TD-LTE基础无线网络结构常识

1、Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. TD-LTE基础无线网络结构常识Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 1培训目标培训目标 学完本课程后，您应该能：p了解E-UMTS整体架构p了解E-UMTS 各个网元功能p了解E-UMTS各接口及作用p了解和网络结构相关的概念Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 2目录目录1

2、1、总体架构与网元功能、总体架构与网元功能 2 2、系统接口与作用、系统接口与作用Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 3EPC-EvolvedpacketCoreE-UTRAN-EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork总体架构总体架构3GPP在R8R8阶段启动了长期演进（LTE）与系统架构演进（SAE）项目，设计提出了全IP的LTE/SAE系统架构（SAE后更名为EPC），并对其无线关键技术、接口协议、信令流程、系统安全、及其与UMTS网络间的互操作等进行了标

3、准化。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 4总体架构总体架构BOSSLTEBTS2GBSC/PCUNodeBS1-US6aGxGbIuS1-MMES11GiSGSNMMEeNodeBHLR3GRNCS5/8SAE GWGrCG终端E-UTRANEPCEPSGGSNGnSGiHSSServingGWPDNGWGxPCRFInternetPSService控制面用户面控制面用于传送控制信息，包括无线网络层的应用协议和用于传输应用协议消息的信令承载用户面用于传送数据信息，包括数据流和用于传输数据流的数据承

4、载。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 5专业专业网络网络网元网元功能功能无线无线2/3GBTS/NodeB2G/3G基站BSC/RNC2G/3G基站控制器4GeNodeBeNodeB负责无线资源管理，集成了部分类似2G/TD基站和基站控制器的功能核心核心2/3GSGSNGPRS服务支持节点4GMMELTE接入下的控制面网元，负责移动性管理功能SGWSAE网络用户面接入服务网关，相当于SGSN的用户面功能2/3GGGSNGPRS网关支持节点4GPGWSAE网络的边界网关，提供承载控制、计费、地址分配

5、和非3GPP接入等功能，相当于GGSN2/3GHLR归属位置寄存器4GHSSSAE网络用户数据管理网元，提供鉴权和签约等功能4GPCRF策略控制服务器，根据用户特点和业务需求提供数据业务资源网元功能网元功能Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 6eNBeNB实现的功能实现的功能l无线资源管理：无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、UE上下行的动态资源分配lIP头压缩和用户数据流加密lUE连接期间，选择MME，当无路由信息可用时，可以根据UE提供的信息来间接确定到达MME的路径l路由用户平面数据到

6、S-GWl调度和传输寻呼消息l调度和传输广播消息l就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 7MMEMME实现的功能实现的功能l将寻呼消息发送到eNodeBl跟踪区域的列表管理（UE的IDLE模式和ACTIVE模式）l在3GPP访问网络之间移动时，CN节点之间的信令传输lP-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择lMME选择，MME改变带来的切换lSGSN（服务GPRS支持节点）选择，为了切换到2G或3G网络lIDLE空闲状态下的移动性管理、漫游、确

7、认等lSAE承载控制（承载建立和管理等）lNAS(非接入层)信令、信令的加密和完整性保护Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 8S-GWS-GW实现的功能实现的功能l为eNB间的切换，进行本地的移动定位l3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制l在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化l授权侦听l包路由和前向转移l在上下行进行传输级的包标记l在运营商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All

8、 rights reserved. 9P-GWP-GW实现的功能实现的功能l用户的包过滤l授权侦听lUE的IP地址分配l传输级的下行包标记l上下行的服务级计费、速率控制l基于最大比特速率的下行速率控制lDHCP v4和DHCP v6功能Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 10HSSHSS和和PCRFPCRF实现的功能实现的功能HSSlSAE用户注册、鉴权以及下载用户数据到MMEl非3GPP用户注册、鉴权以及下载用户数据到AAAl用户漫游限制、用户闭锁业务、用户接入网络类型限制PCRFl服务策略和计费

9、控制的规则制定l终结Rx接口和Gx接口Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 11BOSSLTES1-US6aGxS1-MMES11MMEeNodeBS5/8SAE GWCG终端E-UTRANEPCEPSSGiServingGWPDNGWPCRFInternetPSServiceHSS总体架构回顾总体架构回顾Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 12网络中各实体的标识网络中各实体的标识MMESGWTATATOP

10、ON.S11.SHTSAEGW103BHW.GROUP1.NODE.EPC.MNC000.MCC460.3GPPNETWORK.ORG Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 13小测试小测试1、以下哪个节点负责UE的移动性管理（）A.S-GWB.P-GWC.MMED.eNodeB2、MME的功能不包括（）A.寻呼消息分发B.空闲状态的移动性管理C.接入层信令的加密与完整性保护D.非接入层信令的加密与完整性保护3、在LTE系统中，UE的功能单元不包括（）A.无线资源B.移动管理C.会话管理D.承载管理4

11、、在LTE空口上使用以下哪个选项来标识UE（）A.S-TMSIB.IMSIC.C-RNTID.UE-RNTI1、以下哪个节点负责UE的移动性管理（）A.S-GWB.P-GWC.MMED.eNodeB2、MME的功能不包括（）A.寻呼消息分发B.空闲状态的移动性管理C.接入层信令的加密与完整性保护D.非接入层信令的加密与完整性保护3、在LTE系统中，UE的功能单元不包括（）A.无线资源B.移动管理C.会话管理D.承载管理4、在LTE空口上使用以下哪个选项来标识UE（）A.S-TMSIB.IMSIC.C-RNTID.UE-RNTICopyright 2006 Huawei Technologies

12、 Co., Ltd. All rights reserved. 14目录目录1 1、总体架构与网元功能、总体架构与网元功能 2 2、系统接口与作用、系统接口与作用Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 15终端和网络交互示例终端和网络交互示例第一步（虚线表示）：用户完成到MME的注册，MME会为用户选择一个服务网关（S-GW）和PDN网关（P-GW），并分配网络资源，同时PGW会给UE分配一个IP地址。当一切准备就绪， MME会发确认消息给UE，UE成功注册到网络。第二步（实线表示）：UE使用由核心网分

13、配的IP地址和提供的服务，通过eNodeB、S-GW、P-GW接入外部网络，比如互联网。实体间的通信通过接口进行Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 16LTELTE接口概述接口概述S1-MMES1-MME: E-UTRAN 和MME 间控制平面协议参考点S1-US1-U: E-UTRAN 和 S-GW间每个承载的用户平面隧道参考点S11S11： 提供MME和S-GW之间的相关控制和移动性管理S5S5： 提供S-GW 和P-GW之间用户平面隧道效应和隧道管理，只用于S-GW和P-GW属于同一个PLMN

14、S6aS6a： 为鉴别确认用户接入EPS系统，在MME 和 HSS之间传输签约数据。GxGx： 为PCRF和P-GW/GGSN中的PCEF（Policy and Charging Enforcement Function）提供QoS准则和计费标准的传输。SGiSGi: P-GW和分组数据网络之间的接口。分组数据网可以是外部公共或私人数据网，也可以是内部分组数据网，例如为IMS提供服务。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 17接口与协议接口与协议L7：应用层：应用层L6：表示层：表示层L5：会话层：会

15、话层L4：传输层：传输层L3：网络层：网络层L2：数据链路层：数据链路层L1：物理层：物理层E-UTRAN和EPC之间的功能划分OSI七层参考模型L7：应用层：应用层L6：表示层：表示层L5：会话层：会话层L4：传输层：传输层L3：网络层：网络层L2：数据链路层：数据链路层L1：物理层：物理层 协议就是一组为了沟通来管理基本功能单元的规则。协议栈是指网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 18E-

16、UTRANE-UTRAN地面接口通用协议模型地面接口通用协议模型l对于S1/X2接口，层与层之间，面与面之间彼此逻辑上独立。所以当有相应需要时，标准实体可以很容易改变协议栈和其各平面来满足将来的需要Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 19协议栈结构协议栈结构- -控制面控制面控制平面为所有E-UTRAN控制信令使用，用于EPS承载，以及基于不同方面（包括请求服务、控制不同传输资源、切换等）的UE和网络之间的连接的协议，也包括消息透明传输的机制。Copyright 2006 Huawei Techno

17、logies Co., Ltd. All rights reserved. 20协议栈结构协议栈结构- -用户面用户面用户平面负责用户发送和接收的所有信息，即负责数据流的数据承载。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 21S1S1接口功能接口功能Page 21 EPC EUTRAN eNodeB “S1-U” “S1-MME” S-GTW MME eNodeB S-GTW MME S1 UE context管理功能SAE承载管理GTP-U隧道管理S1信令链路管理不同LTE之间的切换Inter-3GPP

18、 RAT切换寻呼功能网络共享功能NAS节点选择功能安全功能Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 22S1S1协议栈协议栈 eNB和MME间的控制面eNB和SGW间的用户面 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 23X2X2接口功能接口功能支持UE在LTE_ACTIVE状态下的Intra LTE-Access-System 移动性p从源eNB到目标eNB的context传送p源eNB和目标eNB之间的用户面隧道

19、控制p切换取消负载管理小区间干扰协调p上行链路干扰负载管理Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 24X2X2协议栈结构协议栈结构 X2-AP Transport Network Layer User Transport Network Plane Control Plane User Plane Transport User Network Plane Radio Network Layer GTP-U UDP IP Data link layer Physical layer User Plane

20、PDUs SCTP IP Data link layer Physical layer Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 25UuUu接口协议结构接口协议结构L3controlcontrolcontrolLogical Channels Transport ChannelsC-plane signallingU-plane informationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLC MACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplication avoidanceUuS b

21、oundarycontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadio BearersRRC无线资源控制controlCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 26UuUu接口协议架构接口协议架构lE-UMTS无线接口协议栈结构可分为：pNAS控制协议pL3层：无线资源控制（RRC）层pL2层n媒体接入控制（MAC）子层n无线链路控制（RLC）子层n分组数据集中协议（PDCP）子层pL1层：物理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射Copyright 2006 Huawei Technologi

22、es Co., Ltd. All rights reserved. 27LTELTE信道分类信道分类Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 28LTELTE信道分类信道分类按照内容的属性和UE的不同,高层数据被分配到不同的逻辑信道 ，逻辑信道映射到传输信道，物理信道实现物理信道的静态划分。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 29物理层主要功能物理层主要功能物理层按照上层（MAC）的调度，执行物理层处理，主要功

23、能包括：l传输信道的错误检测，并向高层提供指示l传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调lHARQ软合并l编码的传输信道向物理信道的映射l物理信道功率加权l频率与时间同步l无线特征测量，并向高层提供指示lMIMO天线处理、传输分集、波束赋形l射频处理Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 30MACMAC层主要功能层主要功能MAC层功能：p实现基于QOS的调度pHARQ错误控制p逻辑信道与传输信道的映射和复用Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. A

24、ll rights reserved. 31RLCRLC层主要功能层主要功能RLC提供无线链路控制功能:leNB侧配置的RLC实体，与UE侧配置的RLC实体对应lRLC实体通过与高层的接口（SAP），传送或接收RLC SDUlRLC实体通过逻辑信道，传送或接收RLC PDUl存在两类RLC PDU：RLC data PDU、RLC control PDUlRLC包含TM、UM、AM三种传输模式Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 32RLCRLC层主要功能层主要功能l确认(AM, Acknowledg

25、ement Mode)模式p用于可靠性要求很高、分组长度可变的业务。支持ARQ、分组的切割和串接。PDU头需要较长序列号、轮询比特、长度指示。如用于TCP业务、文件传输等，主要关心无错传输l非确认(UM, Un-acknowledgement Mode)模式p用于可靠性要求不高的业务。支持分组的切割和串接、不支持ARQ。用于实时性要求很高的业务，如VOIP、视频业务。PDU头需要较短序列号、长度指示l透明(TM, Transparent Mode)模式p用于将高层分组直接传到下层，不封装RLC协议头。不分段，用于随机接入等Copyright 2006 Huawei Technologies C

26、o., Ltd. All rights reserved. 33l对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输l通过ARQ机制进行错误修正(CRC校验由物理层完成,针对AM数据)l根据传输块大小进行动态分段(级联/分段/重装)，针对UM和AM数据l重传时对PDU进行重分段，重分段的数目没有限制，针对AM数据l顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时除外）l重复检测（针对UM和AM数据） l底层协议错误检测与恢复leNodeB和UE间的流控lSDU丢弃（针对UM和AM数据）RLCRLC层主要功能层主要功能Copyright 2006 Huawei Technologies Co.,

27、 Ltd. All rights reserved. 34PDCPPDCP层主要功能层主要功能lPDCP子层在用户面的业务及功能主要有:p包头压缩和解压缩p用户数据传送：PDCP接收来自NAS的PDCP SDU，然后转发到RLC子层，反之亦然p排序和复制检测p加解密lPDCP子层在控制面的业务及功能主要有p加解密及完整性保护p控制面数据传送Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 35RRCRRC主要功能主要功能RRC处理UE和E-UTRAN之间所有的信令:l系统信息广播l寻呼lUE和E-UTRAN之间R

28、RC连接的建立，维护和释放包括：pUE和E-UTRAN之间临时标识的分配pRRC连接信令无线承载的配置l安全功能包括密钥管理l点到点无线承载的建立，配置，维护和释放Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 36RRCRRC主要功能主要功能l移动性功能包括pInter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制p切换pUE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制p切换时上下文传送lMBMS业务功能lQos管理功能lUE测量报告及报告控制lNAS和UE之间的直传消息传送Copyright

29、2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 37RRCRRC协议状态协议状态LTE支持两种RRC状态：RRC_IDLE和RRC_CONNECTEDlRRC_IDLE:pPLMN选择pNAS对DRX的配置p系统消息广播p寻呼peNodeB中没有RRC上下文存储lRRC_CONNECTED：pUE有E-UTRAN-RRC连接pUE在E-UTRAN中有上下文信息pE-UTRAN知道UE属于哪一个小区p网络可以传送或接收到达或来自UE的消息p移动性网络控制（切换，inter-RAT小区变更GERAN和NACC）p邻区测量Copyrig

30、ht 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 38NASNAS控制协议控制协议NAS协议是用在UE和MME间交换信令:l在E-UREAN中，NAS消息或者链接在RRC消息中或者没有跟RRC消息链接。lNAS协议包括EMM(移动性管理)协议，处理跟UE移动性和不同加密流程相关的信令。ESM（会话管理）协议，处理与默认承载和专用用户面承载的相关信令。lNAS消息的传输p如果传输块大小允许，初始消息和RRC连接请求链接在一起p当NAS和RRC过程同步时，其他NAS消息可以与RRC消息链接pNAS消息的完整性保护由RRC完成pNA

31、S消息的加密由PDCP完成Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. 39NAS包含三种协议状态：LTE_DETACHED、LTE_IDLE、LTE_ACTIVENASNAS的协议状态的协议状态l在LTE_DETACHED状态下，没有RRC实体，通常是刚开机时的状态。网络侧还没有该用户的RRC通信上下文。分配给用户的标识只有IMSI。网络不知道用户的位置信息。没有上行或者下行的活动。可以执行PLMN/CELL选择。l在LTE_IDLE状态XIA ,网络侧保存用户的信息，如IP地址、安全相关的信息（密钥等）、用户的能力信息、无线承载等。网络侧有该用户的通信上下文，这样可以使得用户能够快速的跃迁到LTE_ACTIVE状态。分配给该用户的标识信息有IMSI、在跟踪区(TA)中唯一标识一个用户的ID、一个或多个IP地址。网络知道终端在哪个跟踪区中。终端被分配了非连续接收的周期，可以根据此周期进行下行的接收。在这种状态下，终端可以执行小区重选的过程。lUE处于RRC_CONNECTED状态,网络侧保留UE的RRC通