LTE原理及系统架构

TO_BT08_C1_1LTE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；GPRSGSMEDGEHSDPAHSUPALTEHSPA+CDMA20001XIS-95EV-DORev.AEV-DORev.BCDMA20001X-EV-DOAIECDMA20001X-EV-DVX2G2.5G3G3.5G3.75G3.9G2.75GWCDMA/R99LTE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R7，2008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（StudyItem，技术可行性研究阶段）和WI（WorkItem，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2009~2010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SAEgateway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SGiS4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSS10UEGERANUTRANSGSNLTE-Uu”E-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-UOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+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）ServingGW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。Iub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。MME/S-GWMME/S-GWeNodeBeNodeBeNodeBS1EPCE-UTRANX2X2X2EPSLTE网络结构LTE系统eNodeB功能eNodeB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。RNCNodeBeNodeBLTE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。interneteNBRBControlConnectionMobilityCont.eNBMeasurementConfiguration&ProvisionDynamicResourceAllocation(Scheduler)PDCPPHYMMESAEGatewayS1MACInterCellRRMRadioAdmissionControlRLCE-UTRANEPCRRCMobilityAnchoringSAEBearerControlIdleStateMobilityHandlingNASSecurityLTE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。eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCLTE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HARQ等功能。eNBPHYUEPHYMACRLCMACSAEGatewayPDCPPDCPRLCLTE系统层2结构和功能下行链路Segm.ARQMultiplexingUE1Segm.ARQ...HARQMultiplexingUEnHARQBCCHPCCHScheduling/PriorityHandlingLogicalChannelsTransportChannelsMACRLCSegm.ARQSegm.ARQPDCPROHCROHCROHCROHCRadioBearersSecuritySecuritySecuritySecurity...LTE系统层2结构和功能上行链路Multiplexing...HARQScheduling/PriorityHandlingTransportChannelsMACRLCPDCPSegm.ARQSegm.ARQLogicalChannelsROHCROHCRadioBearersSecurtiySecurityLTE系统PDCP子层模型PDCPIntegrityProtectionCipheringCipheringCipheringUserPlaneNASDataControlPlaneNASSignallingROHCROHCCipheringLTE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-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3GPPRelease6结构中RRC状态在切换时的关系如下图所示。LTE支持与现有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。E-UTRANUTRANRRC_IDLECELL_DCHCELL_FACHCELL/URA_PCHIDLELTEMMIdleConfigurationStoredLTEMMIdleConfigurationStoredRRC_CONNECTEDUTRANRRCConnectedConfigurationStoredUMTSMMConfigurationStored1.3.4.2.LTE系统LTENAS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Power-UpLTE_DETACHEDRRC:NULLRRCContextinnetwork:-DoesnotexistAllocatedUE-Id(s):-IMSIUEposition:-NotknownbynetworkMobility-PLMN/CellselectionDL/ULactivity:-NoneLTE_ACTIVERRC:RRC_CONNECTEDRRCContextinnetwork:-IncludesallinformationnecessaryforcommunicationAllocatedUE-Id(s):-IMSI-IDuniqueinTrackingArea(TA-ID)-IDuniqueincell(C-RNTI)-1ormoreIPaddressesUEposition:-KnownbynetworkatcelllevelMobility:-HandoverDL/ULactivity:-UEmaybeconfiguredwithDRX/DTXperiodsLTE_IDLERRC:RRC_IDLEContextinnetwork:-IncludesinformationtoenablefasttransitiontoLTE_ACTIVE(e.g.securitykeyinformation)AllocatedUE-Id(s):-IMSI-IDuniqueinTrackingArea(TA-ID)-1ormoreIPaddressesUEposition:-KnownbynetworkatTrackingArea(TA)levelMobility:-CellreselectionDLactivity:-UEisconfiguredwithDRXperiodPerform“Registration”-AllocateC-RNTI,TA-ID,IPaddr-PerformAuthenti