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文檔簡介
移動通信第八章第四代移動通信系統(tǒng)—LTE目錄8.1LTE的基本概念和技術(shù)8.2LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)8.1.1概述8.1.2LTE需求8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)8.2.1概述8.2.2標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀8.3.1LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)8.3LTE系統(tǒng)的鏈路結(jié)構(gòu)8.3.2物理信道MobileCommunicationTheory學(xué)習(xí)重點(diǎn)與要求LTE系統(tǒng)需求,LTE關(guān)鍵技術(shù);LTE系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),S1接口、X2接口、空中接口及協(xié)議;LTE系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu),物理信道、物理信號及映射。8.1.1概述取消無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC采用OFDM/FDMA技術(shù)LTE帶寬從5MHz擴(kuò)展至20MHzLTE技術(shù)革新SAE項(xiàng)目推出了EPS架構(gòu)8.1.1概述概述
LTE支持FDD和TDD兩種雙工方式,還考慮支持半雙工FDD這種特殊的雙工方式FDD雙工方式:上下行信號在兩個(gè)頻帶上發(fā)送,之間有頻段保護(hù)帶。TDD雙工方式
:發(fā)送和接收信號在相同頻帶內(nèi),上下行信號在不同時(shí)間段內(nèi)發(fā)送。H-FDD雙工方式:基站采用全雙工FDD方式,終端發(fā)送和接收信號在不同頻段傳輸,但接收和發(fā)送不能同時(shí)進(jìn)行,這與TDD相似。LTE雙工方式8.1.2LTE系統(tǒng)需求系統(tǒng)容量需求成本相關(guān)需求系統(tǒng)部署相關(guān)需求系統(tǒng)性能需求
無線資源管理需求業(yè)務(wù)相關(guān)需求
復(fù)雜性需求
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及遷移需求
LTE系統(tǒng)需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求峰值速率需求:峰值速率大小與傳輸載波帶寬成正比。傳輸時(shí)延需求:(1)控制平面時(shí)延需求為了支持更多的處于激活態(tài)的用戶數(shù)5MHz帶寬小區(qū),支持200個(gè)同時(shí)處于激活態(tài)的用戶更大帶寬小區(qū),支持至少400個(gè)同時(shí)處于激活態(tài)的用戶下行:
2天線收||20MHz瞬時(shí)峰值速率滿足100Mbit/s上行:
1天線發(fā)||20MHz瞬時(shí)峰值速率滿足150Mbit/s系統(tǒng)容量需求8.1.1LTE的基本概念和技術(shù)(2)用戶平面時(shí)延需求用戶平面時(shí)延:UE(或RAN邊緣節(jié)點(diǎn))發(fā)送IP層數(shù)據(jù)包到RAN邊緣節(jié)點(diǎn)(或UE)接收IP層數(shù)據(jù)包的單向傳輸時(shí)延。
對于E-UTRA系統(tǒng)的用戶平面,在無負(fù)載小數(shù)據(jù)IP包情況下<5ms的時(shí)延。圖8-1控制平面狀態(tài)轉(zhuǎn)換及時(shí)延需求示意圖8.1.2LTE系統(tǒng)需求2、頻譜效率需求5、MBMS需求4、覆蓋需求3、移動性需求系統(tǒng)性能需求1、用戶吞吐量需求系統(tǒng)性能需求
8.1.2LTE系統(tǒng)需求用戶吞吐量指標(biāo)分為用戶平均吞吐量和小區(qū)邊緣吞吐量。
上下行用戶吞吐量需求比對下行上行小區(qū)邊緣吞吐量5%CDF處吞吐量/MHz為R6HSDPA的2~3倍5%CDF處吞吐量/MHz為HSUPA的2~3倍小區(qū)平均吞吐量2發(fā)2收天線相對于單天線吞吐量/MHz為R6HSDPA的3~4倍單發(fā)雙收陣列吞吐量/MHz為R6HSUPA的3~4倍帶寬/發(fā)送功率用戶吞吐量正比于于載波帶寬用戶吞吐量正比于發(fā)送帶寬和最大發(fā)送功率1、用戶吞吐量需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求下行頻譜效率:R6HSPDA頻譜效率的3~4倍上行頻譜效率:R6HSPDA頻譜效率的3~4倍支持在多個(gè)小區(qū)間的移動和切換
低速場景(0~15km/h)優(yōu)化設(shè)計(jì);
高速場景(15~120km/h)較高性能; 120~350km/h(可能需要支持500km/h)下的移動性同等業(yè)務(wù)質(zhì)量E-UTRAN中通過PS(Packet-Switch,分組交換)實(shí)現(xiàn)2、頻譜效率需求3、移動性需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求小區(qū)覆蓋半徑5km范圍內(nèi),用戶吞吐量、頻譜效率和移動性贏完全滿足前述需要;小區(qū)覆蓋半徑30km范圍內(nèi),移動性需求應(yīng)完全滿足,用戶吞吐量允許略微下降,頻譜效率允許明顯下降;能夠支持100km半徑的小區(qū)覆蓋。(1)更高的頻譜效率;(2)單播和多播混合載波內(nèi),MBMS業(yè)務(wù)在小區(qū)邊緣的頻譜效率與單播業(yè)務(wù)相同;4、覆蓋需求5、MBMS需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求(3)MBMS業(yè)務(wù)應(yīng)盡可能地減少一個(gè)小區(qū)內(nèi)或位于兩個(gè)不同載波間的廣播業(yè)務(wù)頻道間、廣播業(yè)務(wù)與單播業(yè)務(wù)切換時(shí)的終端時(shí)延;(4)MBMS業(yè)務(wù)與單播業(yè)務(wù)采用相同的多址調(diào)制、編碼方式,終端帶寬等級方面也與單播業(yè)務(wù)相同;(5)E-UTRA系統(tǒng)支持MBMS業(yè)務(wù)和話音業(yè)務(wù)在一個(gè)用戶中并發(fā)應(yīng)用(6)E-UTRA系統(tǒng)支持MBMS業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在一個(gè)用戶中并發(fā)應(yīng)用(7)E-UTRA系統(tǒng)支持MBMS業(yè)務(wù)在非對稱頻段中應(yīng)用8.1.2LTE系統(tǒng)需求3、頻譜部署4、與3GPP現(xiàn)有系統(tǒng)的共存與互操作2、頻譜靈活應(yīng)用系統(tǒng)部署相關(guān)需求1、部署場景需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求E-UTRAN系統(tǒng)支持以下兩種部署場景。(1)單獨(dú)部署場景:E-UTRAN系統(tǒng)可在以前未部署無線網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)或者已經(jīng)存在UTRAN/GERAN覆蓋的區(qū)域內(nèi)不是E-ITRAN系統(tǒng),但E-UTRAN與UTRAN/GERAN間不存在互操作。(2)與現(xiàn)有UTRAN/GERAN融合部署:E-UTRAN在已存在UTRAN/GERAN覆蓋的區(qū)域內(nèi)部署,且網(wǎng)絡(luò)間存在互操作。1、部署場景8.1.2LTE系統(tǒng)需求(1)E-UTRA支持不同帶寬的部署場景,同時(shí)支持成對和非成對頻段上部署;(2)E-UTRA支持兩種廣播傳輸模式“Downlink-only”和“DownlinkandUplink”,以利于頻譜的優(yōu)化應(yīng)用;(3)E-UTRA可根據(jù)運(yùn)營商或特殊需求,靈活配置用于不通傳輸請求的無線資源;(4)在對稱和非對稱頻譜的使用上,避免不必要的技術(shù)差異,盡可能地降低附加的復(fù)雜度。2、頻譜靈活應(yīng)用8.1.2LTE系統(tǒng)需求
(1)在相同的地理區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)與GERAN/3G系統(tǒng)的鄰頻、共站址共存;(2)在相同的地理區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)營商系統(tǒng)間的鄰頻、共站址共存;(3)在國境線上的系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)相互重疊和相鄰頻段情況下共存;(4)可在所有的頻段內(nèi)獨(dú)立進(jìn)行部署。3、頻譜部署8.1.2LTE系統(tǒng)需求
(1)E-UTRAN終端必須具備在UTRAN或GERAN中測量的能力,測量對終端復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)性能的影響可接受;(2)E-UTRAN系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)需在有限的終端復(fù)雜度和對網(wǎng)絡(luò)性能的影響的情況下,有效地支持不同無線接入系統(tǒng)間(Inter-RAT)的測量;(3)E-UTRAN和UTRAN系統(tǒng)間實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的切換中斷時(shí)延少于300ms;(4)E-UTRAN和UTRAN系統(tǒng)間非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的切換中斷時(shí)延少于500ms;(5)E-UTRAN和GERAN系統(tǒng)間實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的切換中斷時(shí)延少于300ms;4、與3GPP現(xiàn)有系統(tǒng)的共存和互操作8.1.2LTE系統(tǒng)需求(6)E-UTRAN和GERAN系統(tǒng)間非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的切換中斷時(shí)延少于500ms;(7)支持UTRAN/GERAN和E-UTRAN的雙模終端如果處于非激活狀態(tài),只需要檢測GERAN、UTRA或E-UTRA中一個(gè)系統(tǒng)的尋呼消;(8)E-UTRAN系統(tǒng)的廣播數(shù)據(jù)流和UTRAN系統(tǒng)采用單播方式發(fā)送廣播數(shù)據(jù)流(如相同的電視頻道)間進(jìn)行切換時(shí),中斷時(shí)延滿足要;(9)E-UTRAN系統(tǒng)的廣播數(shù)據(jù)流和GERAN系統(tǒng)采用單播方式發(fā)送廣播數(shù)據(jù)流(如相同的電視頻道)間進(jìn)行切換時(shí),中斷時(shí)延需滿足要求;(10)E-UTRAN與UTRAN系統(tǒng)的廣播數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)(如相同的電視頻道)進(jìn)行切換時(shí),中斷時(shí)延需滿足要求;4、與3GPP現(xiàn)有系統(tǒng)的共存和互操作8.1.2LTE系統(tǒng)需求(1)E-UTRAN系統(tǒng)架構(gòu)基于分組域;(2)E-UTRAN系統(tǒng)架構(gòu)在不額外增加系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上,最小化“單點(diǎn)失敗”的可能性;(3)E-UTRAN系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)簡化設(shè)計(jì),盡可能減少接口數(shù)目;(4)E-UTRAN系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)不排除無線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層間互操作的可能性;(5)E-UTRAN系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)支持端到端的QoS,傳輸網(wǎng)絡(luò)層贏根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)層的需求提供合適的QoS;(6)QoS機(jī)制應(yīng)考慮各種類型的業(yè)務(wù),以便有效利用系統(tǒng)帶寬;(7)E-UTRAN系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減少時(shí)延變化(抖動),以便有效地支持TCP/IP分組業(yè)務(wù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及遷移需求
8.1.2LTE系統(tǒng)需求(1)增強(qiáng)無線資源管理機(jī)制,以便實(shí)現(xiàn)更好的端到端QoS;(2)E-UTRAN系統(tǒng)應(yīng)提供在空口有效的傳輸和高層協(xié)議操作方式,如支持IP頭壓縮;(3)E-UTRAN系統(tǒng)應(yīng)支持在不同的無線接入系統(tǒng)間的負(fù)載均衡機(jī)制和管理策略。無線資源管理需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求1、對系統(tǒng)整體需求(1)最小化功能實(shí)現(xiàn)的可選項(xiàng);(2)避免多余的必選項(xiàng)特性;(3)減少測試數(shù)量,如通過減少協(xié)議棧的狀態(tài)數(shù)、最小化過程數(shù)、合適的參數(shù)范圍和顆粒度等。復(fù)雜性需求
8.1.2LTE系統(tǒng)需求2、對終端復(fù)雜性需求(1)應(yīng)考慮終端可能支持多種模式(GERA/UTRA/E-UTRA)時(shí)的復(fù)雜性;(2)最小化終端的必選特性;(3)應(yīng)避免在實(shí)現(xiàn)相同的功能時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化重復(fù)或多余的必選項(xiàng)特性;(4)盡量減少可選項(xiàng)數(shù)目,可選項(xiàng)集合可通過不同的終端能力等級進(jìn)行區(qū)分,不同能力等級的終端對應(yīng)于不同的復(fù)雜度和性能折中,如多天線能力;(5)盡可能減少終端的必選測試?yán)?,加快LTE開發(fā)和測試進(jìn)度。復(fù)雜性需求
8.1.2LTE系統(tǒng)需求(1)回程通信協(xié)議應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);(2)E-UTRAN架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能減少網(wǎng)絡(luò)部署的費(fèi)用,并能重用當(dāng)前站址;(3)所有被標(biāo)準(zhǔn)化的接口都應(yīng)為開放接口,以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備廠商設(shè)備間的互聯(lián)互通;(4)系統(tǒng)的維護(hù)、管理和配置操作應(yīng)盡可能簡便。成本相關(guān)需求8.1.2LTE系統(tǒng)需求E-UTRA系統(tǒng)應(yīng)能夠有效支持各種類型的業(yè)務(wù),包括現(xiàn)有的網(wǎng)頁瀏覽、FTP業(yè)務(wù)、視頻流業(yè)務(wù)和VoIP業(yè)務(wù),并能夠以分組域方式支持更先進(jìn)的業(yè)務(wù)(如實(shí)時(shí)視頻或一鍵通)。VoIP業(yè)務(wù)的無線接口和回程效率以及時(shí)延性能不低于現(xiàn)有的UMTS系統(tǒng)電路域話音實(shí)現(xiàn)方式。業(yè)務(wù)相關(guān)需求
8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多載波技術(shù)下行:正交頻分多址接入(OFDMA)上行:單載波頻分多址接入(SC-FDMA)圖8-2從頻域角度看LTE多址接入技術(shù)8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多載波技術(shù)OFDMA是對多載波技術(shù)OFDM的擴(kuò)展,本質(zhì)上仍是一種頻分復(fù)用多址接入技術(shù),是利用有效帶寬的細(xì)分在多用戶間共享子載波。它具有OFDM的優(yōu)點(diǎn),還具有很強(qiáng)的靈活性。靈活性:可以在不改變基本參數(shù)或設(shè)備設(shè)計(jì)的情況下使用不同的頻譜帶寬;可變帶寬的傳輸資源可以在頻域內(nèi)自由調(diào)度,分配給不同的用戶;為軟頻率復(fù)用和小區(qū)間的干擾協(xié)調(diào)提供便利。8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多載波技術(shù)對抗時(shí)間彌散無線信道的健壯性。由于把寬帶傳輸信號細(xì)分為多個(gè)窄帶子載波,從而使得符號間干擾主要限制在每個(gè)符號起始的保護(hù)帶內(nèi);通過頻域均衡實(shí)現(xiàn)的低復(fù)雜度接收機(jī);廣播網(wǎng)絡(luò)中多重發(fā)射機(jī)發(fā)射信號的簡單合并;OFDM優(yōu)點(diǎn):8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多載波技術(shù)圖8-3OFDM發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多載波技術(shù)圖8-4OFDM接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多載波技術(shù)SC-FDMA技術(shù)提供了與OFDMA技術(shù)有很多共同之處的多址接入技術(shù)——特別是頻域靈活方面。SC-FDMA能顯著降低PAPR(峰均功率比),解決了這一困境:在避免移動終端發(fā)射機(jī)成本過高的情況下使上行傳輸受益于多載波技術(shù),同時(shí)使上行和下行傳輸技術(shù)保留適當(dāng)程度的共性。8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多天線技術(shù)多天線技術(shù)是指在無線通信的發(fā)射端或接收端采用多副天線,同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種綜合技術(shù)。使用多天線技術(shù),把空間域作為另一個(gè)新資源。在追求更高頻譜效率的要求下,多天線技術(shù)已發(fā)展成為最基本的解決方案之一。8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多天線技術(shù)圖8-5多天線技術(shù)的3種基本增益8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多天線技術(shù)分集增益:利用多天線提供的空間分集來改善多徑衰落情況下傳輸?shù)慕研?/p>
陣列增益:通過預(yù)編碼或波束成形使能量集中在一個(gè)
或多個(gè)特定方向。這也可以為在不同方向的多個(gè)用戶
同時(shí)提供業(yè)務(wù)(即多用戶MIMO)8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)多天線技術(shù)空間復(fù)用增益:在可用天線組合所建立的多重空間層上,將多個(gè)信號流傳輸給單個(gè)用戶8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)蜂窩移動通信系統(tǒng)顯著特征:無線信道的時(shí)變性無線信道時(shí)變特性:傳播損耗、快衰落、慢衰落和干擾的變化帶來的問題:解決問題關(guān)鍵技術(shù):LTE如何有效利用信道的變化性?如何在有限的帶寬上最大限度地提高數(shù)據(jù)傳輸速率,從而最大限度地提高頻帶利用效率?鏈路自適應(yīng)技術(shù)8.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)鏈路自適應(yīng)技術(shù)是指根據(jù)當(dāng)前獲取的信道信息,自適應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)傳輸參數(shù)的行為,用以克服或者適應(yīng)當(dāng)前信道帶來的影響。基本原理:發(fā)送功率恒定時(shí),通過調(diào)整無線鏈路傳輸?shù)恼{(diào)制方式與編碼速率,確保鏈路的傳輸質(zhì)量。信道條件較差時(shí),選擇較小的調(diào)制方式與編碼速率;信道條件較好時(shí),選擇較大的調(diào)制方式,從而最大化編碼速率。鏈路自適應(yīng)技術(shù)
自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)18.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)功率控制是無線通信系統(tǒng)中一項(xiàng)基本技術(shù),用于補(bǔ)償無線信道的衰落影響,使得信號能以比較合適的功率達(dá)到接收機(jī)。LTE系統(tǒng)中一個(gè)小區(qū)發(fā)送給不同UE的上下行信號間相互正交,功率控制主要用于補(bǔ)償信道的路徑損耗和影響,并用于抑制小區(qū)間的干擾。合理的功率控制方案可以:(1)降低發(fā)射機(jī)功耗(2)避免小區(qū)內(nèi)用戶的干擾(3)提高傳輸性能和系統(tǒng)容量
(3)控制小區(qū)間的相互干擾。鏈路自適應(yīng)技術(shù)
功率控制技術(shù)28.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)HARQ結(jié)合FEC(前向糾錯編碼)和ARQ(自動重傳請求)兩種基本的差錯控制方法,具有更高的可靠性和傳輸速率。三種機(jī)制:Chase合并機(jī)制、完全增量冗余、部分增量冗余LTE系統(tǒng)中,采用增量冗余(IR)HARQ機(jī)制,并在下行鏈路系統(tǒng)中采用異步自適應(yīng)的HARQ技術(shù),上行鏈路采用同步非自適應(yīng)HARQ技術(shù)。鏈路自適應(yīng)技術(shù)
混合自動重傳請求38.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)信道選擇性調(diào)度技術(shù)是指根據(jù)無線信道測量的結(jié)果,選擇信道條件較好的時(shí)頻資源進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。LTE系統(tǒng)中,由于OFDM的應(yīng)用,可在頻域上進(jìn)行信道選擇性調(diào)度,調(diào)度的顆粒度更小。帶寬增加,信道的頻率選擇性衰落特性更明顯,為每個(gè)用戶分配最佳的頻帶資源,獲得頻域上的多用戶分集增益,提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜利用率。鏈路自適應(yīng)技術(shù)
信道選擇性調(diào)度技術(shù)48.1.3LTE關(guān)鍵技術(shù)頻域信道選擇性調(diào)度與信道質(zhì)量信息(CQI)的獲得緊密相關(guān)。下行信道CQI通過終端測量全帶寬的公共參考信號獲得不同頻帶的信道狀態(tài)信息,并通過上行信道反饋給基站。上行信道質(zhì)量信息通過基站測量終端發(fā)送的上行探測參考信號獲得不同頻帶的信道狀態(tài)信息。鏈路自適應(yīng)技術(shù)
8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空中接口協(xié)議8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖8-6E-UTRAN總體架構(gòu)圖1、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與3G系統(tǒng)相比,重新定義系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)后,核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的功能劃分也發(fā)生變化,需重新明確以適應(yīng)新的架構(gòu)和LTE系統(tǒng)需求。8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖8-7功能實(shí)體劃分、協(xié)議架構(gòu)示意圖8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心網(wǎng)(EPC)負(fù)責(zé)對用戶終端的全面控制和有關(guān)承載的建立。EPC的主要邏輯節(jié)點(diǎn):分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(P-GW)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)(S-GW)、移動性管理實(shí)體(MME)除此以外,EPC也包括其他邏輯節(jié)點(diǎn)和職能,如注入用戶歸屬服務(wù)器(HSS)、策略控制和計(jì)費(fèi)規(guī)則功能(RCPF)2、核心網(wǎng)8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)P-GW:分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)P-GW提供與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接,是主要的移動性處理節(jié)點(diǎn)。負(fù)責(zé)用戶IP地址分配和QoS保證,根據(jù)PCRF規(guī)則計(jì)費(fèi);一個(gè)UE連多個(gè)P-GW,P-GW給UE分配IP地址;為保證比特率(GBR)提供QoS保證;成為與其他網(wǎng)絡(luò)之間的移動性錨點(diǎn);8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)S-GW:分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)S-GW(ServingGateway)通過S1-U接口來實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)包的路由和分布。功能:數(shù)據(jù)通道、IP頭壓縮處理、用戶數(shù)據(jù)流加密、針對移動性的用戶面的切換、尋呼時(shí)用戶面數(shù)據(jù)包終止。當(dāng)用戶在eNodeB之間移動時(shí),S-GW作為數(shù)據(jù)承載的本地移動性管理實(shí)體;當(dāng)用戶處于空閑狀態(tài)時(shí),S-GW保留承載信息并臨時(shí)把下行數(shù)據(jù)存儲在緩存區(qū)里,以便當(dāng)MME開始尋呼UE時(shí)重新建立承載。8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)MME:移動性管理實(shí)體MME是處理UE和核心網(wǎng)絡(luò)間信令交互的控制節(jié)點(diǎn)。在UE和核心網(wǎng)絡(luò)間所執(zhí)行的協(xié)議棧成為非介入層協(xié)議(NAS)。功能:尋呼信息分布
安全控制空閑狀態(tài)的移動性管理
SAE(系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn))承載控制非接入層信令的加密和完整性保護(hù)8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化:LTE接入網(wǎng)E-UTRAN僅由eNodeB組成,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量減
少;降低呼叫建立時(shí)延以及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延;E-UTRAN系統(tǒng)提供用戶平面和控制平面協(xié)議。用戶平面:分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)層、無線鏈路控制(RLC)
層、媒體接入控制(MAC)層控制平面:無線資源控制(RRC)層3、接入網(wǎng)8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)eNodeB之間通過X2接口連接通過S1接口與EPC連接—通過S1-MME連接到MME通過S1-U連接到S-GW3、接入網(wǎng)圖8-6E-UTRAN總體架構(gòu)圖8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)eNodeB功能:(1)無線資源管理相關(guān)的功能,如無線承載控制、接納控制、連接移動性管理、上/下行動態(tài)資源分配/調(diào)度等;(2)IP頭壓縮與用戶數(shù)據(jù)流的加密;(3)UE附著時(shí)的MME選擇。由于eNodeB可以與多個(gè)MME/S-GW之間存在S1接口,因此在UE初始接入到網(wǎng)絡(luò)時(shí),需要選擇一個(gè)MME進(jìn)行附著;3、接入網(wǎng)8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)S1接口是MME/S-GW網(wǎng)關(guān)與eNodeB之間的接口S1接口分為用戶平面接口和控制平面接口圖8-8S1接口用戶平面棧圖8-9
S1接口控制平面協(xié)議棧8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(1)用戶平面S1用戶平面的傳輸網(wǎng)絡(luò)基于IP傳輸,
UDP/IP協(xié)議之上采用GPRS用戶平面隧道協(xié)議來傳輸S-GW與eNodeB之間的用戶平面PDU。S1用戶平面無線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要特點(diǎn):<1>在S1接口的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中指示數(shù)據(jù)分組所屬的SAE接入承載;<2>移動性過程中盡量減少數(shù)據(jù)的丟失;<3>錯誤處理機(jī)制;<4>MBMS支持功能;8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(2)控制平面S1接口控制基于IP傳輸,在IP層的上面采用流控制傳輸協(xié)議(SCTP)為無線網(wǎng)絡(luò)層信令消息提供可靠的傳輸。若每個(gè)UE對應(yīng)一個(gè)SCTP連接,則SCTP還提供尋址UE上下文的功能。S1接口無線網(wǎng)絡(luò)層信令協(xié)議表示為S1-AP,在傳輸網(wǎng)絡(luò)層,信令協(xié)議數(shù)據(jù)單元的傳輸在IP層采用點(diǎn)到點(diǎn)方式傳輸。8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)<1>SAE承載服務(wù)管理功能,包括SAE承載的建立、釋放;<2>S1接口UE上下文管理功能;<3>LTE_ACTIVE狀態(tài)下UE移動性管理功能;<4>S1接口的尋呼;<5>NAS信令傳輸。提供UE與核心網(wǎng)之間非接入層信令的透明傳輸;S1接口的主要功能8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)<6>S1接口管理功能。如錯誤指示、S1接口建立等;<7>網(wǎng)絡(luò)共享功能;<8>漫游與區(qū)域限制支持功能;<9>NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能;<10>初始上下文建立過程;<11>S1接口的無線網(wǎng)絡(luò)層不提供流量控制功能和擁塞控制功能。S1接口的主要功能8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)X2接口是eNodeB與eNodeB之間的接口X2接口分為用戶平面接口和控制平面接口圖8-10X2接口用戶平面協(xié)議棧圖8-11X2接口控制平面協(xié)議棧8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)X2接口用戶平面的傳輸網(wǎng)絡(luò)基于IP傳輸,
UDP/IP協(xié)議之上采用GTP-U來傳輸eNodeB之間的用戶平面PDU。X2接口用戶平面支持eNodeB之間的隧道傳輸終端用戶分組功能。隧道協(xié)議應(yīng)具備的功能:<1>在X2接口的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中指示數(shù)據(jù)分組所屬的SAE接入承載;<2>在移動性過程中,盡量減少數(shù)據(jù)的丟失;<3>對于X2接口上業(yè)務(wù)流的傳輸,將與S1接口保持一致,以便降低架構(gòu)的復(fù)雜性,并有利于S1接口和X2接口上與業(yè)務(wù)流管理的一致性。8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE系統(tǒng)X2接口的傳輸網(wǎng)絡(luò)層控制平面IP層的上面也采用SCTP,為信令消息提供可靠的傳輸。應(yīng)用層信令協(xié)議表示為X2-AP。<1>X2-AP主要實(shí)現(xiàn)UE在eNB間的移動性管理、多小區(qū)無線資源管理、常規(guī)X2接口管理和錯誤處理等功能;<2>X2-AP應(yīng)盡量集成和重用3GIur接口的RNSAP協(xié)議的一些應(yīng)用原則和協(xié)議過程,并根據(jù)LTE新增加的特定應(yīng)用層功能來定義新的協(xié)議過程;X2接口應(yīng)用協(xié)議的主要原則8.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)<3>X2-AP層消息應(yīng)使用ASN.1編碼;<4>X2-AP層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層所提供的服務(wù)應(yīng)保持獨(dú)立;<1>支持LTE_ACTIVE狀態(tài)下UE的LTE接入系統(tǒng)內(nèi)的移動性管理功能。主要體現(xiàn)在切換過程中由源eNB到目標(biāo)eNB的上下文傳輸以及源eNB與目標(biāo)eNB之間用戶平面隧道的控制;<2>X2接口自身的管理功能,如錯誤指示等。X2接口應(yīng)用協(xié)議具有的主要功能8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議空中接口是指終端和接入網(wǎng)之間的接口(Uu接口)。LTE無線接口協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為用戶平面協(xié)議棧和控制平面協(xié)議棧。用戶平面協(xié)議與UMTS系統(tǒng)相似,主要包括PDCP、RLC、MAC層,執(zhí)行頭壓縮、調(diào)度、加密等功能。圖8-12用戶平面協(xié)議棧8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議控制平面協(xié)議主要包括非接入層(NAS)、RRC、PDCP、RLC、MAC層,其中PDCP、RLC和MAC和用戶平面功能相同,但控制平面沒有IP報(bào)文頭壓縮功能。圖8-13控制平面協(xié)議棧8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議RRC協(xié)議終止于eNodeB,它在接入層中起主要控制功能,負(fù)責(zé)建立無線承載和配置eNodeB和UE間由RRC信令控制的所有底層。(1)SAE承載管理;(2)鑒權(quán);(3)LTE_IDLE狀態(tài)下的移動性處理;(4)產(chǎn)生LTE_IDLE狀態(tài)下的尋呼消息;(5)安全控制。NAS控制協(xié)議的主要功能8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議①物理層與層2的媒體接入控制(MAC)子層和層3的無線資源控制(RRC)層具有接口②層與層之間的連接點(diǎn)成為服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)③物理層向MAC層提供傳輸信道④MAC層提供不同的邏輯信道給層2的無線鏈路控制(RLC)子層。圖8-14物理層周圍的無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)1、層1協(xié)議框架8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議物理層向高層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),可以通過MAC子層并使用傳輸信道來接入這些服務(wù)。物理層的功能:
傳輸信道的錯誤檢測并向高層提供指示
傳輸信道的前向糾錯(ForwardErrorCorrection,F(xiàn)EC)編碼解
碼
混合自動重傳請求(HybiridAutomaticRepeat-reQuest,HARQ)軟合并1、層1協(xié)議框架8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議編碼的傳輸信道與物理信道之間的速率匹配編碼的傳輸信道與物理信道之間的映射物理信道的功率加權(quán)物理信道的調(diào)制和解調(diào)頻率和時(shí)間同步射頻特性測量并向高層提供指示多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)天線處理傳輸分集射頻處理8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議圖8-15層2下行構(gòu)架圖(反映網(wǎng)絡(luò)側(cè))圖8-16層2上行構(gòu)架圖(反映終端側(cè))8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議MAC層是LTE無線協(xié)議棧第二層結(jié)構(gòu)內(nèi)最低的子層。MAC層通過傳輸信道與其下的物理層連接,通過邏輯信道與其上的RLC子層連接。功能MAC層主要實(shí)現(xiàn)與調(diào)度和HARQ相關(guān)的功能。LTE中的MAC,每小區(qū)只存在一個(gè)MAC實(shí)體,負(fù)責(zé)MAC相關(guān)的全部功能。1.AMAC層8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議邏輯信道MAC層通過邏輯信道為RLC層提供數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。邏輯信道既可以是承載RRC等控制數(shù)據(jù)的控制邏輯信道,也可以使承載用戶平面數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯信道。業(yè)務(wù)信道來自MAC層的數(shù)據(jù)通過傳輸信道與物理層進(jìn)行交換,可根據(jù)數(shù)據(jù)如何在空口傳輸將他們復(fù)用到傳輸信道上。8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議傳輸信道和邏輯信道間的復(fù)用和映射下行時(shí),DL-SCH承載除PCCH外所有邏輯信道中的信息。對MBMS來說,MTCH和MCCH既可映射到DL-SCH也可映射到MCH,這取決于數(shù)據(jù)是但小區(qū)發(fā)送還是多小區(qū)發(fā)送。圖8-17下行邏輯信道復(fù)用8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議RLC層位于PDCP層和MAC層之間,通過業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)與PDCP層通信,通過邏輯信道與MAC層通信。RLCPDU由RLC頭和RLCSUD組成。功能RLC層主要實(shí)現(xiàn)與ARQ相關(guān)的功能。RLC層的功能時(shí)通過RLC實(shí)體來實(shí)現(xiàn)的。1.BRLC層8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸模式RLC層提供三種數(shù)據(jù)傳輸模式:透明模式(TM)、非確認(rèn)模式(UM)和確認(rèn)模式(AM)透明模式:TMRLC不對PDU增加任何RLC頭,僅僅根據(jù)業(yè)務(wù)類型決定是否進(jìn)行分段操作。該模式適用于那些不需要重發(fā)或?qū)ν哆f順序不敏感的服務(wù)。8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議非確認(rèn)模式:UMRLC提供單向的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。UM模式按順序投遞那些可能因MAC層HARQ進(jìn)程而在接收時(shí)發(fā)生混亂但又無需重發(fā)丟失PDU的數(shù)據(jù)。該模式主要用于延時(shí)敏感和可容錯的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),尤其是VoIP,以及其他對時(shí)延敏感的流媒體業(yè)務(wù)中。確認(rèn)模式:AMRLC提供雙向的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù),AMRLC最重要的特征是“重傳”,自動重傳請求(ARQ)用來支持無差錯傳輸。AMRLC主要用于錯誤敏感、時(shí)延容忍的非實(shí)時(shí)應(yīng)用中。時(shí)延要求不太嚴(yán)格,流媒體類型業(yè)務(wù)也經(jīng)常使用AMRLC。在控制平面中,為了確??煽啃?,RRC消息通常使用AMRLC。8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議PDCP提供下列功能:(1)用戶平面數(shù)據(jù)的報(bào)頭壓縮和解壓縮;(2)安全性功能:用戶和控制平面協(xié)議的加密和解密;控制平面數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)和驗(yàn)證;(3)切換支持功能:切換時(shí)對上層發(fā)送的PDU順序發(fā)送和重排序;對映射到RLC確認(rèn)模式下的用戶平面數(shù)據(jù)的無損切換;(4)丟棄超時(shí)的用戶平面數(shù)據(jù)。1.CPDCP層8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議圖8-20控制平面PDCP概覽圖8-19用戶平面PDCP概覽8.2.2空中接口協(xié)議空中接口協(xié)議層3協(xié)議主要由無線資源控制(RRC)層構(gòu)成RRC層承擔(dān)RRC連接管理、無線承載控制、移動性管理以及
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