LTE相互概念.docx
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LTE相互概念
LTE相关概念
一.LTE基本概念
1.LTE架构
2.LTE中的QoS
EPS系统中,QoS控制的基本粒度是EPS承载(Bearer),即相同承载上的所有数据流将获得相同的QoS保障(如调度策略,缓冲队列管理,链路层配置等),不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供。
在EPS系统中,PDN指的是外部的数据网络(相对于LTE运营商而言),例如Internet,企业专用数据网等。
APN(接入点名称)的值作为PDN网络的标识,PDNGW位于EPC和PDN的边界。
EPSBearer存在于UE和PDNGW之间。
通常情况下(GTPBasedS5/S8),EPS承载可以看作是UE与分组数据网网关(PDN-GW)之间的逻辑电路,(对于基于PMIP的S5/S8接口,一般认为EPSBearer存在与UE与SGW之间)。
EPS承载取代了UMTS网络中的分组数据协议上下文(PDPContext)。
根据QoS的不同,EPSBear可以划分为两大类:
GBR(GuranteedBitRate)和Non-GBR。
所谓GBR,是指承载要求的比特速率被网络“永久”恒定的分配,即使在网络资源紧张的情况下,相应的比特速率也能够保持。
MBR(MaximumBitRate)参数定义了GBRBear在资源充足的条件下,能够达到的速率上限。
MBR的值有可能大于或等于GBR的值。
相反的,Non-GBR指的是在网络拥挤的情况下,业务(或者承载)需要承受降低速率的要求,由于Non-GBR承载不需要占用固定的网络资源,因而可以长时间地建立。
而GBR承载一般只是在需要时才建立。
EPS系统中,为了提高用户体验,减小业务建立的时延,真正实现用户的“永远在线”,引入了默认承载(DefaultBearer)的概念,即在用户开机,进行网络附着的同时,为该用户建立一个固定数据速率的默认承载,保证其基本的业务需求,默认承载是一种Non-GBR承载。
一般来说,每个PDN连接都对应着一个DefaultBearer和一个IPAddress,只有在UE和PDN都支持IPV4,IPV6双协议栈,一个PDN连接才有可能对应两个DefaultBearer和IPAddress,UE在此PDN连接的有效期内将会一直保持此DefaultBearer(IP地址有可能变化吗?
)。
如果UE存在与多个PDN的连接,那么UE可以有多个DefaultEPSBear和IP地址。
默认承载的QoS参数可以来自于从归属用户服务器(HSS)中获取的签约数据,也可以通过PCRF交互或者基于本地配置来改变这些值。
为了给相同IP地址的UE提供具有不同QoS保障的业务,如视频通话,移动电视等,需要在UE和PDN之间建立一个或多个DedicatedEPSBear。
连接到相同PDN的其他EPS承载称为专有承载,运营商可以根据PCRF(PolicyAndChargingResourceFunction)定义的策略,将不同的数据流映射到相应的DedicatedEPSBear上,并且对不同的EPSBear采用不同的QoS机制。
专有承载可以是GBR承载,也可以是Non-GBR承载。
专有承载的创建或修改只能由网络侧来发起,并且承载QoS参数值总是由分组核心网来分配。
一个EPSBearer要经过不同的网元和接口,如下图所示。
包括:
PGW到SGW之间的S5/S8接口,SGW到eNodeB之间的S1接口和eNodeB到UE之间的Uu接口。
EPSBearer在每个接口上会映射到不同的底层承载,每个网络节点负责维护底层承载的标识以及相互之间的绑定关系。
From3GPP23.4014.7.2.2TheEPSbearerwithGTP-basedS5/S8
Figure1TwoUnicastEPSbearers(GTP-basedS5/S8)
如上图所示,eNodeB通过创建无线承载与S1承载之间的绑定,实现无线承载与S1承载之间的一一映射;S-GW通过创建S1承载与S5/S8承载之间的绑定,实现S1承载与S5/S8承载之间的一一映射。
最终,EPS承载数据通过无线承载、S1承载以及S5/S8承载的级联,实现了UE与PDN之间连接业务的支持。
把IP包过滤到不同的承载是基于业务流模板(TFT)。
TFT使用IP包头信息(如源和目的IP地址以及TCP端口号)来过滤包,如从网页浏览业务过滤VoIP数据包等,从而使每个业务都可以在具有适合QoS的承载中发送。
UE中与每个承载相关的上行业务流模板(TFT)在上行方向把IP包过滤到EPS承载。
P-GW中的下行TFT也具有一套类似的下行包过滤器。
用户的IP数据包需要映射到不同的EPSBearer,以获得相应的QoS保障。
这样的映射关系是通过TFT(TrafficFlowTemplate)和其中的PacketFilters来实现的。
TFT是映射到相应EPSBearer的所有PacketFilter的集合,PacketFilter表示将用户的一种业务数据流(SDF,ServiceDataFlow)映射到相应的EPSBearer上,PacketFilter通常包括源/目的IP地址,源/目的IP端口号,协议号等内容。
专有的EPSBearer必须有与之相应的TFT。
相反的,缺省的EPSBear通常并不配置特定的TFT,或者说,配置的是通配TFT,这样所有不能映射到专有EPSBearer的IP数据包会被映射到缺省的EPSBearer上。
在专有的EPSBearer被释放的情况下,原来映射到专有EPSBearer上的数据包也会被重新路由到相应的缺省EPSBearer上。
TFT分为上行和下行两个方向,其中,上行的TFT在UE侧对上行的数据包进行过滤和映射。
下行的TFT在PDN侧对下行的数据包进行过滤和映射。
在接入网中,空口上承载的QoS是由eNodeB来控制的,每个承载都有相应的QoS参数QCI(QoSClassIdentifier)和ARP(AllocationAndRetentionPriority)。
QCI同时应用于GBR和Non-GBR承载。
一个QCI是一个值,包含优先级,包延迟,以及可接受的误包率等指标,每个QCI都与一个优先级相关联,优先级1是最高的优先级别。
承载QCI的值决定了其在eNodeB的处理策略。
例如,对于误包率要求比较严格的Bearer,ENodeB一般通过配置RLC成AM模式来提高空口传输的准确率。
标准中(23。
203)定义了九种不同的QCI的值,在接口上传输的是QCI的值而不是其对应的QoS属性。
通过对QCI的标准化,可以规范不同的厂家对于相应的QoS业务的理解和处理,方便在多厂商互连环境和漫游环境中不同设备/系统间的互连互通。
Figure1StandardizedQCIcharacteristics
ARP是分配和保留优先级(AllocationandRetentionPriority)。
ARP同时应用于GBR和Non-GBR承载,主要应用于接入控制,在资源受限的条件下,决定是否接受相应的Bearer建立请求。
另外,eNodeB可以使用ARP决定在新的承载建立时,已经已经存在承载的抢占优先级。
一个承载的ARP仅在承载建立之前对承载的建立产生影响。
承载建立之后QoS特性,应由QCI、GBR、MBR等参数来决定。
为了尽可能提高系统的带宽利用率,EPS系统引入了汇聚的概念,并定义了AMBR(AggregatedMaximumBitRate)参数。
AMBR可以被运营商用来限制签约用户的总速率,它不是针对某一个Bearer,而是针对一组Non-GBR的Bearer。
当其他EPS承载不传送任何业务时,这些Non-GBR承载中的每一个承载都能够潜在地利用整个AMBR。
AMBR参数限制了共享这一AMBR的所有承载能所能提供的总速率。
3GPP定义了两种不同的AMBR参数:
UE-AMBR和(APN)-AMBR。
UE-AMBR定义了每个签约用户的AMBR。
APN-AMBR是针对APN的参数,它定义了同一个APN中的所有EPSBearer提供的累计比特速率上限。
AMBR对于上行和下行承载可以定义不同的数值。
作为UE连接到网络流程的一部分,需给UE分配IP地址并且至少建立一个承载。
这就是所谓的默认承载,为保证UE始终以IP方式连接到PDN,它在整个PDN连接过程中都保持建立状态。
默认承载的承载级QoS参数值的初始化由MME根据HSS发来的开户信息设定。
在与PCRF交互中或根据本地配置PCEF可能改变这些值。
另外,所谓的专用承载在连接过程中或连接完成后的任何时候都可以建立。
专用承载可以是GBR承载也可以是non-GBR承载(默认承载总是non-GBR承载,因为它一直要保持建立状态)。
默认承载和专用承载的区别对于接入网络来说应该是透明的。
那么每一个承载都与特定的QoS相关联,如果给一个特定UE建立一个以上的承载,那么每个承载必须有适合的TFT相对应。
这些专用承载来自IMS域定的触发或UE的请求连接建立。
UE的专用承载可由一个或多个P-GW提供。
一个EPS承载是分组数据网网关和UE间满足一定服务质量(QoS)的IP流。
一个EPS承载通常具有一定的QoS。
一个用户可建立多个EPS承载,从而具有不同的QoS等级或连接到不同的PDN。
例如,一个用户可以同时进行话音通信、浏览网页或FTP下载等。
语音承载为语音业务提供必要的QoS保证,而“尽力而为”承载可以满足浏览网页或FTP下载的要求。
专用RRC消息通过SRB传输,SRB通过PDCP和RLC层映射到逻辑信道—既可以是连接建立时的公共控制信道(CCCH),也可以是RRC_CONNECTED状态下的专用控制信道(DCCH)。
系统信息和寻呼消息各自直接映射到逻辑信道,即广播控制信道(BCCH)和寻呼控制信道(PCCH)。
SRB0用于采用CCCH时的RRC消息,SRB1用于采用DCCH时的RRC消息,SRB2用于采用只包含NAS专用信息的DCCH的RRC消息(优先级低)。
所有使用DCCH的RRC消息都被PDCP层进行完整性保护和加密(在安全功能激活之后),并且使用自动请求重传协议(ARQ)在RLC层可靠地发送。
使用CCCH的RRC消息没有进行完整性保护,在RLC层也不使用ARQ协议。
二、LTE 中的CQI,PMI,RI上报机制
LTE中支持两种形式的CQI,PMI和RI上报:
周期性的和非周期性的上报。
周期性的CQI上报通常是通过PUCCH来进行的。
如果UE在发送周期性CQI的子帧上,同时被调度有数据需要发送,那么,周期性的CQI上报将通过PUSCH来进行。
此时,UE将在PUSCH中采用和PUCCH中同样的CQI/PMI/RI格式,而相应的PUCCH上的CQI上报资源将会闲置不用【1】。
eNodeB还可以触发UE进行非周期性的上报。
非周期性的上报是通过PUSCH来进行的。
这些上报可以在PUSCH上单独地或者和其他数据一起进行发送。
在周期性CQI上报和非周期性CQI上报子帧同时存在的子帧,UE将会只上报非周期性的CQI上报而丢弃周期性的上报。
CQI上报的粒度有三个等级:
宽带,UE选择的子带和上层配置的子带。
宽带CQI上报是指UE针对整个系统带宽上报一个CQI。
CQI的取值如下图所示:
Table7.2.3-1:
4-bitCQITable
CQIindex
modulation
coderatex1024
efficiency
0
outofrange
1
QPSK
78
0.1523
2
QPSK
120
0.2344
3
QPSK
193
0.3770
4
QPSK
308
0.6016
5
QPSK
449
0.8770
6
QPSK
602
1.1758
7
16QAM
378
1.4766
8
16QAM
490
1.9141
9
16QAM
616
2.4063
10
64QAM
466
2.7305
11
64QAM
567
3.3223
12
64QAM
666
3.9023
13
64QAM
772
4.5234
14
64QAM
873
5.1152
15
64QAM
948
5.5547
值得注意的是,类似于HSDPA,CQI的选取准则是UE接收到的传输块的误码率不超过10%。
因此,UE上报的CQI不仅与下行参考信号的SINR有关,还与UE接收机的灵敏度有关【2】。
上层配置的子带上报是指针对整个系统带宽,UE上报一个宽带CQI。
除此之外,UE还对每个子带上报一个CQI。
在上层配置的子带上报中,每个子带的带宽为K个连续的物理资源块,K的取值大小与系统的带宽有关。
子带的数目为 ,覆盖了整个系统的带宽。
其中 为下行的物理资源块的数目。
最后一个子带的资源块数目可能小于K。
Table7.2.1-3:
SubbandSize(k)vs.SystemBandwidth
SystemBandwidth
SubbandSize
(k)
6-7
NA
8-10
4
11-26
4
27-63
6
64-110
8
对于每个子带,上报2个Bit的CQI编号,子带的CQI编号与子带CQI相对于宽带CQI的偏移值有关,如下所示:
SubbanddifferentialCQIoffsetlevel=subbandCQIindex–widebandCQIindex
Table7.2.1-2:
MappingsubbanddifferentialCQIvaluetooffsetlevel
SubbanddifferentialCQIvalue
Offsetlevel
0
0
1
1
2
≥2
3
≤-1
对于UE选择的子带上报,在周期性上报和非周期性上报中具有不同的形式,下面将会详细叙述。
LTE中的CQI上报,还与UE的传输模式有关。
LTE中,定义了八种不同的传输模式,对应相应的多天线技术。
不同的传输模式下,上报的CQI中包含不同的内容。
Table7.2.3-0:
PDSCHtransmissionschemeassumedforCQIreferenceresource
Transmissionmode
TransmissionschemeofPDSCH
1
Single-antennaport,port0
2
Transmitdiversity
3
Transmitdiversityiftheassociatedrankindicatoris1,otherwiselargedelayCDD
4
Closed-loopspatialmultiplexing
5
Multi-userMIMO
6
Closed-loopspatialmultiplexingwithasingletransmissionlayer
7
IfthenumberofPBCHantennaportsisone, Single-antennaport,port0; otherwise Transmitdiversity
8
IftheUEisconfiguredwithoutPMI/RIreporting:
ifthenumberofPBCHantennaportsisone,single-antennaport,port0;otherwisetransmitdiversity
IftheUEisconfiguredwithPMI/RIreporting:
closed-loopspatialmultiplexing
下面对周期性CQI上报和非周期性CQI上报分开进行讨论。
首先,对于非周期的上报。
UE如果在子帧N中,接收到DCI格式0,或者是RAR反馈,其中CQIRequest的位设置为1并且未被预留,那么UE会在相应的上行子帧,反馈相应的CQI。
LTE中规定,UE需要支持如下几种不同模式的CQI非周期上报机制。
Table7.2.1-1:
CQIandPMIFeedbackTypesforPUSCHreportingModes
PMIFeedbackType
NoPMI
SinglePMI
MultiplePMI
PUSCHCQI FeedbackType
Wideband
Mode1-2
(widebandCQI)
UESelected
Mode2-0
Mode2-2
(subbandCQI)
HigherLayer-configured
Mode3-0
Mode3-1
(subbandCQI)
在不同的传输模式下,UE支持的上报模式如下所示:
Transmissionmode1 :
Modes2-0,3-0
Transmissionmode2 :
Modes2-0,3-0
Transmissionmode3 :
Modes2-0,3-0
Transmissionmode4 :
Modes1-2,2-2,3-1
Transmissionmode5 :
Mode3-1
Transmissionmode6 :
Modes1-2,2-2,3-1
Transmissionmode7 :
Modes2-0,3-0
Transmissionmode8 :
Modes1-2,2-2,3-1iftheUEisconfiguredwithPMI/RIreporting;modes2-0,3-0iftheUEisconfiguredwithoutPMI/RIreporting
RRC信令中的参数cqi-ReportModeAperiodic定义了配置给UE所使用的上报模式。
在UE选择的子带上报的模式中,UE在大小为K的子带中,选择M个适合(应该是最好)的子带,计算其CQI的平均值,将其上报给eNodeB。
其中K和M的大小与系统的带宽有关,如下表所示:
Table7.2.1-5:
SubbandSize(k)andNumberofSubbands(M)inSvs.DownlinkSystemBandwidth
SystemBandwidth
SubbandSize k (RBs)
M
6–7
NA
NA
8–10
2
1
11–26
2
3
27–63
3
5
64–110
4
6
UE需要上报一个宽带的CQI,而将M个子带的CQI以相对于宽带CQI偏移值的形式由2个Bit来表示。
CQI值与偏移值的对应关系如下表所示:
Table7.2.1-4:
MappingdifferentialCQIvaluetooffsetlevel
DifferentialCQIvalue
Offsetlevel
0
≤1
1
2
2
3
3
≥4
由于UE选择的M个子带的CQI要高于整个系统带宽的CQI值,因此上表中的偏移值(一般)不存在负数。
除此之外,UE还需要通知eNodeB其所选择的M个子带在系统带宽中所处的位置【1】。
除了非周期性的上报,eNodeB还可以通过RRC信令中的参数cqi-FormatIndicatorPeriodic,配置UE进行周期性的上报(包括CQI的上报模式,所使用的PUCCH资源以及上报周期等)。
周期性的上报中,支持的上报模式如下表所示:
Table7.2.2-1:
CQIandPMIFeedbackTypesforPUCCHreportingModes
PMIFeedbackType
NoPMI
SinglePMI
PUCCHCQI FeedbackType
Wideband
Mode1-0
Mode1-1
(widebandCQI)
UESelected
Mode2-0
Mode2-1
(subbandCQI)
在不同的传输模式下,所能够支持的CQI上报模式如下:
【1】
Transmissionmode1 :
Modes1-0,2-0
Transmissionmode2 :
Modes1-0,2-0
Transmissionmode3 :
Modes1-0,2-0
Transmissionmode4 :
Modes1-1,2-1
Transmissionmode5 :
Modes1-1,2-1
Transmissionmode6 :
Modes1-1,2-1
Transmissionmode7 :
Modes1-0,2-0
Transmissionmode8 :
Modes1-1,2-1iftheUEisconfiguredwithPMI/RIreporting;modes1-0,2-0iftheUEisconfiguredwithoutPMI/RIreporting
在周期性上报的情况下,不支持上层配置的子带CQI上报。
对于UE选择的子带上报,与非周期性上报的情况也有所不同。
在周期性的上报中,全部N个子带被分成J个子带组,其中子带的大小K(单位是RB)和子带组的数目J与系统的带宽有关,如下表所示。
Table7.2.2-2:
SubbandSize(k)andBandwidthParts (J) vs.DownlinkSystemBandwidth
SystemBandwidth
SubbandSize k(RBs)
BandwidthParts(J)
6–7
NA
NA
8–10
4
1
11–26
4
2
27–63
6
3
64–110
8
4
对于每个大小为 的子带组,UE选择其中的一个子带进行CQI上报,同时UE将上报相应子带在子带组中的位置标号,大小为 个比特。
CQI/PMI周期性上报的周期 (单位是子帧)以及偏移 (单位是子帧)取决于RRC中的信令参数cqi-pmi-ConfigIndex,RI周期性上报的周期 和偏移 取决于RRC中的信令参数ri-ConfigIndex。
在只有宽带CQI/PMI上报的情况下,上报的子帧满足如下的条件:
∙