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  1. 8.1 8.2 8.3 8.4 概述 LTE的系统结构 LTE的空中接口 LTE关键技术 第8章 LTE

  2. 3G技术长期演进(Long Term Evolution,LTE)与以往的移动通信系统不同,无线接入网的空中接口技术和核心网的网络结构都发生了较大的变化。

  3. 本章主要内容如下: • LTE的主要特点和LTE的研究现状 • LTE网络结构 • E-UTRAN的结构,主要网元和接口的功能

  4. 核心网(EPC)结构,主要网元和接口的功能 • LTE空中接口的协议结构及各层功能 • 物理信道、传输信道、逻辑信道的分类及相互间的映射关系 • LTE关键技术

  5. 8.1 概述 • 1.LTE概念 • 近年来,在传统蜂窝移动通信技术高速发展的同时,宽带无线接入技术(如移动WiMAX)也开始提供移动功能,试图抢占移动通信的部分市场。

  6. 为了保证3G移动通信的持续竞争力,移动通信业界提出了新的市场需求,要求进一步加强3G技术,提供更强大的数据业务能力,向用户提供更好的服务,同时具有与其他技术进行竞争的实力。为了保证3G移动通信的持续竞争力,移动通信业界提出了新的市场需求,要求进一步加强3G技术,提供更强大的数据业务能力,向用户提供更好的服务,同时具有与其他技术进行竞争的实力。

  7. 因此,3GPP和3GPP2相应启动了3G技术长期演进(Long Term Evolution,LTE)和空中接口演进(Air Interface Evolution,AIE),2007年2月,3GPP2鉴于新的标准与cdma2000 1x EV-DO有较大差别,将新的空中接口标准命名为超移动宽带(Ultra Mobile Broadbandx,UMB),并于2007年4月正式颁布。

  8. 按照3GPP组织的工作流程,3G LTE标准化项目基本上可以分为两个阶段:2004年12月到2006年9月为研究项目(Study Item,SI)阶段,进行技术可行性研究,并提交各种可行性研究报告;2006年9月到2007年9月为工作项目(Work Item,WI)阶段,进行系统技术标准的具体制定和编写,完成核心技术的规范工作,并提交具体的技术规范。

  9. 预计在2009年到2010年推出成熟的商用产品。 • 3GPP LTE地面无线接入网络技术规范已通过审批,被纳入3GPP R8版本中,2009年3月份的会议上R8版本基本上已经完成了。

  10. 相比于传统的移动通信网络,LTE在无线接入技术和网络结构上发生了重大变化。相比于传统的移动通信网络,LTE在无线接入技术和网络结构上发生了重大变化。

  11. 2.LTE的主要目标 • (1)LTE需求 • ① 系统容量 • ② 数据传输时延 • ③ 终端状态间转换时间

  12. ④ 移动性 • ⑤ 覆盖范围 • ⑥ 增强的多媒体广播和多播业务(MBMS)业务

  13. (2)LTE主要性能指标 • 3GPP LTE的主要性能指标描述如下。 • ① 支持1.25~20MHz带宽,提供上行50Mbit/s、下行100Mbit/s的峰值数据速率。 • ② 提高小区边缘的比特率,改善小区边缘用户的性能。

  14. ③ 频谱效率达到3GPP R6的2~4倍。 • ④ 降低系统延迟,用户面延迟(单向)小于5ms,控制面延迟小于100ms。 • ⑤ 支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作。

  15. ⑥ 支持增强型的广播组播(MBMS)业务。 • ⑦ 实现合理的终端复杂度、成本和耗电。 • ⑧ 支持增强的IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,IMS)和核心网。

  16. 取消CS(电路交换)域,CS域业务在PS(分组交换)域实现,如采用VoIP。 • ⑩ 以尽可能相似的技术同时支持成对和非成对频段。 • 支持运营商间的简单邻频共存和邻区域共存。

  17. 3.LTE的基本特点 • (1)只支持分组交换的结构 • (2)完全共享的无线信道

  18. 4.LTE的研究现状 • LTE项目的启动是为了应对“其他无线通信标准”的竞争。

  19. 由于LTE系统缺乏和3G系统的后向兼容性,因此LTE系统更适合于在较早阶段(如2000年左右)部署了3G系统,在2010年左右希望大规模更新网络的那些运营商。由于LTE系统缺乏和3G系统的后向兼容性,因此LTE系统更适合于在较早阶段(如2000年左右)部署了3G系统,在2010年左右希望大规模更新网络的那些运营商。 • HSPA+的主要工作较多地集中在RAN2工作组。

  20. 8.2 LTE的系统结构 • 8.2.1 LTE/SAE的网络结构 图8-1 LTE/SAE的网络结构图

  21. 图8-2 E-UTRAN和EPC间的功能划分

  22. 8.2.2 E-UTRAN的结构及接口 • 1.E-UTRAN结构与UTRAN结构的比较 • 在考虑LTE技术架构时,大家一致建议将RNC省去,采用单层无线接入网络结构,有利于简化网络结构和减小延迟。

  23. E-UTRAN无线接入网的结构比较简单,只包含一个网络节点eNode B,取消了RNC,eNode B直接通过S1接口与核心网相连,因此原来RNC的功能就被重新分配给了eNode B和核心网中的移动管理实体(Mobility Management Entity,MME)或是服务网关实体(Serving Gateway entities,S-GW)。

  24. S-GW实际上是一个边界节点,如果将它看成核心网的一部分,则接入网主要由eNode B构成。

  25. LTE的eNode B除了具有原来Node B的功能外,还承担了传统3GPP接入网中RNC的大部分功能,如物理层、MAC层、无线资源控制、调度、无线准入、无线承载控制、移动性管理和小区间无线资源管理等。

  26. eNode B和eNode B之间采用网格(Mesh)方式直接互连,这也是对原有UTRAN结构的重大修改。

  27. 核心网采用全IP分布式结构。 • LTE采用扁平的无线接入网络架构,将对3GPP系统的未来体系架构产生深远的影响,逐步趋近于典型的IP宽带网络结构。

  28. 2.E-UTRAN主要网元的功能及接口 • (1)eNode B实现的功能 • (2)E-UTRAN主要的开放接口 • ① X2接口 • ② Sl接口 • ③ LTE-Uu接口

  29. 3.E-UTRAN通用协议模型 图8-3 E-UTRAN通用协议模型

  30. 4.E-UTRAN主要接口的协议栈 • (1)eNode B之间的接口X2 • ① X2用户平面 • ② X2控制平面

  31. 图8-4 X2接口用户平面

  32. 图8-5 X2接口控制平面

  33. (2)eNode B和EPC的接口S1 • ① S1用户平面 • ② S1控制平面

  34. 图8-6 S1用户平面接口

  35. 图8-7 S1控制平面接口

  36. 8.2.3 核心网(EPC)结构及接口 • 1.SAE架构的演进 图8-8 演进的SAE架构

  37. (1)SAE架构的主要网元 • ① 3GPP锚点(3GPP Anchor) • ② SAE锚点(SAE Anchor) • ③ 互访锚点(Inter Access System Anchor,IASA)

  38. ④ 演进的分组数据网关(evolved Packet Data Gateway,ePDG) • ⑤ 用户平面实体(User Plane Entity,UPE)

  39. (2)SAE架构的参考点 • ① S1参考点 • ② S2a参考点 • ③ S2b参考点 • ④ S3参考点 • ⑤ S4参考点

  40. ⑥ S5a参考点 • ⑦ S5b参考点 • ⑧ S6参考点 • ⑨ S7参考点 • ⑩ SGi参考点

  41. 2.EPC主要网元的功能 • 在LTE中,核心网(CN)也称为演进的分组核心(Evolved Packet Core,EPC),如图8-1所示。

  42. 演进的分组核心网(EPC)主要包括移动管理实体(MME)、服务网关(serving GW)、分组交换网关(PDN GW)、策略和计费规则实体(PCRF)和归属用户服务器(Home Subscriber Server,HSS)等。

  43. (1)移动管理实体(MME) • (2)服务网关(S-GW) • (3)分组交换网关(P-GW) • (4)策略和计费规则实体(PCRF) • (5)归属用户服务器(HSS)

  44. 3.UE/ eNode B /EPC间主要接口及协议栈 • (1)UE/eNode B/MME的控制平面协议栈 图8-9 UE/eNode B/MME的控制平面

  45. (2)UE/eNode B/网关的用户平面协议栈 图8-10 MME/MME等控制面协议栈

  46. 图8-11 通过E-UTRAN的UE-P-GW用户平面

  47. 4.LTE网络中的IP多媒体子系统 • 3GPP对IMS的标准化是按照R5、R6、R7、R8版本的进程来发布的,IMS首次提出是在R5版本中,然后在R6、R7、R8版本中进一步完善。

  48. 8.3 LTE的空中接口 • 8.3.1 空中接口协议 • 空中接口是指终端和接入网之间的接口,一般称为Uu接口。

  49. 图8-12 无线接口协议结构

  50. 第一层(L1):物理层 • 第二层(L2):数据链路层 • 第三层(L3):网络层