LTE知识点梳理一网络架构及协议修改版Word文档下载推荐.docx

1、下面将给大家介绍 4G LTE技术。1.2 LTE 概述概述 LTE是 Long Term Evolution 的缩写，全称应为 3GPP Long Term Evolution，中文一般译为 3GPP 长期演进技术，为第三代合作伙伴计划（3GPP）标准。3GPP 发布的第一个 LTE 版本为 R8版本，实际为 3.9G，并不是真正意义上的 4G技术，而是 3G向 4G 技术发展过程中的一个过渡技术，是被称为 3.9G的全球化标准，它通过采用 OFDM（正交频分复用）和 MIMO（多输入多输出）作为无线网络演进的标准，改进并且增强了 3G的空中接入技术。这些技术的运用，使其能获得更高的峰值速率

2、。对于 LTE技术的研究历来已久，我国的 LTE项目是基于 3G 时代的 TD-SCDMA技术和 WCDMA技术发展起来的，那么，其对应的也将发展成为 TD-LTE 和 FD-LTE技术。后续的 R9/R10 版本为 LTE Advanced 才是实际的 4G 网络。1.2.1 LTE 的主要技术特点的主要技术特点 LTE有如下主要技术特点：（1）实现灵活的频谱带宽配置，支持 1.25-20MHz 的可变带宽；（2）采用 OFDM，MIMO等先进技术支持更高的用户传输速率，20M 带宽时，实现下行峰值速率 100Mbps 和上行峰值速率 50Mbps；（3）频谱利用率是 HSPA（高速分组接入

3、，是 WCDMA的其中一种规范）的 2-4倍，用户平均吞吐量（吞吐量指上下行流量）是 HSPA的 2-4倍；（4）提高小区边缘传输速率，改善用户在小区边缘的业务体验，增强 3GPP LTE系统的覆盖性能；（5）用户面延迟小于 5ms，控制面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于 50ms,UE从待机状态到开始传输数据，时延不超过 100ms；（6）降低建网成本，实现低成本演进；（7）取消电路交换（CS）域，CS 域业务在 PS 域实现，语音部分由 VOIP 实现；（注：CS 域是电路承载域，走语音的，PS域是数据域，走的是 IP，用于手机上网）（8）强调兼容性，支持已有的 3G系统，也支持与非 3G

4、PP 规范系统的协同运作。LTE在技术发展方面，表现出了很大的先进性，LTE的关键技术主要包括OFDM技术、MIMO 技术和高阶调制技术等，在后面的学习中会详细介绍。通过对这些技术的运用，LTE不仅能提升用户对于移动的体验，而且能够为运营商们带来更加巨大的技术方面的优势和成本上的优势。1.2.2 LTE 设计目标设计目标 无论是 FD-LTE 还是 TD-LTE，其基本需求和架构均大致相同，采用的关键技术也基本相同，所不同的是双工方式，一个是时分的，一个是频分的。目前几乎所有的厂家都采用同一个平台设计。LTE 要达到的目标已经大大高于目前 UMTS 所能实现的各项指标，TD-LTE 实现的主要

5、目标如下：（1）采用 OFDM，MIMO等先进技术支持更高的用户传输速率；下行最大速率可达 100Mbps，上行最大速率可达 50Mbps；（2）支持 1.4MHz/3.0MHz/5MHz/10MHz/15MHz/20MHz 共 6种可变带宽；（3）只有 PS 域，没有 CS 域；（4）更小的 TTI（子帧捆绑）满足用户面和控制面的时延；共享信道支持在多个用户间同时传输数据；用户面延迟小于 5ms，控制面延迟小于 100ms；（5）下行频谱效率可达 HSDPA的 34倍；上行频谱效率可达 HSUPA 的 23倍；（6）提高小区边缘的用户吞吐量；1.3 LTE 网络架构网络架构 LTE是由以下三

6、个主要组件：用户设备（UE）.地面无线接入网（E-UTRAN）：由 e-NodeB组成 分组核心演进（EPC 简称核心网）:由 MME，S-GW，P-GW 组成 LTE的网络接口包括：X2接口：e-NodeB之间的接口，支持数据和信令的直接传输；S1 接口：连接 e-NodeB与核心网 EPC 的接口；S1-MME：e-NodeB连接 MME的控制面接口；S1-U：e-NodeB连接 S-GW 的用户面接口。LTE总的体系结构如下所示。1.3.1 E-UTRAN（接入网）（接入网）E-UTRAN（接入网）的体系结构如下所示：E-UTRAN主要由 eNB 构成。同 UTRAN（3G 的接入网名称

7、，由 eNodeB和 RNC组成）网络相比，eNB 不仅具有 NodeB的功能，还能完成 RNC 的大部分功能。eNodeB和 eNodeB之间采用 X2接口方式直接互连，eNB通过 S1接口连接到 EPC。具体地讲，eNB通过 S1-MME 连接到 MME，通过 S1-U连接到 S-GW。E-UTRAN主要功能包括：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（简而言之就是对用户使用资源的管理、调度和分配）；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（UE及接入网络，会与 eNB及 EPC 建立相应的承载）；寻呼消息的调度与

8、传输；系统广播消息的调度与传输。在 3GPP LTE与 LTE-A 的标准中，用 eNB来代表基站，与用户 UE 对应。eNB是LTE（4G）中 UE和演进后的核心网 EPC 之间的桥梁，eNB之间通过 X2接口进行连接，它是 E-UTRAN侧的 S1 接入点。eNB的主要功能如下：（1）无线资源管理（RRM）（RRM 指是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络拥塞和保持尽可能小的信令负荷）；（2）用户数据流

9、 IP 头压缩和加密；（3）UE附着时 MME 选择功能（附着即 UE 在网络侧进行注册）；（4）用户面数据向 Serving GW 的路由功能；（数据是从 UE首先发送到 eNB，eNB再将数据路由给核心网的 Serving GW）（5）寻呼消息的调度和发送功能；（6）广播消息的调度和发送功能；（广播消息即系统消息包括 MIB和 SIB，后面会详细介绍）（7）用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能。（UE在移动过程中，会发生切换，那么切换之前 UE需要完成一些测量工作，而测量什么内容即测量报告的配置则由 eNB完成，并下发给 UE）；1.3.2 EPC 核心网核心网 随着移动宽带网络向 L

10、TE演进，在 LTE的演进和运营中，如何才能实现 2G和 3G网络向 LTE的平滑演进，如何实现现有网络和新建网络的互通，如何向用户提供一致的业务，成为运营商的焦点。正是在此需求下，3GPP 在关注无线接入网演进的同时，也开展了分组核心网构架的演进工程，并将其定义为 EPC。作为与 LTE 同步发展的技术，EPC 的构架更加符合未来移动通信网络的发展需要，能够在提升网络性能的同时，满足用户日益增长的业务需求，从而进一步提升运营商的竞争力。EPC（核心网络）的体系结构如下所示 核心网各网元的作用：MME（Mobility Management Entity，移动管理设备）：寻呼消息分发 安全控制

11、 空闲状态下的移动性管理（UE分为空闲态和连接态 2 种，连接态的移动性管理则由 eNB完成）SAE承载控制（UE 在附着后会与网络建立相应承载，SAE承载是建立在 UE和PGW 之间的承载，由无线承载（UE与 eNB 之间的承载）、S1承载以及 S5/S8 承载组成）非接入层（NAS）信令的加密和完整性保护 S-GW（Signaling Gateway，服务网关）：支持 UE的移动性切换用户面数据的功能；E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持；数据包路由和转发；上下行传输层数据包标记。P-GW（Packet data networks gateway，分组数据网网关）：路由选择数据

12、转发，P-GW 应具有将从上一个节点接收到的数据转发给路由中下一个节点的功能 合法监听；用户的包过滤；IP 地址分配，用户 UE的 IP 地址是由 PGW 来分配的；1.3.3 LTE 网络特点网络特点 与传统 3G网络比较，LTE的网络结构更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，主要特点表现在：（1）网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，可开展更多业务；（2）网元数目减少，E-UTRAN只有一种节点网元 E-Node B，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易；（3）取消了 RNC 的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性；（4）业务平面与控制平面完全分离化；（UEE-N

13、ode BSGWPGW 这是用户面，UEE-Node BMME 这是控制面）（5）全 IP 化。1.4 LTE 无线接口协议栈无线接口协议栈 无线接口是指终端和接入网之间的接口，简称 Uu接口，通常我们也称为空中接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。LTE技术中，无线接口是终端和 eNB之间的接口。无线接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口的规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。无线接口协议栈主要分三层两面，三层主要包括了物理层、数据链路层和网络层，两面是指控制平面和用户平面。1.4.1 LTE 协议栈的三层协议栈的三层 三层主要包括了物理层、数据链路层和网络层

14、，层一为物理层，层二为数据链路层，层三为网络层，如下图所示：其中数据链路层主要被分为 3个子层，包括媒体接入控制（MAC）、无线链路控制（RLC）、和分组数据汇聚协议（PDCP）3个子层。数据链路层同时位于控制平面和用户平面：在控制平面负责无线承载信令的传输、加密和完整性保护；在用户平面主要负责用户业务数据的传输和加密。网络层是指无线资源控制（RRC）层，位于接入网的控制平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。1.4.2 LTE 协议栈的两个面：协议栈的两个面：（1）用户面协议栈：负责用户数据传输 用户面的主要功能：头压缩、加密、调度、ARQ/HARQ（快速重传），其协议层结构如下图

15、所示：用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收的所有信息的处理。用户平面协议栈主要由 MAC、RLC、PDCP 三个子层组成。PDCP 主要任务是头压缩，用户数据加密；MAC 子层实现与数据处理相关的功能，包括信道管理与映射、数据包的封装与解封装、HARQ功能、数据调度、逻辑信道的优先级管理等；RLC 实现的功能包括数据包的封装与解封装、ARQ过程、数据的重排序和重复检测、协议错误检测和恢复等。RLC 有三种模式：AM（确认模式）、UM（非确认模式）、TM（透明模式）。（2）控制面协议栈：负责系统信令传输 控制平面负责用户无线资源的管理、无线连接的建立、业务的 QoS 保证和最

16、终的资源释放。控制平面协议主要包括非接入层（NAS）、无线资源控制子层（RRC）、分组数据汇聚子层（PDCP）、无线链路控制子层（RLC）、媒体接入控制子层（MAC）。控制平面的主要功能由上层的 RRC 层和非接入子层实现（NAS）。NAS 控制协议实体位于终端 UE和移动管理实体 MME中，主要负责非接入层的管理和控制，实现的功能包括：EPC 承载管理、鉴权、产生 LTE-IDLE 状态下的寻呼消息、移动性管理、安全控制等。RRC 协议实体位于 UE和 eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和控制，实现的功能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放，RRC 链接管理，无线承载、管理，

17、移动性管理，终端的测量和测量上报控制。RLC 和 MAC 层功能与用户面中的功能一致；PDCP 层完成加密和完整性保护；1.4.3 协议栈架构协议栈架构 LTE协议栈架构如下图所示，图中红线代表数据流，绿线代表信令流。1.5 网络接口网络接口 LTE网络架构图如下所示，我们不仅要了解架构中各个网元的作用，还要了解各个网元之间的接口。各个网元接口和功能如下表所示：接口名称 连接网元 接口功能描述 主要协议 S1-MME eNodeB-MME 用于传送会话管理（SM）和移动性管理（MM）信息，即信令面或控制面信息 S1-AP S1-U eNodeB-SGW 在 GW 与 eNodeB设备间建立隧道

18、，传送用户数据业务，即用户面数据 GTP-U X2-C eNodeB-eNodeB 基站间控制面信息 X2-AP X2-U eNodeB-eNodeB 基站间用户面信息 GTP-U S3 SGSN-MME 在 MME和 SGSN 设备间建立隧道，传送控制面信息 GTPV2-C S4 SGSN SGW 在 S-GW 和 SGSN 设备间建立隧道，传送用户面数据和控制面信息 GTPV2-C GTP-U S5 SGW PGW 在 GW 设备间建立隧道，传送用户面数据和控制面信息（设备内部接口）GTPV2-C GTP-U S6a MME HSS 完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理，传送控制面信

19、息 Diameter S8 SGW PGW 漫游时，归属网络 PGW和拜访网络 SGW 之间的接口，传送控制面和用户面数据 GTPV2-C GTP-U S9 PCRF-PCRF 控制面接口，传送 QoS规则和计费相关的信息 Diameter S10 MME-MME 在 MME设备间建立隧道，传送信令，组成 MME Pool，传送控制面数据 GTPV2-C S11 MME SGW 在 MME和 GW 设备间建立隧道，传送控制面数据 GTPV2-C S12 RNC SGW 传送用户面数据，类似Gn/Gp SGSN控制下的UTRAN与 GGSN 之间的 Iu-u/Gn-u接口。GTP-U S13 M

20、ME EIR 用于 MME 和 EIR 中的UE认证核对过程 GTPV2-C Gx（S7）PCRF PGW 提供 QoS 策略和计费准则的传递，属于控制面信息 Diameter Rx PCRF IP承载网 用于 AF传递应用层会话信息给 PCRF，传送控制面数据 Diameter SGi PGW 外部互联网 建立隧道，传送用户面数据 DHCP/Radius/IPSEC/L2TP/GRE SGs MME-MSC 传递 CSFB的相关信息 SGs-AP Sv MME-MSC 传递 SRVCC 的相关信息 GTPv2-C Gy P-GW-OCS 传送在线计费的相关信息 Diameter 下面详细给大

21、家介绍两个接口，X2和 S1接口：（1）X2接口协议 X2接口的用户面和控制面接口协议如下所示 用户平面协议，E-UTRAN的传输网络层是基于 IP 传输的，UDP/IP 之上是利用GTP-U来传送用户平面 PDU。控制平面协议，传输网络层是利用 IP 和 SCTP 协议，而应用层信令协议为 X2接口应用协议 X2-AP。（2）S1接口协议 S1接口的用户面和控制面接口协议如下所示：用户平面接口位于 E-NodeB和 S-GW 之间，传输网络层建立在 IP 传输之上，UDP/IP 之上的 GTP-U 用来携带用户平面的 PDU。S1控制平面接口位于 E-NodeB和 MME之间，传输网络层是利用 IP 传输，这点类似于用户平面；为了可靠的传输信令消息，在 IP 曾之上添加了 SCTP；应用层的信令协议为 S1-AP。