《LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課件

LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LTE系統(tǒng)概述高帶寬LTE提供高速數(shù)據(jù)傳輸，支持多種移動數(shù)據(jù)應(yīng)用，滿足用戶對高速上網(wǎng)的需求。低延遲LTE網(wǎng)絡(luò)延遲低，保證用戶在實時應(yīng)用中流暢體驗，例如視頻通話和在線游戲。廣覆蓋LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，支持多種網(wǎng)絡(luò)部署模式，滿足不同地區(qū)的用戶需求。LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩部分組成。接入網(wǎng)負(fù)責(zé)無線信號的傳輸，核心網(wǎng)負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的管理。LTE網(wǎng)絡(luò)部署模式1宏蜂窩覆蓋范圍廣，適用于人口密集地區(qū)，基站功率較大，成本較高。2微蜂窩覆蓋范圍較小，適用于人口密度較低的地區(qū)，基站功率較小，成本較低。3微微蜂窩覆蓋范圍更小，用于補充宏蜂窩的覆蓋，適用于特定區(qū)域，成本較低。4室內(nèi)分布系統(tǒng)用于室內(nèi)覆蓋，通常用于大型商場、機場等場所，成本較高。LTE網(wǎng)絡(luò)功能實體eNodeB基站，負(fù)責(zé)無線資源管理、數(shù)據(jù)傳輸和用戶接入。MME移動性管理實體，負(fù)責(zé)用戶身份認(rèn)證、會話管理和移動性管理。S-GW用戶面網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和流量控制。P-GW業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)路由和計費。用戶設(shè)備(UE)用戶設(shè)備(UE)是指用戶用來訪問LTE網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備。常見的UE包括智能手機、平板電腦、筆記本電腦等。UE通過LTE空中接口與基站進(jìn)行通信，并支持各種無線數(shù)據(jù)服務(wù)，如語音通話、數(shù)據(jù)上網(wǎng)、視頻通話等?；?eNodeB)LTE網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點eNodeB是LTE網(wǎng)絡(luò)中的核心基礎(chǔ)設(shè)施，負(fù)責(zé)無線信號的傳輸和接收，連接用戶設(shè)備(UE)與核心網(wǎng)。無線接入的關(guān)鍵eNodeB通過天線發(fā)射和接收無線信號，為用戶設(shè)備提供高速數(shù)據(jù)連接和語音服務(wù)。移動性管理實體(MME)MME是LTE核心網(wǎng)中的一個關(guān)鍵組件，負(fù)責(zé)管理用戶設(shè)備的移動性和安全功能。MME處理用戶身份驗證、安全密鑰生成、數(shù)據(jù)會話管理、用戶位置更新等功能，確保用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)中安全和高效地移動。用戶面網(wǎng)關(guān)(S-GW)S-GW是LTE網(wǎng)絡(luò)中的核心組件之一，負(fù)責(zé)處理用戶數(shù)據(jù)流量，例如語音、視頻和數(shù)據(jù)。它連接到eNodeB和P-GW，在用戶數(shù)據(jù)流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和管理。S-GW負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由、流量控制、安全性和QoS管理，保證用戶數(shù)據(jù)能夠順利傳輸。它還參與用戶的移動性管理，支持用戶在不同基站之間的切換。業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)(P-GW)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)(P-GW)是LTE核心網(wǎng)中的一個關(guān)鍵組件，負(fù)責(zé)處理用戶數(shù)據(jù)流量的路由、策略控制和計費等功能。P-GW與S-GW協(xié)同工作，確保用戶數(shù)據(jù)流量能夠正確地路由到目標(biāo)服務(wù)器，并根據(jù)用戶的訂閱套餐和網(wǎng)絡(luò)策略進(jìn)行流量控制和計費。P-GW還負(fù)責(zé)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，例如互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)專網(wǎng)，為用戶提供各種類型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。訂戶配置實體(HSS)用戶身份驗證HSS存儲用戶的身份信息，并進(jìn)行身份驗證，確保用戶身份的真實性。用戶數(shù)據(jù)管理HSS存儲用戶數(shù)據(jù)，例如用戶配置文件、訂閱信息和服務(wù)信息，方便管理。網(wǎng)絡(luò)功能實體交互HSS與其他網(wǎng)絡(luò)功能實體，例如MME和PCRF，進(jìn)行交互，實現(xiàn)用戶認(rèn)證、授權(quán)和計費等功能。策略及收費控制實體(PCRF)PCRF是LTE核心網(wǎng)中一個重要的功能實體，負(fù)責(zé)控制用戶的業(yè)務(wù)策略和收費。它根據(jù)用戶的資費計劃、服務(wù)質(zhì)量要求和其他策略，決定用戶可以使用哪些服務(wù)，以及如何收費。PCRF還負(fù)責(zé)管理用戶流量，控制用戶的數(shù)據(jù)流量大小和速度，并確保用戶流量符合網(wǎng)絡(luò)的容量限制。LTE接入網(wǎng)參考架構(gòu)LTE接入網(wǎng)主要包括基站（eNodeB）和用戶設(shè)備（UE），負(fù)責(zé)用戶與核心網(wǎng)之間的無線連接。eNodeB負(fù)責(zé)無線資源管理、數(shù)據(jù)傳輸、移動性管理等功能，UE負(fù)責(zé)與eNodeB進(jìn)行無線通信，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。LTE核心網(wǎng)參考架構(gòu)LTE核心網(wǎng)是LTE系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)控制和管理所有LTE網(wǎng)絡(luò)功能實體，包括用戶身份認(rèn)證、業(yè)務(wù)建立、切換、流量控制等功能。核心網(wǎng)通過與接入網(wǎng)eNodeB和用戶設(shè)備UE進(jìn)行通信，為用戶提供高質(zhì)量的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。LTE核心網(wǎng)主要由以下功能實體組成：MME（移動性管理實體）：負(fù)責(zé)用戶身份認(rèn)證、安全控制、切換等功能。S-GW（用戶面網(wǎng)關(guān)）：負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和安全控制。P-GW（業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)）：負(fù)責(zé)流量控制、計費和策略控制。HSS（訂戶配置實體）：負(fù)責(zé)存儲用戶數(shù)據(jù)信息。PCRF（策略及收費控制實體）：負(fù)責(zé)制定和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)策略。LTE網(wǎng)絡(luò)接口Uu接口UE和eNodeB之間的空中接口，用于數(shù)據(jù)傳輸和控制信令。S1接口eNodeB和MME之間的接口，用于用戶認(rèn)證、注冊和切換控制。S5/S8接口MME和S-GW/P-GW之間的接口，用于數(shù)據(jù)路由和用戶面控制。X2接口eNodeB之間的接口，用于切換、負(fù)載均衡和小區(qū)間協(xié)調(diào)。LTE空中接口LTE使用OFDMA技術(shù)，支持上下行數(shù)據(jù)傳輸通過TDD和FDD兩種模式實現(xiàn)頻譜共享支持高速數(shù)據(jù)傳輸，提供更高的用戶體驗LTE協(xié)議棧體系網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議、路由協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層MAC協(xié)議、RLC協(xié)議信令層RRC協(xié)議、NAS協(xié)議物理層無線傳輸、信道編碼LTE空中接口物理層1物理信道LTE空中接口物理層定義了物理信道和資源塊，用于傳輸數(shù)據(jù)和控制信息。2調(diào)制和編碼采用QPSK、16QAM、64QAM等調(diào)制方式和Turbo碼等編碼技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。3多天線技術(shù)支持MIMO技術(shù)，利用多根天線進(jìn)行信號傳輸和接收，提高數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍。4頻率復(fù)用使用OFDMA技術(shù)，將頻譜資源劃分成多個子載波，提高頻譜利用率。LTE空中接口信令層RRC層負(fù)責(zé)無線資源控制，管理UE和eNodeB之間的連接，包括建立、維護(hù)和釋放連接。MAC層負(fù)責(zé)媒體接入控制，管理無線鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸，包括調(diào)度、流量控制和錯誤控制。RLC層負(fù)責(zé)無線鏈路控制，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包括數(shù)據(jù)分段、重傳和確認(rèn)。PDCP層負(fù)責(zé)分組數(shù)據(jù)匯聚，對IP數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和加密，保證數(shù)據(jù)安全和高效傳輸。LTE數(shù)據(jù)鏈路層1MAC層負(fù)責(zé)資源分配、調(diào)度和數(shù)據(jù)傳輸2RLC層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，處理數(shù)據(jù)分組的分割和重組3PDCP層對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和加密，以及頭部壓縮和數(shù)據(jù)分組LTE網(wǎng)絡(luò)層1IP層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)2數(shù)據(jù)鏈路層提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸和錯誤檢測3物理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在無線信道中的傳輸LTE承載管理1資源分配LTE網(wǎng)絡(luò)根據(jù)用戶的服務(wù)質(zhì)量要求，分配不同的資源，如帶寬和時延。2流量控制網(wǎng)絡(luò)通過限制用戶的流量使用，以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率。3數(shù)據(jù)優(yōu)先級網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的服務(wù)類型，設(shè)定數(shù)據(jù)優(yōu)先級，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的正常運行。LTE身份認(rèn)證流程UE請求認(rèn)證用戶設(shè)備(UE)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起認(rèn)證請求。網(wǎng)絡(luò)驗證身份網(wǎng)絡(luò)通過MME和HSS驗證UE的身份信息。生成安全密鑰網(wǎng)絡(luò)生成一個安全密鑰，用于后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用芎屯暾员Ｗo(hù)。UE確認(rèn)認(rèn)證UE接收到安全密鑰后，確認(rèn)身份認(rèn)證成功。LTE注冊流程1網(wǎng)絡(luò)選擇UE掃描并選擇合適的LTE網(wǎng)絡(luò)2連接建立UE與eNodeB建立無線連接3身份認(rèn)證UE向MME進(jìn)行身份認(rèn)證4注冊完成UE完成注冊，獲得網(wǎng)絡(luò)資源LTE業(yè)務(wù)建立流程1用戶設(shè)備(UE)發(fā)起業(yè)務(wù)請求用戶設(shè)備(UE)向基站(eNodeB)發(fā)起業(yè)務(wù)請求，例如發(fā)起語音通話或數(shù)據(jù)連接。2基站(eNodeB)向核心網(wǎng)發(fā)送業(yè)務(wù)建立請求基站(eNodeB)將UE的業(yè)務(wù)請求轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)的移動性管理實體(MME)進(jìn)行處理。3核心網(wǎng)(MME)分配資源和建立業(yè)務(wù)連接MME負(fù)責(zé)分配資源和建立業(yè)務(wù)連接，并向UE發(fā)送業(yè)務(wù)建立成功通知。4業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸UE和核心網(wǎng)之間建立業(yè)務(wù)連接后，就可以進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，例如語音通話或數(shù)據(jù)下載。5業(yè)務(wù)釋放當(dāng)業(yè)務(wù)結(jié)束時，UE向基站發(fā)送業(yè)務(wù)釋放請求，核心網(wǎng)釋放資源并關(guān)閉業(yè)務(wù)連接。LTE切換及重定向流程1切換優(yōu)化用戶體驗2重定向優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)負(fù)載3流程基于信令交互LTE碼率控制和QoS保證碼率控制LTE系統(tǒng)通過碼率控制來確保網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用，并為不同用戶提供差異化的服務(wù)質(zhì)量保障。碼率控制主要通過調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率來實現(xiàn)，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況和用戶的實際需求。QoS保證LTE系統(tǒng)采用多種機制來保證用戶的服務(wù)質(zhì)量，包括優(yōu)先級調(diào)度、資源分配和流量控制等。QoS保證可以確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的及時傳輸，并提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)性能，為用戶提供高質(zhì)量的通信體驗。LTE網(wǎng)絡(luò)安全機制數(shù)據(jù)加密LTE網(wǎng)絡(luò)使用AES算法加密數(shù)據(jù)，以保護(hù)用戶數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全。身份認(rèn)證LTE網(wǎng)絡(luò)使用多種身份認(rèn)證機制，例如EAP和AKA，以驗證用戶身份和確保連接的安全性。訪問控制LTE網(wǎng)絡(luò)使用訪問控制機制，以限制用戶的訪問權(quán)限并防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。安全機制LTE網(wǎng)絡(luò)使用安全機制來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受惡意攻擊，例如DoS攻擊和中間人攻擊。LTE網(wǎng)絡(luò)性能100數(shù)據(jù)速率LTE網(wǎng)絡(luò)提供高達(dá)100Mbps的下行數(shù)據(jù)速率和50Mbps的上行數(shù)據(jù)速率，滿足用戶高速數(shù)據(jù)傳輸需求。10延遲LTE網(wǎng)絡(luò)的延遲通常在10毫秒左右，能夠提供流暢的實時通信體驗，例