LTE网络结构和版本演进.
LTE综述
（Enhanced Inter-cell Interference Coordination
forHeterogeneous Network）等关键技术，能大大提高无线通信系 统的峰值数据速率、峰值频谱效率、小区平均谱效率以及小区边界
用户性能，同时也能提高整个网络的组网效率，这使得LTE和LTEA系统成为未来几年内无线通信发展的主流.
LTE的关键性需求
3GPP R8 LTE 已完成
LTE (FDD/TDD) ：
LTE协议08年3月发布第一版，09年3月已发布商用版本协议。
3GPP LTE TDD和FDD标准制定进度一致
SAE Rel 8 (Functionally Freezing) LTE Advanced Rel 9 LTE Rel8 (Approval) LTE Rel8 (Functionally Freezing ) LTE Rel8 (Enhancement and Improvement )
TDD-LTE 与FDD-LTE分别是4G 两种不同的制式，一个是时分 一个是频分。 简单来说，TDD-LTE 上下行在同一个频点的时隙分配；FDDLTE 上下行通过不同的频点区分。
频段和频点
统一的计算公式为： 下行：FDL = FDL_low + 0.1(NDL – NOffs-DL) 上行：FUL = FUL_low + 0.1(NUL – NOffs-UL)
SCDMA标准。
第四代
LTE（LongTermEvolution，长期演进)，又称E-UTRA/EUTRAN，和3GPP2UMB合称E3G（Evolved3G） LTE是由3GPP（The3rdGenerationPartnershipProject，第 三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（ UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信 系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多 TSGRAN#26会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM
LTE知识点整理
1、LTE: Long Term Evolution 长期演进2、演进过程3.国际电信联盟定义的4G标准：IMT-Advanced4、LTE的特性：（1）、降低时延扁平、全IP网络架构减少系统时延●CP：驻留—激活小于100ms，休眠—激活小于50ms●UP：最小可达到5ms控制面处理能力：单小区5M带宽内不少于200用户（2）增强小区覆盖灵活地支持各种覆盖场景：覆盖半径最大可达100km。
（3）峰值数据速率DL100Mbps,UL50Mbps（4）灵活支持不同带宽频谱灵活性：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz（5）增强频谱效率频谱利用率相对于3G提高2-3倍（6）更低的OPEX运营成本和CAPEX5、LTE关键技术演进6、LTE网络结构特点：网络结构扁平化；E-UTRAN只有一种节点网元—E-Node B；全IP;媒体面控制面分离；与传统网络互通；RNC+NodeB=eNodeB7、网元功能：E-Node B（数据）：具有现3GPP NodeB全部和RNC大部分功能，包括：1、物理层功能2、MAC、RLC、PDCP功能3、RRC功能4、资源调度和无线资源管理5、无线接入控制6、移动性管理MME（控制面）：NAS信令以及安全性功能1、3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令2、空闲模式下UE跟踪和可达性3、漫游4、鉴权5、承载管理功能（包括专用承载的建立）Serving GW（用户面）：1、支持UE的移动性切换用户面数据的功能2、E-UTRAN 空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持 3、数据包路由和转发4、上下行传输层数据包标记PDN GW（外部网络接口）1、基于用户的包过滤2、合法监听3、IP地址分配4、上下行传输层数据包标记5、DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）8、网络结构优点：⏹网络扁平化使得系统延时减少，从而改善用户体验，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9、链路自适应两种方法实现：功率控制和速率控制。
LTE简介
UE的IP地址分配 QoS保证 计费 IP数据包过滤
所有IP数据包均通 过S-GW UE在小区间切换 时，作为移动性控 制锚点 下行数据缓存 LTE与其他3GPP 技术互联时作为移 动性锚点
无线接口协议
无线接口协议根据用途分为用户面(User plane) 协议栈和控制面(Control plane)协议栈。
传统FDM频谱
OFDM频谱
多载波技术
LTE下行链路采用正交频分多址(OFDMA)技术。 LTE上行链路采用单载波频分多址(SC-FDMA)技术，避免 OFDM调制中因高PARA(峰均比)带来的对功放的线性化要求。
OFDM与SC-FDMA的频谱结构
OFDM系统框图
OFDM调制
h( , t )
PDCP
PDCP
GTP-U
RLC
RLC UDP/IP
MAC
L1 UE
LTE-Uu
MAC
L1
L2
L1
S1-U
L2
L1
L2
L1
S5/S8
L2
L1 PDN GW
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeNodeB
Serving GW
用户面协议栈
E-UTRAN控制面
NAS Relay RRC PDCP RLC
NAS NAS S1-AP RRC PDCP RLC S1-AP SCTP IP SCTP IP
控制面协议
用户面协议
LTE网络结构
LTE采用 “扁平”的无线访问网络结构，取消RNC节点， 简化网络设计。实现了全IP路由，各个网络节点之间与 Internet没有什么太大的区别，网络结构趋近于IP宽带网 络结构。
EPS概述
LTE致力于无线接入网的演进（ E-UTRAN ）。 系统架构演进（SAE）则致力于分组网络的演进（演进型 分组核心网EPC）。 LTE和SAE共同组成演进型分组系统（EPS）。
完整版LTE网络架构
LTE 的网络架构2014-01-13 10:45:27|分类：LTE |举报|字号订阅1、系统架构：LTE 采用扁平化、 IP 化的网络架构，E-UTRAN 用 E-NodeB 取代原有的RNC-NodeB结构，各网络节点之间的接口使用IP 传输，经过IMS 承载综合业务，原UTRAN 的 CS 域业务均可由LTE 网络的 PS 域承载。
E-UTRAN ，由 eNB 构成；EPC (Evolved Packet Core)，由MME（Mobility Management Entity），S-GW（Serving Gateway ）以及 P-GW （PDN Gateway ）构成。
E-UTRAN 主要的开放接口包括：S1 接口：连接E-UTRAN 与 CN；X2 接口：实现E-NodeB 之间的互联；LTE-Uu 接口： E-UTRAN 的无线接口；2、系统网元：网元功能：2.1 eNB主要功能包括空中接口的phy 、mac 、rlc 、rrc各层实体，用户通信过程中的控制面和用户面的建立，管理和释放；以及部分无线资源管理rrm方面的功能。
无线资源管理（RRM ）；用户数据流IP 头压缩和加密；UE 附着时 MME 选择功能；用户面数据向Serving GW的路由功能；寻呼信息的调换和发送功能（源自 MME 和 O&M 的）广播信息的调换和发送功能；用于搬动性和调换的测量和测量报告配置功能。
基于 AMBR 和 MBR 的上行承载级速率整型。
上行传输层数据包的分类标示2.2 MMENAS 信令， NAS 信令安全；认证；游览追踪区列表管理；3GPP 接入网络之间核心网节点之间搬动性信令；悠闲模式 UE 的可达性；选择 PDN GW和Serving GW；MME 改变时的 MME 选择功能；2G 、3G 切换时选择SGSN ；承载管理功能（包括专用承载的建立）；2.3 S-GWeNodeB 之间切换时当地搬动性锚点和3GPP 之间搬动性锚点；在网络触发建立初始承载过程中，缓存下行数据包；数据包的路由 [SGW 可以连接多个PDN] 和转发；切换过程中，进行数据的前转；上下行传输层数据包的分类标示；在游览时，实现基于UE ， PDN 和 QCI 粒度的上下行计费；合法性监听；2.4 P-GW基于单个用户的数据包过滤；UE IP 地址分配；上下行传输层数据包的分类标示；上下行服务级的计费（基于 SDF ，也许基于当地策略）；上下行服务级的门控；上下行服务级增强，对每个SDF 进行策略和整形；基于 AMBR 的下行速率整形基于MBR 的下行速率整上下行承载的绑定；合法性监听；3、系统接口：3.1 S1 接口S1 用户平面接口位于E-NodeB 和 S-GW 传输网络层建立在IP 传输之上， UDP/IP 之上的之间，用户平面协议伐以以下图所示，GTP-U 用来携带用户平面的PDU 。
TD-LTE简介
1 TDD-LTE网络结构概述LTE的系统架构分成两部分，包括演进后的核心网EPC（MME/S-GW）和演进后的接入网E-UTRAN。
演进后的系统仅存在分组交换域。
LTE接入网仅由演进后的节点B（evolved NodeB）组成，提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点。
eNB之间通过X2接口进行连接，并且在需要通信的两个不同eNB之间总是会存在X2接口。
LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接，S1接口支持多—多联系方式。
与3G网络架构相比，接入网仅包括eNB一种逻辑节点，网络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化。
扁平化网络架构降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延，也会降低OPEX与CAPEX。
由于eNB与MME/S-GW之间具有灵活的连接（S1-flex），UE在移动过程中仍然可以驻留在相同的MME/S-GW上，有助于减少接口信令交互数量以及MME/S-GW的处理负荷。
当MME/S-GW与eNB之间的连接路径相当长或进行新的资源分配时，与UE连接的MME/S-GW也可能会改变。
整体网络结构图如下：1.1 EPC 与E-UTRAN 功能划分与3G 系统相比，由于重新定义了系统网络架构，核心网和接入网之间的功能划分也随之有所变化，需要重新明确以适应新的架构和LTE 的系统需求。
针对LTE 的系统架构，网络功能划分如下图：E-UTRANeNB功能：1）无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等；2）IP头压缩与用户数据流加密；3）UE附着时的MME选择；4）提供到S-GW的用户面数据的路由；5）寻呼消息的调度与传输；6）系统广播信息的调度与传输；7）测量与测量报告的配置。
MME功能：1）寻呼消息分发，MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB；2）安全控制；3）空闲状态的移动性管理；4）SAE承载控制；5）非接入层信令的加密与完整性保护。
华为LTE基础知识
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2、LTE关键技术和特性
2.1空口速率提升技术之一： 2.2空口速率提升技术之二： 2.3空口速率提升技术之三： 2.4频谱效率提升技术之一： 2.5频谱效率提升技术之二： 2.6抗干扰的技术之一：
Page 23
Charter 2 信令与协议
2.1 LTE信令与协议基础
2.2 UE开机入网流程 2.3 专用承载流程
2.4 寻呼流程
2.5 TAU流程 2.6 切换流程
2.7 去附着流程
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2.3 CA（载波聚合）
载波聚合就是通过将多个连续或者非连续的载波聚合成更大的带宽（最 大100 MHz），终端可以同时接入多个载波并同时在多个载波上进行下行 数据传输，终端的数据传输速率得到提高，获得更好的用户感知。
3.2.2、LTE物理信道的分类及功能
小区搜索与小区选择
PSS SSS PBCH PDSCH eNodeB 随机接入 PRACH PCFICH PDCCH PDSCH PUSCH UE
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3.2.3小区搜索和同步
峰值速率：
下行峰值100Mbps，上行峰值50Mbps 控制面 IDLE —〉ACTIVE: < 100ms 用户面 单向传输: < 5ms
LTE简介1
9
SAE需求指标
LWoT&gTo
❖ 支持多种接入系统，包括3GPP和非3GPP的接入系统
❖ 应该具有良好的系统结构设计和性能，应提供可升级的系 统结构和解决方案，控制平面的响应时间应小于200 ms
❖ 移动性管理功能应能提供实时业务（如VoIP）和非实时业 务的无缝操作，3GPP和非3GPP接入系统间的移动性管 理应最小程度地影响接入技术本身
3GPP
SAE
Anchor Anchor
IASA
S2b
S2a
ePDG
SGi
Serv.
(IMS,
PSS,
etc…) WLAN
3GPP IP
Access
MME = Mobility Management Entity Trusted non 3GPP
UPE = User Plane Entity
IP Access
➢ 2006年3月的会议上，3GPP确定了E-UTRAN的结构，接入网主要由 演进型eNodeB（eNB）和接入网关（aGW）构成，取消了RNC。
➢ eNodeB由R6阶段的NodeB、RNC、SGSN、GGSN四个主要网元演 进而来
➢ aGW可以看作是一个边界节点，作为核心网的一部分。
Node B
❖ 安全机制应至少和现有的3GPP CS/PS网络的水平相同， 网络鉴权应独立于特定的接入网络技术
Wireless Theories and Technologies Lab
10
SAE需求指标
LWoT&gTo
❖ 支持区域漫游/区域限制，当区域漫游/区域限制应用时， 系统可提供给UE寻找其他跟踪区（tracking area，TA） 或网络的信息
LTE
LTE概述 LTE概述
一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 八、 LTE的概念 LTE的概念 LTE的性能目标 LTE的性能目标 LTE的发展 LTE的发展 LTE的网络结构 LTE的网络结构 LTE的核心技术 LTE的核心技术 LTE关键技术 LTE关键技术 LTE在市场中的应用 LTE在市场中的应用 LTE面临的问题 LTE面临的问题
五、LTE关键技术 LTE关键技术
基于TDD的双工技术 基于TDD的双工技术
• 在TDD方式里面，TDD时间切换的双工方式 TDD方式里面，TDD时间切换的双工方式
是在一个帧结构中定义了它的双工过程。 通过国内各家企业的共同合作与努力，在 2007年 10月份，形成一个单独完整的双工 2007年 10月份，形成一个单独完整的双工 帧结构的LTE-TDD规范。在讨论TDD系统的 帧结构的LTE-TDD规范。在讨论TDD系统的 同时要考虑FDD(频分双工) 同时要考虑FDD(频分双工)系统，在 TDD/FDD双模中，LTE规范提供了技术和标 TDD/FDD双模中，LTE规范提供了技术和标 准的共同性。
• LTE系统物理层下行传输方案采用 OFDMA LTE系统物理层下行传输方案采用
技术 ，主要是解决高峰值传送输率，实现 高速数据速率传送 ；上行传输方案采用单 载波SC-FDMA技术。用以控制峰值平均功 载波SC-FDMA技术。用以控制峰值平均功 率比（PAR），降低终端成本及功耗。 率比（PAR），降低终端成本及功耗。
二、LTE项目的主要性能目标 二、LTE项目的主要性能目标
• 在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps 20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps • • • • • •
LTE系统概述华为
目录
2 LTE特性介绍 2.1 无线接口多址技术OFDM 2.2 多入多出技术MIMO 2.3 自适应调制编码AMC 2.4 自组织网络SON
Page33
单用户MIMO和多用户MIMO
单用户使用多数据流， 提高用户吞吐率和容量
单用户MIMO
多用户MIMO
eNodeB
eNodeB UE
数据包分类及 QoS策略执行
路由
无线资源管理
eNB
数据压缩 数据保护
Page13
eNB识别号
跟踪区标识－TAI （Tack Area Identity）TACK ATEA Identity
由运营商定义的一组相邻小区组成，UE在跟踪区内移动不需要 做位置更新。跟踪区和2G/3G数据网络中定义的RA（路由区）类 似。
鉴权 跨MME移动
NAS 信令和安全
MME
S-GW 和 PDN-GW 选择
跟踪区列表管理 及寻呼
Page15
服务网关 SGW(Serving – Gateway)
GTP/PMIP 支持
移动性锚点
合法监听
S-GW
下行数据缓存
数据包路由 和前转
Page16
目录
1. 网络结构 1.1 移动网络演进 1.2 LTE 网络结构 1.3 LTE接口
全接入通信系统 TACS (Total Access Communications System)
扩展全接入通信系统 ETACS (Extended Total Access Communications System)
Page3
2G 移动通信系统
2G (第二代移动通 信)
GSM
Other
LTE网络概述及原理V
5
1.1 网络基础
网元功能
eNB2
X2 eNB1 小区间RRM
RB控制 连接移劢性管
理 无线接入控制 eNB测量管理 劢态资源分配
(调度) RRC
PDCP RLC MAC PHY E-UTRAN
VBOX onLine
接入网和核心网功能划分
E-UTRAN提供空中接口功能（包含物理层、MAC、RLC、PDCP、RRC 功能）、以及小区间的RRM功能、RB控制、连接的移劢性控制、无线资 源的调度、对eNB的测量配置、对空口接入的接纳控制等。
带宽灵活配置，能够支持1.4MHz，3MHz，5MHz， 10MHz，15MHz，20MHz等丌同系统带宽，幵支 持成对(paired)和非成对(unpaired)的频谱分配，系 统部署更灵活。
移劢性： 能为低速移劢（0~15km/h）的移劢用户提供最优的 网络性能； 能为15~120km/h的移劢用户提供高性能的服务； 对120~350km/h（甚至在某些频段下，可以达到 500km/h）速率移劢的移劢用户能够保持蜂窝网络的 移劢性。
EPC核心网主要由移劢性管理设备（MME）、服务网关（S-GW）、分组数据网关（P-GW）及存储签约 信息的HSS和策略控制单元（PCRF）等组成，其中S-GW和P-GW逻辑上分设，物理上可以合设，也可以分设。 主要网元功能如下： • MME（Mobility Management Entity，移动管理实体） MME为控制面功能实体，临时存储用户数据的服务器，负责管理和存储UE相关信息，比如UE用户标识、移 劢性管理状态、用户安全参数，为用户分配临时标识。当UE驻扎在该跟踪区域或者该网络时负责对该用户迚 行鉴权，处理MME和UE之间的所有非接入层消息。
更低网络时延： 控制面的传输时延<100ms； 用户面时延<5ms。
LTE介绍与网络架构
LTE介绍与网络架构1、什么是LTE？LTE（Long Term Evolution，长期演进）是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System ,通用移动通信系统）技术标准的长期演进。
LTE不是一种技术标准，而是一个协议组织，现在一般常说的LTE是TD-LTE和FDD-LTE 网络制式的统称。
现在的LTE在严格意义上其还未达到4G的标准也称为 3.9G。
只有升级版的LTE Advaced才满足国际电信联盟对4G的要求。
2、基本词汇MME:Mobile Managenment Etity——移动管理实体S-GW:Serving GateWay,服务网关P-GW:PDN GateWay,PDN网关E-UTRAN:Evolved Universal Terrestrial Radio Access NetworkEPC:Evlved Packet Core,演进分组核心网RRC：Radio Resource Control 是指无线资源控制PDCP:Packet Data Convergence Protocol,分组数据汇聚协议RLC:Radio Link Control,无限链路控制层协议PHY: Physical Layer Protocol 物理层协议OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiple,正交频分多址MIMO：Multiple-Input Multiple Output,多路输入多路输出3、LTE架构相比原有的23G网络结构，主要体现在扁平化和IP化两方面。
?扁平化：主要体现在没有BSC/RNC节点，原有BSC/RNC的节点功能由ENODEB承担；?IP化：各网元之前的链接为全IP链路，组网更加灵活。
LTE基本原理和关键技术
高效率
低时延
• 用户面 • 控制面
LTE的2高2低
LTE标准的发展
Rel-8: LTE的基本技术和框架 扁平化架构 MIMO OFDM/SC-FDMA 多样的带宽 …
Rel-9: LTE的进一步增强与完善 LTE 家庭基站 自组织网络（SON） 广播多播（eMBMS） LTE定位技术 …
7
8
Mode 7 无码本BF
Mode 8 双流BF
提高系统容量
MIMO模式的应用算法决定了LTE频谱利用率性能
各种MIMO应用场景分析
MIMO模式切换
Fig.1 DL L1 Throughput between MIMO and SFBC in RSRP 12000 Adaptive SFBC MIMO
Time frequency resource for User 3
Time
Time frequency resource for User 3
0
OFDM资源的时频结构
One downlink slot, Tslot
One uplink slot, Tslot
UL N symb SC-FDMA symbols
效对抗频率选择性衰落，提供多变传输速率。
OFDM技术缺点：
容易受到频率偏差的影响
FFT积分区间
由于在发端是将频域信号进行迭加，会造成较高
的峰值平均功率比
LTE关键技术-OFDM技术
基于OFDM的物理层多址接入技术
3GPP最终决定在下行采用OFDMA技术，上行采用单载波频分复用技术SC-FDMA
-56.02%
-57.35% -57.41%
小区一 功 率 功 率
LTE网络概述及原理
LTE网络基础
LTE系统主要性能和目标
与3G相比，LTE主要性能特征：
通信速率大幅提高， 20MHz系统带宽的条件下： 下行链路的瞬时峰值数据速率在，可以达到 100Mbps（5 bps/Hz）（网络侧2发射天线，UE侧 2接收天线条件下）； 上行链路的瞬时峰值数据速率，可以达到50Mbps （2.5 bps/Hz）（UE侧单发射天线情况）。
更低网络时延： 控制面的传输时延<100ms； 用户面时延<5ms。
支持多种接入： 支持3GPP（如GSM、WCDMA等）与非3GPP （如Wi-Fi、WiMAX等）的多种接入方式，同时支 持多模终端的无缝移动。
取消CS（电路交换）域:
取消原有CS域，EPC成为移动通信业务的基本承载
网络。原有短信、语音等传统的电路域业务将借助
GERAN WG1
Radio
Aspects
GERAN WG2
Protocol Aspects
GERAN WG3
Terminal Testing
Radio Access Network
RAN WG1
Radio Layer 1 spec
RAN WG2
Radio Layer 2 spec Radio Layer 3 RR spec
LTE网络概述及原理
1
课程内容
LTE网络基础 LTE网络架构
LTE网络结构及网元功能 LTE系统接口和协议
空口协议栈结构 LTE关键技术
2
LTE网络基础
移动通讯技术演进
移动通信从2G、3G到4G发展过程，是从低速语音业务到高速多媒体业务发展的过程。
1G：模拟制式的移动通信系统， 具 代 表 性 的 有 70 年 代 的 美 国 AMPS 系 统 ， 实 现 了 国 内 范 围 的语音通信。 2G：第二代数字蜂窝通信系统， 80年代末开发，全数字化系统 实现了通话质量和系统容量的 提升，开启了全球化的移动通 信时代，其主要代表系统有 GSM系统和CDMA系统。
LTE原理篇
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分组路由和转发功 能 IP头压缩 IDLE态终结点，下 行数据缓存 E-NodeB间切换的 锚点 基于用户和承载的 计费 路由优化和用户漫 游时QoS和计费策 略实现功能
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3、LTE网络结构
接口功能 S1接口连接eNodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是eNodeB连接MME的控制面 接口，S1-U是eNodeB连接S-GW 的用户面接口； eNodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输； S1
7、LTE关键技术 - HARQ
传统的ARQ
–
混合HARQ –接收端接收数据块，并解编码 –根据CRC解校验，得到误块率 –如果误块率较高 •暂时保存错误的数据块 •接收端要求发送端重发
接收端接收数据块，并解编码 根据CRC解校验，得到误块率 如果数据块误块率高
•
–
–丢弃错误的数据块•接端将暂存的数据块和重发的数据 混合后再解编码
调度和链路自适应
小区干扰控制 SON
……………..
5、OFDM简介
OFDM的由来
单载波 传统多载波
frequency
frequency
OFDM
OFDM： Orthogonal Frequency Division Multiplexing 正交频分复用
frequency
OFDM的核心操作
正交性体现
数据流，或从多个终端并行接收数据流，以提高用户容量。
MIMO技术的分类
从是否在发射端有信道先验信息分：
闭环（Close-Loop）MIMO：通过反馈或信道互异性得到信道先验信息 开环（Open-Loop）MIMO：没有信道先验信息