无线接入网演进的同时，也开展了分组核心网构架的演进工程，并将其定义为EPC。作为与LTE同步开展的技术，EPC的构架更加符合未来移动通信网络的

14、 开展需要，能够在提升网络性能的同时，满足用户曰益増长的业务需求，从而 进一步提升运营商的竞争力。EPC 核心网络的体系结构如下所示Sig nalsTraffic核心网各网元的作用MME Mobility Management Entity,移动管理设备:?寻呼消息分发?平安控制?空闲状态下的移动性管理 UE分为空闲态和连接态2种，连接态的移动性管理那么由eNB完成? SAE承载控制UE在附着后会与网络建立相应承载，SAE承载是建立在UE和PGW之间的承载，由无线承载 UE与eNB之间的承载、S1承载以及S5/S8承载组 成?非接入层NAS信令的加密和完整性保护S-GW Signaling G

15、ateway,效劳网关：?支持 UE 的移动性切换用户而数拯的功能；? E-UTRAN 空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持 :?数据包路由和转发；?上下行传输层数据包标记。P-GW Packet data networks gateway分组数据网网关：?路由选择数据转发， P-GW 应具有将从上一个节点接收到的数据转发给路由中下一 个 节 点 的 功 能?合法监听；?用户的包过滤：? IP地址分配，用户UE的IP地址是由PGW来分配的：1.3.3 LTE网络特点与传统 3G 网络比拟， LTE 的网络结构更加简单扁平，降低组网本钱， 増 加组网灵活性，主要特点表现在：(1) 网络扁平化使得系

16、统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务；(2) 网元数目减少，E-UTRAN只有一种节点网元E-Node B,使得网络部 署更为简单，网络的维护更加容易；(3) 取消了 RNC 的集中控制，防止单点故障 . 有利于提高网络稳定性；(4) 业务平面与控制平面完全别离化； (UEE-Node B SGWPGW 这 是 用户面， UEE-Node BMME 这是控制面 )(5) 全 IP 化。1.4 LTE 无线接口协议栈无线接口是指终端和接入网之间的接口，简称 Uu 接口，通常我们也称为 空中接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务 的。 LTE 技术中，无线接口是终端

17、和 eNB 之间的接口。无线接口是一个完全开 放的接口，只要遵守接口的标准，不同制造商生产的设备就能够互相通信。无线接口协议栈主要分三层两面，三层主要包括了物理层、数据链路层和网络层，两面是指控制平面和用户平面。1.4.1 LTE协议栈的三层三层主要包括了物理层、数据链路层和网络层，层一为物理层，层二为数 据链路层，层三为网络层，如下列图所示：其中数据链路层主要被分为 3 个子层，包括媒体接入控制 (MAC) 、无线 链 路控制 (RLC) 、和分组数据会聚协议 (PDCP) 3个子层。数据链路层同时 位于控 制平面和用户平面：在控制平面负责无线承载信令的传输、加密和完整 性保 护；在用户平面

18、主要负责用户业务数据的传输和加密。网络层是指无线资 源控 制(RRC)层，位于接入网的控制平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。Layer 2Layer 1图1物理层周国的无线接口协议结构1.4.2 LTE协议栈的两个面:(1)用户面协议栈：负责用户数据传输用户面的主要功能：头压缩、加密、调度、ARQ/HARQ (快速重传)，其协议层结构如下列图所示:用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收的所有信 息的处理。用户平面协议栈主要由 MAC、RLC、PDCP三个子层组成。PDCP主要任务是头压缩，用户数据加密;MAC子层实现与数据处理相关的功能，包括信道管理与映射、数

19、据包的封装与解封装、HARQ功能、数据调度、逻辑信道的优先级管理等；RLC实现的功能包括数据包的封装与解封装、 ARQ过程、数据的重排序和UM重复检测、协议错误检测和恢复等。 RLC 有三种模式： AM 确认模式、 非确 认模式、 TM 透明模式。2控制面协议栈：负责系统信令传输控制而协议栈控制平面负责用户无线资源的管理、无线连接的建立、业务的QoS保证和 最终的资源释放。控制平面协议主要包括非接入层NAS、无线资源控制子层RRC、分组数据会聚子层PDCP、无线链路控制子层RLC、媒体接入 控 制子层MAC控制平面的主要功能由上层的 RRC层和非接入子层实现NAS。?NAS控制协议实体位于终端

20、UE和移动管理实体MME中，主要负责非接入层的管理 和控 制，实现的功能包括：EPC承载管理、鉴权、产生 LTE-IDLE状态下的寻呼 消息、移 动性管理、平安控制等。?RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和控制，实现的功能包括：系统消息播送，寻呼建立、管理、释放，RRC链接管理，无线承 载、管理，移动性管理，终端的测量和测量上报控制。?RLC和MAC层功能与用户而中的功能一致：?PDCP层完成加密和完整性保护：143协议栈架构LTE协议栈架构如下列图所示，图中红线代表数据流，绿线代表信令流。1.5网络接口LTE网络架构图如下所示，我们不仅要了解架构中各个网元

21、的作用，还要了 解各个网元之间的接口。IP化的网络架构各个网元接口和功能如下表所示:接口名称连接网元接口功能描述主要协议S1-MMEeNodeB - MME用于传送会话管理SM和移动性管理MM信 息.即 信令面或控制面信息S1-APS1-UeNodeB - SGW在GW与eNodeB设备间建立隧道.传送用户数 据 业务.即用户面数据GTP-UX2-CeNodeB ? eNodeB基站间控制面信息X2-APX2-UeNodeB ? eNodeB基站间用户面信息GTP-US3SGSN ? MME在MME和SGSN设备间建立隧道.传送控制面 信 息GTPV2-CS4SGSN - SGW在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送用户面 数 据和控制面信息GTPV2-CGTP-US5SGW - PGW在GW设备间建立隧道.传送用户面数据和控制 面 信息设备内部接口GTPV2-CGTP-US6aMME-HSS完成用户位宜信息的交换和用户签约信息的管理，传送控制面信息DiameterS8SGW - PGW漫游时归属网络PGW和拜访网络SGW之间的 接 口，传送控制面和用户面数据GTPV2-CGTP-US9PCRF-PCRF控制而接口 传送QOS规那么和il?费相关的信息DiameterS10MME-MME在MME设备间建立隧道，传送信令，组成 MME POOL传送控制面数据GTPV2