第7章 LTE移动通信系统

（7）QoS管理。 （8）广播/组播业务的通知和控制。 （9）用户和网络侧NAS消息的传输。
2．RRC协议状态以及状态迁移
7.4 LTE关键技术
7.4.1 OFDM技术
正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是一种特殊的 多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM） 技术，能够有效地减少多径效应对信号的影响。
3．E-UTRAN通用协议模型
E-UTRAN接口的通用协议模型如图 7-3所示。
图7-3 E-UTRAN通用协议模型
7.2.3 核心网（EPC）构及接口
1．SAE架构的演进
演进的SAE架构示意图如图7-8所示。
图7-8 演进的SAE架构
2．EPC主要网元的功能
（1）移动管理实体（MME）
② 提高小区边缘的比特率，改善小区边 缘用户的性能。 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。 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。
（7）频率和时间同步； （8）无线特性测量并向高层提供指示； （9）多入多出（MIMO）天线处理； （10）传输分集； （11）波束赋形； （12）射频处理等。
2．传输信道
（1）下行传输信道
① 广播信道 ② 下行共享信道 ③ 寻呼信道 ④ 多播信道
（2）上行传输信道
① 上行共享信道 ② 随机接入信道
第7章 LTE移动通信系统
7.1
概述
7.2
LTE的系统结构
7.3
LTE的空中接口
7.4
LTE关键技术
本章主要内容如下。 ① LTE和LTE-A的主要特点 ② LTE网络结构 ③ 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 ⑤ LTE空中接口的协议结构及各层功能 ⑥ 物理信道、传输信道、逻辑信道的分 类及相互间的映射关系 ⑦ LTE关键技术
图7-13 类型1帧结构
图7-14 类型2的结构
（2）物理信道的分类
① 下行物理信道。 物理广播信道 物理控制格式指示信道 物理下行控制信道 物理下行共享信道 物理多播信道
② 上行物理信道。 物理上行控制信道 物理上行共享信道 物理混合自动请求重传指示信道 物理随机接入信道

7.3.2 物理层
1．物理层的功能
物理层向高层提供数据传输服务，可 以通过MAC子层并使用传输信道来接入这 些服务。 物理层提供功能如下：
（1）传输信道的错误检测并向高层提供指示； （2）传输信道的前向纠错（FEC）编解码； （3）混合自动重传请求（HARQ）及软合并实 现；
（4）传输信道与物理信道之间的速率匹配 和映射； （5）物理信道的功率控制； （6）物理信道的调制/解调；
1．RRC层提供的服务与功能
（1）广播NAS层和接入层（AS层）的系 统消息。 （2）寻呼。 （3）RRC连接建立、保持和释放。
（4）安全功能，包括RRC消息的加密和 完整性保护。 （5）点对点无线承载（RB）的建立、修 改和释放。
（6）移动管理功能，包括UE测量报告、 为了小区间和网络间移动进行的报告控 制、小区间切换、UE小区选择和重选及 控制、eNode B间上下文的传输。
（2）E-UTRAN主要的开放接口
① X2接口：实现eNode B之间的互连。 X2接口的主要目的是为了减少由于终端 的移动引起的数据丢失，即当终端从一 个eNode B移动到另一个eNode B时，存 储在原来eNode B中的数据可以通过X2 接口被转发到正在为终端服务的eNode B 上。
② Sl接口：连接E-UTRAN与CN。开放的S1 接口，使得E-UTRAN的运营商有可能采用 不同的厂商设备来构建E-UTRAN与CN。 ③ LTE-Uu接口：Uu是UE接入到系统固定 部分的接口，是终端用户能够移动的重要接 口。
与服务网关类似，P-GW主要是充当 与外部数据网络交互数据的锚点。P-GW 具体实现的主要功能如下： ① 用户的分组过滤； ② 授权侦听；
③ UE的IP地址分配； ④ 上下行服务管理和计费； ⑤ 基于总最大位速率（Aggregate Maximum Bit Rate，AMBR）的下行速率控制。
（4）策略和计费规则实体（PCRF）
策略控制的主要功能是决定如何使 用可用的资源，计费规则实体主要负责 用户的计费信息管理。
（5）归属用户服务器（HSS）
归属用户服务器（Home Subscriber Server，HSS）是3G和LTE中的核心节点， 主要存储用户的注册信息，由归属位置寄 存器（HLR）和鉴权中心（AUC）组成。
HLR中主要存储所管辖用户的签约 数据及移动用户的位置信息，可为至某 终端的呼叫提供路由信息。 AUC存储用以保护移动用户通信不 受侵犯的必要信息。
图7-1 LTE/SAE的网络结构图
7.2.2 E-UTRAN的结构及接口
1．E-UTRAN结构与UTRAN结构的比较 2．E-UTRAN主要网元的功能及接口
（1）eNode B实现的功能
① 无线资源管理（Radio Resource Management， RRM）方面包括无线承载控制（Radio Bearer Control）、无线接纳控制（Radio Admission Control）、连接移动性控制（Connection Mobility Control）和UE的上行/下行动态资源分 配；
2010年底完成的LTE（R10）版本的主 要目标之一是确保LTE无线接入技术能够完 全满足IMT-Advanced的技术要求，因此增强 型长期演进（LTE-Advanced，LTE-A）这个 名称常用于LTE的第10版（R10）。
7.2 LTE的系统结构
7.2.1 LTE/SAE的网络结构
LTE/SAE的整个网络结构图如图 7-1 所示。
4．传输信道与物理信道映射
传输信道与物理信道的映射关系如 图7-15和图7-16所示。
图7-15 下行传输信道与物理信道映射图
图7-16 上行传输信道与物理信道映射图
7.3.3 数据链路层
数据链路层（层2）主要由MAC、 RLC以及PDCP等子层组成。 层2标准的制定没有考虑FDD和TDD 的差异。 LTE的协议结构进行了简化，RLC 和MAC层都位于eNode B。
（6）数据的重复检测和底层协议错误的 检测与恢复。 （7）eNode B和UE间的流量控制等。
4．PDCP层主要功能
（1）协议头压缩与解压缩，只支持ROHC 压缩算法。 （2）NAS层与RLC层间用户面数据传输。 （3）用户面数据和控制面数据加密。 （4）控制面NAS信令信息的完整性保护。
7.3.4 RRC层
（1）对上层PDU的数据传输支持确认模 式（AM）、非确认模式（UM）和透明 模式（TM）。 （2）通过ARQ机制进行错误修正。
（3）根据传输块（TB）大小对本层数据进行 动态分段和重组。 （4）实现同一无线承载的多个业务数据单元 （Service Data Unit，SDU）的串接（FFS）。 （5）顺序传送上层的PDU（切换时除外）。
MME主要负责与用户平面相关的用 户和会话管理，具有三个功能： ① 安全管理功能，包括用户验证、初始 化、协商用户使用的加密算法等；
② 会话管理功能，包括协商相关的链路 参数和建立数据通信链路的所有信令流 程； ③ 空闲状态的终端管理功能，主要是为 了使得移动终端能够加入网络中，并对 这些终端进行管理。
1．数据链路层（层2）结构 2．MAC层
（1）MAC的功能
MAC层向高层提供数据传输和无线 资源配置服务，可以通过RLC子层并使 用逻辑信道来接入这些服务，MAC层提 供功能如下。
① 逻辑信道与传输信道之间的映射。 ② RLC协议数据单元（Protocol Data Unit， PDU）的复用与解复用，通过传输信道复用 至物理层；对来自物理层的传输块解复用， 通过逻辑信道至RLC层。
3．物理信道
（1）帧结构
LTE公布了两种类型的无线帧结构： 类型1，也称做通用（Generic）帧结构， 应用在FDD模式和TDD模式下；类型2， 也称做可选（Alternative）帧结构，仅应 用在TDD模式下。
① 类型1帧结构。类型1帧结构如图7-13 所示。 ② 类型2帧结构。类型2帧结构如图7-14 所示。
⑧ 支持增强的IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS）和核心网。 ⑨ 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。
3．LTE的基本特点
7.1 概述
1．LTE概念
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。在2009年到2010年推 出成熟的商用产品。
（1）只支持分组交换的结构 （2）完全共享的无线信道
4．LTE-Advanced
LTE移动通信系统相对于3G标准在各个方 面都有了不少提升，具有相当明显的4G技术特 征，但并不能完全满足IMT-Advanced提出的全 部技术要求，因此LTE不属于4G标准。
为了实现IMT-Advanced的技术要求， 在完成了LTE（R8）版本后，3GPP标准化 组织在LTE规范的第二个版本（R9）中引入 了附加功能，支持多播传输、网络辅助定位 业务及在下行链路上波束赋形的增强。