LTE學(xué)習(xí)筆記.doc

1 EPS系統(tǒng)架構(gòu)EPS由LTE和SAE組成LTE：致力于無(wú)線接入網(wǎng)的演進(jìn)（E-UTRAN）。SAE：致力于分組網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)（演進(jìn)型分組核心網(wǎng)EPC）。LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：EPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：2 EPS實(shí)體與功能劃分EPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括： E-UTRAN、CN（EPC）、UE。2.1 接入網(wǎng)（E-UTRAN）eNodeB通過(guò)X2接口連接，構(gòu)成E-UTRAN（接入網(wǎng)）eNodeB通過(guò)S1接口與EPC連接UE通過(guò)LTE-Uu接口與eNodeB接口連接EPS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)示意圖如下：eNodeB的主要功能： 頭壓縮和用戶平面加密； 在無(wú)法根據(jù)UE提供的信息路由到一個(gè)MME的情況下，選擇一個(gè)合適的MME； 上行和下行的準(zhǔn)入控制 上行和下行承載級(jí)別的速率調(diào)整 在上行鏈路中，進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳送級(jí)標(biāo)記；2.2 核心網(wǎng)（EPC）負(fù)責(zé)UE的控制和承載的建立EPC組成結(jié)構(gòu)如下：2.2.1 MME的主要功能： 處理UE與CN之間的控制信令（通過(guò)NAS協(xié)議實(shí)現(xiàn)）。 尋呼和控制信息分發(fā) 承載控制 保證NAS信令安全和移動(dòng)性管理【主要負(fù)責(zé)用戶及會(huì)話管理的所有控制平面功能，包括NAS信令及其安全，跟蹤區(qū)（Tracking Area）列表的管理，PDN-GW和S-GW節(jié)點(diǎn)的選擇；跨MME切換時(shí)對(duì)新MME的選擇；在向2G/3G系統(tǒng)切換時(shí)，SGSN的選擇、鑒權(quán)、漫游控制以及承載管理；移動(dòng)性管理等】2.2.2 P-GW主要功能： UE的IP地址分配 QoS保證 計(jì)費(fèi) IP數(shù)據(jù)包過(guò)濾【主要負(fù)責(zé)非3GPP接入部分，包括用戶數(shù)據(jù)報(bào)的過(guò)濾、對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行Qos級(jí)別分類、對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行門限控制和速率控制等，根據(jù)計(jì)費(fèi)策略進(jìn)行計(jì)費(fèi)，同時(shí)作為非3GPP接入用戶的錨點(diǎn)處理切換流程】2.2.3 S-GW主要功能： 所有IP數(shù)據(jù)包均通過(guò)S-GW UE在小區(qū)間切換時(shí)，作為移動(dòng)性控制錨點(diǎn) 下行數(shù)據(jù)緩存LTE與其它3GPP技術(shù)互連時(shí)作為移動(dòng)性錨點(diǎn)（通過(guò)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包路由）【主要負(fù)責(zé)用戶面數(shù)據(jù)的傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)和路由切換等，終結(jié)來(lái)自無(wú)線接入網(wǎng)的用戶數(shù)據(jù)包。它是2G3GLTE用戶在3G系統(tǒng)之間切換時(shí)的錨點(diǎn)，也是用戶在本地eNodeB之間切換的錨點(diǎn)。Serving GW執(zhí)行PCEF功能，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行QoS級(jí)別分類，根據(jù)用戶或者業(yè)務(wù)的QoS級(jí)別進(jìn)行計(jì)費(fèi)】3 無(wú)線接口與協(xié)議無(wú)線接口協(xié)議按用途分為： 用戶面協(xié)議棧 控制面協(xié)議棧用戶面主要執(zhí)行頭壓縮、調(diào)度和加密等功能【數(shù)據(jù)的正常傳輸】控制面主要執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播、RRC連接管理、RB控制、尋呼、移動(dòng)性管理、測(cè)量配置及報(bào)告【主要負(fù)責(zé)用戶無(wú)線資源的管理、無(wú)線連接的建立、業(yè)務(wù)QoS保證以及最終資源的釋放】。3.1 用戶面協(xié)議棧如下：用戶平面協(xié)議的主要功能：實(shí)現(xiàn)相關(guān)接口的數(shù)據(jù)流傳輸。3.1.1 UE與PDN-GW之間的用戶平面如下圖所示：S1-U接口用戶平面的GTP-U協(xié)議主要負(fù)責(zé)eNodeB與S-GW之間用戶數(shù)據(jù)的隧道傳輸，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)封裝和傳輸；下層的UDP協(xié)議用于用戶數(shù)據(jù)的傳送。3.1.2 X2接口的用戶平面協(xié)議棧：與S1接口的用戶平面協(xié)議棧相同，如下圖所示：3.1.3 其它接口的用戶平面S12接口、S4接口等都與S1-U接口的用戶平面相似。但S5/S8接口不一樣3.2 控制面協(xié)議棧如下：3.2.1 UE與MME之間的控制平面LTE-Uu接口的控制平面的協(xié)議棧 NAS層：非接入層，支持移動(dòng)性管理功能以及用戶平面激活、修改和釋放功能。主要執(zhí)行EPS承載管理、鑒權(quán)、IDLE狀態(tài)下的移動(dòng)性處理、尋呼及安全控制功能。 RRC層：主要執(zhí)行廣播、尋呼、RRC連接管理、無(wú)線承載（RB）管理、移動(dòng)性管理、密鑰管理、UE測(cè)量報(bào)告與控制、MBMS控制、NAS消息直傳、QoS管理等功能 PDCP層：執(zhí)行頭壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、加密以及完整性保護(hù) RLC層：負(fù)責(zé)分段與連接、重傳處理，及對(duì)高層數(shù)據(jù)的順序傳送。 MAC層：負(fù)責(zé)處理HARQ重傳與上下行調(diào)度 PHY層：負(fù)責(zé)處理編譯碼、調(diào)制解調(diào)、多天線映射以及其它典型物理層功能S1-MME接口的控制平面在IP層之上采用了比TCP協(xié)議功能更強(qiáng)大的SCTP協(xié)議。SCTP：用于保護(hù)MME與eNodeB之間信令消息的發(fā)送，是一種在網(wǎng)絡(luò)連接兩端之間同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流的協(xié)議?？捎糜跓o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接管理以及多媒體數(shù)據(jù)管理。S1-AP協(xié)議：是eNodeB與MME之間的應(yīng)用層協(xié)議，主要用于處理S1-MME接口控制平面的各種信令控制。3.2.2 X2接口的控制平面X2接口也分為用戶平面和控制平面X2接口的控制平面協(xié)議底層結(jié)構(gòu)也采用了SCTP over IP的機(jī)制，以保證信令的可靠傳輸，SCTP上層采用X2接口的專用應(yīng)用層協(xié)議X2-AP。X2-AP支持的主要功能：EMM-CONNECTED狀態(tài)下UE的移動(dòng)性管理上行負(fù)載管理X2接口的錯(cuò)誤處理，如錯(cuò)誤指示、重置等。X2接口的控制平面協(xié)議棧如下圖所示：3.2.3 其它接口的控制平面如：S-GW與PDN-GW之間S5/S8接口的控制平面4 LTE無(wú)線傳輸關(guān)鍵技術(shù)4.1 多載波技術(shù)4.1.1 下行多址接入-OFDMAOFDM主要思想在可用頻段內(nèi)將信道分成許多正交的子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，從而將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)子信道上進(jìn)行并行傳輸。接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開正交信號(hào)。OFDMA由于OFDM調(diào)制中子載波之間的正交性和相互獨(dú)立性，每個(gè)子載波都可以以一個(gè)特定的調(diào)制方式和發(fā)射功率為特定用戶傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)為每個(gè)用戶分配這些子載波組中一組或幾組，就得到了一種新的多址方式-OFDMA。4.1.2 上行多址接入-SC-FDMA目的：降低發(fā)射終端的峰均功率比，進(jìn)而減小終端的體積和成本。SC-FDMA在每個(gè)傳輸時(shí)間間隔（TTI）內(nèi)，基站會(huì)給每個(gè)UE分配一個(gè)獨(dú)立的頻段，以便發(fā)送數(shù)據(jù)。將不同用戶的數(shù)據(jù)在時(shí)間和頻率上完全分開，保證了小區(qū)內(nèi)同一時(shí)刻不同用戶所使用上行載波的正交性，避免了小區(qū)內(nèi)同頻干擾。上行SC-FDMA兩種實(shí)現(xiàn)方法時(shí)域?qū)崿F(xiàn)方法-交織FDMA（Interleaved FDMA）頻域?qū)崿F(xiàn)方法-DTF擴(kuò)展OFDM（Discrete Fourier Transform-Spread OFDM）4.2 多天線技術(shù)分集增益：利用多個(gè)天線提供的空間分集，可以改進(jìn)多徑衰落信道中傳輸?shù)目煽啃?。陣列增益：通過(guò)預(yù)編碼或波束成形技術(shù)，集中一個(gè)或多個(gè)指定方向上的能量，允許不同方向上的多個(gè)用戶同時(shí)獲得服務(wù)?？臻g復(fù)用增益：利用空間信道的強(qiáng)弱相關(guān)性，在多個(gè)相互獨(dú)立的空間信道上，傳遞不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾省?.2.1 下行MIMO技術(shù)LTE系統(tǒng)基本天線配置為：2*2 下行MIMO技術(shù)主要包括： 空間分集利用空間信道的弱相關(guān)性，結(jié)合時(shí)間/頻率上的選擇性,為信號(hào)的傳遞提供更多的副本，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，從而改善接收信?hào)的信噪比。 空間復(fù)用也是利用空間信道的弱相關(guān)性，通過(guò)在多個(gè)相互獨(dú)立的空間信道上傳遞不同的數(shù)據(jù)流，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俾?波束成形利用空間信道的強(qiáng)相關(guān)性，利用博的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的方向圖，從而提高信噪比，增加系統(tǒng)容量或覆蓋范圍。4.2.2 上行MIMO技術(shù)基本天線配置為：1*2（一根發(fā)送天線和兩跟接收天線）與下行相同，也包括空間分集和空間復(fù)用4.3 鏈路自適應(yīng)技術(shù)為了支持高速傳輸和多種業(yè)務(wù)的要求，系統(tǒng)需要根據(jù)信道條件自適應(yīng)地對(duì)無(wú)線資源和無(wú)線鏈路進(jìn)行調(diào)整。鏈路自適應(yīng)技術(shù)主要包括： 動(dòng)態(tài)功率控制基本原理：在信道條件好的鏈路使用較小的發(fā)射功率，在信道條件較差的鏈路使用較大的發(fā)射功率，使接收機(jī)接收到的信號(hào)功率維持在接受該業(yè)務(wù)所需的最小功率上。 自適應(yīng)調(diào)制解碼（AMC）原理：根據(jù)信道條件的瞬時(shí)變化，自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)的調(diào)制與編碼方式（傳輸格式）。 自動(dòng)請(qǐng)求重傳4.4 分組調(diào)度技術(shù)調(diào)度：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)地將最合適的時(shí)/頻資源分配給某個(gè)用戶。調(diào)度器主要功能： 在用戶間分配可用空中接口資源，確保用戶申請(qǐng)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量 監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)速率的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的匹配4.5 其它技術(shù) 小區(qū)間干擾機(jī)制技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)自組織技術(shù)5 空中接口協(xié)議5.1 協(xié)議框架見第三章無(wú)線接口與協(xié)議部分5.2 物理層5.2.1 物理層的主要功能5.2.2 物理層關(guān)鍵技術(shù) OFDMA與SC-FDMA 雙工方式：支持兩種基本工作模式 FDD和TDD 調(diào)制方式：上下行均支持：QPSK、16QAM和64QAM 信道編碼：Turbo編碼 多天線技術(shù)：發(fā)射端和接收到同時(shí)配置多個(gè)天線，大幅度提高了系統(tǒng)的整體容量。 物理層過(guò)程：包括小區(qū)搜蘇、功率控制、上行同步、下行定時(shí)控制、隨機(jī)接入、HARQ等方面的技術(shù) 物理層測(cè)量：支持UE與eNodeB之間的物理層測(cè)量，并將相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果向高層匯報(bào)。5.3 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層主要由MAC、RLC、PDCP等子層功能；層與層之間使用服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）作為端到端通信的接口。PDCP層：向上提供無(wú)線承載服務(wù)，并提供頭壓縮和安全保護(hù)功能；RLC與MAC層之間為邏輯信道MAC與物理層之間是傳輸信道5.3.1 MAC子層MAC層主要提供邏輯信道到傳輸信道之間的映射，同時(shí)將幾個(gè)邏輯信道映射到一個(gè)物理信道。MAC層向上提供的業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)產(chǎn)生和無(wú)線資源分配業(yè)務(wù)；物理層提供給MAC層業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)傳送、HARQ反饋信令、調(diào)度請(qǐng)求信令及測(cè)量。5.3.2 RLC子層主要功能：接收從對(duì)等實(shí)體發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包，或?qū)?shù)據(jù)包發(fā)送給對(duì)等實(shí)體。RLC層主要實(shí)現(xiàn)與ARQ相關(guān)的服務(wù)于功能，包括： 上層PDU的傳輸 通過(guò)ARQ機(jī)制進(jìn)行錯(cuò)誤修正 對(duì)PDU進(jìn)行分段 重復(fù)檢測(cè) 協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)與恢復(fù)RLC實(shí)體執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的3種模式： TM RLC對(duì)上層數(shù)據(jù)不進(jìn)行任何修改，傳遞至下面的MAC層 UM RLC支持?jǐn)?shù)據(jù)包丟失的檢測(cè)、數(shù)據(jù)包的重排序和重組裝 AM RLC除了支持UM模式的所有功能外，還能夠在檢測(cè)到丟包是要求它的對(duì)等實(shí)體重傳數(shù)據(jù)包，即ARQ機(jī)制AM模式典型地用于TCP業(yè)務(wù)傳輸，這類業(yè)務(wù)關(guān)系數(shù)據(jù)的無(wú)錯(cuò)傳輸；UM模式用于高層提供數(shù)據(jù)的順序傳送，但不重傳丟失的PDU，如VOIP業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)主要關(guān)系時(shí)延TM模式僅僅用于特殊目的，如：隨機(jī)接入5.3.3 PDCP子層主要目的：發(fā)送和接受對(duì)等PDCP實(shí)體的分組數(shù)據(jù)。主要功能： IP包頭壓縮與解壓縮 數(shù)據(jù)與信令的加密 信令的完整性保護(hù)5.4 無(wú)線資源控制層5.4.1 RRC層的功能： 廣播NAS層與AS層的系統(tǒng)消息 尋呼功能 RRC連接的建立、保持和釋放，包括UE與E-UTRAN之間臨時(shí)標(biāo)識(shí)符的分配、信令無(wú)線承載的配置 安全功能 移動(dòng)性管理功能 Qos管理等5.4.2 RRC的兩種狀態(tài) 空閑狀態(tài)（RRC-IDLE） 連接狀態(tài)（RRC-CONNECTED）5.5 NAS層5.5.1 AS層與NAS層AS層主要負(fù)責(zé)無(wú)線接口相連接的相關(guān)功能，但不僅限于無(wú)線接入網(wǎng)和終端的無(wú)線部分，也支持一些與核心網(wǎng)相關(guān)的特殊功能。主要包括： 無(wú)線承載管理 無(wú)線信道處理 加密 移動(dòng)性管理NAS層主要負(fù)責(zé)與接入技術(shù)無(wú)關(guān)、獨(dú)立于無(wú)線接入技術(shù)的相關(guān)功能和流程；主要包括： 會(huì)話管理 用戶管理 安全性管理 計(jì)費(fèi)5.5.2 NAS層協(xié)議狀態(tài)與轉(zhuǎn)換3種狀態(tài)LTE-DETACHEDLTE-IDLELTE-ACTIVE狀態(tài)轉(zhuǎn)換終端開機(jī)的時(shí)候進(jìn)入LTE-DETACHED狀態(tài)，隨后終端執(zhí)行注冊(cè)過(guò)程，獲得C-RNTI、TA-ID、IP地址等，并通過(guò)鑒權(quán)過(guò)程建立安全方面的聯(lián)系，進(jìn)入LTE-ACTIVE狀態(tài)；若果沒(méi)有其它業(yè)務(wù)，終端釋放C-RNTI，獲得分配給該用戶用于接收尋呼信道的非連續(xù)接收周期后進(jìn)入LTE-IDLE狀態(tài)；當(dāng)用戶有了新的業(yè)務(wù)需求時(shí)，可通過(guò)RRC連接請(qǐng)求獲得C-RNTI，此時(shí)終端從LTE-IDLE遷移到LTE-ACTIVE；在LTE-ACTIVE狀態(tài)下，終端如果移動(dòng)到不識(shí)別的PLMN區(qū)域或者執(zhí)行了注銷過(guò)程，用戶的C-RNTI、TA-ID、IP地址等被回收，終端則進(jìn)入LTE-DETACHED狀態(tài)。對(duì)于處于LTE-IDLE狀態(tài)的用戶，如果用戶執(zhí)行周期性的TA更新過(guò)程超時(shí)，TA-ID和IP地址被回收，用戶也會(huì)轉(zhuǎn)換到LTE-Detached狀態(tài)5.6 完整的數(shù)據(jù)封裝流程（P83）下行數(shù)據(jù)包的封裝流程：a) PDCP層對(duì)有效載荷進(jìn)行頭壓縮和加密，發(fā)送到RLC層；b) RLC層執(zhí)行PDCP SUD的連接和分段功能，同時(shí)增加RLC頭（RLC頭用于終端的順序發(fā)送及重傳過(guò)程中RLC PDU的標(biāo)識(shí)），轉(zhuǎn)至MAC層；c) MAC層將多個(gè)RLC PDU合并成一個(gè)MAC SDU，同時(shí)附上MAC頭，構(gòu)成一個(gè)傳輸塊；d) 物理層在傳輸塊后面附加上執(zhí)行錯(cuò)誤檢查的CRC字段，并進(jìn)行編碼和調(diào)制后，將該信息通過(guò)空中接口發(fā)送過(guò)去。6 信令流程6.1 接入與鑒權(quán)6.1.1 IP地址分配為了正常訪問(wèn)PDN網(wǎng)絡(luò)，必須為UE分配一個(gè)IP地址。UE的IP分配方案：1. 在默認(rèn)承載建立的同時(shí)進(jìn)行分配，兩種方式 PLMN分配；PDN-GW直接分配一個(gè)IP地址給UE，一般，只有歸屬網(wǎng)絡(luò)的PDN-GW才會(huì)為用戶分配靜態(tài)的PLMN地址。 PDN分配一個(gè)IP地址給UE2. 在默認(rèn)承載建立之后進(jìn)行分配；三種方式 IPv4地址分配 IPv6地址分配 HDCPv4