TD-LTE基础无线网络结构常识

TD-LTE基础无线网络结构常识培训目标

学完本课程后，您应该能：了解E-UMTS整体架构了解E-UMTS各个网元功能了解E-UMTS各接口及作用了解和网络结构相关的概念目录1、总体架构与网元功能

2、系统接口与作用EPCEvolved

packetCoreE-UTRANEvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork总体架构3GPP在R8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准化。总体架构BOSSLTEBTS2GBSC/PCUNodeBS1-US6aGxGbIuS1-MMES11GiSGSNMMEeNodeBHLR3GRNCS5/8SAEGWGrCG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载。专业网络网元功能无线2/3GBTS/NodeB2G/3G基站BSC/RNC2G/3G基站控制器4GeNodeB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eNB实现的功能无线资源管理：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IP头压缩和用户数据流加密UE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的路径路由用户平面数据到S-GW调度和传输寻呼消息调度和传输广播消息就移动性和调度，进行测量和测量报告的配置MME实现的功能将寻呼消息发送到eNodeB跟踪区域的列表管理（UE的IDLE模式和ACTIVE模式）在3GPP访问网络之间移动时，CN节点之间的信令传输P-GW（PDN分组数据网关）和S-GW（服务网关）的选择MME选择，MME改变带来的切换SGSN（服务GPRS支持节点）选择，为了切换到2G或3G网络IDLE空闲状态下的移动性管理、漫游、确认等SAE承载控制（承载建立和管理等）NAS(非接入层)信令、信令的加密和完整性保护S-GW实现的功能为eNB间的切换，进行本地的移动定位3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化授权侦听包路由和前向转移在上下行进行传输级的包标记在运营商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息P-GW实现的功能用户的包过滤授权侦听UE的IP地址分配传输级的下行包标记上下行的服务级计费、速率控制基于最大比特速率的下行速率控制DHCPv4和DHCPv6功能HSS和PCRF实现的功能HSSSAE用户注册、鉴权以及下载用户数据到MME非3GPP用户注册、鉴权以及下载用户数据到AAA用户漫游限制、用户闭锁业务、用户接入网络类型限制PCRF服务策略和计费控制的规则制定终结Rx接口和Gx接口BOSSLTES1-US6aGxS1-MMES11MMEeNodeBS5/8SAEGWCG终端E-UTRANEPCEPSSGiServingGWPDNGWPCRFInternetPSServiceHSS总体架构回顾网络中各实体的标识MMESGWCELL1CELL3CELL2CELL1CELL3CELL2CELL1CELL3CELL2CELL1CELL3CELL2CELL1CELL3CELL2TATAMMEI=MMEGroupID+MMECodeTOPON.S11.SHTSAEGW103BHW.GROUP1.NODE.EPC.MNC000.MCC460.3GPPNETWORK.ORGTAI=MCC+MNC+TACMSISDN、IMSI、IMEIGUTI=MCC+MNC+MMEI+M-TMSI(M-TMSI，MME临时用户标识，唯一识别MME中的UE)S-TMSI=

MMEC+M-TMSIC-RNTI,(ell-RadioNetworkTemporaryIdentifier小区无线网络临时标识,在一个小区内用来唯一标识一个UE)TAlistECGI=PLMNID+eNBid+cellid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、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-RNTI目录1、总体架构与网元功能

2、系统接口与作用终端和网络交互示例eNodeBMMES-GWP-GWICP/ISPinternetDataSignaling12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LTE接口概述S1-MME:

E-UTRAN和MME间控制平面协议参考点S1-U:E-UTRAN和S-GW间每个承载的用户平面隧道参考点S11：提供MME和S-GW之间的相关控制和移动性管理S5：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PLMNS6a：为鉴别确认用户接入EPS系统，在MME和HSS之间传输签约数据。Gx：为PCRF和P-GW/GGSN中的PCEF（PolicyandChargingEnforcementFunction）提供QoS准则和计费标准的传输。SGi: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。接口与协议L7：应用层L6：表示层L5：会话层L4：传输层L3：网络层L2：数据链路层L1：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L6：表示层L5：会话层L4：传输层L3：网络层L2：数据链路层L1：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。E-UTRAN地面接口通用协议模型对于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协议栈结构-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。协议栈结构-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。S1接口功能Page21S1UEcontext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-3GPPRAT切换寻呼功能网络共享功能NAS节点选择功能安全功能S1协议栈eNB和MME间的控制面eNB和SGW间的用户面X2接口功能支持UE在LTE_ACTIVE状态下的IntraLTE-Access-System移动性从源eNB到目标eNB的context传送源eNB和目标eNB之间的用户面隧道控制切换取消负载管理小区间干扰协调 上行链路干扰负载管理X2协议栈结构Uu接口协议结构L3controlcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-planesignallingU-planeinformationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLCMACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplicationavoidanceUuSboundarycontrolPDCPPDCPL2/PDCPDCNtGCRadioBearersRRC无线资源控制controlUu接口协议架构E-UMTS无线接口协议栈结构可分为：NAS控制协议L3层：无线资源控制（RRC）层L2层媒体接入控制（MAC）子层无线链路控制（RLC）子层分组数据集中协议（PDCP）子层L1层：物理层、传输信道、传输信道与物理信道的映射LTE信道分类LTE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。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，主要功能包括：传输信道的错误检测，并向高层提供指示传输信道的纠错编码/译码、物理信道调制与解调HARQ软合并编码的传输信道向物理信道的映射物理信道功率加权频率与时间同步无线特征测量，并向高层提供指示MIMO天线处理、传输分集、波束赋形射频处理MAC层主要功能MAC层功能：实现基于QOS的调度HARQ错误控制逻辑信道与传输信道的映射和复用RLC层主要功能RLC提供无线链路控制功能:eNB侧配置的RLC实体，与UE侧配置的RLC实体对应RLC实体通过与高层的接口（SAP），传送或接收RLCSDURLC实体通过逻辑信道，传送或接收RLCPDU存在两类RLCPDU：RLCdataPDU、RLCcontrolPDURLC包含TM、UM、AM三种传输模式RLC层主要功能确认(AM,AcknowledgementMode)模式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，主要关心无错传输非确认(UM,Un-acknowledgementMode)模式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、长度指示透明(TM,TransparentMode)模式用于将高层分组直接传到下层，不封装RLC协议头。不分段，用于随机接入等对上层PDU的传输支持AM、UM、TM模式数据传输通过ARQ机制进行错误修正(CRC校验由物理层完成,针对AM数据)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数据顺序上传上层的PDU（针对UM和AM数据，切换时除外）重复检测（针对UM和AM数据）底层协议错误检测与恢复eNodeB和UE间的流控SDU丢弃（针对UM和AM数据）RLC层主要功能PDCP层主要功能PDCP子层在用户面的业务及功能主要有:包头压缩和解压缩用户数据传送：PDCP接收来自NAS的PDCPSDU，然后转发到RLC子层，反之亦然排序和复制检测加解密PDCP子层在控制面的业务及功能主要有加解密及完整性保护控制面数据传送RRC主要功能RRC处理UE和E-UTRAN之间所有的信令:系统信息广播寻呼UE和E-UTRAN之间RRC连接的建立，维护和释放包括：UE和E-UTRAN之间临时标识的分配RRC连接信令无线承载的配置安全功能包括密钥管理点到点无线承载的建立，配置，维护和释放RRC主要功能移动性功能包括Inter-cell和inter-RAT之间UE的测量报告，和测量报告控制切换UE小区选择和重选，以及小区选择和重选的控制切换时上下文传送MBMS业务功能Qos管理功能UE测量报告及报告控制NAS和UE之间的直传消息传送RRC协议状态LTE支持两种RRC状态：RRC_IDLE和RRC_CONNECTEDRRC_IDLE:PLMN选择NAS对DRX的配置系统消息广播寻呼eNodeB中没有RRC上下文存储RRC_CONNECTED：UE有E-UTRAN-RRC连接UE在E-UTRAN中有上下文信息E-UTRAN知道UE属于哪一个小区网络可以传送或接收到达或来自UE的消息移动性网络控制（切换，inter-RAT小区变更GERAN和NACC）邻区测量NAS控制协议NAS协议是用在UE和MME间交换信令: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。NAS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。NAS消息的传输如果传输块大小允许，初始消息和RRC连接请求链接在一起当NAS和RRC过程同步时，其他NAS消息可以与RRC消息链接NAS消息的完整性保护由RRC完成NAS消息的加密由PDCP完成NAS包含三种协议状态：LTE_DETACHED、LTE_IDLE、LTE_ACTIVENAS的协议状态在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。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。UE处于RRC_CONNECTED状态,网络侧保留UE的RRC通信上下文，包含所有满足通信的必要信息.分配给该用户的标识信息由IMSI、在跟踪区中唯一标识一个用户的ID、在一个小区内唯一标识C-RNTI以及一个或多个IP地址。网络可以知道UE处于哪个小区。在上行和下行方向上用户都可以进行非连续发送和接收。移动性可以通过执行切换过程来达到。随机接入信令流程示例寻呼信令流程示例小测试1、LTE系统无线接口L2不包括（）子层A.MACB.R