LTE基本原理介绍

2020/2/13C&Wi售前网络规划部LTE基本原理Version1.1了解LTE产生的背景及网络架构掌握LTE物理层和层2的基本原理了解LTE空口关键技术Page3Charter1LTE背景介绍Charter2LTE网络架构及协议栈介绍Charter3LTE物理层结构介绍Charter4LTE层2结构介绍Charter5LTE空口关键技术介绍Page4Charter1LTE背景介绍1.1LTE的概念和设计目标1.2LTE的标准化进程1.3SAE简介1.4SON简介1.53GPP简介LTE背景介绍什么是LTE？◦长期演进LTE(LongTermEvolution)是3GPP主导的无线通信技术的演进。◦接入网将演进为E-UTRAN(EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)。连同核心网的系统架构将演进为SAE(SystemArchitectureEvolution)。Page5LTE的设计目标带宽灵活配置：支持1.4MHz,3MHz,5MHz,10Mhz,15Mhz,20MHz峰值速率(20MHz带宽）：下行100Mbps，上行50Mbps控制面延时小于100ms，用户面延时小于5ms能为速度350km/h的用户提供100kbps的接入服务支持增强型MBMS（E-MBMS）取消CS域，CS域业务在PS域实现，如VOIP系统结构简单化，低成本建网3GPP的目标是打造新一代无线通信系统，超越现有无线接入能力，全面支撑高性能数据业务的，“确保在未来10年内领先”。LTE背景介绍LTE的标准化进程◦2004年12月3GPP正式成立了LTE的研究项目。◦原定2006年6月完成的研究项目SI（StudyItem）推迟到2006年9月。完成可行性研究，并输出技术报告。◦2006年9月正式开始工作项目WI（WorkItem）/标准制定阶段，原定为2007年9月完成第一个标准版本，现已延期。◦目前LTE处于Stage3(Protocol)研究阶段，正在各个子组会议上热烈的讨论。◦预计2008年年底会推出首个商用协议版本。LTE主要涉及36.xxx系列协议。◦目前协议仍在不断完善中。Page6LTEWIstageLTESIstageDelayed2006Mar2006Jun2006Sep2005Dec2006Dec2007Dec2008Dec2007Jun2008Jun2007Mar2007Sep2008Mar2008Sep2009MarLTEenhancementandimprovementLTERel8(Approval)LTESILTEWILTERel8(Specfinished)LTE背景介绍SAE简介◦系统架构演进SAE（SystemArchitectureEvolution），是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进，主要包括：◦功能平扁化，去掉RNC的物理实体，把部分功能放在了E-NodeB，以减少时延和增强调度能力（如，单站内部干扰协调，负荷均衡等，调度性能可以得到很大提高）◦把部分功能放在了核心网，加强移动交换管理，采用全IP技术，实行用户面和控制面分离。同时也考虑了对其它无线接入技术的兼容性。SGiS4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSOperator’sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+S10UEGERANUTRANSGSN“LTE-Uu”EUTRANMMES11S5ServingSAEGatewayPDNSAEGatewayS1-UPage7LTE背景介绍Page8SON简介自组织网络SON（SelfOrganizationNetwork）是由下一代移动网NGMN（NextGenerationMobileNetwork）运营商发起的要求LTE实现的功能。运营商站在自己利益和感受的角度出发，鉴于早期通信系统在O&M兼容性和经济性比较差，而对LTE提出新的要求，主要集中于FCAPSI的管理（Fault,Configuration,Alarm,Performance,Security,Inventory）：自规划（Self-planning）自配置（Self-deployment）自优化（Self-optimization）自维护（Self-maintenance）SON的优势运营商可以减少规划、优化、维护的成本，降低OPEX。设备商可以促进性能特性、工具等的销售，降低交付后网络优化的成本；低附加值和低技术含量的工作收益将减少。LTE背景介绍Page93GPP简介3GPP（3rdGenerationPartnershipProject）成立于1998年12月，是一个无线通信技术的标准组织，由一系列的标准联盟作为成员（OrganizationalPartners）。目前有ARIB（日本）,CCSA（中国）,ETSI（欧洲）,ATIS（美洲）,TTA（韩国）,andTTC（日本）等。3GPP分为标准工作组TSG和管理运维组两个部分。TSG主要负责各标准的制作修订工作，管理运维组主要负责整理市场需求，并对TSG和整个项目的运作提供支持。TSG（TechnicalSpecificationGroups）TSGGERAN:GERAN无线侧相关(2G)；TSGRAN:无线侧相关(3GandLTE)；TSGSA(ServiceandSystemAspects):负责整体的网络架构和业务能力；TSGCT(CoreNetworkandTerminals):负责定义终端接口以及整个网络的核心网相关部分。Page10Charter1LTE背景介绍Charter2LTE网络架构及协议栈介绍Charter3LTE物理层结构介绍Charter4LTE层2结构介绍Charter5LTE空口关键技术介绍Page11Charter2LTE网络架构及协议栈介绍2.1LTE的网络架构2.2LTE的网元功能2.3LTE的协议栈介绍LTE的网络架构LTE的主要网元◦LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成，提供用户面和控制面。◦LTE的核心网EPC由MME，S-GW和P-GW组成。LTE的网络接口◦e-NodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输。◦S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1-U是e-NodeB连接S-GW的用户面接口。Page12eNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2E-UTRANinterneteNBRBControlConnectionMobilityCont.eNBMeasurementConfiguration&ProvisionDynamicResourceAllocation(Scheduler)PDCPPHYMMES-GWS1MACInterCellRRMRadioAdmissionControlRLCE-UTRANEPCRRCMobilityAnchoringEPSBearerControlIdleStateMobilityHandlingNASSecurityP-GWUEIPaddressallocationPacketFilteringRRC:RadioResourceControlPDCP:PacketDataConvergenceProtocolRLC:RadioLinkControlMAC:MediumAccessControlPHY:PhysicallayerEPC:EvolvedPacketCoreMME:MobilityManagementEntityS-GW:ServingGatewayP-GW:PDNGateway与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平，降低组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。LTE的网元功能Page13interneteNBRBControlConnectionMobilityCont.eNBMeasurementConfiguration&ProvisionDynamicResourceAllocation(Scheduler)PDCPPHYMMES-GWS1MACInterCellRRMRadioAdmissionControlRLCE-UTRANEPCRRCMobilityAnchoringEPSBearerControlIdleStateMobilityHandlingNASSecurityP-GWUEIPaddressallocationPacketFilteringe-NodeB的主要功能包括：无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）；用户数据流的IP报头压缩和加密；UE附着状态时MME的选择；实现S-GW用户面数据的路由选择；执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度和传输；完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。MME的主要功能包括：NAS(Non-AccessStratum)非接入层信令的加密和完整性保护；AS(AccessStratum)接入层安全性控制、空闲状态移动性控制；EPS(EvolvedPacketSystem)承载控制；支持寻呼，切换，漫游，鉴权。S-GW的主要功能包括：分组数据路由及转发；移动性及切换支持；合法监听；计费。P-GW的主要功能包括：分组数据过滤；UE的IP地址分配；上下行计费及限速。LTE的协议栈介绍LTE协议栈的两个面：◦用户面协议栈：负责用户数目传输◦控制面协议栈：负责系统信令传输用户面的主要功能：◦头压缩◦加密◦调度◦ARQ/HARQPage14eNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLC用户面协议栈eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCP控制面协议栈控制面的主要功能：RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致PDCP层完成加密和完整性保护RRC层完成广播，寻呼，RRC连接管理，资源控制，移动性管理，UE测量报告控制NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制Page15Charter1LTE背景介绍Charter2LTE网络架构及协议栈介绍Charter3LTE物理层结构介绍Charter4LTE层2结构介绍Charter5LTE空口关键技术介绍Page16Charter3LTE物理层结构介绍3.1LTE支持频段3.2无线帧结构3.3物理信道3.4物理信号3.5物理层过程LTE支持频段E-UTRABandUplink(UL)Downlink(DL)DuplexModeFUL_low–FUL_highFDL_low–FDL_high11920MHz–1980MHz2110MHz–2170MHzFDD21850MHz–1910MHz1930MHz–1990MHzFDD31710MHz–1785MHz1805MHz–1880MHzFDD41710MHz–1755MHz2110MHz–2155MHzFDD5824MHz–849MHz869MHz–894MHzFDD6830MHz–840MHz875MHz–885MHzFDD72500MHz–2570MHz2620MHz–2690MHzFDD8880MHz–915MHz925MHz–960MHzFDD91749.9MHz–1784.9MHz1844.9MHz–1879.9MHzFDD101710MHz–1770MHz2110MHz–2170MHzFDD111427.9MHz–1452.9MHz1475.9MHz–1500.9MHzFDD12698MHz–716MHz728MHz–746MHzFDD13777MHz–7