LTE与5G移动通信技术PPT完整全套教学课件

LTE与5G移动通信技术第1章移动通信概述第2章早期移动通信系统简述第3章LTE移动通信系统第4章LTE物理层第5章LTE关键技术第6章5G移动通信系统第7章5G物理层第8章5G关键技术第9章LTE与5G移动通信网络设备第1章移动通信概述1.1移动通信的概念和特点1.2移动通信的分类和工作方式1.5移动通信标准化相关组织1.3移动通信的多址方式1.4移动通信发展概述目录移动通信的概念移动通信是指通信双方有一方或两方处于移动状态中的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、飞机、轮船、收音机等处于移动状态中的物体。固定体可以是固定无线电台、有线用户等。通信的过程为移动双方的信息交换，包括语音和非语音通信业务（如：数据、传真、邮件、图像、视频等）的信息交换。1.1移动通信的概念和特点1.1移动通信的概念和特点移动通信信息的交换依赖于无线电波的传输，采用的频段涉及低频、中频、高频、甚高频和特高频。移动通信系统由用户终端、基站、移动交换局组成。一个完整的移动通信系统包括以下子系统：用户子系统，即移动终端（如手机），包括射频，编解码等；基站子系统，也称无线管理子系统，包括无线信道管理，空口切换规则等；交换子系统，也成为移动核心网，完成用户信息的传递与交互；传输子系统，包括有线中继、无线中继等传输基础网络和各种接口等。移动通信的组成1.1移动通信的概念和特点1．通信方具有移动性2．利用无线电波进行信息传输3.电波传播条件复杂、信道特性差4．系统中噪声和干扰严重5.可以利用的频谱资源有限6.系统网络结构复杂、设备性能要求较高7.具备很强的管理和控制功能移动通信的特点移动通信的分类1.移动通信网络按业务性质分有电话业务和数据、传真等非话业务；2.按服务对象分有公用移动通信、专用移动通信；3.按移动台活动范围分有陆地移动通信、海上移动通信和航空移动通信；4.按多址方式可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等；5.按信号形式可分为模拟网和数字网；6.按网络形式可分为单区制、多区制和蜂窝制；7.按用户的通话状态和频率使用的方法可分为单工制、半双工制和双工制；8.按使用情况分，常用的有移动电话、无线寻呼、集群调度系统、漏泄电缆通信系统、无绳电话、无中心选址移动通信系统、卫星移动通信系统、个人通信。1.2移动通信的分类和工作方式移动通信的工作方式移动通信按用户的通话消息传递方向与时间关系可分为：单工制、半双工制和双工制。1.2移动通信的分类和工作方式1.单工制单工制通信通信双方中，一方固定为发送端，另一方则固定为接收端。信息只能沿一个固定方向传输，使用一根传输线，即数据传输是单向的。单工制可分为单频（同频）单工和双频（异频）单工两种。同频是指通信双方使用相同的工作频率。异频是指通信双方使用两个不同频率。单工模式一般用在只向一个方向传输数据的场合。例如计算机与打印机之间的通信是单工模式，因为只有计算机向打印机传输数据，而没有相反方向的数据传输。还有在某些通信信道中，如广播电台、传呼机、电视信号转播等。移动通信的工作方式移动通信按用户的通话消息传递方向与时间关系可分为：单工制、半双工制和双工制。1.2移动通信的分类和工作方式2.半双工制半双工制通信使用同一根传输线，在通信过程的任意时刻，信息既可由A传到B，又能由B传A，即A（或B）可以发送数据又可以接收数据，但不能同时进行发送和接收。数据传输允许在两个方向上传输，但是，在任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因此半双工模式既可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。它实际上是一种切换方向的单工通信，就和对讲机一样。半双工通信中每端需有一个收发切换电子开关，通过切换来决定数据向哪个方向传输。因为收发存在切换，所以会产生时间延迟，导致信息传输效率低些。移动通信的工作方式移动通信按用户的通话消息传递方向与时间关系可分为：单工制、半双工制和双工制。1.2移动通信的分类和工作方式3.双工制双工制指的是全双工通信，指的是在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下要求通信双方的发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力，同时，需要两根数据线传送数据信号。因此，全双工能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，可在交互式应用和远程监控系统中使用，信息传输效率高。当前蜂窝移动通信的双工制分为频分双工（FrequencyDivisionDuplexing，FDD），时分双工（TimeDivisionDuplexing，TDD）。频分双工FDD采用两个独立的信道分别进行向下传送和向上传送信息的技术。为了防止邻近的发射机和接收机之间产生相互干扰，在两个信道之间存在一个保护频段。FDD操作时需要两个独立的信道，一个信道传输从基站向终端用户发送的信息，另一个信道传输从终端用户向基站发送的信息1.2移动通信的分类和工作方式时分双工时分双工TDD的发射和接收信号是在同一频率信道的不同时隙中进行的，彼此之间采用一定的保证时间予以分离，见图1-5。TDD不需要分配对称频段的频率，并可在每信道内灵活控制、改变发送和接收时段的长短比例，在进行不对称的数据传输时，可充分利用有限的无线电频谱资源，有利于实现明显上下行不对称的互联网业务。1.2移动通信的分类和工作方式FDD使用成对的收发频率。在支持对称业务时能充分利用上下行的频谱，但在进行非对称的数据交换业务时，频谱的利用率则大为降低，约为对称业务时的60%。而TDD则不需要成对的频率，通信网络可根据实际情况灵活地变换信道上下行的切换点，有效地提高了系统传输不对称业务时的频谱利用率。根据ITU的要求，采用FDD模式的系统最高移动速度可达500km/h，而采用TDD模式的系统的最高移动速度只有120km/h。FDD模式/TDD模式的移动系统的优缺点：采用TDD模式工作的系统，上、下行工作于同一频率，其电波传输的一致性使之适于运用智能天线技术，通过智能天线具有的自适应波束赋形，可有效减少多径干扰，提高设备的可靠性。而收、发采用一定频段间隔的FDD系统则难以采用上述技术。在抗干扰方面，使用FDD可消除邻近蜂窝区基站和本区基站之间的干扰。但仍存在邻区基站对本区移动机的干扰及邻区移动机对本区基站的干扰。而使用TDD则能引起邻区基站对本区基站、邻区基站对本区移动机、邻区移动机对本区基站及邻区移动机对本区移动机四项干扰。综比两者，可见FDD系统的抗干扰性能要好于TDD系统。FDD模式/TDD模式的移动系统的优缺点：正交多址的用户间不存在干扰的情况。移动通信中正交多址技术主要有四种：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。1.3移动通信的多址方式正交多址非正交多址方式下每个用户的信号有可能与其他用户的信号存在相关干扰的情况。1.3移动通信的多址方式非正交多址多用户共享接入：Multi-UserSharedAccess，MUSA资源扩展多址接入：ResourceSpreadMultipleAccess，RSMA稀疏编码多址接入：SparseCodeMultipleAccess，SCMA图样分割多址接入：PatternDefinedMultipleAccess，PDMA非正交码分多址接入：Non-orthogonalCodedMultipleAccess，NCMA低码率扩展：LowCodeRateSpreading，LCRS频域扩展：FrequencyDomainSpreading，FDS非正交多址接入：Non-OrthogonalMultipleAccess，NOMAITU简介1.4移动通信标准化相关组织ITU是联合国的一个重要专门机构，也是联合国机构中历史最长的一个国际组织，简称“国际电联”、“电联”或“ITU”。国际电联是主管信息通信技术事务的联合国机构，负责分配和管理全球无线电频谱与卫星轨道资源，制定全球电信标准，向发展中国家提供电信援助，促进全球电信发展。作为世界范围内联系各国政府和私营部门的纽带，国际电联通过无线电通信、标准化和发展电信展览、信息社会世界高峰会议等形式进行活动。我国于1920年加入了国际电报联盟，1932年派代表参加了马德里国际电信联盟全权代表大会，1947年在美国大西洋城召开的全权代表大会上被选为行政理事会的理事国和国际频率登记委员会委员。中华人民共和国成立后，我国的合法席位一度被非法剥夺。1972年5月30日，国际电信联盟第27届行政理事会正式恢复了我国在国际电信联盟的合法权利和席位。我国由工业和信息化部代表中国参加国际电信联盟的各项活动。

ITU与中国2014年10月23日，赵厚麟当选国际电信联盟新一任秘书长，成为国际电信联盟150年历史上首位中国籍秘书长，也成为担任联合国专门机构主要负责人的第三位中国人，2015年1月1日正式上任，任期四年。2018年11月1日，赵厚麟又高票连任国际电信联盟秘书长，2019年1月1日正式上任，任期四年。1.4移动通信标准化相关组织3GPP简介第三代合作伙伴计划（ThirdGenerationPartnershipProject，3GPP）是领先的3G技术规范机构，是由欧洲的ETSI（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，欧洲电信标准化委员会）日本的ARIB（AssociationofRadioIndustriesandBusiness，无线行业企业协会）和TTC（TelecommunicationsTechnologyCommittee，电信技术委员会）中国的CCSA（ChinaCommunicationsStandardsAssociation，中国通信标准化协会）韩国的TTA（TelecommunicationsTechnologyAssociation，电信技术协会）北美的ATIS（TheAllianceforTelecommunicationsIndustrySolution，世界无线通讯解决方案联盟）在1998年12月发起成立的标准化组织，旨在研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即WCDMA，TD-SCDMA，EDGE等。1.4移动通信标准化相关组织3GPP简介简单地说，3GPP一开始为了3G而诞生，后来越战越勇，就坚持4G、5G一路奋斗下去了。目前，3GPP所做的项目涉及蜂窝电信网络技术，包括无线接入、核心传输网络和服务能力，包括编解码器、安全性、服务质量等工作，从而提供完整的系统技术规范。1.4移动通信标准化相关组织3GPP的会员组织伙伴（OrganizationalPartner，OP）也叫做SDO（StandardsDevelopmentOrganization，标准开发组织）主要完成将3GPP制定的技术规范转换为适当的可交付成果（例如，标准）。3GPP的组织伙伴包括欧洲的ETSI、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA、北美的ATIS、中国通信标准化协会CCSA和印度电信标准发展协会TSDSI共七个标准化组织。组织伙伴确定了3GPP的一般政策和战略，并执行以下任务：批准和维护3GPP范围；维护伙伴关系项目说明；决定技术规范组的创建或停止，并批准其范围和职权范围；批准组织合作伙伴资金要求；组织合作伙伴向项目协调小组提供的人力和财力资源分配；作为提交给他们的程序事项的上诉机构。1.4移动通信标准化相关组织3GPP的会员市场代表伙伴（MarketRepresentationPartners，MRP）不是官方的标准化组织，他们是向3GPP提供市场建议（如项目业务和功能需求等）和统一意见的机构组织，由3GPP组织伙伴邀请参与3GPP以提供建议，但没有权限发布和设置标准。市场代表伙伴包括:3GAmericas/Femto论坛/FMCA/GlobalUMTSTDDAlliance/GSA/GSMAssociation/IMSForum/InfoCommunicationUnion/IPV6论坛/MobileIGNITE/TDIA/TD-SCDMA论坛/UMTS论坛等13个。组织合作伙伴和市场代表合作伙伴（MRP）共同执行以下任务：维持伙伴关系项目协议；批准3GPP合作伙伴关系的申请；做出有关3GPP解散的决定。1.4移动通信标准化相关组织3GPP的会员个体会员（IndividualMembers，IM）也称独立会员，是注册加入3GPP的独立成员，拥有和组织伙伴成员相同的参与权利。希望参与3GPP标准制定工作的实体(包括设备商和运营商)均需首先注册为SDO中的成员，从而成为3GPP的个体会员，才具有相应的3GPP决定权以及投票权。全球各知名设备商、运营商均具有3GPP的个体会员席位，共同参与标准规范讨论制定。例如：运营商：VDF、Orange、NTT、AT&T、Verizon、CMCC等。设备商：华为、中兴、Ericsson、NSN&Nokia等。1.4移动通信标准化相关组织3GPP的简介3GPP是目前最大的一个开发技术规范的国际化标准工程组织，过去二十年，3GPP成为引领全球通信业发展的主导性标准化组织。特别是进入5G时代，3GPP的影响力进一步扩大，至今已产生15个发布（Release）的完整版本，最终能够实现商业产品化的技术规范超过1200个，来自成员公司的技术提案已经有数十万项。临近5G时代，越来越多的行业、企业、机构参与到3GPP的生态系统中。目前3GPP有550多名成员公司，这些公司来自于40多个国家，包含网络运营商、终端制造商、芯片制造商、基础制造商以及学术界、研究机构、政府机构。1.4移动通信标准化相关组织3GPP的组织架构3GPP组织三级分为：项目协作组（ProjectCooperationGroup，PCG）、技术规范组（TechnologyStandardsGroup，TSG）和工作组（WorkGroup，WG）。1.4移动通信标准化相关组织TSG-SA工作组职责表1.4移动通信标准化相关组织TSG-RAN工作组职责表1.4移动通信标准化相关组织TSG-CT工作组职责表1.4移动通信标准化相关组织3GPP的工作流程3GPP的技术规范具体工作流程如下：第一步：早期研发第二步：项目提案第三步：可行性研究第四步：技术规范第五步：商用1.4移动通信标准化相关组织3GPP标准化的步骤可以分为三个阶段（对于所有RAN/SA/CT技术规范组都一样进行）：阶段1：业务需求定义；阶段2：总体技术实现方案（架构）；阶段3：实现该业务在各接口定义的具体协议规范。3GPP的文档介绍3GPPRelease规范一般分为技术规范TS（TechnicalSpecification）和技术报告TR（TechnicalReport），发布文档命名规则为“3GPPTS/TRXX.YYYVx.y.z”。1.4移动通信标准化相关组织3GPP的文档介绍3GPP的文档介绍3GPP与中国3GPP与中国3GPP与中国其他组织

3GPP2IEEEGMSAETSIANSICCSAGTI1.4移动通信标准化相关组织各组织与标准之间的关系1.4移动通信标准化相关组织驿使图嘉峪关魏晋墓出土的彩绘《驿使图》，客观真实地记录了距今1600多年前的西北边疆驿使驰送文书的邮驿情形，被认为是我国发现最早的古代邮驿的形象资料。《驿使图》人物的穿戴靴帽看得出其不同于现代邮差的官家地位，高头大马飞奔的节奏和人物无口保密的形象，准备地刻画了通信的基本准则。《驿使图》绘于公元3世纪前后，证明了我国是世界上最早建立邮驿的国家之一。1.5移动通信发展概述移动通信的发展1.5移动通信发展概述移动通信的发展1.5移动通信发展概述习题1.简述移动通信系统的多址方式有哪些，并解释其概念？2.简述移动通信系统的双工方式FDD和TDD的概念和优劣。第2章早期移动通信系统简述目录2.11G模拟移动通信系统2.22GGSM移动通信系统2.33GUMTS移动通信系统2.1.11G发展概述2.11G模拟移动通信系统1901年底，马可尼成功地进行了第一次跨大西洋的无线电报的传输，直到1915年，第一个跨大西洋的语音信号的无线传输才成功发送。又经历了几十年的短波无线电、频率调制及其他关键技术的发展，才完成了第一个移动通信系统的开发。20世纪30年代，美国的几个市政当局开始着手部署无线移动通信系统。1946年，美国电话电报公司AT&T公司（AmericanTelephone&Telegraph，AT&TInc.）在密苏里州的圣路易斯市第一次引入人工移动电话业务，容量最大能支持3路电话同时呼叫。到1948年，AT&T把该业务扩展到100个城市，拥有5000多个用户，其中多数是公共事业公司、卡车司机和记者。2.1.11G发展概述2.11G模拟移动通信系统虽然贝尔实验室早在1947年就提出蜂窝系统的概念和理论，但是受到硬件的限制，直到20世纪70年代才解决了如何实施蜂窝概念的技术难题。1971年，AT&T公司向联邦通信委员会提交了一份关于蜂窝移动概念的提案。1978年，美国贝尔试验室研制成功全球首个移动蜂窝电话系统AMPS（高级移动电话系统）。1983年FCC批准了AMPS，并把800MHz频段上的40MHz宽的频谱分配给他们，在芝加哥及其近郊进行第一代商用蜂窝系统的商业部署。1986年，第一代移动通信系统（1G）在美国芝加哥诞生，采用模拟信号传输，即在无线传输时候将电磁波进行FM模拟调制后，将介于300Hz到3400Hz的语音信号转换到载波频率MHz（一般在150MHz或以上）高频载波电磁波上，载有信息的电磁波发布到空间后，由接收设备接收，并从载波电磁波上还原语音信息，完成一次通话。2.1.11G发展概述2.11G模拟移动通信系统1G时代主要以美国为代表的AMPS，与此同时，各国也在发展自己的移动通信系统，产生了各国基于不同标准的其他模拟蜂窝移动通信系统。1979年，由NET在日本东京开通了第一个商业蜂窝网络，使用的技术标准是日本电报电话NTT（NipponTelegraphandTelephoneCorporation，日本电信电话株式会社)，后来发展了高系统容量版本HICAP（Highcapacitycommunication，大容量通信）。北欧于1981年9月在瑞典开通了NMT（NordicMobileTelephone，北欧移动电话）系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统（TotalAccessCommunicationsSystem，总接入通信系统），德国开通C-450系统等。见表2-1主要的1G系统介绍。主要的第一代蜂窝系统1G发展概述2.1.21G制式标准2.11G模拟移动通信系统1G为模拟通信系统，通信技术使用了多重蜂窝基站，允许用户在通话期间自由移动并在相邻基站之间无缝传输通话。主要制式有AMPS、NMT、TACS等。1.AMPSAMPS高级移动电话系统，运行于800MHz频带，在北美，南美和部分环太平洋国家广泛使用。2.TACSTACS总接入通信系统，由摩托罗拉公司开发，是AMPS系统的修改版本，运行于900MHz频带，分为ETACS（欧洲）和JTACS（日本）两种版本。英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准，我国邮电部于1987年确定以TACS制式作为我国模拟制式蜂窝移动电话的标准。2.1.21G制式标准2.11G模拟移动通信系统1G为模拟通信系统，通信技术使用了多重蜂窝基站，允许用户在通话期间自由移动并在相邻基站之间无缝传输通话。主要制式有AMPS、NMT、TACS等。3.NMT：NMT北欧移动电话，运行于450、900MHz频带，使用于北欧国家、瑞士、荷兰、东欧及俄罗斯等国。NMT450由爱立信和诺基亚公司开发，服务于北欧国家。是世界上第一个多国使用的蜂窝网络标准，运行于450MHz频段；NMT900为升级版本有更高的系统容量，并能使用手持的终端产品。2.1.31G技术特点2.11G模拟移动通信系统第一代移动通信系统的主要技术是以模拟方式工作的模拟调频FM、频分多址FDMA，电磁波使用频段为450/800/900MHz。1G只能应用在一般的模拟语音传输上，频率利用率低导致其容量非常有限，又存在模拟语音品质低、信号不稳定、涵盖范围也不够全面，安全性差和易受干扰等问题。由于主要基于蜂窝结构组网，不同国家采用了不同的工作系统，不能进行移动通信的长途漫游，只能是一种区域性的移动通信系统，只有“国家标准”没有“国际标准”，系统制式混杂不能国际漫游成为了一个突出的问题，也极大限制了1G的发展。2.22GGSM移动通信系统2G开启了数字蜂窝移动通信系统，从1G跨入2G则是从模拟调制进入到数字调制，第二代移动通信具备高度的保密性，同时系统容量也在增加。2G时代虽然标准也比较多，但GSM（GlobalSystemforMobileCommunications，全球移动通信系统）脱颖而出成为2G时代最广泛采用的移动通信制式。GSM也让电话全球漫游成为了可能。2.2.12G发展概述2.22GGSM移动通信系统GSM小组（GroupeSpécialMobile，法语，特别行动小组）创立于1982年。GSM的名字也是源于这个小组的名字，尽管后来决定使用缩写代替了它的原有的含义。最开始这个小组由欧洲邮电管理委员会（ConfederationofEuropeanPostsandTelecommunications，CEPT）负责管理。GSM系统的原始技术在1987年定义。1989年，欧洲电信标准化协会（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，ETSI）从CEPT接手。1990年第一个GSM规范完成，文本长达超过6000页。1992年1月，芬兰移动运营商架设了首个商用GSM网络。时任芬兰总理拨出全球首个GSM电话。移动运营者为该系统设计和注册了满足市场要求的商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（GlobalSystemForMobileCommunications，GSM）。2.2.12G发展概述2.22GGSM移动通信系统2G声音的品质较佳，比1G多了数据传输的服务，数据传输速度为每秒9.6～14.4kbit，最早的文字短信业务从2G开始。2000年5月，诞生了第一款支持WAP（WirelessApplicationProtocol，无线应用协议）的GSM手机是诺基亚7110，它的出现标志着手机上网时代的开始，因GSM系统只能进行电路域的数据交换，且最高传输速率仅为9.6kbit/s。2.2.12G发展概述2.22GGSM移动通信系统2G声音的品质较佳，比1G多了数据传输的服务，数据传输速度为每秒9.6～14.4kbit，最早的文字短信业务从2G开始。2000年5月，诞生了第一款支持WAP（WirelessApplicationProtocol，无线应用协议）的GSM手机是诺基亚7110，它的出现标志着手机上网时代的开始，因GSM系统只能进行电路域的数据交换，且最高传输速率仅为9.6kbit/s。为了实现从传统语音业务到新兴数据业务的支持，GPRS在原GSM网络的基础上叠加了支持高速分组数据的网络，向用户提供WAP浏览（浏览因特网页面）、E-mail等功能，推动了移动数据业务的初次飞跃发展，实现了移动通信技术和数据通信技术的完美结合。GPRS是介于2G和3G之间的技术，也被称为2.5G。GPRS提供最大上行/下行（42.8kbps/85.6kbps）数据传输速率。2.2.12G发展概述2.22GGSM移动通信系统2G时代全球的GSM移动用户已经超过10亿，覆盖了1/7的人口，GSM技术在世界数字移动电话领域所占的比例已经超过70%。2G网络，其实也已经陪伴我们有20多年的时间了。2017年1月17日，美国第二大移动运营商AT&T宣布已于2017年1月1日正式关停了旗下的2G网络。除美国以外，世界各地的主要移动运营商都已经或者打算关闭2G网络。2.2.12G发展概述2.22GGSM移动通信系统1.GSMGSM全球移动通信系统，空中接口采用TDMA，源于欧洲并实现全球化，使用GSN（GPRSSupportNode，GPRS支持节点）处理器，包括SGSN（ServingGPRSSupportNode，服务GPRS支持节点）和GGSN（GatewayGPRSSupportNode，网关GPRS支持节点）。GSM系统采用用户身份识别（SubscriberIdentificationModule，SIM）技术鉴别用户来识别移动用户，为发展个人通信打下了基础。2.IDENIDEN（IntegratedDigitalEnhancedNetwork，集成数字增强型网络）：空中接口采用TDMA，美国独有的系统，被美国电信系统商Nextell使用。2.2.22G制式标准2.22GGSM移动通信系统3.IS-136﹙D-AMPS﹚IS-136﹙D-AMPS﹚空中接口采用TDMA，美国最简单的TDMA系统，用于美洲。4.IS-95IS-95﹙CDMAOne﹚空中接口采用CDMA，美国最简单的CDMA系统，用于美洲和亚洲一些国家。5.PDCPDC（PersonalDigitalCommunication，个人数字通信）空中接口采用TDMA，仅在日本普及。2.2.22G制式标准2.2.32G系统结构2.22GGSM移动通信系统GSM网络接口模型2.2.32G系统结构2.2.42G技术特点2G技术基本可被为分两种，一种是基于TDMA所发展出来的以GSM为代表，另一种则是CDMA。我国批准GSM频段2.2.42G技术特点2.2.42G技术特点1.频带利用率高2.容量大3.话音质量高4.开放的接口5.安全性高6.实现了互连和漫游2.33GUMTS移动通信系统3G技术复杂，从2G一下迈向3G无法马上实现，于是2.5G移动通信技术应运而生，2.5G引入了分组交换技术，突破了2G电路交换技术对数据传输速率的制约。电路交换负责进行语音等数据传输，分组交换则将语音等转换为数字格式，通过互联网进行包括语音、视频和其它多媒体内容在内的数据包传输。分组交换技术使数据传输速率有了质的突破。2.5G主要是代表为：GPRS，HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙（Bluetooth）、EPOC等技术。1985年，在美国的圣迭戈成立的高通公司利用美国军方解禁的“展布频谱技术”开发了一种码分多址（Code-DivisionMultipleAccess，CDMA）的新通讯技术，促使了3G的诞生。2.3.13G发展概述2.33GUMTS移动通信系统3G由ITU在1985年提出，当时称为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），1996年更名为国际移动通信2000标准（IMT-2000，InternationalMobileTelecomSystem-2000），意为该系统工作在2000MHz频段，最高业务速率可达2000kb/s，在2000年左右得到商用。在2000年5月ITU正式确定WCDMA（宽带码分多址）、CDMA2000、TD-SCDMA（时分-同步码分多址技术）为第三代移动通信标准三大主流无线接口标准。其中TD-SCDMA为中国提交的标准。2007年，WiMAX成为3G的第四大标准。WiMAX定位是取代WiFi的一种新的宽带无线传输方式，类似于3.5G技术，用于提供终端使用者任意上网的连结。2.3.13G发展概述2.33GUMTS移动通信系统日本是世界上3G网络起步是最早的，2000年12月日本以招标方式颁发了3G牌照，2001年10月NTTDoCoMo在世界第一个开通了WCDMA服务。中国电信行业在这个时代也开始迎来了突破，1998年6月30日，中国正式向ITU提交拥有自主知识产权的TD-SCDMA作为第三代移动通信标准的候选标准。2000年该标准被ITU接受。这是我国首次提出并被国际认可的完整的通信系统标准，对改变当时我国移动通信产业落后的状况，提高移动通信产业的自主创新能力和核心竞争力具有十分重要的意义。我国于2009年的1月7日颁发了三张3G牌照，分别是中国移动的TD-SCDMA、中国联通的WCDMA和中国电信的CDMA2000，至此，我国正式进入3G时代。2.3.13G发展概述UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统)最初由ETSI开发，作为IMT-2000的一个基于GSM演进的3G系统。1998年，随着GSM走向全球，全世界6个地区的电信标准机构联合起来组成3GPP，继续开发UMTS及继承GSM的一些其它标准。1999年，3GPP完成并发布了第一个3GUMTS标准，该标准通常被称为UMTSRelease99。UMTSRelease99被广泛地部署在世界各地。根据商业团体3GAmericas和UMTSForum的说法，到2010年5月，UMTS已经被346个运营商在超过148个国家进行部署，已有4.5亿个用户。2.33GUMTS移动通信系统2.3.13G发展概述2.33GUMTS移动通信系统UMTS作为3GPP制定的全球3G标准，包括CDMA接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。UMTS的三种国际制式的具体技术指标见表2-4。2.3.2UMTS制式标准2.3.2UMTS制式标准中国三大运营商的3G频道表2.33GUMTS移动通信系统2.3.3UMTS系统架构2.33GUMTS移动通信系统UMTS的网元功能2.33GUMTS移动通信系统UMTS系统的网络单元包括以下部分：1）UE（UserEquipment，用户终端设备）UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括话音通信、数据通信、移动多媒体通信、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、FTP等）。其中UE包括两部分：

USIM（TheUMTSSubscriberModule），提供用户身份识别。

ME（TheMobileEquipment），提供应用和服务。USIM和ME之间通过Cu标准接口相连。UMTS系统的网络单元2.33GUMTS移动通信系统2）UTRAN（UMTS陆地无线接入网）UTRAN分为基站（NodeB）和无线网络控制器（RNC）两部分。（1）NodeB基站NodeB通过Iub接口和RNC互连，完成Uu接口物理层协议的处理。主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，包括基带信号和射频信号的相互转换、功率控制等的无线资源管理功能。NodeB在逻辑上对应于GSM网络中基站（BTS）。UMTS系统的网络单元2.33GUMTS移动通信系统（2）RNC（RadioNetworkController，无线网络控制器）RNC主要用于控制UTRAN的无线资源。RNC通过Iu接口与CN相连，UE和UTRAN之间的无线资源控制（RRC）协议在此终止。RNC在逻辑上对应GSM网络中的基站控制器（BSC）。RNC主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。要强调的是如果在一个UE与UTRAN的连接中用到了多个RNS的无线资源，那么这些涉及的RNS可以分SRNS、DRNS。UMTS系统的网络单元2.33GUMTS移动通信系统3）CN（CoreNetwork，核心网）核心网（CN）从逻辑上可划分为电路域（CS域）、分组域（PS域）和广播域（BC域）。CS域设备是指为用户提供“电路型业务”，或提供相关信令连接的实体，包括：MSC、GMSC、VLR、IWF。PS域为用户提供“分组型数据业务”，实体包括：SGSN和GGSN。其它设备如HLR（或HSS）、AuC、EIR等为CS域与PS域共用。CN负责与其它网络的连接和对UE的通信和管理。在UMTS系统中，不同协议版本的核心网设备有所区别。UMTS系统的网络单元2.33GUMTS移动通信系统UMTS的第一个版本R99版本结构图（1）MSC/VLRMSC/VLR是WCDMA核心网CS域功能节点，通过Iu-CS接口与UTRAN相连，通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN/ISDN等）相连，通过C/D接口与HLR/AUC相连，通过E接口与其它MSC/VLR、GMSC或SMC相连，通过CAP接口与SCP相连，通过Gs接口与SGSN相连。MSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。MSC为电路域特有的设备，用于连接无线系统（包括BSS、RNS）和固定网。MSC完成电路型呼叫所有功能，如控制呼叫接续，管理MS在本网络内或与其它网络（如PSTN/ISDN/PSPDN等）的通信业务，并提供计费信息。VLR是电路域特有的设备，存储进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的必要数据。当MS漫游到一个新的VLR区域后，该VLR向HLR发起位置登记，并获取必要的用户数据；当MS漫游出控制范围后，则删除该用户数据，因此VLR可看作为一个动态数据库。一个VLR可管理多个MSC，但在实现中通常都将MSC和VLR合为一体。R99版本核心网的主要功能实体（2）网关MSC（GMSC）GMSC（GatewayMobileSwitchingCenter，网关移动交换中心）GMSC是电路域特有的设备，也是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节点，通过PSTN/ISDN接口与外部网络（PSTN/ISDN/其它PLMN）相连，通过C接口与HLR相连，通过CAP接口与SCP相连。主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功能。GMSC是电路域特有的设备。GMSC作为系统与其它公用通信网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSC查询，然后将呼叫转接到MS目前登记的MSC中。具体由运营商决定那些MSC可作为GMSC，如部分MSC或所有的MSC。R99版本核心网的主要功能实体（3）SGSNSGSN（服务GPRS支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，它通过Iu-PS接口与UTRAN相连，通过Gn/Gp接口与GGSN相连，通过Gr接口与HLR/AUC相连，通过Gs接口与MSC/VLR，通过CAP接口与SCP相连，通过Gd接口与SMC相连，通过Ga接口与CG相连，通过Gn/Gp接口与SGSN相连。SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。SGSN为PS域特有的设备，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS、RNS的连接，在核心网内，SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理MS在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。R99版本核心网的主要功能实体（4）GGSNGGSN（网关GPRS支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，通过Gi接口与外部数据网络（Internet/Intranet）相连。GGSN提供数据包在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装。GGSN主要功能是同外部IP分组网络的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就类似可寻址WCDMA移动网络中所有用户IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息。GGSN是分组域特有的设备。GGSN作为移动通信系统与其它公用数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，数据先到GGSN，再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息，然后将呼叫转接到目前登记的SGSN中。GGSN也提供计费接口。R99版本核心网的主要功能实体（5）HLRHLR（归属位置寄存器）是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点，它通过C接口与MSC/VLR或GMSC相连，通过Gr接口与SGSN相连，通过Gc接口与GGSN相连。HLR的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。HLR为CS域和PS域共用设备，是一个负责管理移动用户的数据库系统。PLMN可以包含一个或多个HLR，具体配置方式由系统容量、用户数和网络结构所决定。HLR存储本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等。当用户漫游时，HLR接收新位置信息，并要求前VLR删除用户所有数据。当用户被叫时，HLR提供路由信息。R99版本核心网的主要功能实体（6）鉴权中心（AuC）AuC为CS域和PS域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体。AuC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR、MSC以及SGSN，以保证通信的合法和安全。每个AuC和对应的HLR关联，只通过该HLR和外界通信。通常AuC和HLR结合在同一物理实体中。（7）设备识别寄存器（EIR）EIR为CS域和PS域共用设备，存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。其中，移动设备被划分“白”、“灰”、“黑”三个等级，并分别存储在相应的表格中。中国没有用到该设备。R99版本核心网的主要功能实体UTRAN基本结构2.33GUMTS移动通信系统2.33GUMTS移动通信系统UTRAN通用协议结构模型2.33GUMTS移动通信系统通用协议结构从水平层来看，协议结构主要包含两层：无线网络层和传输网络层。无线网络层包含所有与UTRAN有关的协议。传输网络层是指被UTRAN所选用的标准的传输技术，与UTRAN的特定的功能无关。通用协议结构从垂直平面来看，协议结构主要包括控制面和用户面。控制面包括的应用协议有：Iu口的无线接入网络应用部分（RadioAccessNetworkApplicationPart，RANAP）、Iur口的无线网络子系统应用部分（RadioNetworkSubsystemApplicationPart，RNSAP）、Iub口的节点B应用部分（NodeBApplicationPart，NBAP）和用于传输这些应用协议的信令承载。UTRAN通用协议结构2.33GUMTS移动通信系统（1）用户数据传输功能（2）系统接入控制功能（3）移动性管理功能（4）无线资源的管理和控制功能（5）无线信道的加密和解密功能（6）广播和多播功能（7）跟踪和流量报告功能UTRAN的功能2.33GUMTS移动通信系统3GUMTS保留了GSM/GPRS的基本体系结构，但3G的空中接口完成了全新的定义，系统可以是FDD/TDD运行模式，其中FDD部署较为广泛。UMTS系统除继承了CMDA的技术优势外，还采用了软件无线电、双工模式、智能天线、多用户检测、同步技术、动态信道分配、接力切换和Turbo编码等关键技术，其中时分双工、智能天线、接力切换是TD-SCDMA特有的关键技术。3G在无线技术上的创新主要表现在以下几方面：2.3.43G技术特点2.33GUMTS移动通信系统采用高频段频谱资源频率复用系数高，工程设计简单，扩容方便多业务、多速率传送完善的功率控制宽带射频信道，支持高速率业务自适应天线及软件无线电技术采用独特的软切换技术，降低了掉话率2.3.43G技术特点习题1.1G移动通信系统的多址方式是什么？2.2G移动通信系统的多址方式是什么？3.什么是UMTS？4.UMTS的三种主流国际制式是什么，各自的双工方式采用的什么？5.UMTS的关键技术有哪些？第3章LTE移动通信系统目录3.1LTE系统发展概述3.2LTE系统架构3.3LTE帧结构3.1.1LTE发展概述LTE是长期演进（Long-TermEvolution）的简称，是3GPP主导的UMTS技术的长期演进，LTE关注的核心是无线接口和无线组网架构的技术演进问题。简单来讲LTE是3G的演进，但并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，其改进了3G的空中接入技术，采用OFDMA（OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交频分多址）、MIMO（Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出）作为无线网络演进的标准。3.1LTE系统发展概述3.1.1LTE发展概述2004年底，3GPP的运营商成员面对日益增长的移动宽带数据需求和WiMAX等新兴无线宽带技术标准的挑战，为了保持3GPP标准在业界中的长期竞争优势，推动3GPP设立了LTE标准化项目。项目自2005年初正式启动，历时近四年，于2008年12月完成了LTE第一个版本的技术规范，即R8。R8LTE在20MHz系统带宽的情况下，下行峰值速率超过300Mb/s，上行峰值速率超过80Mb/s。3.1LTE系统发展概述3.1.1LTE发展概述LTE包括TD-LTE和LTEFDD两种双工方式，其中我国首先提出并最先形成国际标准的TD-LTE已成为全球非成对频谱部署宽带移动通信系统的最佳技术选择。之后，为了实现LTE技术的进一步演进，并满足ITU对IMT-Advanced（即4G）的技术需求，3GPP在通过R9对LTE标准进行局部增强后，于2009年启动了LTE演进标准——LTE-A的研究和标准化工作。LTE-A的第一个版本R10被ITU接纳为4G国际标准，R10版本的LTE-A标准支持100MHz带宽，峰值速率超过1Gb/s。之后LTE-A又相继形成R11、12，13、14、15等演进版本。3.1LTE系统发展概述3.1.2LTE的需求和目标总的来说，3GPP的系统设计是将运营成本、维护成本、用户使用成本、用户使用感知等因素进行归纳，最终形成最后的需求。作为后3G时代革命性的技术，LTE把提高用户传输数据速率、降低系统时延、提高系统容量和广覆盖等要求作为了主要设计目标。3.1LTE系统发展概述 高速率：在20MHz频谱带宽能够提供下行100/150Mb/s，上行50/75Mb/s；其中TD-LTE下行100Mb/s、上行50Mb/s的峰值速率；在4×4MIMO下提供300Mb/s的下行链路峰值速率和75Mb/s的上行链路峰值速率。 低延时：降低系统时延，用户平面内部单向传输时延小于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间小于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms； 广覆盖：支持100km半径的小区覆盖；

3GPPLTE项目（R8）的系统性能需求目标

移动性：能够为350km/h高速移动用户提供>100kb/s的接入服务； 高频谱效率：在有负荷的网络中，下行频谱效率达到3GPPR6HSDPA的3～4倍，上行频谱效率达到R6HSUPA的2～3倍。 频谱灵活性：支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.4M/3M/5M/10M/15M/20MHz的带宽。 高QoS：改善小区边缘用户的性能；更低的CAPEX（CapitalExpenditure，资本性支出），OPEX（OperatingExpense，运营成本）。3GPPLTE项目（R8）的系统性能需求目标3.1.3LTE的标准演进3.1.3LTE的标准演进LTE、LTE-A和LTE-AdvancedPro的划分FDD-LTE与TD-LTE3.1.4LTE制式标准与频段类似于3G制式有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种，目前国际主要4G标准技术为LTE，LTE又分为LTEFDD和LTETDD（或简写为TD-LTE）两种制式，其中LTETDD是中国提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术，是我国3G的TD-SCDMA的长期演进技术，故也称为TD-LTE。与TD-LTE名称对应，国内又将LTEFDD习惯称为FDD-LTE。1）FDD-LTE3.1.4LTE制式标准与频段FDD-LTE也是长期演进技术，与TD-LTE不同的是，FDD-LTE采用的是FDD频分双技术。FDD采用两个对称的频率信道进行发送和接收，这两个信道之间存在着一定的频段保护间隔，LTE系统中上下行频率间隔可以达到190MHz。LTE由于其频段的多样化，不同频段的收发间隔是不同的。FDD理论上行速率达到75Mb/s，下行达到150Mb/s。FDD具有如下优势：（1）同样的时间内，FDD传输的数据量要大一倍；（2）覆盖范围更大，且上下行不受限；（3）收发频率不同频，能够有效地隔离干扰；（4）由于无线技术的差异、使用频段的不同以及各个厂家的利益等因素，FDD-LTE的标准化与产业发展都领先于TD-LTE。FDD-LTE已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一种4G标准。2）TD-LTE3.1.4LTE制式标准与频段TD-LTE是TDD版本的TD-SCDMA的长期演进技术，采用了时分双工技术。TDD的发送和接收信号在同一频率信道的不同时隙中进行，彼此之间采用一定的保护时间予以分离。它不需要分配对称频段的频率，可以充分利用零散的频谱资源。TDD理论上行速率达到50Mb/s，下行达到100Mb/s。TD-LTE具有如下优势：（1）能够灵活配置频率，充分利用FDD系统不易使用的零散频段；（2）能够调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，高效地支持非对称业务；（3）具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，降低了设备成本；（4）接收上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一个开关即可，降低了设备的复杂度；（5）具有上下行信道互惠性，能够更好的采用传输预处理技术，如预编码技术、智能天线技术等，可以有效地降低移动终端的处理复杂性和成本。（6）能够采用波束赋形的天线技术，所以TDD的下行业务覆盖优势明显。FDD-LTE与TD-LTE的比较3.1.4LTE制式标准与频段TD-LTE更适合不对称的互联网业务，而FDD-LTE更适合对称的语音、视频通话类业务。TDD适合区域覆盖，FDD适合大面积覆盖。TDD多天线技术的灵活应用，易于提升性能和覆盖。TD-LTE的建网成本较FDD-LTE系统低。TD-LTE频率利用更灵活。FDD-LTE必须使用成对的频率，如下行和上行各10MHz，而TD-LTE则可灵活使用单块的频率进行部署，如一个20MHz的频率。目前虽已形成TD-LTE全球发展的全新TDD产业格局，但在全球市场规模、商用终端类型及款数等方面，TD-LTE与FDD-LTE仍有一定差距，整体进展滞后于FDD。为了充分发挥TD-LTE与FDD-LTE各自的优势，国际上已开始采用TD-LTE与FDD-LTE混合组网的模式，FDD-LTE用于广域覆盖，将TD-LTE用于热点区域覆盖，在人流量密集的地方（如大型商场、体育馆、会展中心、大学等）作为广覆盖FDD-LTE的补充。FDD-LTE与TD-LTE的频段划分3.1.4LTE制式标准与频段运营商在选择某种制式的技术之前，首先考虑的是其获取的频段以及能支持的带宽。对于FDD方式，要求有上下行对称频段；对于TDD则无此要求，只要有一段连续频段即可，上下行可共用此频段。所以TDD可用的频段会比较多。大部分国家的TDD频段都和3GPP的划分一致，主要集中在2600MHz和2300MHz频段。1900MHz和2000MHz的频段比较少见。FDD-LTE的主流应用频段是2600MHz、1800MHz和低频段的700MHz、800MHz。3GPPE-UTRA（EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccess，增强型UMTS陆地无线接入）工作频谱划分见表3-4。还要强调是TDD和FDD在1920MHz的临近段，TDD的基站会对FDD的基站造成干扰，所以这里要留保护带，保护带一般会由TDD留。因为TDD留5MHz保护带就只占用5MHz频谱，而如果是FDD留5MHz，因为FDD频谱上下行的对称性，就相当于占用2×5MHz，这对频谱资源是一种极大的浪费。中国三大运营商的E-UTRA工作频段3G技术特点LTE频段和频点映射频段，是指工作波段的频率范围，单位是MHz。频点，是指具体的绝对频率值，也是一个给固定频率的编号，是一个无量纲单位。频点一般是一个频段的中心频率，频段与频点一一对应，并在3GPP协议中有明确规定。频段中的频点不能随意变更。LTE的绝对频点号记为EARFCN（E-UTRAAbsoluteRadioFrequencyChannelNumber）。3GPP对LTE各频段对应的频点规定见表3-7频段和频点映射LTE频段和频点映射下行频率计算公式：

（3-1）其中，FDL为该载频下行频率，FDL_low对应频段的最低下行频率，NDL为该载频下行频点号，NOffs-DL对应频段的最低下行频点号，由表3-7对应频段可查。上行频率计算公式：

（3-2）其中，FUL为该载频上行频率，FUL_low对应频段的最低上行频率，NUL为该载频上行频点号，NOffs-UL对应频段的最低上行频点号，由表3-7对应频段可查。频段和频点映射LTE频段和频点映射LTE频段和频点映射【例题3-1】在某次路测中，测到了一个下行EARFCN为100的频点号，可以得到什么信息？【解】通过查表3-7，发现100的频点号属于RangeofNDL的0-599之间。从中可以看出该频点是1频段，属于33之前的频段，确定这是FDD的频段。根据公式3-1：FDL

=FDL_low+0.1×(NDL–NOffs-DL)=2110+0.1×(100–0)=2120MHz。所以，从这个下行频点100，我们可知它是FDD1频段的频段号，查表3-6可知属于中国电信运营范围，通过计算可知其对应的下行频率为2120MHz。LTE频段和频点映射【例题3-2】计算频点号EARFCN为38000的频段的上下行频率。【解】通过查表3-7，确定EARFCN=38000处于RangeofNDL

和RangeofNUL的范围，属于38频段的频段号。根据公式(3-1)：FDL=FDL_low+0.1×(NDL–NOffs-DL)=2570+0.1×(38000–37750)=2595MHz根据公式(3-2)：FUL=FUL_low+0.1×(NUL–NOffs-UL)=2570+0.1×(38000–37750)=2595MHz因此，可知，频点号EARFCN为38000的频段的下行频率为2595MHz，上行频率为2595MHz。【例题3-3】计算F频段1890MHz的频点？【解】先通过查表3-4，可知1890MHz频率属于39频段在查表3-7的39频段，得到FDL_low=1880MHz

，Noffs_DL=38250，FUL_low=1880MHz

，Noffs_UL=38250由公式(3-3)可得

下行频点NDL=10×(FDL-FDL_low)+Noffs_DL=10×(1890-1880)+38250=38350上行频点NUL=10×(FUL-FUL_low)+NOffs-UL=10×(1890-1880)+38250=38350因此，通过计算可知，F频段1890MHz的频点是38350。3.2.1SAE、E-UTRA、E-UTRAN、EPC和EPS概念3.2LTE系统架构 LTE=E-UTRAN E-UTRAN=UE+eNB E-UTRA=E-UTRAN-Network EPC=MME+SGW+PGW EPS=E-UTRAN+EPC3.2.2LTE系统总体架构3.2LTE系统架构基站eNodeB（eNB，基站）、MME（MobilityManagementEntity，移动管理实体）、S-GW（ServingGateWay，服务网关）和PDN网关P-GW（PacketDataNetworkGateway，分组数据网网关）为逻辑网元点。白色底框是各网元点的主要功能描述。阴影底框的RRC/PDCP/RLC/MAC/PHY是无线接入的协议。1.总体架构2.接入网E-UTRAN3.2LTE系统架构E-UTRAN仅由基站eNB组成。E-UTRAN向UE提供E-UTRA用户面（PDCP/RLC/MAC/PHY）和控制平面（RRC）协议的功能。eNB通过X2无线接口相连接。eNB通过S1无线接口连接到EPC（演进分组核心网），更具体地说，通过S1-MME接口连接到MME，通过S1-U接口连接到服务网关S-GW。S1接口支持MME/S-GW和eNB之间的多对多关系。S1接口的用户面S1-U终止在S-GW上，S1接口的控制面S1-C终止在MME上。控制面和用户面的另一端终止在eNB上。LTE/SAE网络架构的演进3.2LTE系统架构2.接入网E-UTRAN3.2LTE系统架构LTE的eNB的功能主要是提供用户的服务和资源管理，除了提供和管理区域内用户的空中接口功能之外，还要提供小区间无线资源管理、无线承载控制、连接移动管理、无线接入控制、eNB测量配置和动态资源分配/调度等功能。LTE减少了UE的状态，在eNB中仅存在两种RRC状态：RRC_IDLE（空闲状态）、RRC_CONNECTED（连接状态）。LTE删除了其他状态，简化了状态迁移管理的复杂度，降低了状态迁移所用的时间。3.核心网EPC3.2LTE系统架构LTE的全IP、低时延的EPC网络体系结构，能大幅度减少建设成本，支持高实时和丰富的媒体业务，能带来更好的体验质量和更大的系统容量。EPC不仅能支持LTE等新的无线接入网络，也能通过SGSN的连接与早期的2GGERAN和3GUTRAN进行交互。EPC提供的功能包括接入控制、分组路由及传输、移动性管理、安全、无线资源管理和网络管理。1）移动性管理实体MME3.核心网EPCMME功能与网关功能分离，实现了控制面/用户面分离的架构，有助于网络部署、单一技术的演进以及全面灵活的扩容。MME主要提供NAS安全、空闲状态移动性管理和EPS承载控制功能，具体包括：NAS（非接入层）信令；NAS信令安全性（信令的加密和完整性保护）；AS安全控制（鉴权认证、信令完整性保护和数据加密）；

用于支持3GPP接入网之间移动性的CN节点间信令；

空闲状态UE的可达（含寻呼重传消息的控制和执行）；1）移动性管理实体MME3.核心网EPC跟踪区（TA）列表管理(用于空闲和激活状态的UE)；PDNGW（P-GW）和S-GW选择；切换中MME发生变化时的MME选择；切换到3GPP2G或3G接入网时的SGSN选择；漫游；身份验证；更多管理功能，包括专用承载的建立；支持PWS（公共预警系统），包括ETWS（地震海啸预警系统）和CMAS（商用手机预警系统）消息的发送。2）服务网关S-GW3.核心网EPCS-GW是面向3GPP无线接入网络接口的终端，即本地基站切换时的锚点，主要提供移动性管理功能，具体包括： 用于eNB间切换的本地移动性锚点； 用于3GPP其它无线网络切换时的移动性锚定；

E-UTRAN空闲模式下行分组缓冲和网络触发业务初始化的请求程序； 合法拦截； 分组路由和转发； 上行链路和下行链路中的传输层包标记； 存储用于运营商间计费的用户信息和QCI（QoS等级标识）；

UE、PDN和QCI对每个UE、PDN和QCI的UL和DL收费。3）PDN网关P-GW3.核心网EPCP-GW提供了UEIP分配和基于用户的包过滤功能，即实现控制IP数据业务、配置IP地址、强制执行策略，并为非3GPP接入网络提供接入，具体内容包括： 基于每个用户的包过滤(例如深度包检测)； 合法拦截；

UEIP地址分配； 下行链路中的传输层包标记；

UL和DL服务计费、选通和速率执行；

DL基于APN-AMBR（用来限制相同APN下所有非GBR承载的汇聚最大速率的QoS参数）的速率执行。3.2.3