《LTE系统结构》课件

LTE系统结构LTE系统概述高带宽LTE提供高速数据传输，支持多种移动数据应用，满足用户对高速上网的需求。低延迟LTE网络延迟低，保证用户在实时应用中流畅体验，例如视频通话和在线游戏。广覆盖LTE网络覆盖范围广，支持多种网络部署模式，满足不同地区的用户需求。LTE网络架构LTE网络架构由接入网和核心网两部分组成。接入网负责无线信号的传输，核心网负责用户数据和业务的管理。LTE网络部署模式1宏蜂窝覆盖范围广，适用于人口密集地区，基站功率较大，成本较高。2微蜂窝覆盖范围较小，适用于人口密度较低的地区，基站功率较小，成本较低。3微微蜂窝覆盖范围更小，用于补充宏蜂窝的覆盖，适用于特定区域，成本较低。4室内分布系统用于室内覆盖，通常用于大型商场、机场等场所，成本较高。LTE网络功能实体eNodeB基站，负责无线资源管理、数据传输和用户接入。MME移动性管理实体，负责用户身份认证、会话管理和移动性管理。S-GW用户面网关，负责数据转发和流量控制。P-GW业务网关，负责业务路由和计费。用户设备(UE)用户设备(UE)是指用户用来访问LTE网络的终端设备。常见的UE包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。UE通过LTE空中接口与基站进行通信，并支持各种无线数据服务，如语音通话、数据上网、视频通话等。基站(eNodeB)LTE网络的关键节点eNodeB是LTE网络中的核心基础设施，负责无线信号的传输和接收，连接用户设备(UE)与核心网。无线接入的关键eNodeB通过天线发射和接收无线信号，为用户设备提供高速数据连接和语音服务。移动性管理实体(MME)MME是LTE核心网中的一个关键组件，负责管理用户设备的移动性和安全功能。MME处理用户身份验证、安全密钥生成、数据会话管理、用户位置更新等功能，确保用户在LTE网络中安全和高效地移动。用户面网关(S-GW)S-GW是LTE网络中的核心组件之一，负责处理用户数据流量，例如语音、视频和数据。它连接到eNodeB和P-GW，在用户数据流经网络时进行转发和管理。S-GW负责数据包的路由、流量控制、安全性和QoS管理，保证用户数据能够顺利传输。它还参与用户的移动性管理，支持用户在不同基站之间的切换。业务网关(P-GW)业务网关(P-GW)是LTE核心网中的一个关键组件，负责处理用户数据流量的路由、策略控制和计费等功能。P-GW与S-GW协同工作，确保用户数据流量能够正确地路由到目标服务器，并根据用户的订阅套餐和网络策略进行流量控制和计费。P-GW还负责与外部网络进行互联，例如互联网和企业专网，为用户提供各种类型的网络服务。订户配置实体(HSS)用户身份验证HSS存储用户的身份信息，并进行身份验证，确保用户身份的真实性。用户数据管理HSS存储用户数据，例如用户配置文件、订阅信息和服务信息，方便管理。网络功能实体交互HSS与其他网络功能实体，例如MME和PCRF，进行交互，实现用户认证、授权和计费等功能。策略及收费控制实体(PCRF)PCRF是LTE核心网中一个重要的功能实体，负责控制用户的业务策略和收费。它根据用户的资费计划、服务质量要求和其他策略，决定用户可以使用哪些服务，以及如何收费。PCRF还负责管理用户流量，控制用户的数据流量大小和速度，并确保用户流量符合网络的容量限制。LTE接入网参考架构LTE接入网主要包括基站（eNodeB）和用户设备（UE），负责用户与核心网之间的无线连接。eNodeB负责无线资源管理、数据传输、移动性管理等功能，UE负责与eNodeB进行无线通信，接收和发送数据。LTE核心网参考架构LTE核心网是LTE系统的核心部分，负责控制和管理所有LTE网络功能实体，包括用户身份认证、业务建立、切换、流量控制等功能。核心网通过与接入网eNodeB和用户设备UE进行通信，为用户提供高质量的语音和数据业务。LTE核心网主要由以下功能实体组成：MME（移动性管理实体）：负责用户身份认证、安全控制、切换等功能。S-GW（用户面网关）：负责用户数据转发和安全控制。P-GW（业务网关）：负责流量控制、计费和策略控制。HSS（订户配置实体）：负责存储用户数据信息。PCRF（策略及收费控制实体）：负责制定和执行网络策略。LTE网络接口Uu接口UE和eNodeB之间的空中接口，用于数据传输和控制信令。S1接口eNodeB和MME之间的接口，用于用户认证、注册和切换控制。S5/S8接口MME和S-GW/P-GW之间的接口，用于数据路由和用户面控制。X2接口eNodeB之间的接口，用于切换、负载均衡和小区间协调。LTE空中接口LTE使用OFDMA技术，支持上下行数据传输通过TDD和FDD两种模式实现频谱共享支持高速数据传输，提供更高的用户体验LTE协议栈体系网络层IP协议、路由协议数据链路层MAC协议、RLC协议信令层RRC协议、NAS协议物理层无线传输、信道编码LTE空中接口物理层1物理信道LTE空中接口物理层定义了物理信道和资源块，用于传输数据和控制信息。2调制和编码采用QPSK、16QAM、64QAM等调制方式和Turbo码等编码技术，提高数据传输效率。3多天线技术支持MIMO技术，利用多根天线进行信号传输和接收，提高数据速率和覆盖范围。4频率复用使用OFDMA技术，将频谱资源划分成多个子载波，提高频谱利用率。LTE空中接口信令层RRC层负责无线资源控制，管理UE和eNodeB之间的连接，包括建立、维护和释放连接。MAC层负责媒体接入控制，管理无线链路上的数据传输，包括调度、流量控制和错误控制。RLC层负责无线链路控制，提供可靠的数据传输服务，包括数据分段、重传和确认。PDCP层负责分组数据汇聚，对IP数据进行压缩和加密，保证数据安全和高效传输。LTE数据链路层1MAC层负责资源分配、调度和数据传输2RLC层提供可靠的数据传输，处理数据分组的分割和重组3PDCP层对数据进行压缩和加密，以及头部压缩和数据分组LTE网络层1IP层负责数据包的路由和转发2数据链路层提供可靠的数据传输和错误检测3物理层负责数据在无线信道中的传输LTE承载管理1资源分配LTE网络根据用户的服务质量要求，分配不同的资源，如带宽和时延。2流量控制网络通过限制用户的流量使用，以保证网络的稳定性和效率。3数据优先级网络可以根据不同的服务类型，设定数据优先级，保证关键业务的正常运行。LTE身份认证流程UE请求认证用户设备(UE)向网络发起认证请求。网络验证身份网络通过MME和HSS验证UE的身份信息。生成安全密钥网络生成一个安全密钥，用于后续数据传输的加密和完整性保护。UE确认认证UE接收到安全密钥后，确认身份认证成功。LTE注册流程1网络选择UE扫描并选择合适的LTE网络2连接建立UE与eNodeB建立无线连接3身份认证UE向MME进行身份认证4注册完成UE完成注册，获得网络资源LTE业务建立流程1用户设备(UE)发起业务请求用户设备(UE)向基站(eNodeB)发起业务请求，例如发起语音通话或数据连接。2基站(eNodeB)向核心网发送业务建立请求基站(eNodeB)将UE的业务请求转发到核心网的移动性管理实体(MME)进行处理。3核心网(MME)分配资源和建立业务连接MME负责分配资源和建立业务连接，并向UE发送业务建立成功通知。4业务数据传输UE和核心网之间建立业务连接后，就可以进行业务数据传输，例如语音通话或数据下载。5业务释放当业务结束时，UE向基站发送业务释放请求，核心网释放资源并关闭业务连接。LTE切换及重定向流程1切换优化用户体验2重定向优化网络负载3流程基于信令交互LTE码率控制和QoS保证码率控制LTE系统通过码率控制来确保网络资源的有效利用，并为不同用户提供差异化的服务质量保障。码率控制主要通过调整数据传输速率来实现，以适应网络拥塞状况和用户的实际需求。QoS保证LTE系统采用多种机制来保证用户的服务质量，包括优先级调度、资源分配和流量控制等。QoS保证可以确保关键业务数据的及时传输，并提供稳定的网络性能，为用户提供高质量的通信体验。LTE网络安全机制数据加密LTE网络使用AES算法加密数据，以保护用户数据在传输过程中的安全。身份认证LTE网络使用多种身份认证机制，例如EAP和AKA，以验证用户身份和确保连接的安全性。访问控制LTE网络使用访问控制机制，以限制用户的访问权限并防止未经授权的访问。安全机制LTE网络使用安全机制来保护网络免受恶意攻击，例如DoS攻击和中间人攻击。LTE网络性能100数据速率LTE网络提供高达100Mbps的下行数据速率和50Mbps的上行数据速率，满足用户高速数据传输需求。10延迟LTE网络的延迟通常在10毫秒左右，能够提供流畅的实时通信体验，例