LTE基础知识培训文档

LTE基础知识培训文档第一页，共39页。背景介绍网络架构关键技术与协议基本网络接入流程主要支撑业务提纲第二页，共39页。LTE（LongTermEvolution）：长期演进计划E-UTRAN（EvolvedUTRAN）：无线接入网UTRAN（UniversalTerrestrialRadioAccessNetwork）演进方向SAE（SystemArchitectureEvolution）：系统架构演进EPC（EvolvedPacketCore）：分组核心网演进EPS（EvolvedPacketSystem）：分组系统演进，整个网络体系的全称基本概念背景介绍第三页，共39页。基本概念辨析MME/S-GWMME/S-GWE-NodeBE-NodeBE-NodeBS1UEE-UTRAN（LTE）X2X2X2EPSEPC（SAE）背景介绍LTE与SAE为3GPP接入网和核心网演进项目名称。

E-UTRAN与EPC为接入网和核心网的具体演进架构名称。UE、E-UTRAN和EPC共同组成的分组系统就是EPS。第四页，共39页。网络结构：扁平化无线接入技术：OFDM，MIMO……接入网性能：下行峰值速率要达到100Mbps，上行峰值速率要达到50Mbps。支持域：LTE的设计中采用全IP架构，只支持PS支撑业务：主要以提供移动宽带业务为主，为用户提供视频、音频等丰富的业务模式LTE与GSM/CDMA接入网络的区别背景介绍第五页，共39页。LTE与GSM/CDMA接入网结构对比背景介绍第六页，共39页。

在LTE系统架构中，RAN演进成E-UTRAN,只有一个逻辑结点：E-NodeB（eNB）。E-NobeB为逻辑概念，其实际设备组成结构与NODEB相似，使用分布式基站架构，由RRU（射频拉远模块）和BBU（基站处理模块）组成。BBU与RRU之间通过光纤连接，BBU与核心网连接，RRU与天线连接。为了实现与原先3G网络中基站设备的过渡，E-NobeB一般与原基站共BBU/RRU。LTE与GSM/CDMA接入网设备对比背景介绍第七页，共39页。LTE标准化进程背景介绍第八页，共39页。背景介绍网络架构关键技术与协议基本网络接入流程主要支撑业务提纲第九页，共39页。整个网络组织结构网络架构E-NodeB：具有现有3GPPR5/R6/R7的NodeB功能和大部分的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。MME（MobilityManagementEntity）：移动性管理实体，负责信令处理S-GW（ServingGateway）：服务网关，负责本地网络用户数据处理部分P-GW（PDNGateway）：分组数据网网关，负责用户数据包与其他网络的处理第十页，共39页。主要节点功能介绍MME主要实现功能处理UE和EPC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P-GW主要实现功能UE的IP地址分配QoS保证计费IP数据包过滤S-GW主要实现功能所有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E-NodeB主要实现功能无线资源管理IP数据包头压缩和用户数据流加密UE连接期间选择MME寻呼消息的调度和传输广播信息的调度和传输移动和调度的测量，并进行测量和测量报告的配置网络架构第十一页，共39页。LTE接入网络的接口共有3种：

由于LTE将系统分为控制面(ControlPlane)和用户面(UserPlane)，3种接口均可分为两个平面S1接口：E-NodeB与EPC间的接口控制面的S1-C接口：E-NodeB和MME功能之间的接口(又称为S1-MME)用户面的S1-U接口：E-NodeB和S-GW之间的接口X2接口：E-NodeB之间的接口控制面的X2-C接口：E-NodeB之间控制面间的接口用户面的X2-U接口：E-NodeB之间用户面间的接口Uu接口：E-NodeB与UE之间的接口，又称为LTE-Uu控制面的Uu-C接口：E-NodeB与UE间的控制面接口用户面的Uu-U接口：E-NodeB与UE间的用户面接口主要接口介绍网络架构第十二页，共39页。LTE控制面整体协议栈NASRRCRLCMACPDCPL1RLCMACPDCPL1SCTPL1RelayS1-APIPL2SCTPL1L2UEE-NodeBMMELTE-UuS1-MMERRCS1-APIPNASNAS网络架构没有RNC，空中接口的控制平面（RRC）功能由E-NodeB进行管理和控制第十三页，共39页。LTE用户面整体协议栈ApplicationIPRLCMACPDCPL1RLCMACPDCPL1GTP-UUDP/IPL1RelayUDP/IPGTP-UL1GTP-UUDP/IPL1RelayL2L2IPUDP/IPL2GTP-UL1L2UEE-NodeBServingGWPDNGWLTE-UuS1-US5/S8网络架构没有了RNC，空中接口的用户平面（MAC/RLC）功能由E-NodeB进行管理和控制。第十四页，共39页。S1接口功能：SAE承载服务管理功能（包括SAE承载建立、修改和释放）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……S1接口介绍用户面S1-U协议栈控制面S1-C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-AP网络架构第十五页，共39页。X2接口与S1接口使用同样的用户面协议，以便于E-NodeB在数据向前传输时减少协议处理。X2接口与S1接口控制面协议只有上层应用协议不同。X2接口功能：移动性功能，支持UE在各个E-NodeB之间的移动性，例如切换信令和用户面隧道控制。多小区RRM（无线资源管理）功能，例如测量报告。通常的X2接口管理和错误处理功能。……X2接口介绍网络架构X2接口控制面协议栈第十六页，共39页。PDCPRLCMACPHYUEPDCPRLCMACPHYE-NodeB用户面协议栈PDCPRLCMACPHYUEPDCPRLCMACPHYE-NodeB控制面协议栈RRCRRCNASNASMMEPDCP、RLC和MAC协议合称L2协议。Uu接口介绍网络架构NAS层负责处理EPS承载管理、身份认证、手机空闲时的移动性管理、手机空闲时的呼叫起始功能、安全控制等功能。RRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能。它仅存在一个MAC实体。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、测量配置及报告等第十七页，共39页。背景介绍网络架构关键技术与协议基本网络接入流程主要支撑业务提纲第十八页，共39页。LTE下行链路采用正交频分多址(OFDMA)技术。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。正交频分复用（OFDM）各个子载波重叠排列，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。LTE关键技术-OFDM关键技术与协议传统FDM频谱OFDM频谱第十九页，共39页。MIMO基本原理：在发送端和接收端同时使用多根天线进行数据的发送和接收，可以产生多个并行的信道从而提高信道容量。 LTE最基本的多天线技术配置是下行采用双发双收的2*2天线配置，上行采用单发双收的1*2天线配置，现阶段考虑的最高要求是4*4.MIMO的优点：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。LTE关键技术-MIMO关键技术与协议SIMOMIMO第二十页，共39页。无线侧协议架构关键技术与协议NASRRCL2PHY（L1）无线承载传输信道关注与核心网的交互，处理与实际业务承载相关的请求和信令流程，完成用户身份/安全等过程和移动性管理完成UE与E-NodeB间相关的无线信令处理流程，将NAS业务消息携带在RRC相关消息中数据在实际物理信道上的传输根据业务类型等进行数据的处理，保证数据安全性和合理传输。第二十一页，共39页。L2层协议上下行结构L2的下行结构图L2的上行结构图关键技术与协议为用户和控制数据提供分段和重传业务头压缩、加密、完整性保护完成数据调度传输和无线资源分配第二十二页，共39页。有线侧协议架构关键技术与协议应用协议UDP根据具体情况有不同的上层应用协议下层均基于IP协议进行传输用户面数据传输过程中可以使用UDP协议提供非可靠性传输GTP-USCTPIP用户面数据使用GTP-U协议进行传输控制面数据为了保证数据可靠性使用SCTP协议进行传输用户面控制面流控制传输协议，支持有序传输，支持多宿主连接，可在出现错误时自动切换。第二十三页，共39页。背景介绍网络架构关键技术与协议基本网络接入流程主要支撑业务提纲第二十四页，共39页。基本流程网络附着：UE进行实际业务之前在网络中的注册过程业务请求：当用户已经在核心网中注册，且处于空闲状态时，建立无线接入网各接口的信令连接，并将UE和EPC转到连接状态。PLMN选择：UE根据自身能力在E-UTRAN频段中扫描所有的载频信道，以寻找可用的PLMN。小区选择：UE在所有支持的载频、所有支持的RAT之中搜索出信号最强的小区在E-NodeB与UE之间建立RRC连接，保证在UE和E-NodeB之间信令消息的传输。基本网络接入流程第二十五页，共39页。PLMN选择和小区选择基本网络接入流程获得基准时间获得帧同步和物理层的小区组获得物理层的小区ID读取系统消息UE搜索最强小区，读取其系统信息来确定这个小区所归属的PLMN初始小区选择：UE根据能力扫描所有射频信道存储信息小区选择：UE通过以前的测量控制信元或者检测到小区储存起来的载频信息为指导进行小区选择第二十六页，共39页。随机接入基本网络接入流程UE会选好的小区中基站发送随机接入前缀。E-NodeB的MAC层产生随机接入响应

UE的RRC层产生RRCConnectionRequest

竞争解除，由E-NodeB的RRC层产生RRCContentionResolution基于冲突的随机接入基于非冲突的随机接入UE发送指派的随机接入前缀

。E-NodeB通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀

E-NodeB的MAC层产生随机接入响应

第二十七页，共39页。网络附着过程基本网络接入流程UE完成网络附着之后即获取了PDNGW分配的IP地址，实现永远在线。实际在RRC建立完成消息中包含了初始化附着请求和PDN连接请求消息第二十八页，共39页。服务请求过程UE发起的服务请求过程网络侧发起的服务请求过程基本网络接入流程第二十九页，共39页。背景介绍网络架构关键技术与协议基本网络接入流程主要支撑业务提纲第三十页，共39页。LTE业务含语音业务和数据业务。LTE典型数据业务大致可以分为两类：高速移动互联网业务高速上网业务以及各种高清流媒体业务。

智能化应用支撑业务

随着网络的普及，出现了一系列智能化应用需求，如智慧地球、智慧城市、智能家庭等。LTE提供的高速业务能够为这些智能化应用提供支撑。LTE业务主要支撑业务第三十一页，共39页。CSFB（CircuitSwitchedFallback） CSFB的基本原理是终端驻留在LTE时，如果终端发起或接收呼叫时，需要先从LTE重选回2G/3G，由2G/3G的电路域来提供语音。

CSFB方案是LTE引入初期的一种解决方案，用于双模终端，主要依靠SGs接口完成。LTE语音业务解决方案1

-完全基于电路域的语音解决方案主要支撑业务第三十二页，共39页。UE发起的呼叫：UE向MME发送包含CSFallback指示的服务请求，MME根据该指示要求E-NodeB帮助UE切换到GERAN/UTRAN的CS域。当UE切换到GERAN/UTRAN后，在CS域发起呼叫流程。UE被呼叫：MSC/VLR收到呼叫消息后，通过SGs接口向MME发送寻呼消息，MME向该UE发送寻呼消息，该消息中可以携带主叫号码等信息。UE收到该寻呼消息后，向MME发送包含CSFallback指示的服务请求，MME根据该指示要求E-NodeB帮助UE切换到GERAN/UTRAN的CS域。当UE切换到GERAN/UTRAN后，在CS域向MSC/VLR发送寻呼响应，并完成后续呼叫流程。CSFB呼叫流程第三十三页，共39页。SRVCC(Single-Radiovoicecallcontinuity)

SRVCC的基本原理是在LTE覆盖范围内采用VoIMS的方式（MMTel）来提供语音，在语音呼叫过程中如果终端移动出LTE覆盖范围时，LTE同MSC进行切换以支持语音业务连续性。