【2017年整理】LTE基本原理和系统架构

《【2017年整理】LTE基本原理和系统架构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】LTE基本原理和系统架构（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、LTE基本原理 和 系统架构 目 录 2 LTE业务流程 LTE关键技术 LTE网络概述 LTE网络基本架构 LTE现状 无线通讯系统的发展 1G的模拟时代。最早的移动商用系统；语音业务 2G数字时代。安全性极大提升；从小众走向大众；数据业务开始出现 不同 制式， GSM / CDMA / PHS 2G是一个难以置信的巨大成功，实现了难以想象的便利通讯，带来了全新机会和巨量财富，造就了一批世界级企业 3G宽带时代。 数 倍的速率提升 。 寄予厚望 。 3.5G： 3G的 重生。 HSDPA HSUPA HSPA+ 数据 业务的极大发展 无线通讯系统的发展趋势 4 移动网络架构的演进 5 传统网

2、络中数据如何在用户间传递？ 传统网络中的数据传递 网络 或子网络的目的：把数据从一个点传递到另一个点 “点” 不一定是最终 用户； 网络 具有迭代 性； 从 另一个角度看，整个网络可以划分为接 入网和 核心 网 接 入网 负责所谓的“最后一公里”，连接核心网和最终 用户； 核心 网 骨干 网； LTE的引入 被称为 3.9G 最初 LTE/SAE(System Architecture Evolution系统架构演进 )是 3GPP体系为应对 Wimax（ 全球微波互联接入 ， 可以理解为 Wi-Fi的广覆盖版 ）压力 ，保证3GPP体系的竞争力而推出 随着 WIMAX的衰落、高通停止 UMB

3、， LTE成为下一代无线网的第一选择 TD-SCDMA HSPA (HSPA+) LTE WCDMA HSPA HSPA+ LTE CDMA 1xRTT DORA (DORB) LTE 8 LTE的引入 为了 能和可以支持 20MHz的 WiMAX技术抗衡， LTE带宽也必须从 5MHz扩展到 20MHz，为此 3GPP不得不放弃长期采用的 CDMA技术（ CDMA技术在 5MHz以上大带宽时复杂度过高），而采用了新的核心复用技术，即 OFDM， 这 和 WiMAX采用了相同的方式。此外还有一个原因就是，高通在 CDMA上收取的专利费过高。同时为了在 RAN侧降低用户面的时延，LTE取消了一个

4、重要的网元 无线网络控制器 RNC。此外，在整体系统架构方面，核心网侧也在同步演进，推出了崭新的演进型分组系统（ EPS， Evolved Packet System）。这称之为系统框架演进（ SAE， System Architecture Evolution）。无线网和核心网都有这样大的动作，这使得 LTE不可避免地丧失了大部分与 3G系统的后向兼容性。 9 LTE要解决什么问题，达到什么目标 速率 提升：下行 100M/上行 50M目标的提出 时延 降低： U-plane单向 5ms C-plane：从 idle接入 100ms，从睡眠态接入 50ms 更 高的频谱效率 更 灵活的带宽部

5、署 10 LTE网络特征 11 降低传输时延 用户面时延小于 5ms 控制面时延小于 100ms 1.4MHz20MHz 可变带宽 对 0 15km/h的低速环境优化 对 15 120km/h保持高性能 对 120 350甚至 500km/h保持连接 上行峰值速率 50Mbps 下行峰值速率 100Mbps 提高小区边缘用户的数据传输速率 传输时延 建网成本 带宽需求 移动性支持 数据速率 LTE-TDD与 FDD差异性 （ 1） TD-LTE是时分多址的 LTE， FDD-LTE是频分多址的 LTE。简单的说，时分就是不同的用户占用不同的时间，而频分是不同的用户占用不同的频率。 LTE是 3

6、GPP标准化组织给他的下一代无线通信标准取的名字。这个标准分为 TDD和 FDD （ 2）目前全球来看，绝大部分国家的运营商都采用 FDD-LTE的模式。只有中国的 CMCC和日本 SoftBank Mobile宣布采用 TD-LTE。印度的部分运营商可能会采用 TDD模式 （ 3） TDD和 FDD各有千秋，并不能说 TDD就比 FDD的好，但相对 FDD来说，TDD具有如下一点最大的优势：灵活的带宽配比，频谱利用率较高（尤其是非对称业务） （ 4） CMCC已确定采用 TD-LTE模式，已开始布局。目前正处于外场测试，预商用阶段。 China Unicom和 Telecom目前没有布局 L

7、TE的计划，可能采用各自现有技术的升级的方式来布局抗衡 CMCC 12 目 录 13 LTE业务流程 LTE关键技术 LTE网络概述 LTE网络基本架构 LTE现状 LTE网络基本架构 与 3G网络相比， LTE的网络结构更为简化，其主要特点为： 业务平面与控制平面完全分离化 核心网趋同化 ,交换功能路由化 网络扁平化 ,全 IP化 不在需要 RNC,大部分功能转移到基站实现 以数据业务为主 14 LTE网络基本架构 EPS网元及 接口 15 LTE网络基本架构 MME功能 NAS信令以及安全性功能 3GPP接入网络移动性导致的 CN节点间信令 空闲模式下 UE跟踪和可达性 漫游 鉴权 承载管

8、理 功能（包括专用承载的建立） Serving GW 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 LTE网络基本架构 LTE相关的节点接口 S1-MME E-UTRAN和 MME之间的控制面协议参考点 S1-U E-UTRAN和发 Serving-GW之间的接口 每个承载的用户面隧道和 eNodeB间路径切换（切换过程中） X2 eNodeB之间的接口，类似于现有 3GPP的 Iur接口 LTE-Uu 无线接口，类似于现有 3GPP的 Uu接口 LTE网络基本架构 协议架构 接口协议主要分 三层两面 ，三层主要包括了 物理层、数据链路层和网络层 ，

9、两面是 指控制平面和用户平面 。 18 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 。 数据链路层 网络层 LTE网络基本架构 协议架构 LTE总体的协议结构 19 UE eNodeB的空口协议栈 20 L2 - PDCP层 用户面和控制面数据传送 头压缩功能 (仅数据面 ) 加密 完整性保护 (仅控制面 ) 切换时的处理 21 L2 - RLC层 无线链路控制协议 RLC层位于 MAC层之上，为

10、用户和控制数据提供分段和重传业务。每个 RLC实体由 RRC配置，并且根据业务类型有三种模式： 透明模式（ TM）、非确认模式（ UM）、确认模式（ AM） 。在控制平面，RLC向上层提供的业务为无线信令承载（ SRB）；在用户平面，当 PDCP和 BMC协议没有被该业务使用时， RLC向上层提供无线承载（ RB）；否则 RB业务由 PDCP或 BMC承载。 22 L2 - MAC层 逻辑信道到传输信道的映射 逻辑信道数据的复用 /解复用 空口调度 是 L2的核心协议层和发动机 每用户一个数据 MAC 调度器每小区一个 23 RRC功能划分 LTE中 RRC子层功能与原有 UTRAN系统中的

11、RRC功能相同，包括有系统信息广播、寻呼、建立释放维护 RRC连接等。 RRC的状态为 RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两类 UMTS的 RRC状态 CELL_DCH ， CELL_FACH ， CELL_PCH， URA_PCH， IDLE 24 RRC功能 广播由非接入层（核心网）提供的信息 广播 与接入层相关的信息 建立 、维持及释放 UE和 UTRAN之间的一个 RRC连接 建立 、重配置及释放无线承载 分配 、重配置及释放用于 RRC连接的无线资源 RRC连接移动功能 控制 所需的 QoS UE测量的报告和对报告的控制 外环 功率控制 加密 控制 慢速 动态信道分配 寻呼

12、 初始 小区选择和重选 上行链路 DCH上无线资源的仲裁 RRC消息完整性保护 25 RRC_IDLE状态 NAS配置 UE指定的 DRX； 系统信息广播； 寻呼； 小区重选移动性； UE将分配一个标识来独立的在一个跟踪区中唯一识别该 UE； eNB中没有存储 RRC上下文 26 RRC_CONNECTED状态 UE建立一个 E-UTRAN-RRC连接； E-UTRAN中存在 UE的上下文； E-UTRAN知道 UE归属的小区； 网络可以与 UE之间进行数据收发； 网络控制移动性过程，例如切换； 邻区测量； 在 PDCP/RLC/MAC级： : UE可以与网络之间收发数据； UE监测控制信令信

13、道来判定是否正在传输的共享数据信道已经被分配给UE； UE报告信道质量信息和反馈信息给 eNB； eNB控制实现按照 UE的激活级别来配置 DRX/DTX周期，以便于 UE省电和有效利用资源。 27 LTE网络基本架构 信道类型 信令流、数据流在各层之间传送，要通过不同的信道来承载，各逻辑信道、物理信道对应关系如下所示 (逻辑信道，传输信道 ，物理信道 )： 28 LTE网络基本架构 信道类型 29 LTE网络基本架构 帧结构 LTE网络中信息的传输是以 帧 来传送的，对于 TDD和 FDD来说，帧的结构是不同的。 对于 FDD，在每一个 10ms中，有 10个子帧可以用于下行传输 ，并且 有

14、 10个子帧可以用于上行传输 。上下行传输在频域上进行分开 ，如下图所示： 30 # 0 # 1 # 1 8 # 1 9# 2S u b - f r a m es l o tO n e r a d i o f r a m e = 1 0 m sLTE网络基本架构 帧结构 对于 TDD，一个无线帧 10ms，每个无线帧由 两个半帧 构成，每个半帧长度为 5ms。每一个半帧由 8个常规时隙和DwPTS(Downlink Pilot Timeslot)、 GP(Guard Period)和 UpPTS (Uplink Pilot Timeslot)三个特殊时隙构成，总长度为 1ms。 31 O n e r a d i o f r a m e = 1 0 m sO n e h a l f f r a m e = 5 m s# 0 # 2 # 3 # 4 # 5 # 7 # 8 # 91 m sD w P T S U p P T SG PD w P T S U p P T SG P目 录 32 LTE业务流程 LTE关键技术 LTE网络概述