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1、LTE/SAE移动通信网络技术,2013.1.15,目 录,3,LTE简介,LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，它改进并增强了3G的空中接入技术，为用户提供更高速率的网络业务应用，改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。LTE包括TDD（时分双工）、FDD（频分双工）两种双工模式。中国移动采用TDD（时分双工）模式。LTE的演进方向是LTE-Advanced。,什么是LTE,4,目 录,5,EPS系统架构与功能,网络
2、架构演进示意图,为了更清晰、全面地理解EPS的网络架构，下图示出了从GSM网络开始，3GPP移动通信网络架构演进的几个主要过程。,可以看出，GSM网络仅存在电路域（CS），支持的业务主要是语音业务，并支持PSTN固定网络的话音互通。当网络演进到GPRS/EDGE阶段时，系统引入了分组域（PS）的概念，因此可以提供一些基于IP的基本数据业务。随后，当网络演进到UMTS阶段，引入了IP多媒体子系统（IMS）体系架构时，系统在PS域核心网承载网之上增加了新的一层IMS域，此时语音话音除了通过传统的CS域提供外，还可以通过IMS域来提供VoIP语音，同时基于VoIP的话音能够实现与CS话音以及PSTN
3、语音的互通。最后，网络演进到EPS阶段。,EPS总体架构,6,EPS系统架构与功能,3GPP移动通信网络整体架构图,7,无线接入网结构,E-UTRAN的网络架构图,E-UTRAN网络的特点：E-UTRAN将NodeB和RNC融合为一个网元eNodeB；eNodeB之间底层采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互连；eNodeB通过S1接口与一个或多个MME/S-GW相连接。,E-UTRAN网络的优点：网络扁平化使得系统延时减少，从而改善了用户体验，并可开展更多业务；网元数目减少，使得网络部署更为简单，网络的维护更加容易；取消了RNC的集中控制，避免单点故障，有利于提高网络稳定性。,EPS系统架构与
4、功能,8,分组核心网结构,3GPP接入EPS非漫游架构图,EPS网络架构相对于UMTS系统的变化主要体现为以下两方面：全IP的扁平化的网络架构；支持多种3GPP,非3GPP的无线系统的接入,例如GERAN/UTRAN,WLAN,E-UTRAN,CDMA2000等。通过E-UTRAN接入EPC核心网络的系统架构，其中PDN-GW可通过SGi接入运营商网络，类似于UMTS系统中的GGSN实体，MME则类似于与SGSN实体的用户面，PCRF实体负责通过Gx接口为PDN-GW提供相关的策略控制和计费规则。,EPS系统架构与功能,3GPP接入EPS漫游架构图,9,E-UTRAN与EPC的功能划分图,E-
5、UTRAN与EPC之间的功能划分如下图所示，EPS系统演进UTRAN（E-UTRAN）、移动性管理实体（MME)、服务网关（PDN-GW）以及UE等几部分组成，其中长条形表示逻辑节点中的各层无线协议，虚线长条形代表逻辑节点控制平面的主要功能。,EPS系统架构与功能,10,1、eNodeB eNodeB具有现有NodeB和RNC的大部分功能，包括：物理层功能、MAC、RLC、PDCP功能、RRC功能、资源调度和无线资源管理、无线接入控制及移动性管理功能。具体来讲，eNodeB通过用户面接口S1-U和S-GW相连，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧；通过控制平面接口S1-MME和MME相连，采
6、用S1-AP协议，类似于UMTS网络中的无线网络层的控制部分，主要完成S1接口的无线接入承载控制、操作维护功能。2、MME MME主要负责用户及会话管理的所有控制平面功能，包括NAS信令及其安全，跟踪区（Tracking Area）列表的管理，PDN-GW和S-GW节点的选择，跨MME切换时对新MME的管理，在向2G/3G系统切换过程时，SGSN的选择、鉴权、漫游控制及承载管理，3GPP不同无线接入网核心节点之间的移动性管理，以及UE空闲状态的移动性管理。3、S-GW S-GW主要负责UE用户平面的数据传送、转发及路由切换等。当通过终端移动至E-UTRAN网络的eNodeB时，S-GW将被看作
7、一个逻辑的移动性锚点，这意味着E-UTRAN内部的移动性管理以及E-UTRAN与与其他3GPP技术之间的移动性管理都将通过该节点进行数据包路由。需要说明的是，除切换外，每个与EPS系统相关联的UE，每个时刻仅有一个S-GW为之服务。4、PD N-GW 作为PDN网络会话的锚点，PDN-GW负责执行用户的包过滤，合法侦听、UE的IP地址分配、上行链路中的数据包传送级标记、上下行服务等级计费，服务水平的控制，以及基于业务的上下行速率控制等。若UE同时访问多个PDN网络，UE将对应于一个或多个PDN-GW。,EPS系统架构与功能,11,头压缩及用户面加密；在无法根据UE提供的信息路由到一个MME的情
8、况下，选择一个合适的MME;基于UE-AMBR和MBR，进行上行承载级别的速率调整；基于UE-AMBR进行下行承载级别的速率调整；上行和下行准入控制；在上行链路中，进行数据包传送标识，例如：基于QCI，来设置DiffServ的编码点,网络实体,eNodeB,MME,S-GW,PDN-GW,NAS信令及其安全；跟踪区域（Tracking Area,TA）列表的管理；PDN-GW和S-GW节点的选择；3GPP不同接入网核心节点之间的移动性管理；ECM-IDLE状态下的UE可达性管理（包括控制和寻呼重传）；鉴权；漫游控制；承载管理，包括专用承载的建立；信令传输的合法侦听；告警消息传送；UE可达性流程
9、,主要功能,支持UE的移动性切换用户面的数据功能；E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持；数据包路由和转发；合法侦听；上下行传输层数据包标识；每UE、PDN、QCI的上下行计费；根据TS 32.240中定义的计费原则和参考点，与OCS进行通信,支持UE的移动性切换用户面的数据功能；E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持；数据包路由和转发；合法侦听；上下行传输层数据包标识；每UE、PDN、QCI的上下行计费；根据TS 32.240中定义的计费原则和参考点，与OCS进行通信,EPS系统架构与功能,12,主要参考点（接口）介绍,S1-MME：E-UTRAN和MME间的控制面参考点
10、，用于各种控制信令的传输，基于S1-AP协议；S1-U：E-UTRAN与S-GW间的用户面隧道参考点，也可以用在切换的时候，eNodeB间的路通切换，基于GTP-C协议；X2：两个eNodeB之间的参考点，用户支持移动性及用户面的隧道特征，与S1基于相同的用户面；S3：MME与2G/3G SGSN之间的参考点，基于GTP-C协议；S4：S-GW与2G/3G之间的参考点，采用GTPv1协议；S5：S-GW与PDN-GW之间的参考点，用于支持这两个网管实体之间的承载管理及用户平面的隧道，该参考点应用于S-GW和PND-GW分设，S-GW建立到PDN-GW的连接过程以及在用户移动性管理中S-GW重定
11、位过程。该参考点基于GTPv2协议，类似于SGSN与GGSN之间的Gn接口；S6a：MME和HSS之间的参考点，用于为用户接入提供认证和授权，基于IETF定义的Diameter协议；SGi：PDN-GW和PDN之间的参考点，其中，PDN可以是外部公共数据网，也可以是内部私有数据网，例如运营商的IMS网络服务。,EPS系统架构与功能,13,EPS系统架构与功能,接口与协议,控制平面协议栈控制平面协议主要负责对用户平面的控制及完成信令传输方面的功能，具体功能如下：控制E-UTRAN网络的接入连接，如UE接入至E-UTRAN的附着与去附着；控制一个已经建立网络接入的连接属性，如IP地址的激活与分配；
12、控制一个已经建立网络的路由路径以支持用户的移动性，并保持业务的连续性；当用户需求改变时，负责控制各种网络资源的分配。UE与MME之间的控制平面特点：扁平化的架构设计，去掉了RNC实体，空中接口用户平面（MAC/RLC）和控制平面（RRC）均由eNodeB进行管理控制，包括完成基站之间的切换功能。eNodeB既承担了无线接入网用户数据的分组数据汇聚（PDCP）的功能，也承担了NAS信令状态管理的部分核心网功能。NAS层的含义是指非接入层，支持移动性管理功能以及用户平面承载激活、修改与释放功能，执行EPS承载管理、鉴权、IDLE状态下的移动性处理、寻呼以及安全控制等功能。,PDCP层执行头压缩、数
13、据传输、加密以及完整性保护。RLC和MAC层执行与数据的分段、封装等功能。RRC层主要执行广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载（RB）管理、移动性管理、密钥管理、UE测量报告与控制、MBMS控制、NAS消息直传、QoS管理等功能。S1-MME接口的控制平面，在IP层之上采用流传输控制协议（SCTP）。S1-AP是eNodeB与MME之间的应用层协议，主要处理S1-MME接口控制平面的各种信令控制，S1-AP协议主要完成以下功能：E-UTRAN无线接入承载（E-RAB）管理功能；EMM-CONNECTED状态下的UE移动性管理；S1寻呼功能；NAS阶段选择功能；初始上下文建立功能。,14,EPS
14、系统架构与功能,15,EPS系统架构与功能,切换准备（Handover preparation,基本流程,初始消息,成功响应消息,失败响应消息,切换资源分配（Handover Resource Allocation),路径切换请求（path Switch Request),切换取消（Handover Cancellation,承载建立（Bearer Setup),承载修改（Bear Moddify),承载释放（Bear Release),初始上下文建立（intitial Context Setup),重置（Reset),S1建立（Reset),HANDOVER REQUIRED,HANDOVE
15、R REQUEST,PATH SWITCH REQUEST,HANDOVER CANCEL,BEARER SETUP REQUEST,BEARER MODIFY REQUEST,BEARER RELEASE COMMADN,INITIAL CONTEXT SETUPREQUEST,RESET,S1 SETUP REQUEST,HANDOVER COMMAND,HANDOVER REQUESTACKNOWLEDGE,PATH SWITCH ACKNOWLEDGE,HANDOVER CANCELACKNOWLEDGE,BEARER SETUPRESPONSE,BEARER MODIFYRESPON
16、SE,BEARER RELEASECOMPLETE,INITIAL CONTEXT SETUPRESPONSE,RESET ACKNOWLEDGE,S1 SETUP RESPONSE,HANDOVER PREPARATION FAILUER,HANDOVER FAILUER,PATH SWITCH REQUESTFAILUER,INITIAL CONTEXT SETUPFAILUER,S1 SETUP FAILUER,带有响应的S1-AP基本消息,16,不带有响应的S1-AP基本消息,切换通知（Handover Notification）,基本流程,消 息,切换释放请求（Bearer Rele
17、ase Requst),寻呼（Paging),初始化UE消息（Initial UE Message),下行NAS传送（Downlink NAS Transport),错误指示（Error Indication),UE 上下文释放请求（UE context Realse Request),HANDOVER NOTIFY,BEAER RELEASE REQUEST,PAGING,INITIAL MESSAGE,DOWNLINK NAS TRASPORT,UPLINK NAS TRANSPORT,NAS NON DELIVERY INDICATION,ERROR INDICATION,UE CONT
18、EXT RELEASE REQUEST,上行NAS传送（Uplink NAS Transport),NAS未发送指示（NAS non delivery indication),EPS系统架构与功能,EPS系统架构与功能,X2接口的控制平面X2-AP协议支持以下几个主要功能：EMM-CONNECTED状态下UE的移动性管理。例如，源eNodeB和目标eNodeB之间的上下文传送，eNodeB之间用户平面隧道的控制，以及切换消息等。上行负载管理。小区间负载管理是X2接口的一项重要功能，即eNodeB通过负载指示消息通知相邻基站本小区的最新负载情况，从而实现基站节点之间的负载分担，保证网络处于一个相
19、对均衡的水平。X2接口的错误处理，如错误指示、重置等。,X2接口的控制平面图,切换准备（Handover preparation,基本流程,初始消息,成功响应消息,失败响应消息,切换取消（Handover cancel,HANDOVER REQUIRED,HANDOVER CANCEL,HANDOVER REQUESTACKNOWLEDGE,HANDOVER CANCELACKNOWLEDGE,HANDOVER PREPARATION FAILUER,HANDOVER FAILUER,重置（Reset),X2建立（X2 Setup),RESET REQUEST,X2 SETUP REQUEST
20、,RESET RESPONSE,X2 SETUP RESPONSE,X2 SETUP FAILUER,负载指示（Load indication),基本流程,消 息,错误指示（Error indication),LOAD INDICATION,ERROR INDICATION,SN传输状态（SN status transfer),资源释放（Release Resource),SN STATUS TRANSFER,RELEASE RESOURCE,带有响应的X2-AP基本消息,不带响应的X2-AP基本消息,18,EPS系统架构与功能,其他接口的控制平面S-GW与PDN-GW之间S5/S8接口控制平
21、面如图如下所示，该接口可以支持GTP-C及PMIPv6两种协议来实现控制平面的信令传输。,S5/S8接口的控制平面图,GTP（GPRS Tunnelling Protocol)全称是GPRS隧道协议，GTP协议分为GTP-C（信令控制协议）、GTP-U（封装用户数据协议）和GTP（计费相关协议）几种。MIP（Mobile IP)协议进入了家乡代理（HA）和外地代理（FA）两个新的功能实体和隧道技术，在不改变因特网路由规则和移动节点IP地址的前提下，解决了移动主机漫游的路由问题，同时保持上层的通信连接。MIP协议是一种网络层移动性管理的方案，与链路层的物理层传输技术无关，实现了移动主机跨区域、跨
22、网络的漫游。,19,用户平面协议栈UE与PDN-GW之间的用户平面S1-U接口用户平面的GTP-U协议主要负责eNodeB与S-GW之间用户数据的隧道传输，实现两个节点之间的数据封装与传输；下层UDP协议用于用户数据的传送。S1-U在IP层之上采用了面向无连接的UDP协议，采用用户平面协议数据单元(PDU）非保证传送机制；在UDP之上承载的是GTP-U数据封装协议，可以有效满足EPS系统对分组核心网采用统一的GTP协议的要求。X2接口的用户平面X2接口的用户平面在eNodeB之间的IP传输层上，采用了面向无连接的UDP协议进行用户数据传输，并在UDP协议之上承载GTP-U协议，利用X2接口和S
23、1接口用户平面数据的相似性，X2接口的用户面X2-U采用了与S1-U相同的用户平面协议结构。,EPS系统架构与功能,20,EPS系统的主要功能,EPS系统架构与功能,网络接入控制功能网络接入功能主要用于将哪个用户接入到EPC核心网，具体内容细分为如下几个功能模块：接入网络选择功能鉴权功能准入控制功能策略与计费执行功能合法侦听移动性管理功能 移动性管理功能主要用于实现用户当前位置的跟踪，同时用于UE在空闲模式或连接模式下的移动性管理。跟踪区跟踪区（Tracking Area,TA)是EPS系统为进行UE位置管理而引入的新概念，与UMTS系统中的位置区（Location Area,LA)和路由区（
24、Routing Area，RA）类似。为了避免UE在TA的边界移动时，产生大量的跟踪区更新信令，为同一个UE同时指配多个跟踪区，构成一个TA列表。EPS系统中的TA列表可以在附着、TAU或GUTI重分配过程中由MME分配给UE。移动性约束功能移动性约束功能主要用在某些场景下，限制UE接入某些特定的区域，该功能由UE、E-UTRAN无线接入网和EPC核心网提供。EMM与ECM状态EMM:EMM-REGISTERED(注册状态）,EMM-DEREGISTERED（未注册状态）ECM:ECM-IDLE（空闲状态）,ECM-CONNECTED（连接状态）,21,EPS系统架构与功能,ECM-IDLE
25、空闲状态,ECM-CONNECTED 连接状态,ECM-IDLE与ECM-CONNECTED状态特征,UE与网络之间并没有信令连接，E-UTRAN中不为UE分配无线资源并且没有建立UE上下文。UE与网络之间没有S1-MME和S1-U连接。当 处于空闲状态的UE在有下行数据到达时，数据应终止S-GW，并由MME发起寻呼。网络对UE位置所知精度为TA级当UE改变驻留小区时，执行小区更新当UE进入未注册的新跟踪区时，执行TA更新UE在小区间移动时，自动执行PLMN选择以及小区选择和重选E-UTRAN在EPC的辅助下执行区域限制功能进入节点模式，例如使用非连续接收,UE与网络之间有信令连接，该信令连接
26、包括RRC连接和S1-MME连接两部分网络对UE位置所知精度为小区级该状态下UE的移动性管理由切换过程控制当UE进入未注册的新跟踪区时，应执行TA更新,22,无线资源管理功能LTE系统中的无线资源管理包括对单小区的无线资源管理，也包括对多个小区资源的管理：无线承载控制（RBC）：无线承载的建立、维护和释放过程涉及无线资源的相关配置。无线接入控制（RAC）：RAC的任务是接纳或拒绝一个新的无线承载的建立。连接移动性控制（CMC）：CMC主要涉及空闲状态或连接状态下的无线资源管理。动态资源分配（DRA)和分组调度（PS）：动态资源分配（DRA）和分组调度（PS）的任务是为用户平面或控制平面的数据包
27、分配或释放资源。小区间干扰协调（ICIC）：ICIC的主要任务是通过无线资源的管理来控制小区间的干扰，是多小区无线资源管理功能的一个重要部分。ICIC在实现过程中需要综合考虑多小区的资源使用状态以及业务负荷等信息。无线资源负载均衡（LB）：LB的任务是处理多个小区间业务负荷不均衡的分布。因此LB的目的是在确保高效率利用无线资源和保证现有QoS会话的前提下，改变小区间负荷的分布情况。系统间无线资源管理：主要关注跨系统移动性（主要是系统间的切换）的无线资源管理。负荷分担与容灾功能 MME间负荷均衡：以均衡Pool内MME间负荷为目的，使新进入MME Pool内的UE能根据Pool内MME间负荷情况
28、定向到Pool内的MME上。MME间负荷重分配：依照权重来为计入网络的用户选择服务MME。MME过载控制：指eNodeB根据根据过载控制策略减少转发给过载MME的消息数量，甚至不向过载MME转发NAS消息，从而使MME从过载状态中恢复正常。,EPS系统架构与功能,23,EPS系统架构与功能,网络节点的选择PDN-GW的选择PDN-GW选择功能是指MME利用HSS提供的用户签约信息及其他附加条件，为UE接入分配一个PDN-GW。S-GW的选择UE在任何时刻只能连接至一个S-GW，EPS系统根据网络拓扑结构、负载均衡以及S-GW的协议支持能力来为UE选择服务的S-GW。MME的选择MME节点选则功
29、能是指基于网络拓扑结构为UE选择一个可用的MME。,EPS系统架构与功能,EPS系统中的标识,全球唯一临时标识符（GUTI）GUTI=GUMMEI+M-TMSIGUMMEI=MCC+MNC+MMEIMMEI=MMEGI+MMEC跟踪区标识符TAI=MCC+MNC+TAC，TAC（Tracking Area Code）RNTI,无线网络临时标识，是在网络中用于识别UE的标识符应用协议标识符当eNodeB或者MME产生一个新的UE相关逻辑连接时，需要分配应用协议表示号（AP ID）。AP ID可用于唯一标识一个节点（eNodeB或者MME）与UE相关的S1接口或者X2接口的逻辑连接。eNodeB
30、S1-AP UE IDMME S1-AP UE ID源eNodeB X2-AP UE ID目的eNodeB X2-AP UE IDEPS承载标识符EPS承载标识符用于唯一地标识UE接入到E-UTRAN的一个EPS承载，EPS承载由MME分配。,GUTI标识符组成示意图,25,25,目 录,26,LTE空中接口协议,空中接口是指UE与无线接入网（RAN）之间的接口，控制接口协议主要用于建立、配置、维持及释放各种无线承载业务。E-UTRAN系统的空中接口协议根据用途可以分为用户平面协议栈和控制平面协议栈。用户平面协议栈主要包括物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、无线链路控制层（RLC）以及
31、分组数据汇聚层（PDCP）4个层次；控制平面协议栈主要包括非接入层（NAS）、RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY层。NAS子层终止与MME，主要实现EPS承载管理、鉴权、空闲状态下的移动性处理、寻呼消息的产生以及安全控制等功能。,协议框架,空中接口用户平面协议栈图,空中接口控制平面协议栈图,27,LTE空中接口协议,物理层,物理层的功能LTE系统中空中接口的物理层主要负责向上层提供底层的数据传输服务，物理层将包含如下功能：传输信道的错误检测并向高层提供指示传输信道的前向纠错编码(FEC）与译码混合自动传送请求（HARQ）软合并传输信道与物理信道之间的速率匹配及映射物理信道的功率加权时间及
32、频率同步射频特性测量并向高层提供指示MIMO天线处理传输分集波束赋形射频处理,28,LTE空中接口协议,帧结构LTE系统的时域帧结构如下图所示，每个无线帧的总长度Tfram=10ms，进一步可以分成10个长度为Tsubfram=1ms的子帧。为了提供进一步精准的时间定义，LTE系统以Ts=1/30720 000s作为基本时间单位，系统中所有的时隙都是这个基本单位的整数倍，下图中的时隙可表示为Tfram=307 200 Ts,Tsubfram=30 720 Ts。在一个子载波中，每个无线帧的不同子帧既可以用于下行传输也可以用于上行传输。,LTE系统的时域帧结构图,29,LTE空中接口协议,物理信
33、道和传输信道物理信道物理下行共享信道（PDSCH）物理广播信道（PBCH）物理多播信道（PMCH）物理下行控制信道（PDCCH）物理控制格式指示信道（PCFICH）物理HARQ指示信道（PHICH）物理上行共享信道（PUSCH)物理上行控制信道（PUCCH)物理随机接入信道（PRACH)传输信道广播信道（BCH）下行共享信道（DL-SCH）寻呼信道（PCH）多播信道（MCH）下行共享信道（UL-SCD）随机接入信道（RACH）传输信道和物理信道的映射,下行传输信道与物理信道的映射图,上行传输信道与物理信道的映射图,30,LTE空中接口协议,数据链路层,MAC子层协议LTE系统MAC协议子层主要
34、是为RLC层业务与物理层之间提供一个有效的连接。从这个角度看，MAC层支持的主要功能包括：逻辑信道与传输信道之间的映射传输格式的选择，例如通过选择传输块大小，调制方案等作为输入参数提供给物理层一个UE或多个UE之间逻辑信道的优先级管理通过HARQ机制进行纠错填充（Padding）RLC PDU的复用与解复用业务量的测量与上报逻辑信道控制信道广播控制信道（BCCH）,用来广播系统控制信息的下行信道。寻呼控制信道（PCCH），用户传输寻呼信息的下行信道，当网络不知道UE的小区位置时使用。公共控制信道（CCCH），用来传输UE与网络之间的控制信息的上下行双向信道。当UE与网络没有RRC连接时使用该信
35、道。多播控制信道（MCCH），用来传输网络到UE的MBMS调度和控制信息的点到多点下行信道，用于UE接收MBMS业务。专用控制信道（DCCH），用来传输UE与网络之间专用控制信息的点到点的双向信道，当UE存在RRC连接时使用该信道。业务信道专用业务信道（DTCH），是点到点信道，专用于一个UE传输用户信息，可以是上下行双向的。多波业务信道（MTCH），负责从网络侧向UE传送数据的点到多点的下行信道，仅用于UE接收MBMS业务,逻辑信道与传输信道的映射图,31,RLC子层协议RLC层的主要功能是接收从对等RLC实体获得的数据包，或将数据包发送至对等RLC实体。RLC实体执行数据传送包含3中可配置
36、模式：透明模式（TM），非确认模式（UM）以及确认模式（AM）。RLC层主要实现与ARQ相关的服务与功能，具体包括：上层PDU的传输（支持AM与UM两种模式）TM模式的数据传输通过ARQ机制进行错误修正（CRC校验由物理层完成）根据传输块(TB)大小进行动态分配重传时对PDU进行重分段实现同一无线承载（RB）的多个业务数据单元（SDU）的串接顺序传送上层PDU（仅支持AM与UM两种模式）重复检测协议错误检测与恢复SDU丢弃重置LTE系统与UMTS系统的RLC层功能相比，LET系统中的RLC层呈现出以下特征：UM模式与TM模式承载的信道较少，功能实现简单AM模式支持RLC SDU的动态分配，现有
37、UMTS系统只支持固定分段AM模式支持二次分段，现有UMTS系统不支持LTE系统的RLC层不再支持机密功能LTE系统的RLC层需要支持流量控制功能,LTE空中接口协议,32,LTE空中接口协议,PDCP子层协议LTE系统PDCP协议层的主要目的是发送或接收对等PDCP实体的分组数据。该子层主要完成以下几方面的功能：IP包头压缩与解压缩、数据与信令的加密，以及信令完整性保护。在控制平面，加密与完整性保护是必选功能；而在用户平面，可靠头压缩（ROCH）为必选功能，数据加密为可选功能，这里的数据既可以是用户数据，也可以是应用层信令，如SIP、RTCP等。,右图给出了PDCP层用户平面的控制平面的主要
38、功能模型。PDCP向位于UE侧的RRC和用户平面的上层，或者向eNodeB侧的中继提供业务，包括用户平面数据的传输、控制平面的数据传输、头压缩、加密、完整性保护等。PDCP层可以向下层提供的业务包括：透明数据传输业务确认的数据传输业务（包括对PDCP PDU传输成功的指示）非确认的数据传输业务（按序传输、包复制或丢弃处理）,PDCP层协议模型图,33,LTE空中接口协议,无线资源控制层,RRC层功能LTE系统RRC层提供的主要服务与功能如下所述：广播NAS层和AS层的系统消息寻呼功能（通过AS层的系统消息）RRC连接的建立、保持和释放，包括UE与U-UTRAN之间的标识符的分配、信令无线承载的
39、配置安全功能，包括密钥管理端到端的无线承载的建立、修改与释放移动性管理功能，包括UE测量报告，以及为了小区间的RAT间移动性进行的报告控制、小去间切换、UE小区选择与重选、切换过程中的RRC上下文传输等MBMS业务通知，以及MBMS业务无线承载的建立、修改与释放QoS管理功能UE测量上报及测量控制NAS消息的传输NAS消息的完整性保护RRC层协议状态及转换UMTS系统中UE含5种RRC状态，即空闲状态、CELL-DCH状态、CELL-FACH状态、CELL-PCH状态、URA-PCH状态。LTE系统定义了两种RRC状态：空闲状态（RRC-IDLE）和连接状态（RRC-CONNECTED），LT
40、E系统的RRC状态减少，RRC的状态机制更加简单，系统的复杂度降低。,34,LTE空中接口协议,空闲状态（RRC-IDLE）的状态特征,连接状态（RRC-CONNECTED）的状态特征,LTE RRC层的状态描述,PLMN的选择；系统信息广播；不连续接收寻呼；小区重选移动性；UE有一个在跟踪区（TA）范围内唯一的标识；在eNodeB中没有保存RRC通信上下文,UE有一个RRC连接；UE在E-UTRAN中具有通信上下文；E-UTRAN知道UE当前属于哪个小区；网络和终端之间可以接收和发送数据；网络控制层的移动性管理，包括切换或者网络辅助小区更改（NACC）到GERAN小区；可以测量邻小区；终端可
41、以监听控制信道以便确定网络是否为它配置了共享信道资源；eNodeB可以根据终端的活动性状况配置不连续接收（DRX）周期，节约电池并提高无线资源利用率,与UMTS系统类似，终端开机后，将会从选定的PLMN中选择一个合适的小区进行驻留。当UE驻留在某个小区后，就可以接受系统信息和小区广播信息。通常UE第一次开机需要执行注册过程，一方面是完成互相认证鉴权，另一方面也是让网络获得该UE的基本信息。随后，UE可以一直处于空闲状态，知道需要建立RRC连接。UE通过建立RRC连接才能进入连接状态，此时UE可以与网络进行数据的交互。当UE释放了RRC连接时，UE就会从RRC-CONNECTED状态迁移到RRC
42、-IDLE状态。,目 录,36,LTE无线传输关键技术,多址技术下行多址接入技术OFDM技术，是一种多载波调制技术，其主要思想是在可用频段内，将信道分成多个正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，从而将高速的数据信号转换成低速子数据流，调制到每个子信道上并行传输，在接收端采用相关技术来分开正交信号。OFDM技术具有频谱利用率高、抗摔落能力强的优点。OFDM收发机图上行多址接入技术LTE系统采用单载波频分多址作为上行多址方式。,37,LTE无线传输关键技术,多天线技术多径效应会引起衰落，原因是由于直射波和地面反射波到达收信端时，因相位不同发生相互干涉而造成的微波衰落，因而被视为不利因素
43、，多天线技术将多多径效应作为一个有利因素加以利用。多如多出（MIMO）技术利用空间中的多径因素，在发送端和接收端采用多天线同时发送信号，可以实现分集增益或复增益，进而提高小区容量、扩大覆盖范围、提升数据传输速率等性能指标。下行MIMO技术LTE系统的下行MIMO技术支持22的基本天线配置，下行MIMO技术主要包括：空间分集、空间复用及波束赋形3大类：空间分集，主要是利用空间信道的弱相关性，结合时间/频率上的选择性，为信号的传递提供更多的副本，提高信号传输的可靠性，改善接收信号的信噪比。空间复用，主要原理也是利用空间信道的弱相关性，通过在多个相互独立的空间信道上传递不同的数据流，从而提高数据传输
44、的峰值速率。波束赋形，是一种应用于小间距天线阵列的多天线传输技术，其主要原理是利用空间信道的强相关性，利用波的干涉原理产生强方向性的方向图，从而提高信噪比，增加系统容量和覆盖范围。上行MIMO技术LTE系统的上行MIMO技术也包括空间分集和空间复用。LTE系统中，应用MIMO技术的上行基本天线配置为12，即一根发送天线和两根接收天线。,38,LTE无线传输关键技术,链路自适应技术功率控制功率控制的基本原理是在信道条件好的链路使用较小的功率发射，而在信道条件差的链路使用较大的发射功率，使接收机接收到的信号功率维持在接受业务所需的最小功率上从而使得在不同的信道条件下，发射机都能够以最小的发射功率来
45、保证接收机获得固定的传输速率和时延，保障通信的质量。自适应调制编码（AMC)自适应调制编码（AMC)的原理是根据信道条件的瞬时变化，自适应地调整系统的调制与编码方式（传输格式）例如，对于靠近小区基站的用户将分配较高的码率、较高阶的调制，对于靠近小区边界的用户则分配具有较低码率的较低阶调制。混合自动请求重传（HARQ)为了克服无线移动通信时变和多经络衰落对信号传输的影响，可以采用基于前向纠错(FEC）和自动重传请求（ARQ）等差错控制方法，来降低系统的误码率以保证服务质量。在这两种方法的基础上产生了混合自动请求重传（HARQ)方案：即在ARQ系统中包含FEC子系统，当FEC的纠错能力可以纠正这些
46、错误时，则不需要使用ARQ，只有当FEC无法正常纠错时，才通过ARQ反馈信道请求重发误码组。,39,LTE无线传输关键技术,分组调度技术调度就是根据网络状态动态地将最适合的时/频资源分配给某个用户。LET系统中，调度器除了分配时间/频率资源外，还可以控制传输的大小，或者调制编码格式。LTE系统的资源分配包含集中式和分布式两种方式，并支持在集中式和分布式之间灵活地切换。集中式资源分配是指为用户非分连续的子载波和资源块，分布式资源分布是指为用户分配离散的子载波和资源块。小区干扰和抑制技术LTE系统小区间干扰抑制技术主要有以下3种解决方式：小区间干扰随机化，就是要将干扰信号随机化，不能降低干扰的能量
47、，但是能通过加干扰的方式将干扰信号随机化为“白噪声”，从而抑制小区间干扰。小区间干扰删除，原理就是对小区内的干扰信号进行某种程度的调解甚至解码，然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量。小区间的干扰协调与避免，干扰协调又称为“软频率复用”或“部分频率复用”。这种方法是将频率资源分为若干个复用集，小区中心的的用户可以采用较低的功率发射和接收，即使占用相同的频率也不会造成较强的小区间干扰。,40,LTE无线传输关键技术,网络自组织技术LTE系统提出了网络自组织（Self Organization network,SON）方面的需求，一方面可以实现基站的自配置与自优化，降低布网成本和运营
48、成本，另一方面还可以用于Home eNodeB等数量繁多，难于远程控制的节点类型。SON的功能主要包括：网络自配置自配置过程是指对新部署的节点通过自动安装过程进行配置，获得必要的基本配置信息。网络自优化自优化过程是指通过UE和eNodeB提供的测量结果信息，自适应地调整网络的运行参数。网络自安装网络自规划网络自愈合网络自回传,目 录,42,LTE基本信令流程,接入与鉴权流程,IP地址分配EPS网络是一个纯分组交换的系统，为了正常访问PDN网络，在向用户提供业务之前，必须至少为UE分配一个IP地址（可以是IPv4或IPv6)。若UE已经在默认承载建立过程中获得了IP地址，则后续的专用承载中将直接
49、使用默认承载所对应的IP地址，不再重新分配，若在默认承载建立时并没有为UE分配IP地址，则UE将后续启动DHCP地址分配流程以获得IP地址。在默认承载时，EPS网络可以通过以下两种方式之一为UE分配IP地址。PLMN分配，即PDN-GW直接分配一个IP地址给UE，该地址可以是静态的，也可以是动的，一般来说，只有归属网络的PDN-GW才会为用户分配静态的PLMN地址PND分配一个IP地址给UE。该地址既可以是动态地址，也可以是静态地址，这种方式也被称为外部PDN地址分配。三种方式的具体分配方案如下：对于IPv4地址的分配，不同于2G/3G系统，EPS网络的UE可以在PDN地址分配参数中指示网络其
50、所期望的IPv4地址获取方式，也可以指示网络在默认承载建立以后通过IETF定义的各种流程来获得IPv4地址。对于IPv6地址的分配，在得到一个IPv6的前缀的情况下，UE应该能够通过无状态地址自动配置的方法来构造一个完整的IPv6地址。若网络采用DHCPv4/DHCPv6分配方式，对UE而言，PDN-GW是一个DHCP服务器为UE分配IP地址。,43,LTE基本信令流程,附着流程UE进行实际业务之前在EPS网络中的注册流程，称为网络附着（Attach），UE附着流程中，EPS网络将完成如下工作：UE与MME建立MM上下文UE与MME的EMM状态为EMM-REGISTEREDMME为UE建立默认
