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1、LOGOLTE 系统结构3GPP长期演进背景介绍1网络架构与协议2控制面协议3用户面协议4移动通信系统发展历程IMT-AdvancedIMT-AdvancedLTE3G2G蜂窝组网，广泛应用的标准有AMPS、TACS等 ，采用模拟技术和频分多址使用址(FDMA)等技术目前应用最广泛的通信系统，主要包括GSM、IS-95 等,完全采用数字技术，使用FDM、TDM、CDMA等 技术。提供数字化的语音业务及低速数据业务国际标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、 WiMax。技术指标：室内速率2Mbps，室外速率384kbps ，行车速率144kbps。能够实现语音业务、高速率传输及
2、宽带多媒体、无线接入Internet等服务。OFMA及MIMO技术，在200MHz系统带宽下，下行 峰值速率100Mbps，上行峰值速率50MHz，提供 VoIP及IMS等高速率数据传输服务。？1GLTE演进路线3GPP（3rd Generation Partnership Project）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
3、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的主要技术特征 v 3GPP从“系统性能要求”、“网络的部署场景”、“网络架构”、“业务支持能力”等 方面对LTE进行了详细的描述。与3G相比，LTE具有如下技术特征： v (1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。 v (2)提高了频谱效
4、率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3-4倍于R6版本的HSDPA); 上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2-3倍。 v (3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。 v (4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服 务质量。 v (5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽。保证了将 来在系统部署上的灵活性。 v (6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题 并降低了网络时延，时延可达U-plan5ms，C-plan100ms。 v (7)增加了小区
5、边界比特速率，在保持目前基站位置不变的情况下增加小区边界 比特速率。如MBMS(多媒体广播和组播业务)在小区边界可提供1bit/s/Hz的数据 速率。 v (8)强调向下兼容，支持已有的3G系统和非3GPP规范系统的协同运作。 v 与3G相比，LTE更具技术优势，具体体现在：高数据速率、分组传送、延迟降低 、广域覆盖和向下兼容。 LTE的关键技术多载波技术多天线技术分组交换多载波技术v 传统的频分复用/频分多址（FDM/FDMA）技术将较宽 的频带分成若干较窄的子载波进行并行发送。为了避免各 子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大 的间隔。 v 正交频分复用（OFDM）各个子载波重
6、叠排列，同时保 持子载波之间的正交性，以避免子载波之间的干扰。部分 重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率。传统FDM频谱OFDM频谱多载波技术v LTE下行链路采用正交频分多址(OFDMA)技术。 v LTE上行链路采用单载波频分多址(SC-FDMA)技术，避免 OFDM调制中因高PARA(峰均比)带来的对功放的线性化要求。OFDM与SC-FDMA的频谱结构OFDM系统框图串并 转换IFFT并串 转换加入循 环前缀数模 变换多径传播模数 变换去除循 环前缀串并 转换FFT并串 转换SnRnn(t)OFDM调制OFDM解调SC-FDMA系统框图LTE下行链路SC-FDMA采用DFT-S-OFDM
7、方式实现DFT-S-OFDM系统框图M点 FFTN点 IFFT串 并 转 换循环 前缀串 并 转 换调制调制用户数据调制调制LTE的关键技术多载波技术多天线技术分组交换MIMO系统空间-时间 编码器空间-时间 解码器MIMO系统示意图s1s2sMrr1r2rMRsH r使用多天线的MIMO技术能够充分利用空间资源，在不增加 系统带宽和天线发射总功率的情况下，可有效对抗无线信道 衰落的影响，大大提高系统的频谱利用率和信道容量。多天线技术v 分集增益：利用多个天线提供的空间分集，可以改进多径 衰落信道中传输的可靠性。 v 阵列增益：通过预编码或波束成形，集中一个或多个指定 方向上的能量。这也允许不
8、同方向上的多个用户同时获得 服务。 v 空分复用增益：利用空间信道的强弱相关性，在多个相互 独立的空间信道上，传递不同的数据流，从而提高数据传 输的峰值速率。空分复用增益阵列增益分集增益LTE的关键技术多载波技术多天线技术分组交换分组交换v LTE是完全面向分组的多服务系统。 v 使用分组交换，可以令分组的长度与相关时间可比，使得 分组都落在信道质量较好的时间段。时间无线衰落信道快速自适应的分组调度电路交换的资源分配背景介绍1网络架构与协议2控制面协议3用户面协议4LTE网络结构LTE采用 “扁平”的无线访问网络结构，取消RNC节点， 简化网络设计。实现了全IP路由，各个网络节点之间与 Int
9、ernet没有什么太大的区别，网络结构趋近于IP宽带网 络结构。EPS概述v LTE致力于无线接入网的演进（ E-UTRAN ）。 v 系统架构演进（SAE）则致力于分组网络的演进（演进型分 组核心网EPC）。 v LTE和SAE共同组成演进型分组系统（EPS）。EPS网络结构EPCE-UTRAN用户设备EPS的功能划分S1eNodeB小区间无线资源管理无线承载控制连接移动性控制无线许可控制eNodeB 测量配置与提交动态资源分配 （调度）RRC (无线资源控制)PDCP (分组数据汇聚协议)RLC (无线链路控制)MAC (媒体接入控制)物理层E-UTRANMMENAS(非接入层)安全性空闲
10、状态移动性管理EPS承载控制S-GW移动性 安全闸P-GWUE IP地址分配分组过滤InternetEPCE-UTRAN组成结构EPS网络节点示意图网络结构包括CN(EPC)、E-UTRAN、UE，eNodeB 通过X2接口连接，构成E-UTRAN(接入网)，eNodeB 通过S1接口与EPC(CN)连接，UE通过LTE-Uu接口 与eNodeB连接。eNodeB实现的功能v 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上下行动态资源分配v IP数据包头压缩和用户数据 流加密v UE连接期间选择MMEv 寻呼消息的调度和传输v 广播信息的调度和传输v 移动和调度的测量，并进行
11、 测量和测量报告的配置E-UTRAN总体架构核心网(EPC)HSSP-GWS-GWMME PCRFE-UTRANSGiS5/S8S1-US6aS1-MMEGxRxOperators IP services(e.g. IMS, PSS)LTE/SAE核心网负责UE的控制和承载建立，EPC包含的逻辑节点有： PDN Gateway(P-GW)、Serving Gateway(S-GW)、Mobility Management Entity(MME) 、Home Subscribier Server(HSS) 、Policy Control and Charging Rules Function(P
12、CRF)。EPC组成结构核心网节点功能P-GW主要实现功能S-GW主要实现功能MME主要实现功能处理UE和CN之间 的控制信令，通过 NAS协议实现。寻呼和控制信息分 发 承载控制 保证NAS信令安全 移动性管理UE的IP地址分配 QoS保证 计费 IP数据包过滤所有IP数据包均通 过S-GWUE在小区间切换 时，作为移动性控 制锚点 下行数据缓存 LTE与其他3GPP 技术互联时作为移 动性锚点无线接口协议E-UTRANRadio AccessPDCPRLCMACNASRRCL2无线接口协议根据用途分为用户面(User plane) 协议栈和控制面(Control plane)协议栈。用户面
13、控制面用户面主要执行 头压缩、调度、 加密等功能控制面主要执行系统 信息广播、RRC连接 管理、RB控制、寻呼 、移动性管理、测量 配置及报告等E-UTRAN用户面ApplicationIPRLCMACPDCPL1RLCMACPDCPL1GTP-UUDP/IPL1RelayUDP/IPGTP-UL1GTP-UUDP/IPL1RelayL2L2IPUDP/IPL2GTP-UL1L2UEeNodeBServing GWPDN GWLTE-UuS1-US5/S8用户面协议栈E-UTRAN控制面NASRRCRLCMACPDCPL1RLCMACPDCPL1SCTPL1Relay S1-APIPL2SCT
14、PL1L2UEeNodeBMMELTE-UuS1-MMERRCS1-APIPNASNAS控制面协议栈S1接口S1接口连接E-UTRAN与CN，S1控制平面接口(S1 - MME)位于eNB和MME之间，S1用户平面接口(S1-U)位于 eNB和S-GW之间。S1-MME控制面协议栈S1-U用户面协议栈传输网络层建立 在IP传输之上， GTP-U用来携带 用户平面PDU传输网络层利用IP传输， 为可靠传输信令，在IP之 上，添加SCTP，应用层信 令协议为S1-APX2接口X2接口实现eNodeB之间的互联，X2接口控制平面 和用户平面接口定义域S1接口一致。X2接口控制面协议栈X2接口用户面协
15、议栈EPS承载与QoS承载(Bearer)是UE和网关之间有相应QoS(Quality of Service)保障的IP数据包。 为了应对同时发生的多种形式的服务，EPS根据不同的服务 对QoS的不同要求，将Bearer分为两类：GBR bearer Minimum Guaranteed Bit Rate bearer(保证 比特率承载)可应用于VoIP等面向 连接的服务,bearer可 分配到持久的无线资 源。 BearerNON-GBR bearer不保证比特率，可用 于浏览网页或ftp等服 务，不分配持久的无 线资源。EPS承载与QoS每一个bearer都有一个QoS等级标记(QCI)及分配与保留 优先级(ARP)。
