LTE概述及基本原理

MME NAS Security
Idle State Mobility Handling
EPS Bearer Control
• MME (Mobility Management Entity)的主要功能包 括： NAS (Non-Access Stratum)非接入层信令的加 密和完整性保护；AS (Access Stratum)接入层安全 性控制、空闲状态移动性控制；EPS (Evolved Packet System)承载控制；支持寻呼，切换，漫 游，鉴权
3C
3C
SISO 2*2 MIMO 4*4 MIMO
对应单用户信道条件很好时能体验到的峰值速率
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LTE用户体验
先做一下其 他事情
Web网页访问 下载5M音乐
下载25M视频
下载750M视频
下载高清视频
Modem/ EDGE 56kbps
36 Seconds
ADSL/ UMTS 512kbps
LTE概述及基本原理
2013.07.03，南昌
Security Level:
www.huawei.com
1 LTE概述 2 LTE基本原理 3 TDD LTE/FDD LTE比较
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为什么需要LTE？应对竞争、降低每Bit成本、增加收入
产业持续变化
• 终端：电话-》移动电话-》智能终端-》… • 物联网：500亿连接增长 • 经营：从‛连接‛到‛流量‛ • 基站：Kbps ->Mbps-》 Gpbs
企业-提升效率
M2M-走向成熟，无限连接
1. 电话，传真，VPN 2. 移动办公 3. 云计算 4. 无线政务 5. 无线产业 6. 无线社区 7. 超远覆盖 8. …
1. 电子书 2. 数字相框 3. 游戏机，贩卖机，
照相机 4. 电子医疗 5. 车辆导航与诊断 6. 数字标识，广告牌，
数字站牌 7. 仓库管理…
• 系统架构演进SAE（System Architecture Evolution），是为了实现LTE提出的目标而从整个系统架构上考虑的演进， 主要包括：
• 接入网：扁平化，IP化，去掉RNC的物理实体，功能实体分解到基站和核心网元，大部分功能放在了E-NodeB， 以减少时延和增强调度能力，少部分功能放在了核心网，加强移动性管理
LTE的设计目标是什么？高带宽、高速度、低时延
带宽灵活配置：支持1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz
提高峰值速率（20MHz带宽）：下行172Mbps ，上行 84Mbps 64QAM
减小控制面时延（<100ms）和用户面时延（< 5ms）
能为速度>350km/h的用户提供100kbps的接入服务
1 Minute 40Seconds 50 Minutes
4 Hours 27 Minutes
ADSL /HSPA 8Mbps
0.3 Second
5 Seconds
25 Seconds
12 Minutes 30 Seconds 67 Minutes
ADLS2+/HS PA+
24Mbps
0.1 Seconds
CG
OCS
Billing
SP/CP
MMS
E-mail
internet Control plane User plane
eAN和MME支持S101接口、HSGW和S-GW支持S103接口，实现LTE和eHRPD之间优化切换（可选）,保证用户体验连续性 现网网元逐步升级到融合网关，实现网络扁平化和统一的业务和计费控制
自适应ICIC，提升边缘小区吞吐率 30％
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SON帮助解决LTE时代网络运维的挑战
SON
SON 全网络运行周期分析
规划阶段
部署阶段
优化阶段
维护阶段
收益
有效的自动管理 大幅节省人力与运维难度
案例1: 全球第一个ANR测试
2009, 德电奥地利实验局
测试场景
第一轮 第二轮
切换成功率
总计自动邻区 添加
S-GW
P-GW
• S-GW (Serving Gateway)的主要功能
Mobility Anchoring
UE IP address allocation
包括：分组数据路由及转发；移动性及 切换支持；合法监听；计费
S1
• P-GW (PDN Gateway)的主要功能包
Packet Filtering
25
PCS频段，1900MHz
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3GPP标准进展
+
Rel-8
Rel-9
Rel-10
Rel-11
Rel-12
LTE/SAE初始版本
峰值: >100Mbps 频谱效率: 1.7bps/Hz
支持LTE Home eNodeB, LCS(位置 服务), MBMS(多播 组播) 对SON(自组网), 跨 制式互操作等增强
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LTE能做啥？更多应用，需更多频谱与制式以及更灵活的承载
个人-体验更好
1. 便携接入 2. 移动热点 3. 移动多媒体
业务 4. 基于云计算
的业务 5. VoIP 6. …
家庭-减少宽带空白 区，丰富生活
1. 无线DSL 2. 视频通话 3. 应用商城 4. OTT 5. IPTV 6. VOD 7. …
取消CS域，业务在PS域实现，如VOIP
网络架构全IP扁平化，降低建网成本
HetNet：宏微协同
提高广播多播MBMS业务的速率（达到1～3Mbps）
LTE进程
研究
标准化
测试实验
早期商用
商用部署
2004年底启动
2006
2008
2009
2010
2012
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简单说明FDD LTE，TDD LTE
MIMO
多天线技术利用了‚空间‛信号 维度，能够提高传输速率
发射端利用多根发射天线将多个 数据流在相同时间、频率资源上 同时发送，接收端利用多根接收 天线同时接收多个数据流
ICIC
相邻小区通过频带划分，错开各自 边缘用户的资源 ，达到降低同频 干扰的目的。相当于小区边缘3频 点组网，小区中心频率复用为1
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E-UTRAN/EPC的网元功能
eNB
Inter Cell RRM
RB Control
Connection Mobility Cont.
Radio Admission Control
eNB Measurement Configuration & Provision
Dynamic Resource Allocation (Scheduler)
HSDPA
HSPA+ 64QAM
HSPA+ 64QAM+DC
LTE 2*2MIMO
对应扇区的平均吞吐率
各制式下行峰值速率对比
350
326
300
250
200
172
150
100
90
50
3.1
9.3 14.7
42
0
DORA
DORB
DORB DC-HSDPA LTE
LTE
LTE
phase I phase II 64QAM 20MHz 20MHz 20MHz
inter括ne：t 分组数据过滤；UE的IP地址分配
EPC
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LTE核心技术—OFDMA，MIMO、ICIC
OFDM
OFDM ：利用正交子载波组来实 现并行传输
OFDM 属于调制复用技术，把系 统带宽分成多个相互正交的子载 波，在多个子载波上并行数据传 输
好处：频谱效率高，易实现
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LTE简介：什么是LTE？LTE的设计目标是什么？
什么是LTE？
LTE(Long Term Evolution，长期演进)是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和 MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，改善了小区边缘用户的性能，提高了峰值速率和小区容量，降低了系 统延迟
LTE-Advanced 初 始版本
载波聚合 高阶MIMO 协同多点CoMP 异构网HetNet Relay
峰值: >1Gbps 频谱效率: 3.7bps/Hz
对载波聚合(CA)进 一步增强 增强的HetNet
LTE-Hi 3D Beamforming MTC (Machine Type Communication)
4 Seconds
12 Minutes 1 Hour
29 Hours 6+ Days
1Minutes 18 seconds
6Minutes 31Seconds
3 Hours 15 Minutes 17 Hours 22 Minutes
ADSL/ HSPA 2Mbps
1 Second
20 Seconds
• 核心网：用户面和控制面分离
• 原有SGSN实体分解为MME(控制面实体)和Gateway（用户面实体）
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3G->LTE演进目标网--- 规模部署EPC网络，支持全网融合
GPRS UMTS LTE eHRPD
BTS BSC/PCU NodeB RNC eNodeB
SGSN
Gb
EPC(Evolved Packet Core)
91%
74
97%
94
Automatic Network Planning Automatic Config. Planning
全球智能终端增长情况
无线数据流量增长情况
•无线数据流量复合增长率达到78%，流量爆炸性增长来自智能终端（智能手机、平板电脑等）及每用户流量的增长 •截至2012年年底，中国互联网国际出口带宽达到1.85T，网民数量达到5.64亿，互联网普及率达到42.1%，其中手机网民达 到4.2亿，微博、微信用户都超过3亿，电子商务年度市场规模超过7万亿元人民币，7家互联网上市企业市值进入全球互联 网企业前30名
TDD LTE
DU U UDDD
FDD LTE
DDDDDDD UUUUUUU
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LTE与2G/3G频谱效率、峰值速率比较
各制式下行频谱效率对比
1.8
1.7
1.6
1.4
1.2
1 0.96
1
0.8
1.04
1.07
1.15
0.79
0.6
0.4
0.2
0
DORA
DORB phase I
DORB phase II
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LTE工作频段
3GPP定义的E-UTRA频段
iPhone 5 LTE频段（A1429）
中国LTE频段 •2.6G 190M都用作TDD •1800M高30M还没有分配 •潜在LTE频段 •450MHz（3M、5M带宽） •700MHz •1.4G（TDD） •3.5GHz
TDD频段 B34：A频段，2.1G B38：D频段，2.6G B39：F频段，1.9G B40：E频段，2.3G
S3
S6d HSS
3GPP AAA
Iu
S6a S6a
SWx
S1-MME S1-U
MME
S4
S11 S12 S11
S101
S-GW
STa S5/S8
AN-AAA 3GPP2 AAA
A12
Pi
A10/A11‘
S103
PCRF
S9 Gx
P-GW
BTS
eAN
UGW (Unified Gateway) HSGW/PDSN
RRC PDCP RLC MAC PHY
E-UTRAN
• e-NodeB的主要功能包括：无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无线许可控制和连接移动性 控制，在上下行链路上完成UE上的动态资源分配（调度）；用户数据流的IP报头压缩和加密；UE附 着状态时MME的选择；；实现S-GW用户面数据的路由选择；执行由MME发起的寻呼信息和广播信 息的调度和传输；完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告
VDSL/ LTE 100Mbps
0.025 Second
2 Seconds
0.5 Second
OK，等着
8 Seconds
2 Seconds
4 Minutes 10 Seconds 22 Minutes
1 Minutes 20 Seconds 6 Minutes
CDMA网络边缘速率设计：下行：307.2Kbps；上行：76.8Kbps UMTS边缘速率设计：下行：300Kbps~600Kbps；上行：300Kbps LTE边缘速率设计： 下行：>1Mbps (移动：4Mbps)；上行：256Kbps
峰值: >10Gbps 频谱效率: 10bps/Hz
2008年12月
2009年12月
eRAN1.0~eRAN2.2
2011年3月
2012年9月(计划)
eRAN3.0/eRAN6.0/eRAN7.0
2013年6月(计划)
Future
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1 LTE概述 2 LTE基本原理 3 TDD LTE/FDD LTE比较
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LTE/SAE整体网络架构：扁平化，增加X2接口，ALL IP
eNodeB
S1-U
S1-C
S6a HSS
PCRF
Control PUlsaenrePlane
X2
Uu
S11
S1-C
MME
S1-U
Rx Gx
S5
SGi
Operator’s
IP Service
eNodeB
S-GW
PDN-GW