LTE_技术介绍.ppt

lte sae移动通信网络技术 2013 1 15 目录 3 lte简介 lte longtermevolution 长期演进 项目是3g的演进 始于2004年3gpp的多伦多会议 lte并非人们普遍误解的4g技术 而是3g与4g技术之间的一个过渡 是3 9g的全球标准 它改进并增强了3g的空中接入技术 为用户提供更高速率的网络业务应用 改善了小区边缘用户的性能 提高小区容量和降低系统延迟 lte包括tdd 时分双工 fdd 频分双工 两种双工模式 中国移动采用tdd 时分双工 模式 lte的演进方向是lte advanced 什么是lte 4 目录 5 eps系统架构与功能 网络架构演进示意图 为了更清晰 全面地理解eps的网络架构 下图示出了从gsm网络开始 3gpp移动通信网络架构演进的几个主要过程 可以看出 gsm网络仅存在电路域 cs 支持的业务主要是语音业务 并支持pstn固定网络的话音互通 当网络演进到gprs edge阶段时 系统引入了分组域 ps 的概念 因此可以提供一些基于ip的基本数据业务 随后 当网络演进到umts阶段 引入了ip多媒体子系统 ims 体系架构时 系统在ps域核心网承载网之上增加了新的一层 ims域 此时语音话音除了通过传统的cs域提供外 还可以通过ims域来提供voip语音 同时基于voip的话音能够实现与cs话音以及pstn语音的互通 最后 网络演进到eps阶段 eps总体架构 6 eps系统架构与功能 3gpp移动通信网络整体架构图 7 无线接入网结构 e utran的网络架构图 e utran网络的特点 e utran将nodeb和rnc融合为一个网元enodeb enodeb之间底层采用ip传输 在逻辑上通过x2接口互连 enodeb通过s1接口与一个或多个mme s gw相连接 e utran网络的优点 网络扁平化使得系统延时减少 从而改善了用户体验 并可开展更多业务 网元数目减少 使得网络部署更为简单 网络的维护更加容易 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 eps系统架构与功能 8 分组核心网结构 3gpp接入eps非漫游架构图 eps网络架构相对于umts系统的变化主要体现为以下两方面 全ip的扁平化的网络架构 支持多种3gpp 非3gpp的无线系统的接入 例如geran utran wlan e utran cdma2000等 通过e utran接入epc核心网络的系统架构 其中pdn gw可通过sgi接入运营商网络 类似于umts系统中的ggsn实体 mme则类似于与sgsn实体的用户面 pcrf实体负责通过gx接口为pdn gw提供相关的策略控制和计费规则 eps系统架构与功能 3gpp接入eps漫游架构图 9 e utran与epc的功能划分图 e utran与epc之间的功能划分如下图所示 eps系统演进utran e utran 移动性管理实体 mme 服务网关 pdn gw 以及ue等几部分组成 其中长条形表示逻辑节点中的各层无线协议 虚线长条形代表逻辑节点控制平面的主要功能 eps系统架构与功能 10 1 enodebenodeb具有现有nodeb和rnc的大部分功能 包括 物理层功能 mac rlc pdcp功能 rrc功能 资源调度和无线资源管理 无线接入控制及移动性管理功能 具体来讲 enodeb通过用户面接口s1 u和s gw相连 用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧 通过控制平面接口s1 mme和mme相连 采用s1 ap协议 类似于umts网络中的无线网络层的控制部分 主要完成s1接口的无线接入承载控制 操作维护功能 2 mmemme主要负责用户及会话管理的所有控制平面功能 包括nas信令及其安全 跟踪区 trackingarea 列表的管理 pdn gw和s gw节点的选择 跨mme切换时对新mme的管理 在向2g 3g系统切换过程时 sgsn的选择 鉴权 漫游控制及承载管理 3gpp不同无线接入网核心节点之间的移动性管理 以及ue空闲状态的移动性管理 3 s gws gw主要负责ue用户平面的数据传送 转发及路由切换等 当通过终端移动至e utran网络的enodeb时 s gw将被看作一个逻辑的移动性锚点 这意味着e utran内部的移动性管理以及e utran与与其他3gpp技术之间的移动性管理都将通过该节点进行数据包路由 需要说明的是 除切换外 每个与eps系统相关联的ue 每个时刻仅有一个s gw为之服务 4 pdn gw作为pdn网络会话的锚点 pdn gw负责执行用户的包过滤 合法侦听 ue的ip地址分配 上行链路中的数据包传送级标记 上下行服务等级计费 服务水平的控制 以及基于业务的上下行速率控制等 若ue同时访问多个pdn网络 ue将对应于一个或多个pdn gw eps系统架构与功能 11 头压缩及用户面加密 在无法根据ue提供的信息路由到一个mme的情况下 选择一个合适的mme 基于ue ambr和mbr 进行上行承载级别的速率调整 基于ue ambr进行下行承载级别的速率调整 上行和下行准入控制 在上行链路中 进行数据包传送标识 例如 基于qci 来设置diffserv的编码点 网络实体 enodeb mme s gw pdn gw nas信令及其安全 跟踪区域 trackingarea ta 列表的管理 pdn gw和s gw节点的选择 3gpp不同接入网核心节点之间的移动性管理 ecm idle状态下的ue可达性管理 包括控制和寻呼重传 鉴权 漫游控制 承载管理 包括专用承载的建立 信令传输的合法侦听 告警消息传送 ue可达性流程 主要功能 支持ue的移动性切换用户面的数据功能 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 合法侦听 上下行传输层数据包标识 每ue pdn qci的上下行计费 根据ts32 240中定义的计费原则和参考点 与ocs进行通信 支持ue的移动性切换用户面的数据功能 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 合法侦听 上下行传输层数据包标识 每ue pdn qci的上下行计费 根据ts32 240中定义的计费原则和参考点 与ocs进行通信 eps系统架构与功能 12 主要参考点 接口 介绍 s1 mme e utran和mme间的控制面参考点 用于各种控制信令的传输 基于s1 ap协议 s1 u e utran与s gw间的用户面隧道参考点 也可以用在切换的时候 enodeb间的路通切换 基于gtp c协议 x2 两个enodeb之间的参考点 用户支持移动性及用户面的隧道特征 与s1基于相同的用户面 s3 mme与2g 3gsgsn之间的参考点 基于gtp c协议 s4 s gw与2g 3g之间的参考点 采用gtpv1协议 s5 s gw与pdn gw之间的参考点 用于支持这两个网管实体之间的承载管理及用户平面的隧道 该参考点应用于s gw和pnd gw分设 s gw建立到pdn gw的连接过程以及在用户移动性管理中s gw重定位过程 该参考点基于gtpv2协议 类似于sgsn与ggsn之间的gn接口 s6a mme和hss之间的参考点 用于为用户接入提供认证和授权 基于ietf定义的diameter协议 sgi pdn gw和pdn之间的参考点 其中 pdn可以是外部公共数据网 也可以是内部私有数据网 例如运营商的ims网络服务 eps系统架构与功能 13 eps系统架构与功能 接口与协议 控制平面协议栈控制平面协议主要负责对用户平面的控制及完成信令传输方面的功能 具体功能如下 控制e utran网络的接入连接 如ue接入至e utran的附着与去附着 控制一个已经建立网络接入的连接属性 如ip地址的激活与分配 控制一个已经建立网络的路由路径以支持用户的移动性 并保持业务的连续性 当用户需求改变时 负责控制各种网络资源的分配 ue与mme之间的控制平面特点 扁平化的架构设计 去掉了rnc实体 空中接口用户平面 mac rlc 和控制平面 rrc 均由enodeb进行管理控制 包括完成基站之间的切换功能 enodeb既承担了无线接入网用户数据的分组数据汇聚 pdcp 的功能 也承担了nas信令状态管理的部分核心网功能 nas层的含义是指非接入层 支持移动性管理功能以及用户平面承载激活 修改与释放功能 执行eps承载管理 鉴权 idle状态下的移动性处理 寻呼以及安全控制等功能 pdcp层执行头压缩 数据传输 加密以及完整性保护 rlc和mac层执行与数据的分段 封装等功能 rrc层主要执行广播 寻呼 rrc连接管理 无线承载 rb 管理 移动性管理 密钥管理 ue测量报告与控制 mbms控制 nas消息直传 qos管理等功能 s1 mme接口的控制平面 在ip层之上采用流传输控制协议 sctp s1 ap是enodeb与mme之间的应用层协议 主要处理s1 mme接口控制平面的各种信令控制 s1 ap协议主要完成以下功能 e utran无线接入承载 e rab 管理功能 emm connected状态下的ue移动性管理 s1寻呼功能 nas阶段选择功能 初始上下文建立功能 14 eps系统架构与功能 15 eps系统架构与功能 切换准备 handoverpreparation 基本流程 初始消息 成功响应消息 失败响应消息 切换资源分配 handoverresourceallocation 路径切换请求 pathswitchrequest 切换取消 handovercancellation 承载建立 bearersetup 承载修改 bearmoddify 承载释放 bearrelease 初始上下文建立 intitialcontextsetup 重置 reset s1建立 reset handoverrequired handoverrequest pathswitchrequest handovercancel bearersetuprequest bearermodifyrequest bearerreleasecommadn initialcontextsetuprequest reset s1setuprequest handovercommand handoverrequestacknowledge pathswitchacknowledge handovercancelacknowledge bearersetupresponse bearermodifyresponse bearerreleasecomplete initialcontextsetupresponse resetacknowledge s1setupresponse handoverpreparationfailuer handoverfailuer pathswitchrequestfailuer initialcontextsetupfailuer s1setupfailuer 带有响应的s1 ap基本消息 16 不带有响应的s1 ap基本消息 切换通知 handovernotification 基本流程 消息 切换释放请求 bearerreleaserequst 寻呼 paging 初始化ue消息 initialuemessage 下行nas传送 downlinknastransport 错误指示 errorindication ue上下文释放请求 uecontextrealserequest handovernotify beaerreleaserequest paging initialmessage downlinknastrasport uplinknastransport nasnondeliveryindication errorindication uecontextreleaserequest 上行nas传送 uplinknastransport nas未发送指示 nasnondeliveryindication eps系统架构与功能 eps系统架构与功能 x2接口的控制平面x2 ap协议支持以下几个主要功能 emm connected状态下ue的移动性管理 例如 源enodeb和目标enodeb之间的上下文传送 enodeb之间用户平面隧道的控制 以及切换消息等 上行负载管理 小区间负载管理是x2接口的一项重要功能 即enodeb通过负载指示消息通知相邻基站本小区的最新负载情况 从而实现基站节点之间的负载分担 保证网络处于一个相对均衡的水平 x2接口的错误处理 如错误指示 重置等 x2接口的控制平面图 切换准备 handoverpreparation 基本流程 初始消息 成功响应消息 失败响应消息 切换取消 handovercancel handoverrequired handovercancel handoverrequestacknowledge handovercancelacknowledge handoverpreparationfailuer handoverfailuer 重置 reset x2建立 x2setup resetrequest x2setuprequest resetresponse x2setupresponse x2setupfailuer 负载指示 loadindication 基本流程 消息 错误指示 errorindication loadindication errorindication sn传输状态 snstatustransfer 资源释放 releaseresource snstatustransfer releaseresource 带有响应的x2 ap基本消息 不带响应的x2 ap基本消息 18 eps系统架构与功能 其他接口的控制平面s gw与pdn gw之间s5 s8接口控制平面如图如下所示 该接口可以支持gtp c及pmipv6两种协议来实现控制平面的信令传输 s5 s8接口的控制平面图 gtp gprstunnellingprotocol 全称是gprs隧道协议 gtp协议分为gtp c 信令控制协议 gtp u 封装用户数据协议 和gtp 计费相关协议 几种 mip mobileip 协议进入了家乡代理 ha 和外地代理 fa 两个新的功能实体和隧道技术 在不改变因特网路由规则和移动节点ip地址的前提下 解决了移动主机漫游的路由问题 同时保持上层的通信连接 mip协议是一种网络层移动性管理的方案 与链路层的物理层传输技术无关 实现了移动主机跨区域 跨网络的漫游 19 用户平面协议栈ue与pdn gw之间的用户平面s1 u接口用户平面的gtp u协议主要负责enodeb与s gw之间用户数据的隧道传输 实现两个节点之间的数据封装与传输 下层udp协议用于用户数据的传送 s1 u在ip层之上采用了面向无连接的udp协议 采用用户平面协议数据单元 pdu 非保证传送机制 在udp之上承载的是gtp u数据封装协议 可以有效满足eps系统对分组核心网采用统一的gtp协议的要求 x2接口的用户平面x2接口的用户平面在enodeb之间的ip传输层上 采用了面向无连接的udp协议进行用户数据传输 并在udp协议之上承载gtp u协议 利用x2接口和s1接口用户平面数据的相似性 x2接口的用户面x2 u采用了与s1 u相同的用户平面协议结构 eps系统架构与功能 20 eps系统的主要功能 eps系统架构与功能 网络接入控制功能网络接入功能主要用于将哪个用户接入到epc核心网 具体内容细分为如下几个功能模块 接入网络选择功能鉴权功能准入控制功能策略与计费执行功能合法侦听移动性管理功能移动性管理功能主要用于实现用户当前位置的跟踪 同时用于ue在空闲模式或连接模式下的移动性管理 跟踪区跟踪区 trackingarea ta 是eps系统为进行ue位置管理而引入的新概念 与umts系统中的位置区 locationarea la 和路由区 routingarea ra 类似 为了避免ue在ta的边界移动时 产生大量的跟踪区更新信令 为同一个ue同时指配多个跟踪区 构成一个ta列表 eps系统中的ta列表可以在附着 tau或guti重分配过程中由mme分配给ue 移动性约束功能移动性约束功能主要用在某些场景下 限制ue接入某些特定的区域 该功能由ue e utran无线接入网和epc核心网提供 emm与ecm状态emm emm registered 注册状态 emm deregistered 未注册状态 ecm ecm idle 空闲状态 ecm connected 连接状态 21 eps系统架构与功能 ecm idle空闲状态 ecm connected连接状态 ecm idle与ecm connected状态特征 ue与网络之间并没有信令连接 e utran中不为ue分配无线资源并且没有建立ue上下文 ue与网络之间没有s1 mme和s1 u连接 当处于空闲状态的ue在有下行数据到达时 数据应终止s gw 并由mme发起寻呼 网络对ue位置所知精度为ta级当ue改变驻留小区时 执行小区更新当ue进入未注册的新跟踪区时 执行ta更新ue在小区间移动时 自动执行plmn选择以及小区选择和重选e utran在epc的辅助下执行区域限制功能进入节点模式 例如使用非连续接收 ue与网络之间有信令连接 该信令连接包括rrc连接和s1 mme连接两部分网络对ue位置所知精度为小区级该状态下ue的移动性管理由切换过程控制当ue进入未注册的新跟踪区时 应执行ta更新 22 无线资源管理功能lte系统中的无线资源管理包括对单小区的无线资源管理 也包括对多个小区资源的管理 无线承载控制 rbc 无线承载的建立 维护和释放过程涉及无线资源的相关配置 无线接入控制 rac rac的任务是接纳或拒绝一个新的无线承载的建立 连接移动性控制 cmc cmc主要涉及空闲状态或连接状态下的无线资源管理 动态资源分配 dra 和分组调度 ps 动态资源分配 dra 和分组调度 ps 的任务是为用户平面或控制平面的数据包分配或释放资源 小区间干扰协调 icic icic的主要任务是通过无线资源的管理来控制小区间的干扰 是多小区无线资源管理功能的一个重要部分 icic在实现过程中需要综合考虑多小区的资源使用状态以及业务负荷等信息 无线资源负载均衡 lb lb的任务是处理多个小区间业务负荷不均衡的分布 因此lb的目的是在确保高效率利用无线资源和保证现有qos会话的前提下 改变小区间负荷的分布情况 系统间无线资源管理 主要关注跨系统移动性 主要是系统间的切换 的无线资源管理 负荷分担与容灾功能mme间负荷均衡 以均衡pool内mme间负荷为目的 使新进入mmepool内的ue能根据pool内mme间负荷情况定向到pool内的mme上 mme间负荷重分配 依照权重来为计入网络的用户选择服务mme mme过载控制 指enodeb根据根据过载控制策略减少转发给过载mme的消息数量 甚至不向过载mme转发nas消息 从而使mme从过载状态中恢复正常 eps系统架构与功能 23 eps系统架构与功能 网络节点的选择pdn gw的选择pdn gw选择功能是指mme利用hss提供的用户签约信息及其他附加条件 为ue接入分配一个pdn gw s gw的选择ue在任何时刻只能连接至一个s gw eps系统根据网络拓扑结构 负载均衡以及s gw的协议支持能力来为ue选择服务的s gw mme的选择mme节点选则功能是指基于网络拓扑结构为ue选择一个可用的mme eps系统架构与功能 eps系统中的标识 全球唯一临时标识符 guti guti gummei m tmsigummei mcc mnc mmeimmei mmegi mmec跟踪区标识符tai mcc mnc tac tac trackingareacode rnti 无线网络临时标识 是在网络中用于识别ue的标识符应用协议标识符当enodeb或者mme产生一个新的ue相关逻辑连接时 需要分配应用协议表示号 apid apid可用于唯一标识一个节点 enodeb或者mme 与ue相关的s1接口或者x2接口的逻辑连接 enodebs1 apueidmmes1 apueid源enodebx2 apueid目的enodebx2 apueideps承载标识符eps承载标识符用于唯一地标识ue接入到e utran的一个eps承载 eps承载由mme分配 guti标识符组成示意图 25 25 目录 26 lte空中接口协议 空中接口是指ue与无线接入网 ran 之间的接口 控制接口协议主要用于建立 配置 维持及释放各种无线承载业务 e utran系统的空中接口协议根据用途可以分为用户平面协议栈和控制平面协议栈 用户平面协议栈主要包括物理层 phy 媒体访问控制层 mac 无线链路控制层 rlc 以及分组数据汇聚层 pdcp 4个层次 控制平面协议栈主要包括非接入层 nas rrc pdcp rlc mac phy层 nas子层终止与mme 主要实现eps承载管理 鉴权 空闲状态下的移动性处理 寻呼消息的产生以及安全控制等功能 协议框架 空中接口用户平面协议栈图 空中接口控制平面协议栈图 27 lte空中接口协议 物理层 物理层的功能lte系统中空中接口的物理层主要负责向上层提供底层的数据传输服务 物理层将包含如下功能 传输信道的错误检测并向高层提供指示传输信道的前向纠错编码 fec 与译码混合自动传送请求 harq 软合并传输信道与物理信道之间的速率匹配及映射物理信道的功率加权时间及频率同步射频特性测量并向高层提供指示mimo天线处理传输分集波束赋形射频处理 28 lte空中接口协议 帧结构lte系统的时域帧结构如下图所示 每个无线帧的总长度tfram 10ms 进一步可以分成10个长度为tsubfram 1ms的子帧 为了提供进一步精准的时间定义 lte系统以ts 1 30720000s作为基本时间单位 系统中所有的时隙都是这个基本单位的整数倍 下图中的时隙可表示为tfram 307200 ts tsubfram 30720 ts 在一个子载波中 每个无线帧的不同子帧既可以用于下行传输也可以用于上行传输 lte系统的时域帧结构图 29 lte空中接口协议 物理信道和传输信道物理信道物理下行共享信道 pdsch 物理广播信道 pbch 物理多播信道 pmch 物理下行控制信道 pdcch 物理控制格式指示信道 pcfich 物理harq指示信道 phich 物理上行共享信道 pusch 物理上行控制信道 pucch 物理随机接入信道 prach 传输信道广播信道 bch 下行共享信道 dl sch 寻呼信道 pch 多播信道 mch 下行共享信道 ul scd 随机接入信道 rach 传输信道和物理信道的映射 下行传输信道与物理信道的映射图 上行传输信道与物理信道的映射图 30 lte空中接口协议 数据链路层 mac子层协议lte系统mac协议子层主要是为rlc层业务与物理层之间提供一个有效的连接 从这个角度看 mac层支持的主要功能包括 逻辑信道与传输信道之间的映射传输格式的选择 例如通过选择传输块大小 调制方案等作为输入参数提供给物理层一个ue或多个ue之间逻辑信道的优先级管理通过harq机制进行纠错填充 padding rlcpdu的复用与解复用业务量的测量与上报逻辑信道控制信道广播控制信道 bcch 用来广播系统控制信息的下行信道 寻呼控制信道 pcch 用户传输寻呼信息的下行信道 当网络不知道ue的小区位置时使用 公共控制信道 ccch 用来传输ue与网络之间的控制信息的上下行双向信道 当ue与网络没有rrc连接时使用该信道 多播控制信道 mcch 用来传输网络到ue的mbms调度和控制信息的点到多点下行信道 用于ue接收mbms业务 专用控制信道 dcch 用来传输ue与网络之间专用控制信息的点到点的双向信道 当ue存在rrc连接时使用该信道 业务信道专用业务信道 dtch 是点到点信道 专用于一个ue传输用户信息 可以是上下行双向的 多波业务信道 mtch 负责从网络侧向ue传送数据的点到多点的下行信道 仅用于ue接收mbms业务 逻辑信道与传输信道的映射图 31 rlc子层协议rlc层的主要功能是接收从对等rlc实体获得的数据包 或将数据包发送至对等rlc实体 rlc实体执行数据传送包含3中可配置模式 透明模式 tm 非确认模式 um 以及确认模式 am rlc层主要实现与arq相关的服务与功能 具体包括 上层pdu的传输 支持am与um两种模式 tm模式的数据传输通过arq机制进行错误修正 crc校验由物理层完成 根据传输块 tb 大小进行动态分配重传时对pdu进行重分段实现同一无线承载 rb 的多个业务数据单元 sdu 的串接顺序传送上层pdu 仅支持am与um两种模式 重复检测协议错误检测与恢复sdu丢弃重置lte系统与umts系统的rlc层功能相比 let系统中的rlc层呈现出以下特征 um模式与tm模式承载的信道较少 功能实现简单am模式支持rlcsdu的动态分配 现有umts系统只支持固定分段am模式支持二次分段 现有umts系统不支持lte系统的rlc层不再支持机密功能lte系统的rlc层需要支持流量控制功能 lte空中接口协议 32 lte空中接口协议 pdcp子层协议lte系统pdcp协议层的主要目的是发送或接收对等pdcp实体的分组数据 该子层主要完成以下几方面的功能 ip包头压缩与解压缩 数据与信令的加密 以及信令完整性保护 在控制平面 加密与完整性保护是必选功能 而在用户平面 可靠头压缩 roch 为必选功能 数据加密为可选功能 这里的数据既可以是用户数据 也可以是应用层信令 如sip rtcp等 右图给出了pdcp层用户平面的控制平面的主要功能模型 pdcp向位于ue侧的rrc和用户平面的上层 或者向enodeb侧的中继提供业务 包括用户平面数据的传输 控制平面的数据传输 头压缩 加密 完整性保护等 pdcp层可以向下层提供的业务包括 透明数据传输业务确认的数据传输业务 包括对pdcppdu传输成功的指示 非确认的数据传输业务 按序传输 包复制或丢弃处理 pdcp层协议模型图 33 lte空中接口协议 无线资源控制层 rrc层功能lte系统rrc层提供的主要服务与功能如下所述 广播nas层和as层的系统消息寻呼功能 通过as层的系统消息 rrc连接的建立 保持和释放 包括ue与u utran之间的标识符的分配 信令无线承载的配置安全功能 包括密钥管理端到端的无线承载的建立 修改与释放移动性管理功能 包括ue测量报告 以及为了小区间的rat间移动性进行的报告控制 小去间切换 ue小区选择与重选 切换过程中的rrc上下文传输等mbms业务通知 以及mbms业务无线承载的建立 修改与释放qos管理功能ue测量上报及测量控制nas消息的传输nas消息的完整性保护rrc层协议状态及转换umts系统中ue含5种rrc状态 即空闲状态 cell dch状态 cell fach状态 cell pch状态 ura pch状态 lte系统定义了两种rrc状态 空闲状态 rrc idle 和连接状态 rrc connected lte系统的rrc状态减少 rrc的状态机制更加简单 系统的复杂度降低 34 lte空中接口协议 空闲状态 rrc idle 的状态特征 连接状态 rrc connected 的状态特征 lterrc层的状态描述 plmn的选择 系统信息广播 不连续接收寻呼 小区重选移动性 ue有一个在跟踪区 ta 范围内唯一的标识 在enodeb中没有保存rrc通信上下文 ue有一个rrc连接 ue在e utran中具有通信上下文 e utran知道ue当前属于哪个小区 网络和终端之间可以接收和发送数据 网络控制层的移动性管理 包括切换或者网络辅助小区更改 nacc 到geran小区 可以测量邻小区 终端可以监听控制信道以便确定网络是否为它配置了共享信道资源 enodeb可以根据终端的活动性状况配置不连续接收 drx 周期 节约电池并提高无线资源利用率 与umts系统类似 终端开机后 将会从选定的plmn中选择一个合适的小区进行驻留 当ue驻留在某个小区后 就可以接受系统信息和小区广播信息 通常ue第一次开机需要执行注册过程 一方面是完成互相认证鉴权 另一方面也是让网络获得该ue的基本信息 随后 ue可以一直处于空闲状态 知道需要建立rrc连接 ue通过建立rrc连接才能进入连接状态 此时ue可以与网络进行数据的交互 当ue释放了rrc连接时 ue就会从rrc connected状态迁移到rrc idle状态 目录 36 lte无线传输关键技术 多址技术下行多址接入技术ofdm技术 是一种多载波调制技术 其主要思想是在可用频段内 将信道分成多个正交子信道 在每个子信道上使用一个子载波进行调制 从而将高速的数据信号转换成低速子数据流 调制到每个子信道上并行传输 在接收端采用相关技术来分开正交信号 ofdm技术具有频谱利用率高 抗摔落能力强的优点 ofdm收发机图上行多址接入技术lte系统采用单载波频分多址作为上行多址方式 37 lte无线传输关键技术 多天线技术多径效应会引起衰落 原因是由于直射波和地面反射波到达收信端时 因相位不同发生相互干涉而造成的微波衰落 因而被视为不利因素 多天线技术将多多径效应作为一个有利因素加以利用 多如多出 mimo 技术利用空间中的多径因素 在发送端和接收端采用多天线同时发送信号 可以实现分集增益或复增益 进而提高小区容量 扩大覆盖范围 提升数据传输速率等性能指标 下行mimo技术lte系统的下行mimo技术支持2 2的基本天线配置 下行mimo技术主要包括 空间分集 空间复用及波束赋形3大类 空间分集 主要是利用空间信道的弱相关性 结合时间 频率上的选择性 为信号的传递提供更多的副本 提高信号传输的可靠性 改善接收信号的信噪比 空间复用 主要原理也是利用空间信道的弱相关性 通过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 波束赋形 是一种应用于小间距天线阵列的多天线传输技术 其主要原理是利用空间信道的强相关性 利用波的干涉原理产生强方向性的方向图 从而提高信噪比 增加系统容量和覆盖范围 上行mimo技术lte系统的上行mimo技术也包括空间分集和空间复用 lte系统中 应用mimo技术的上行基本天线配置为1 2 即一根发送天线和两根接收天线 38 lte无线传输关键技术 链路自适应技术功率控制功率控制的基本原理是在信道条件好的链路使用较小的功率发射 而在信道条件差的链路使用较大的发射功率 使接收机接收到的信号功率维持在接受业务所需的最小功率上从而使得在不同的信道条件下 发射机都能够以最小的发射功率来保证接收机获得固定的传输速率和时延 保障通信的质量 自适应调制编码 amc 自适应调制编码 amc 的原理是根据信道条件的瞬时变化 自适应地调整系统的调制与编码方式 传输格式 例如 对于靠近小区基站的用户将分配较高的码率 较高阶的调制 对于靠近小区边界的用户则分配具有较低码率的较低阶调制 混合自动请求重传 harq 为了克服无线移动通信时变和多经络衰落对信号传输的影响 可以采用基于前向纠错 fec 和自动重传请求 arq 等差错控制方法 来降低系统的误码率以保证服务质量 在这两种方法的基础上产生了混合自动请求重传 harq 方案 即在arq系统中包含fec子系统 当fec的纠错能力可以纠正这些错误时 则不需要使用arq 只有当fec无法正常纠错时 才通过arq反馈信道请求重发误码组 39 lte无线传输关键技术 分组调度技术调度就是根据网络状态动态地将最适合的时 频资源分配给某个用户 let系统中 调度器除了分配时间 频率资源外 还可以控制传输的大小 或者调制编码格式 lte系统的资源分配包含集中式和分布式两种方式 并支持在集中式和分布式之间灵活地切换 集中式资源分配是指为用户非分连续的子载波和资源块 分布式资源分布是指为用户分配离散的子载波和资源块 小区干扰和抑制技术lte系统小区间干扰抑制技术主要有以下3种解决方式 小区间干扰随机化 就是要将干扰信号随机化 不能降低干扰的能量 但是能通过加干扰的方式将干扰信号随机化为 白噪声 从而抑制小区间干扰 小区间干扰删除 原理就是对小区内的干扰信号进行某种程度的调解甚至解码 然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量 小区间的干扰协调与避免 干扰协调又称为 软频率复用 或 部分频率复用 这种方法是将频率资源分为若干个复用集 小区中心的的用户可以采用较低的功率发射和接收 即使占用相同的频率也不会造成较强的小区间干扰 40 lte无线传输关键技术 网络自组织技术lte系统提出了网络自组织 selforganizationnetwork son 方面的需求 一方面可以实现基站的自配置与自优化 降低布网成本和运营成本 另一方面还可以用于homeenodeb等数量繁多 难于远程控制的节点类型 son的功能主要包括 网络自配置自配置过程是指对新部署的节点通过自动安装过程进行配置 获得必要的基本配置信息 网络自优化自优化过程是指通过ue和enodeb提供的测量结果信息 自适应地调整网络的运行参数 网络自安装网络自规划网络自愈合网络自回传 目录 42 lte基本信令流程 接入与鉴权流程 ip地址分配eps网络是一个纯分组交换的系统 为了正常访问pdn网络 在向用户提供业务之前 必须至少为ue分配一个ip地址 可以是ipv4或ipv6 若ue已经在默认承载建立过程中获得了ip地址 则后续的专用承载中将直接使用默认承载所对应的ip地址 不再重新分配 若在默认承载建立时并没有为ue分配ip地址 则ue将后续启动dhcp地址分配流程以获得ip地址 在默认承载时 eps网络可以通过以下两种方式之一为ue分配ip地址 plmn分配 即pdn gw直接分配一个ip地址给ue 该地址可以是静态的 也可以是动的 一般来说 只有归属网络的pdn gw才会为用户分配静态的plmn地址pnd分配一个ip地址给ue 该地址既可以是动态地址 也可以是静态地址 这种方式也被称为外部pdn地址分配 三种方式的具体分配方案如下 对于ipv4地址的分配 不同于2g 3g系统 eps网络的ue可以在pdn地址分配参数中指示网络其所期望的ipv4地址获取方式 也可以指示网络在默认承载建立以后通过ietf定义的各种流程来获得ipv4地址 对于ipv6地址的分配 在得到一个ipv6的前缀的情况下 ue应该能够通过无状态地址自动配置的方法来构造一个完整的ipv6地址 若网络采用dhcpv4 dhcpv6分配方式 对ue而言 pdn gw是一个dhcp服务器为ue分配ip地址 43 lte基本信令流程 附着流程ue进行实际业务之前在eps网络中的注册流程 称为网络附着 attach ue附着流程中 eps网络将完成如下工作 ue与mme建立mm上下文ue与mme的emm状态为emm registeredmme为ue建立默认承载ue获得网络侧分配的ip地址eps系统的ue附着流程 详细步骤如下 ue向enodeb发起附着请求消息及网络选择指示 消息包含tmsi ue能力以及pnd地址参数 enodeb根据s tmsi和网络选择指示得到mme 若enodeb无法直接推导出mme 将通过 mme选择功能 选择mme 并将附着消息前转至新的mme 若mme由于附着而发生变化 那么新mme将发送一个标识 id 请求消息至原来以请求imsi 随后原mme返回imsi及安全上下文信息 若ue不知道原mme和新mme 则新mme将向ue发送一个标识请求消息以请求imsi 随后ue通过标识响应消息返回imsi参数 若网络中没有ue上下文存在 系统将可以发起强制鉴权步骤 否则本部可选 若ue在附着请求消息中设置了加密选项转换标记 则mme将从ue中取回相应的加密选项 若新mme中存在着激活的承载上下文 则需在相关的s gw及pdn gw中删除原mme的对应承载 若mme发生改变或者初次附着 那么mme将向hss发送位置更新消息 hss向原mme返回位置取消消息 以取消mme上下文及承载上下文 若在原mme中存在着激活的承载上下文 该mme将会向pdn gw发送一条删除承载请求的消息 随后pnd gw返回相应 44 lte基本信令流程 hss向新的mme回复位置更新ack消息 若hss拒绝 则新mme也将拒绝本次附着请求 新mme选择一个s gw 并将创建默认承载请求消息发送给该s gw s gw在其eps承载列表创建一个入口 并向pdn gw转发创建默认承载请求的消息 若网络中使用了pcrf 则pdn gw将会与pcrf进行交互以获取pcc准则 若建立默认eps承载 则将在pdn gw中预定义pcc规则 pdn gw向s gw返回一个创建默认承载响应消息 s gw向新mme返回一个创建默认承载响应消息 新的mme向enodeb发送一条附着接受消息 enodeb向ue发送rrc连接重配置消息 并将附着接受消息发送给ue ue向enodeb发送rrc连接重配置完成消息 enodeb向新mme发送初始化上下文消息 该消息包含enodeb的teid及enodeb在s1 u接口的下行传输地址 ue向enodeb发送直传消息 该消息包含附着完成消息 enodeb转发附着完成消息至新mme 新的mme向s gw发送一条承载更新请求消息 s gw向新mme返回一条承载更新响应确认消息 此时 s gw可以发送缓存的下行分组数据 在步骤22中mme接收承载更新响应消息后 若建立了一个eps承载 mme将向hss发送一条包含apn与pdn gw标识的通知请求消息用于用户的移动性管理 hss存储apn及pdn gw标识对 并发送一条通知响应消息至mme 完成整个附着过程 45 lte基本信令流程 ue发起的附着流程图 46 lte基本信令流程 去附着流程当ue不需要或不能够继续附着在eps网络时 将发起去附着 detach 流程 eps网络中的去附着流程 包括ue侧发起的去附着和网络侧发起的去附着 网络侧发起的去附着流程可以通过mme发起 也可以由hss发起 ue侧触发的去附着流程的详细步骤如下 ue通过nas消息向mme发送去附着请求 mme向s gw发起删除承载请求消息 将s gw内该ue的eps承载置为无效 s gw向mme返回删除承载响应消息确认 若isr没有激活 该步骤将在第7部后执 若isr是激活的 mme将向相关的sgsn发送去附着指示消息 sgsn向s gw发送一条删除承载请求消息 去激活该ue在s gw的pdp连接 s gw向pdn gw发送删除承载请求消息 若isr没有激活 该步骤将由步骤2触发 pdn gw向s gw返回删除承载响应消息 pdn gw通过与pcrf交互来指示pcrf s gw向sgsn返回删除承载响应消息 sgsn向mme返回去附着指示确认消息 mme向ue返回一条去附着接受消息 mme向enodeb发送s1释放命令 原因为去附着 消息来释放s1 mme信令连接 47 lte基本信令流程 ue发起的去附着流程图 48 lte基本信令流程 服务请求流程服务请求 servicerequst 过程的目的是当用户已经在核心网中注册 且处于空闲状态时 建立无线接入网接口的信令连接 并将ue的状态从ecm idle迁移到ecm connected状态 服务请求包括ue发起的服务请求和网络侧发起的服务请求 ue发起的服务请求流程的详细步骤如下 ue向enodeb发送承载在rrc消息上的nas消息 enodeb前转该nas消息给mme 该消息被承载与一个s1 ap消息中 mme执行nas鉴权过程 mme向enodeb发送一条s1 ap消息初始化上下文建立请求 enodeb执行无线承载建立流程 ue的上行数据通过enodeb前转到s gw enodeb向mme返回一条发送s1 ap消息初始化上下文建立完成 mme向s gw发送一条承载更新请求消息 此后s gw可以开始向ue发送下行数据 若rat类型与上次比较已经改变 s gw将向pdn gw发送承载更新请求消息 消息携带rat类型 若网络中配置了动态的pcc pdn gw将与本地pcrf进行交互获得pcc规则 若不采用动态pcc配置 pdn gw将直接采用本地的qos策略 pdn gw向s gw返回承载更新响应消息 s gw将承载更新响应消息转发至mme 49 lte基本信令流程 ue发起的服务请求图 50 移动性管理流程位置更新流程e utran系统内切换与现有3gpp网络的切换 lte基本信令流程 流程举例 基于x2的enodeb间切换无mme重定位场景下 enodeb之间的切换将不需要改变mme 假设切换前后s gw不变 且s gw与源enodeb和目标enodeb都存在ip连接的enodeb间切换流程步骤如下 目标enodeb给mme发送一条路径切换请求消息通知ue已经改变小区 mme决定继续选择该s gw为ue服务 mme向s gw发送一条用户平面更新请求消息 enodeb地址 下行用户平面teid s gw开始用心的接收地址和teid发送下行数据包给enodeb 同时向mme返回一条用户平面更新响应消息 为了辅助目标enodeb重排序功能 s gw在每个eps承载切换后立即在原路径上发送一个或多个 endmarker 数据包 mme用路径切换请求确认消息证实路径切换请求消息 同时mme可能向eno