【8A文】LTE原理及系统架构

《【8A文】LTE原理及系统架构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【8A文】LTE原理及系统架构（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、TO_BT08_C1_1 LTE基本原理,中兴通讯学院 TD&W&PCS无线团队,课程目标,学习完本课程，您将能够： 了解当前移动通信的进展，掌握后3G发展脉络； 了解LTE原理及系统架构。,课程内容,LTE概述 LTE系统 LTE主要技术特征 无线资源管理 移动性过程 物理层过程 LTE关键技术 中兴通讯LTE系统,背景介绍,无线通讯从2G、3G到3.9G发展过程，是从移动的语音业务到高速业务发展的过程。 目前可提供应用的是3.5G，以WCDMA系统来说，可以提供R5商用版本和R6试验系统；,LTE概述,背景介绍,3GPP组织正在完善R7和R8的HSPA+和LTE标准，预计2007年冻结R7

2、，2008年冻结R8。无线技术的发展更加注重运营商的需求 NGMN组织提出系统的发展目标。,LTE概述,LTE简介和标准进展,3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN和UTRA改进的项目，LTE的研究工作按照3GPP的工作流程分为两个阶段：SI（Study Item，技术可行性研究阶段）和WI（Work Item，具体技术规范的撰写阶段）。,LTE概述,LTE简介和标准进展,3GPP从2004年底开始LTE相关工作，3GPP计划从2005年3月开始，到2006年6月结束的SI，最终推迟到2006年9月结束SI阶段工作； 3GPP从2006年6月开始WI阶段的工

3、作，计划2007年3月完成WI的Stage2阶段协议工作，2007年9月完成Stage3阶段的协议工作并结束WI； 3GPP计划2008年3月完成测试规范方面的协议制定工作。 从LTE标准发展时间可以预计20092010年左右可以开始LTE的商用。 成熟的大规模商用预计开始于2011年之后。 ,LTE概述,LTE简介和标准进展,LTE与现有3GPP的R6、R7系统结构上有很大不同，E-UTRAN在整个体系上趋于扁平化，减少了中间节点数量。这种系统结构和体系的改变使得LTE较现有UTRAN结构接口减少同时降低了成本，并且更易于对设备进行维护管理；在性能上便于减少数据传输延迟的实现。 LTE主要实

4、现的目的是提供用户：更高的数据速率、更高的小区容量、更低的延迟时间、降低用户以及运营商的成本。,LTE概述,LTE简介和标准进展,3GPP在Stage1和Stage2阶段的工作和技术报告汇总图如上所示。 现阶段已经进行的Stage3在3GPP的36系列协议中描述，36.300是E-UTRAN的总体介绍。其他Stage3的标准正在制定中，可参见36系列的所有协议。,LTE概述,课程内容,LTE概述 LTE系统 LTE主要技术特征 无线资源管理 移动性过程 物理层过程 LTE关键技术 中兴通讯LTE系统,LTE系统架构,LTE体系结构可以借助SAE体系结构来做详细描述。在SAE体系结构中，RNC部

5、分功能、GGSN、SGSN 节点将被融合为一个新的节点, 即分组核心网演进EPC部分。这个新节点具有GGSN、SGSN 节点和RNC 的部分功能，如下图所示由MME和SAE gateway两实体来分别完成EPC的控制面和用户面功能。,LTE系统,LTE网络结构,LTE系统,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 在新的LTE框架中，原先的Iu, 将被新的接口S1替换。I

6、ub和Iur将被X2 替换,LTE网络结构,LTE系统,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网络结构,LTE系统,在LTE系统架构中，RAN将演进成E-UTRAN, 且只有一个结点：eNodeB。,LTE网络结构,LTE系统,eNodeB功能 eNodeB具有现有3GPP R5/R6/R7的Node B功能和大

7、部分的RNC功能，包括物理层功能（HARQ等），MAC，RRC，调度，无线接入控制，移动性管理等等。,RNC,Node B,eNodeB,LTE网络结构,LTE系统,LTE网络结构,E-UTRAN和EPC之间的功能划分图，可以从LTE在S1接口的协议栈结构图来描述，如下图所示黄色框内为逻辑节点，白色框内为控制面功能实体，蓝色框内为无线协议层。,LTE系统,控制面协议结构,RRC完成广播、寻呼、RRC连接管理、RB控制、移动性功能和UE的测量报告和控制功能。RLC和MAC子层在用户面和控制面执行功能没有区别。,LTE系统,用户面协议结构,用户面各协议体主要完成信头压缩、加密、调度、ARQ和HAR

8、Q等功能。,LTE系统,层2结构和功能,下行链路,LTE系统,层2结构和功能,上行链路,LTE系统,PDCP子层模型,LTE系统,RRC级功能划分,LTE中RRC子层功能与原有UTRAN系统中的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的状态设计为RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两类。,LTE系统,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,LTE系统,RRC_CONNECTED状态,UE建立一个E-UTRAN-R

9、RC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。,LTE系统,E-UTRAN和UTRAN切换时RRC状态间关系,LTE的RRC状态与现有3GPP Release 6结构中RRC状态在切换时的关系如下图所示。LTE支持与现

10、有UTRAN的各状态间的迁移。具体状态迁移处理过程协议正在详细讨论中。,LTE系统,LTE NAS 协议状态,LTE的状态类型从NAS 协议状态来看有以下三类： LTE_DETACHED状态，该状态下没有RRC实体存在。 LTE_IDLE状态，该状态下RRC处于RRC-IDLE状态，一些信息已经存储在UE和网络（IP地址、安全关联的密钥等、UE能力信息、无线承载等）。 LTE_ACTIVE状态，该状态下RRC处于RRC_CONNECTED状态。,LTE系统,LTE的三类NAS协议状态与RRC的关系以及状态间迁移,LTE系统,S1接口,S1接口定义为E-UTRAN和EPC之间的接口。 S1接口包

11、括两部分： 控制面的S1-C接口。 用户面的S1-U接口。 S1-C接口定义为eNB和MME功能之间的接口； S1-U定义为eNB和SAE网关之间的接口。 EPC和eNBs之间的关系是多到多，即S1接口实现多个EPC网元和多个eNB 网元之间接口功能。,LTE系统,S1接口,LTE系统,S1接口功能,SAE承载业务管理功能，例如建立和释放 UE在LTE_ACTIVE状态下的移动性功能，例如Intra-LTE切换和Inter-3GPP-RAT切换。 S1寻呼功能 NAS信令传输功能 S1接口管理功能，例如错误指示等 网络共享功能 漫游和区域限制支持功能 NAS节点选择功能 初始上下文建立功能,L

12、TE系统,S1接口的信令过程,S1接口的信令过程有： SAE承载信令过程，包括SAE承载建立和释放过程。 切换信令过程 寻呼过程 NAS传输过程，包括上行方向的初始UE和下行链路的直传 错误指示过程 初始上下文建立过程,LTE系统,S1接口的信令过程,初始上下文建立过程（蓝色部分) in Idle-to-Active procedure,LTE系统,X2接口,X2接口定义为各个eNB之间的接口。 X2接口包含X2-C和X2-U两部分。 X2-C是各个eNB之间控制面间接口，X2-U是各个eNB之间用户面之间的接口。 S1接口和X2接口类似的地方是：S1-U和X2-U使用同样的用户面协议，以便于

13、eNB在数据前向时，减少协议处理。,LTE系统,X2-C接口功能,X2-C接口支持以下功能： 移动性功能，支持UE在各个eNB之间的移动性，例如切换信令和用户面隧道控制。 多小区RRM功能，支持多小区的无线资源管理，例如测量报告。 通常的X2接口管理和错误处理功能。 X2-U接口支持终端用户分组在各个eNB之间的隧道功能。隧道协议支持以下功能： 在分组归属的目的节点处SAE接入承载指示 减小分组由于移动性引起的丢失的方法,LTE系统,课程内容,LTE概述 LTE系统 LTE主要技术特征 无线资源管理 移动性过程 物理层过程 LTE关键技术 中兴通讯LTE系统,LTE主要技术需求和性能指标概括,

14、3GPP要求LTE支持的主要特性和性能指标如上图所示。,LTE主要技术特征,峰值数据速率,下行链路的立即峰值数据速率在20MHz下行链路频谱分配的条件下，可以达到100Mbps（5 bps/Hz）（网络侧2发射天线，UE侧2接收天线条件下）； 上行链路的立即峰值数据速率在20MHz上行链路频谱分配的条件下，可以达到50Mbps（2.5 bps/Hz）（UE侧一发射天线情况下）。,LTE主要技术特征,控制面延迟时间与控制面容量,从驻留状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的空闲模式到CELL_DCH状态，控制面的传输延迟时间小于100ms，这个时间不包括寻呼延迟时间和NAS延迟时间；

15、从睡眠状态到激活状态，也就是类似于从Release 6的CELL_PCH状态到Release 6的CELL_DCH装态，控制面传输延迟时间小于50ms。 频谱分配是5MHz的情况下，每小区至少支持200个用户处于激活状态。,LTE主要技术特征,用户面延迟时间及用户面流量,空载条件即单用户单个数据流情况下，小的IP包传输时间延迟小于5ms。 下行链路：与Release 6 HSDPA的用户面流量相比，每MHz的下行链路平均用户流量要提升3到4倍。此时HSDPA是指1发1收，而LTE是2发2收。 上行链路：与Release 6增强的上行链路用户流量相比，每MHz的上行链路平均用户流量要提升2到3倍

16、。此时增强的上行链路UE侧是一发一收，LTE是1发2收。,LTE主要技术特征,频谱效率,下行链路：在满负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标是Release 6 HSDPA的3到4倍。 上行链路：在满负荷的网络中，LTE频谱效率（用每站址、每Hz、每秒的比特数衡量）的目标是Release 6 增强上行链路的2到3倍。,LTE主要技术特征,移动性,E-UTRAN可以优化15km/h以及以下速率的低移动速率时移动用户的系统特性。 能为15-120km/h的移动用户提供高性能的服务。 可以支持蜂窝网络之间以120-350km/h（甚至在某些频带下，可以达到500km/h）速率移动的移动用户的服务。 对高于350km/h的情况，系统要能尽量实现保持用户不掉网。,LTE主要技术特征,覆盖（小区边界比特速率）,吞吐量、频谱效率和LTE要求的移动性指标在5公里半径覆盖的小区内将得到充分保证，当小区半径增大到30公里时，只对以上指标带来轻微的弱化。同时需要支持小区覆盖在100公里以上的移动用户业务。,LTE主要