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1、4G新技术介绍 珠海分公司网络操作维护中心 2015年4月 导 言 2 学习此课程 您将会了解 4G移动网FDD TDD相关概念 4G 核心网EPC和接入层IPRAN的组网方 式 以及电信4G终端模式 SVLTE SRLTE 与电信3G CDMA网络的互操作 3 目 录 第一单元 4G基本概念 一 LTE 概述 二 FDD介绍 三 TDD介绍 四 FDD与TDD的性能特点比较 第二单元 4G 核心网EPC和接入层IPRAN的组网 一 核心网EPC介绍 二 接入层IPRAN介绍 三 TDD和FDD融合组网 第三单元 电信4G终端模式与网络的互操作 一 SVLTE模式介绍 二 SRLTE 模式介绍
2、 三 3G与4G网络的互操作 LTE LONG TERM EVOLUTION LTE是由3GPP标准化组织制定的UMTS UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM 通用移动通信系统 无线接入网技 术标准的长期演进计划 UMTS演进到R8时的无线接入网协议称为LTE 也 把R8协议下的网络称为LTE网络 与LTE同期 3GPP还开展了一项平行研究 即系统架构演进 SAE SYSTEM ARCHITECTURE EVOLUTION 来展示核心网络的演进要 点 LTE的核心网又称为EPC EVOLVED PACKET CORE 20MHZ带宽下 LTE网络
3、有能力提供100MB S的下载速率和50 MB S的上 传速率 与当前CDMA 2G 3G网络区别 一 LTE 概述 4 第一单元 4G基本概念 CDMA2000 是3GPP2标准化组织向ITU 国际电信联盟 提出的无线3G标准 相对于IS95 它是一种宽带CDMA技术 现网使用的无线3G标准是CDMA2000 1x EVDO 可实现3 1Mbps的最大下行速率 5 LTE主要特点 u以分组域业务为主要目标 系统在整体架构上是基于分 组交换的扁平化架构 u低时延 控制面 IDLE ACTIVE 100ms 用户面传 输 10ms u高峰值速率 下行峰值100Mbps 上行峰值50Mbps u高
4、频谱效率 频谱效率是3G的1 2倍 u高移动性 支持350 km h 在某些频段甚至支持 500km h LTE 概述 6 LTE 双工技术 TDD方式 上下行频率相同 可用于任何频段 适合于上下行非对称及对称业务 FDD方式 上下行频率配对 需要成对频段 适合于上下行对称业务 LTE包括TDD LTE 和 FDD LTE 7 FDD 频分双工 FDD模式采用两个对称的频率信道来分别发射和接收信号 发 射和接收信道之间存在着一定的频段保护间隔 特点是在分离 上下行频率间隔190MHz 的两个对称频率信 道上 系统进行接收和传送 用保护频段来分离接收和传送 信道 采用包交换等技术 可突破二代发展
5、的瓶颈 实现高速数据 业务 并可提高频谱利用率 增加系统容量 但FDD必须采用 成对的频率 即在每2x5MHz的带宽内提供第三代业务 该方 式在支持对称业务时 能充分利用上下行的频谱 但在非对 称的分组交换工作时 频谱利用率则大大降低 由于低上行 负载 造成频谱利用率降低约40 在这点上 TDD模式有 着FDD无法比拟的优势 FDD介绍 8 TDD 时分双工 TDD Time Division Duplexing 时分双工技术 在移动通信技 术使用的双工技术之一 与FDD相对应 在TDD模式的移动通信系统中 接收和传送在同一频率信道 即 载波 的不同时隙 用保证时间来分离接收和传送信道 该模式
6、 在不对称业务中有着不可比拟的灵活性 TD SCDMA只需一个不 对称频段的频率分配 其每载波为1 6MHz 由于每RC内时域上 下行切换的切换点可灵活变动 所以对于对称业务 语音和多媒 体等 和不对称业务 包交换和因特网等 可充分利用无线频 谱 TDD系统有如下特点 1 不需要成对的频率 能使用各种频率资源 适用于不对称的 上下行数据传输速率 特别适用于IP型的数据业务 2 上下行工作于同一频率 电波传播的对称特性使之便于使 3 用智能天线等新技术 达到提高性能 降低成本的目的 TDD介绍 9 TDD和FDD的主要技术异同 FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送 用保护频 段来分离
7、接收和发送信道 TDD用时间来分离接收和发送信 道 技术相同点 相同的核心网络 信道带宽都分为6种 帧长都是10ms 信道编 码 调制方式 功率控制一样 都支持MIMO技术 技术不同点 双工方式不一样 物理层尤其是帧结构不一样 重传机制HARQ 设计不同 适用范围 在移动通信网络中 它们各自有着不同的适用范围 采用FDD模 式工作的系统是连续控制的系统 适应于大区制的国家和国际 间覆盖漫游 适合于对称业务如话音 交互式适时数据等 采 用TDD模式工作的系统是时间分隔控制的系统 适应于城市及近 郊等高密度地区的局部覆盖和对称及不对称数据业务 FDD与TDD的比较 10 TDD的优势 1 使用TD
8、D技术时 只要基站和移动台之间的上下行时间间隔 不大 小于信道相干时间 就可以比较简单的根据对方的信号 估计信道特征 而对于一般的 FDD技术 一般的上下行频率间 隔远远大于信道相干带宽 几乎无法利用上行信号估计下行 也无法用下行信号估计上行 这一特点使得TDD方式的移动通信 体制在功率控制以及智能天线技术的使用方面有明显的优势 2 TDD技术可以灵活的设置上行和下行转换时刻 用于实现不 对称的上行和下行业务带宽 有利于实现明显上下行不对称的 互联网业务 但是 这种转换时刻的设置必须与相邻基站协同 进行 3 与FDD相比 TDD可以使用零碎的频段 因为上下行由时间区 别 不必要求带宽对称的频段
9、 4 TDD技术不需要收发隔离器 只需要一个开关即可 FDD与TDD的比较 11 TDD的劣势 1 移动台移动速度受限制 在高速移动时 多普勒效应会导致快衰落 速度越高 衰落变换频率越高 衰落深度越深 因此必须要求移动速度 不能太高 TDD的最大移动速度可达250km h 与FDD系统相比 还有一定 差距 根据ITU的要求 采用FDD模式的系统的最高移动速度可达500千米 小时 一般TDD移动台的移动速度只能达到FDD移动台的一半甚至更低 2 覆盖半径小 也是由于上下行时间间隔的缘故 基站覆盖半径明显小 于FDD基站 否则 小区边缘的用户信号到达基站时会不能同步 3 发射功率受限 如果TDD要
10、发送和FDD同样多的数据 但是发射时间只 有FDD的大约一半 这要求TDD的发送功率要大 4 同步要求高 由于基站不能同时接收和发送 移动终端的传送必须在基站停止发送时 开始 这意味着同一小区内的不同用户之间 用户与基站之间需严格同 步 后一同步破坏会发生通信阻塞 前一同步破坏将导致严重干扰 这 是FDD的CDMA移动通信系统所没有的问题 FDD与TDD的比较 12 第二单元 4G 核心网EPC和IPRAN的组网 13 第二单元 4G 核心网EPC和IPRAN的组网 14 一 核心网EPC介绍 15 EPS Evolved Packet System 系统主要分为以下三个部分 UE User
11、Equipment UE是移动用户设备 可以通过空中接口发起 接收呼 叫 LTE Long Term Evolution 无线接入网部分 又称为E UTRAN 处理所有 与无线接入有关的功能 EPC System Architecture Evolution 核心网部分 主要包括MME S GW P GW HSS等网元 连接Internet等外部PDN Packet Data Network EPC 也被称为EPC Evolved Packet Core lMME 负责控制面的移动性管理 包括用户上下文和移动状态管理 分配用户临时 身份标识等 lS GW 是3GPP内不同接入网络间的用户面锚点
12、 屏蔽3GPP内部不同接入网络的接 口 S GW承担EPC的网关功能 终结E UTRAN方向的接口 lP GW 是3GPP接入网络和非3GPP接入网络之间的用户面锚点 与外部PDN连接的网 元 P GW承担EPC的网关功能 终结与PDN相连的SGi接口 lHSS Home Subscriber Server 是归属用户服务器 存储了EPS网络中用户所 有与业务相关的数据 提供用户签约信息管理和用户位置管理 lPCRF policy control and charging rule function 主要用作策略和计费控 制的规则制定 PCRF终结Rx接口和Gx接口 lPCEF 执行PCRF下
13、发的策略 根据策略要求 进行业务控制和计费 l 3GPP AAA 对eHRPD用户进行鉴权 授权 获取和请求移动性参数的存储更新HSS 中P GW的地址 核心网EPC 16 EPC的构架更符合新一代移动通信网络的发展需要 能够充分考虑移动数据业务激 增的需求 为运营商的业务开展提供有力支撑 与传统的核心网构架相比 EPC具 有三大明显特征 首先 EPC实现了控制面与用户面完全分离 并且用户面更加扁平 伴随着单用户数据流量和高速接入用户数的双边增长 用户面的吞吐 能力逐渐成为核心网发展的 瓶颈 为了打破这一瓶颈 EPC对分 组核心网的控制面和用户面进行了分离 从而使得分组核心网只需要 对网络节点
14、提供用户面处理 不仅优化了用户面的性能 同时还节约 了网络节点和承载网的投资 其次 EPC实现了核心网的融合 支持3GPP与非3GPP 如Wi Fi WiMAX等 的多种接入方式 是支持异构网络的融合架构 这无疑将 为运营商的全业务开展提供有力支撑 简化网络结构 降低网络运营 成本 同时 多种接入方式之间的无缝移动性 还能够在LTE部署初 期给用户带来更好的使用体验 最后 EPC消除了电路域 这意味着EPC成为移动通信业务的基本承载 网络 在此架构下 短信 语音等传统的电路域业务将借助VoLTE模 式承载 也可以采用CSFB等方案依旧使用电路域来承载 目前 LTE 时代的语音承载方案正在成为运
15、营商关注和探索的重要课题 EPC网络架构特点 17 EPS网络的相关用户标识 EPC相关概念 用户标识名称来源作用 IMSI International Mobile Subscriber Identity SIM卡 UE在首次Attach时需要携带IMSI信息 网络也 可以通过身份识别流程要求UE上报IMSI参数 IMEI International Mobile Equipment Identity 终端 国际移动台设备标识 用来唯一标识UE设备 用15个数字表示 S TMSI SAE Temporary Mobile Station Identifier MME产生 并维护 SAE临时移
16、动标识 由MME分配 与UMTS的P TMSI格式类似 用于NAS交互中保护用户的 IMSI GUTI Globally Unique Temporary Identifier MME产生 并维护 全球唯一临时标识 在网络中唯一标识UE 可 以减少IMSI IMEI等用户私有参数暴露在网络 传输中 首次Attach时UE携带IMSI 之后MME 会将IMSI和GUTI进行一一对应 以后就一直用 GUTI 通过attach accept带给UE S TMSI信 息是GUTI的一部分 18 业务标识 APN APN Access Point Name APN APN NI APN OI APN NI 由运营商定义 APN OI mnc mcc gprs 一个APN 的实例 ctnet mnc011 mcc460 gprs MME构造的全域名为ctnet apn epc mnc011 mcc460 3gppnetwork org 如果用户漫游需要回归属地 签约了APN OI replacement gd mnc011 mcc460 gprs MME构造全域名为 ctnet gd apn ep
