LTE网络架构

LTE网络架构介绍一、LTE概述二、LTE关键技术三、LTE网络结构四、LTE协议栈介绍五、UEAttach流程介绍一、LTE概述长期演进(LongTermEvolution)3GPP于2004年12月开始LTE相关的标准工作，LTE是关于UTRAN改进的项目。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。一、LTE概述LTE网络的特点：1、单一形式的节点结构eNodeB，有效改善用户平面和控制平面时延；2、高效的分组交换协议；3、所有网元都通过标准接口连接，满足多供应商产品间的互操作性；4、灵活的操作与维护（OAM）；5、灵活部署，支持Pico、Femto等微型基站；一、LTE概述LTE网络主要实现目的：更好的覆盖更高的数据速率更低的CAPEX&OPEX更低的延迟时间更高的频谱利用率一、LTE概述二、LTE关键技术三、LTE网络结构四、LTE协议栈介绍五、UEAttach流程介绍二、LTE关键技术1、频域多址技术—下行OFDM/上行SC-FDMA2、MIMO技术3、高阶调制技术4、HARQ技术5、链路自适应技术—AMC6、快速MAC调度技术7、小区间干扰消除二、LTE关键技术-频域多址技术OFDM的优势：*频谱效率高；*带宽扩展性强；*抗多径衰落；*实现MIMO技术较简单；*频域调度灵活；*自适应强，可以灵活选择调制*编码方式更好的适应信道的频率选择性；二、LTE关键技术-频域多址技术*终端能力有限，发射功率受限，OFDM的高峰均比（PAPR）在上行链路的应用受到较大的限制；*SC-FDMA采用单载波技术，峰均比（PAPR）低，可以在有限的功率条件下获得更大的覆盖范围，降低终端成本和耗电量；二、LTE关键技术-MIMO技术多天线技术：MIMO：多入多出(MultipleInputMultipleOutput)SISO：单入单出(SingleInputSingleOutput)SIMO：单入多出(SingleInputMultipleOutput)LTE的基本配置是DL2*2和UL1*2,最大支持4*4二、LTE关键技术-MIMO技术MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以创造多个并行空间信道，成倍地提高信道容量。另外，MIMO将多径无线信道与发射、接收视为一个整体进行优化，利用MIMO信道提供的空间分集增益，降低误码率，提高信道可靠性，这是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理。一、LTE概述二、LTE关键技术三、LTE网络结构四、LTE协议栈介绍五、UEAttach流程介绍三、LTE网络结构-网络实体MME/S-GWMME/S-GWeNodeBeNodeBeNodeBS1EPCE-UTRANX2X2X2EPSUuUu整个TD-LTE系统由3部分组成：*核心网（EPC,EvolvedPacketCore）*接入网（eNodeB）*用户设备（UE）三、LTE网络结构SGiS4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSS10UEGERANUTRANSGSNLTE-Uu”E-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-UOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+三、LTE网络结构-网元介绍EPC分为三部分：1、MME(MobilityManagementEntity,负责信令处理部分）NAS信令以及安全性功能（包括承载管理和连接管理）；Active状态下的会话移动性支持；Idle状态下的终端移动性管理；鉴权；2、S-GW(ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分）支持UE的移动性切换用户面数据的功能；用户IP数据包通过S-GW转发,提供E-UTRAN与EPC之间的路由；E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持；3、P-GW(PDNGateway，负责用户数据包与其他网络的处理)IP分配和QoS管理；基于用户的数据包的过滤；根据PCRF规则进行基于流量的计费；提供EPC与PDN之间的路由；三、LTE网络结构-网元介绍eNodeB：E-UTRAN接入端的唯一网元，为UE提供接入功能。*无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等；*IP头压缩与用户数据流加密；*UE附着时的MME选择；*提供到S-GW的用户面数据的路由；*寻呼消息的调度与传输；*系统广播信息的调度与传输；*测量与测量报告的配置。三、LTE网络结构-网元介绍EPCEUTRAN网络结构功能划分示意图：三、LTE网络结构-接口介绍S1接口：eNodeB与EPC之间的接口S1接口包括两部分：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。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三、LTE网络结构-接口介绍X2接口：eNodeB与eNodeB之间的接口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。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。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三、LTE网络结构-接口介绍Uu接口：UE与eNodeB之间的接口一、LTE概述二、LTE关键技术三、LTE网络结构四、LTE协议栈介绍五、业务流程介绍四、LTE协议栈介绍-网络整体协议栈SCTPL2L1IPL2L1IPSCTPS1-MMEeNodeBMMES1-APS1-APNASMACL1RLCPDCPUERRCMACL1RLCPDCPRRCLTE-UuNASRelay网元间控制面协议栈四、LTE协议栈介绍-网络整体协议栈网元间用户面协议栈一、LTE概述二、LTE关键技术三、LTE网络结构四、LTE协议栈介绍五、业务流程介绍五、业务流程介绍UE的两个状态：IDLE、CONNECTED状态行为RRC_IDLEPLMN选择NAS配置的DRX过程系统信息广播和寻呼邻小区测量小区重选的移动性UE获取1个TA区内的唯一标识eNodeB内无终端上下文RRC_CONNECTED网络侧有UE的上下文信息网络侧知道UE所处小区网络和终端可以传输数据网络控制终端的移动性邻小区测量存在RRC连接:UE可以从网络侧收发数据监听共享信道上指示控制授权的控制信令UE可以上报信道质量给网络侧UE可以根据网络配置进行DRX五、业务流程介绍-无线网基本信令流程1、随机接入实现的基本功能：申请上行资源、与eNodeB间的上行时间同步。应用场景：从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始接入和TAU更新；无线链路失败后的初始接入，即RRC连接重建过程；在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源；在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区；在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据；在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位需要，网络利用随机接入获取时间提前量（TA:TimingAdvance）；接入分类：基于竞争的随机接入、基于非竞争的随机接入五、业务流程介绍-无线网基本信令流程2、RRC连接建立、重配、重建立、释放RRC协议功能为NAS层提供连接管理、消息传递等服务；对接入网的底层协议实体提供参数配置的功能；负责UE移动性管理相关的测量、控制等功能；RRC连接建立RRC连接重建RRC重配置RRC释放场景初始接入Attach时发起；UE从IDLE态至连接态时发起：发起呼叫；响应寻呼；AttachRequest；TAURequest；DetachRequestRRC连接出现异常时发起：切换失败；无线链路失败；底层完整性保护失败；RRC重配置失败；当需要对SRB和DRB进行管理时发起：E-RAB的建立、修改、删除；请求UE激活SRB2；测量控制下发时发起；切换执行时发起；希望解除与UE的RRC连接，使UE返回IDLE态时；五、业务流程介绍-无线网基本信令流程3、寻呼Paging消息会在UE注册的所有小区发送（TA范围内）*核心网触发：通知UE接收寻呼请求（被叫，数据推送）*eNodeB触发：通知系统消息更新以及通知UE接收ETWS等信息五、业务流程介绍-Attach流程五、业务流程介绍-Attach流程1.处在RRC_IDLE态的UE进行Attach过程，首先发起随机接入过程，即MSG1消息；2.eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；3.UE收到随机接入响应后，根据MSG2的TA调整上行发送时机，向eNB发送RRCConnectionRequest消息；4.eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承载信息和无线资源配置信息；5.UE完成SRB1承载和无线资源配置，向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS层Attachrequest信息；6.eNB选择MME，向MME发送INITIALUEMESSAGE消息，包含NAS层Attachrequest消息；7.MME向eNB发送INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息，请求建立默认承载，包含NAS层AttachAccept、ActivatedefaultEPSbearercontextrequest消息；8.eNB接收到INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息，如果不包含UE能力信息，则eNB向UE发送UECapabilityEnquiry消息，查询UE能力；9.UE向eNB发送UECapabilityInformation消息，报告UE能力信息；10.eNB向MME发送UECAPABILITYINFOINDICATION消息，更新MME的UE能力信息；五、业务流程介绍-Attach流程11.eNB根据INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE发送SecurityModeCommand消息，进行安全激活；12.UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；13.eNB根据INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配置，建立SRB2、DRB（包括默认承载）等；14.UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示资源配置完成；15.eNB向MME发送INITIALCONTEXTSETUPRESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成；16.UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层AttachComplete、ActivatedefaultEPSbearercontextaccept消息；17.eNB向MME发送上行直传UPLINK