LTE网络结构和协议.ppt

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LTE基本原理培训教材中兴通讯销售体系工程服务部TD用服部姓名:

杜雨舟E-mail:

什么是什么是LTELTE？

什么是LTE？

LTE=LongTermEvolutionLTE=LongTermEvolution，又称，又称E-UTRA/E-UTRANE-UTRA/E-UTRAN，和，和3GPP2UMB3GPP2UMB合称合称E3GE3G（Evolved3GEvolved3G）LTELTE是以是以OFDMOFDM为核心的技术，为了降低用户面延迟，取为核心的技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（消了无线网络控制器（RNCRNC）。

与其说是）。

与其说是3G3G技术的技术的“演进演进”（evolutionevolution），不如说是），不如说是“革命革命”（revolutionrevolution）。

）。

这场这场“革命革命”是系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性，是系统不可避免的丧失了大部分后向兼容性，也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。

也就是说，从网络侧和终端侧都要做大规模的更新换代。

因此从技术归属上，可以将因此从技术归属上，可以将LTELTE看作看作4G4G范畴。

范畴。

LTELTE的起因：

在的起因：

在20042004年年WiMAXWiMAX对对UMTSUMTS技术产生挑战（尤其技术产生挑战（尤其是是HSDPAHSDPA技术）时，技术）时，3GPP3GPP急于开发和急于开发和WiMAXWiMAX抗衡的、以抗衡的、以OFDM/FDMAOFDM/FDMA为核心技术、支持为核心技术、支持20MHz20MHz系统带宽的、具有相系统带宽的、具有相似甚至更高性能的技术。

长期上也可以在似甚至更高性能的技术。

长期上也可以在IMT-AdvancedIMT-Advanced标准化上先发制人。

标准化上先发制人。

LTE演进路线3GPP（3rdGenerationPartnershipProject）于1998年12月成立，是一个由无线工业及商贸联合会ARIB、CCSA、欧洲电信标准研究所ETSI、电信行业解决方案联盟ATIS、电信技术协会TTA和电信技术委员会TTC合作成立的通信标准化组织。

3GPP是一个致力于制定3G、LTE、IMT-Advanced标准的全球标准化组织。

3GPP2（第三代合作伙伴计划2）:

该组织是于1999年1月成立，由北美TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起，主要是制订以ANSI-41核心网为基础，CDMA2000为无线接口的第三代技术规范。

3GPP组织制定的4G标准第二条演进路线是IEEE802.16系列的宽带无线接入标准，被称作WiMax。

LTE总体技术特点技术特点LTELTE系统的设计主要考虑如下几个总体目标：

系统的设计主要考虑如下几个总体目标：

降低每比特成本降低每比特成本扩展业务的提供能力，以更低的成本，更佳的用户体验提供更扩展业务的提供能力，以更低的成本，更佳的用户体验提供更多的业务多的业务灵活使用现有的和新的频段灵活使用现有的和新的频段简化架构，开放接口简化架构，开放接口实现合理的终端功耗实现合理的终端功耗高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，需完成以高数据率、低延迟、为分组业务优化的系统，需完成以下工作：

下工作：

在空中接口的物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传在空中接口的物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输技术和先进的多天线技术输技术和先进的多天线技术在空中接口层在空中接口层2/2/层层33方面，对信令设计进行优化方面，对信令设计进行优化在在RANRAN架构方面，确定优化的架构方面，确定优化的RANRAN架构和架构和RANRAN网元之间的功能划分网元之间的功能划分优化的优化的RFRF设计。

设计。

LTE需求需求支持支持1.25MHz1.25MHz（包括（包括1.6MHz1.6MHz）-20MHz-20MHz带宽带宽峰值数据率：

上行峰值数据率：

上行50Mbps50Mbps，下行，下行100Mbps100Mbps频谱效率达到频谱效率达到3GPPRelease63GPPRelease6的的2-42-4倍倍提高小区边缘的比特率提高小区边缘的比特率用户面延迟（单向）小于用户面延迟（单向）小于5ms5ms，制面延迟小于，制面延迟小于100ms100ms支持与现有支持与现有3GPP3GPP和非和非3GPP3GPP系统的互操作系统的互操作支持增强型的广播多播业务。

在单独的下行载波部署移动电视（支持增强型的广播多播业务。

在单独的下行载波部署移动电视（MobileMobileTVTV）系统）系统降低建网成本，实现从降低建网成本，实现从Release6Release6的低成本演进的低成本演进实现合理的终端复杂度、成本和耗电实现合理的终端复杂度、成本和耗电支持增强的支持增强的IMSIMS（IPIP多媒体子系统）和核心网多媒体子系统）和核心网追求后向兼容追求后向兼容,但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡但应该仔细考虑性能改进和向后兼容之间的平衡取消取消CSCS（电路交换）域，（电路交换）域，CSCS域业务在域业务在PSPS（包交换）域实现，如采用（包交换）域实现，如采用VoIPVoIP对低速移动优化系统，同时支持高速移动对低速移动优化系统，同时支持高速移动以尽可能相似的技术同时支持成对（以尽可能相似的技术同时支持成对（pairedpaired）和非成对（）和非成对（unpairedunpaired）频段）频段尽可能支持简单的临频共存尽可能支持简单的临频共存NSNEPC设备介绍诺基亚西门子提供完整的端到端LTE/EPC解决方案，包括无线和核心网部分。

EPC产品包括MME，S-GW,P-GW,HSS,CG,PCRF等所有产品。

MMES/P-GWeNode-BHSSServicesPCRFCGE-UTRANE-UTRAN无线资源管理无线承载控制、无线许可控制，上行和下行资源动态分配/调度；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；寻呼消息的调度与传输；系统广播消息的调度与传输。

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。

MMEMMEMME是核心网唯一控制平面的设备，主要功能有：

移动性管理附着/去附着、跟踪区更新、切换和寻呼、清除用户等。

例如：

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；MME选择，MME改变带来的切换；接入控制MME通过鉴权功能实现网络和用户之间的相互鉴权和密钥协商，确保用户请求的业务在当前网络可用。

鉴权包括对用户的IMSI和GUTI的校验。

MME能够根据需要给用户重新分配GUTI，GUTI作为临时用户标识，可以在空口保护用户标识IMSI的安全性，类似于UMTS网络中TMSI或P-TMSI的作用。

会话管理对建立会话所必须的承载的管理，默认承载和专用承载。

另外，在与pre-R8网络（即包含Gn/GpSGSN的2G/3G网络）互通时，由于两个系统中承载参数不一样，MME还要能将SAE承载与GPRS网络中的PDP上下文之间进行相互映射，保证两个系统中会话的连续性。

MMEMME网元SGW/PGW选择包括PGW和SGW的选择。

在发生漫游切换的时候，还要为用户选择一个新的ME/S4SGSN，为用户提供服务。

PGW选择：

在MME中实现，利用HSS提供的用户签约信息，分配一个PGW，以提供PDN链接。

对于每个签约的PDN，HSS提供如下信息：

一个PGW的标识和一个APN。

存储用户信息MME要保存用户的状态，MM上下文和EPS承载上下文信息。

包括，用户标识、跟踪区信息、鉴权信息、安全算法、网元地址、QOS参数。

NAS（非接入层）信令、信令的加密和完整性保护。

业务连续性MME还能支持EPS与2G/3G间的业务互通，进行SGSN（服务GPRS支持节点）选择，为了切换到2G或3G网络。

ServingGWServingGWSGW位于用户面，对每个接入LTE的UE，一次只能有一个SGW为之服务，功能有：

会话管理:

SGW也能对承载进行建立、修改和释放，能存储EPS承载上下文，能一一对应地存储上、下行数据S1承载和S5/S8承载的映射关系（在上下行进行传输级的包标记）。

在支持间接前转（indirectforwarding）功能时，源S-GW需要和目的S-GW之间建立临时的承载，用于转发数据；在E-UTRAN的IDLE模式下，下行包缓冲和网络初始化路由选择和数据转发:

S-GW应具有将从上一个节点接收到的数据（GTP-UPDU）转发给路由中下一个节点的功能，并对GTP-UPDU排序。

E-NodeB间切换的锚点QoS控制：

支持EPS主要承载的主要QoS参数，包括QCI、ARP、GBR、MBR和AMBR。

在上行链路中，S-GW应基于QCI来设置DSCP。

在运营商之间交换用户和QoS类别标识的有关计费信息。

计费S-GW应能搜集基于用户的计费信息，产生S-GW-CDR，跟离线计费系统进行通信，用于计费。

S-GW能够按照一个UE在一个PDN下的一对QCI和ARP，来收集所有上行和下行数据包数量。

S-GW不采集非直接前转的数据，用于UE计费信息。

S-GW可用于运营商间的计费。

存储信息S-GW需要保存用户EPS承载上下文信息，主要包括用户标识、隧道标识、承载级QoS、对端通信实体的地址、计费信息等。

3GPP间的移动性管理，建立移动安全机制授权侦听ServingGWServingGWPDNGWPDNGWPGW位于用户面，是面向PDN终结与SGi接口网关。

如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个P-GW，但是不能同时支持S5/S8和Gn/Gp接口。

功能有：

IP地址分配：

用户UE的IP地址是由PGW来分配的，包括静态和动态的，或者双栈地址。

会话管理：

支持EPS承载管理功能，建立、修改、释放，能根据APN进行域名解析并寻址到外网。

P-GW应存储下行数据SDF和S5/S8承载的映射关系。

传输级的下行包标记。

PCRF选择在归属地或者漫游地服务的场景下，可能存在多个PCRF服务于一个P-GW的情况。

P-GW应能对PCRF进行选择，同时还应能将不同终端的PCC会话连接到正确的PCRF。

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（GTP-UPDU）转发给路由中下一个节点的功能，并对GTP-UPDU排序。

P-GW应具有将来自外部数据网的PDU用GTP字头和UDP/IP字头进行封装的功能，并以头域的相关地址信息作为标识，在EPS网中利用一条点对点的双向隧道来传输封装数据给终端。

对于去往外部数据网的GTP-UPDU，P-GW应去除其封装字头并将数据包重组后再转发给外部数据网。

QoS控制P-GW中包含的EPS承载主要QoS参数，包括QCI、ARP、GBR、MBR和AMBR。

建立和修改专用承载QoS只能由EPS的P-GW实现，不支持E-UTRAN和EPS网络间的QoS协商过程。

但LTE终端可以通过请求网络来修改承载资源的方式来请求分配或释放特定的承载资源。

计费P-GW能够与离线计费系统进行通信。

对于不支持Gx接口的P-GW，必须能够依照本地配置，和在线或离线计费系统进行交互，以提供基于流的在线和离线计费。

策略和计费执行PCEF（策略和计费执行功能）包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计费功能。

此功能实体位于P-GW中。

提供业务数据流检测、用户面业务的处理、触发控制面会话的管理（需要IP-CAN允许）、QoS处理和业务数据流的测量，基于最大比特速率的下行速率控制，还有在线计费和离线计费的