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“新一代移动通信工程教学PPT第6章TD-LTE网络技术课件”1、Iu6.1LTE概述概述nLTE（LongTermEvolution）是新一代宽带无线移动通信技术。与）是新一代宽带无线移动通信技术。与3G采纳的采纳的CDMA技术不同，技术不同，LTE以以OFDM（正交频分多址）和（正交频分多址）和MlMO（多输入多输出天（多输入多输出天线）技术为基础，频谱效率是线）技术为基础，频谱效率是3G增加技术的增加技术的23倍。倍。LTE包括包括FDD和和TDD两两种制式。种制式。LTE的增加技术（的增加技术（LTE-AdVanCed）是国际电联认可的第四代移动通）是国际电联认可的第四代移动通信标准。信标准。n3GPP毫不讳言毫不讳言LTE项目的启动是为了应2、对项目的启动是为了应对其他无线通信标准其他无线通信标准的竞争。针的竞争。针对对WiMAX低移动性宽带低移动性宽带IP接入接入的定位，的定位，LTE提出了相对应的需求，如相像提出了相对应的需求，如相像的带宽、数据率和频谱效率指标、对低移动性进行优化、只支持的带宽、数据率和频谱效率指标、对低移动性进行优化、只支持PS域，强调广域，强调广播多播业务等。同时，出于对播多播业务等。同时，出于对VOlP和在线嬉戏的重视，和在线嬉戏的重视，LTE对用户面延迟的要对用户面延迟的要求近乎苛刻。求近乎苛刻。n3GPPLTE项目的主要性能目标包括：项目的主要性能目标包括：n在在20MHZ频谱带宽能够供应下3、行频谱带宽能够供应下行100Mbps上行、上行50Mbps的峰值速率；的峰值速率；n改善小区边缘用户的性能；改善小区边缘用户的性能；n提高小区容量；提高小区容量；n降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms,掌握平面从睡眠状态到激活状，掌握平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于态迁移时间低于50ms,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；n支持支持100Km半径的小区掩盖；半径的小区掩盖；n能够为能够为350Kmh高速移动用户供应高速移动用户供应IookbPS的接入服务；的接入服务；n支持成对或非成对4、频谱，并可敏捷配置支持成对或非成对频谱，并可敏捷配置1.25MHZ到到20MHZ多种带宽。多种带宽。12n3GPPR8（ReIeaseS）在提出）在提出LTE的同时，也提出了的同时，也提出了SAE（ServiceArchitectureEvolution系统体系结构演进）的概念，系统体系结构演进）的概念，SAE由演进分组核心网由演进分组核心网（EPCEvolvedPacketCore）和演进统一陆地无线接入网（）和演进统一陆地无线接入网（E-UTRAN）两大）两大部分构成。部分构成。SAE采纳了全采纳了全IP的构架，简化了网络结构，使之更加扁平，集成其的构架，简化了网络结构，5、使之更加扁平，集成其他非他非3GPP的接入技术，能支持更加敏捷的业务。该体系结构将节点类型从以的接入技术，能支持更加敏捷的业务。该体系结构将节点类型从以前的前的4种（种（NodeB,RNC,SGSN和和GGSN）缩减到只有）缩减到只有2种（种（eNodeB和和GW）全部接口均支持基于全部接口均支持基于IP的协议，全部的业务，包括语言基于的协议，全部的业务，包括语言基于IP（VoIP）的数据）的数据连接，节省了运营商的成本。演进系统支持不同的连接，节省了运营商的成本。演进系统支持不同的IP版本，并支持没有版本，并支持没有IP连接连接的终端的的终端的IP地址配置，在终端附着到网络的初始接入6、阶段就建立地址配置，在终端附着到网络的初始接入阶段就建立IP。nSAE是一个同时支持是一个同时支持GSM>WCDMAHSPA和和LTE技术的通用分组核心网，技术的通用分组核心网，实现用户在实现用户在LTE系统和其他系统之间无缝移动，实现从系统和其他系统之间无缝移动，实现从3G到到LTE的敏捷迁移，的敏捷迁移，也能够集成采纳基于客户端和网络的移动也能够集成采纳基于客户端和网络的移动IP,WiMAX等的非等的非3GPP接入技术。接入技术。23u6.2LTE网络架构网络架构n整个整个LTE系统由演进型分组核心网（系统由演进型分组核心网（EvolvedPacketCore,EPC）>演进型7、）、演进型基站（基站CeNodeB）和用户设备O和用户设备（UE）三部分组成，如图）三部分组成，如图6-1所示。其中，所示。其中，EPC负责核心网部分,负责核心网部分,EPC掌握处理部分称为掌握处理部分称为MME,数据承载部分称为，数据承载部分称为SAEGateway(S-GW);eNodeB负责接入网部分，也称负责接入网部分，也称E-UTRAN;UE指用户终指用户终端设备。端设备。eNodeB与与EPC通过通过SI接口连接；接口连接；eNodeB之间通过之间通过X2接口连接；接口连接；eNodeB与与UE之间通过之间通过UU接口连接。接口连接。n与与UMTS相比，由于相比，由于N8、OdeB和和RNC融合为网元融合为网元eNodeB,所以，所以LTE少了少了IUb接接口。口。X2接口类似于接口类似于IUr接口，接口，Sl接口类似于接口类似于IU接口，但都有较大简化。接口，但都有较大简化。图6-1LTE网络构架4u相应的，其核心网和接入网的功能划分也有所变化，如图相应的，其核心网和接入网的功能划分也有所变化，如图6-2所示：所示：uMME的功能主要包括：寻呼消息发送；平安掌握；的功能主要包括：寻呼消息发送；平安掌握；IdIe状态的移动性管状态的移动性管理；理；SAE承载管理；以及承载管理；以及NAS信令的加密与完整性爱护等。信令的加密与完整性爱护等。USGW的功9、能主要包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。的功能主要包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密。U图图6-2核心网和接入网之间功能划分核心网和接入网之间功能划分5u6.3LTE网络接口网络接口u6.3.11.TE网络空中接口网络空中接口u空中接口是指终端与接入网之间的接口，简称空中接口是指终端与接入网之间的接口，简称Uu,通常也成口，通常也成为无线接口。在为无线接口。在LTE中，空中接口是终端和中，空中接口是终端和eNodeB之间的接口。之间的接口。空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务空中接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。空中10、接口是一个完全开放的接口,只要遵守接口规范,不同的。空中接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口规范，不同制造商生产的设备就能够相互通信。制造商生产的设备就能够相互通信。u空中接口协议栈主要分为三层两面,三层是指物理层、数据链路空中接口协议栈主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层、网络层，两面是指掌握平面和用户平面。从用户平面看，主层、网络层，两面是指掌握平面和用户平面。从用户平面看，主要包括物理层、要包括物理层、MAC层、层、RLC层、层、PDCP层，从掌握平面看，除层，从掌握平面看，除了以上几层外，还包括了以上几层外，还包括RRC层，层，NAS层。层。RRC协议实体位于协议实体位于U11、E和和ENB网络实体内,主要负责对接入层的掌握和管理。网络实体内，主要负责对接入层的掌握和管理。NAS掌握掌握协议位于协议位于UE和移动管理实体和移动管理实体MME内，主要负责对非接入层的控内，主要负责对非接入层的掌握和管理。制和管理。6ul、掌握平面协议、掌握平面协议U掌握平面负责用户无线资源的管理，无线连接的建立，业务的掌握平面负责用户无线资源的管理，无线连接的建立，业务的QoS保证和最终的资源释放,如图保证和最终的资源释放,如图6-3所示：所示:U图图6-3LTE空中接口掌握平面协议栈空中接口掌握平面协议栈7u2、用户平面协议、用户平面协议u用户平面用于执行无线接入承载业务12、，主要负责用户发送和接收的全部用户平面用于执行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收的全部信息的处理，如图信息的处理，如图6-4所示：所示：u用户平面协议栈主要由用户平面协议栈主要由MAC,RLC,PDCP三个子层构成。三个子层构成。uPDCP主要任务是头压缩，用户面数据加密。主要任务是头压缩，用户面数据加密。UMAC子层实现与数据处理相关的功能，包括信道管理与映射、数据包的子层实现与数据处理相关的功能，包括信道管理与映射、数据包的封装与解封装，封装与解封装，HARQ功能，数据调度，规律信道的优先级管理等。功能，数据调度，规律信道的优先级管理等。URLC实现的功能包括数据包的封装和解13、封装，实现的功能包括数据包的封装和解封装，ARQ过程，数据的重排序过程，数据的重排序和重复检测，协议错误检测和恢复等。和重复检测，协议错误检测和恢复等。u图图6-4用户平面协议栈用户平面协议栈8u6.3.2LTE网络网络Sl接口接口ul、Sl接口用户平面接口用户平面USl用户面接口（用户面接口（SlU）是指连接在）是指连接在eNodeB和和SGW之间的接口。之间的接口。SlU接口提接口供应供eNodeB和和SGW之间用户平面协议数据单元（之间用户平面协议数据单元（ProtocolDateUnite,PDU）的）的非保障传输。非保障传输。SI接口用户平面协议栈如图接14、口用户平面协议栈如图6-5所示。所示。SlU的传输网络层建立在的传输网络层建立在IP层之上，层之上，UDP/IP协议之上采纳协议之上采纳GPRS用户平面隧道协议（用户平面隧道协议（GPRSTUnnelingProtocolforUserPlane,GTPU）来传输）来传输SGW和和eNodeB之间的用户平面之间的用户平面PDU°u图图6-5Sl接口用户平面（接口用户平面（eNB-S-GW）9u2、SI接口掌握平面接口掌握平面USl掌握平面接口（掌握平面接口（SlMME）是指连接在）是指连接在eNodeB和和MME之间的接口。之间的接口。Sl掌握平面接口如图掌握平15、面接口如图6-6所示。与用户平面类似，传输网络层建立在所示。与用户平面类似，传输网络层建立在IP传传输基础上；不同之处在于输基础上；不同之处在于IP层之上采纳层之上采纳SCTP层来实现信令消息的牢靠传层来实现信令消息的牢靠传输。应用层协议栈可参考输。应用层协议栈可参考SlAP（Sl应用协议应用协议）。u在在IP传输层，传输层，PDU的传输采纳点对点方式。每个的传输采纳点对点方式。每个SlMME接实例都关接口实例都关联一个单独的联一个单独的SCTP,与一对流指示标记作用于，与一对流指示标记作用于SlMME公共处理流程中；公共处理流程中；只有很少的流指示标记作用于只有很少的流指示标记作用16、于SlMME专用处理流程中。专用处理流程中。uMME安排的针对安排的针对SlMME专用处理流程的专用处理流程的MME通信上下文指示标记，通信上下文指示标记，以及以及eNodeB安排的针对安排的针对SlMME专用处理流程的专用处理流程的eNodeB通信上下文指通信上下文指示标记，都应当对特定示标记，都应当对特定UE的的SlMME信令传输承载进行区分。通信上下信令传输承载进行区分。通信上下文指示标记在各自的文指示标记在各自的SlAP消息中单独传送。消息中单独传送°u图图6-6Sl接口掌握平面(接口掌握平面(eNB-MME)10u3Sl接口主要功能接口主要功能USl接口主要具17、备以下功能：接口主要具备以下功能：nEPS承载服务管理功能，包括承载服务管理功能，包括EPS承载的建立、修改和释放。承载的建立、修改和释放。nSl接口接口UE上下文管理功能。上下文管理功能。nEMMCONNECTED状态下针对状态下针对UE的移动性管理功能。包的移动性管理功能。包括括IntraLTE切换、切换、Inter3GPPRAT切换。切换。nSl接口寻呼功能。寻呼功能支持向接口寻呼功能。寻呼功能支持向UE注册的全部跟踪区域内注册的全部跟踪区域内的小区中发送寻呼恳求。基于服务的小区中发送寻呼恳求。基于服务MME中中UE的移动性管理内的移动性管理内容中所包含的移动信息，寻呼恳求将被发18、送到相关容中所包含的移动信息，寻呼恳求将被发送到相关eNodeB。nNAS信令传输功能。供应信令传输功能。供应UE与核心网之间非接入层的信令的与核心网之间非接入层的信令的透亮传输。透亮传输。nSl接口管理功能。如错误指示、接口管理功能。如错误指示、Sl接口建立等。接口建立等。n网络共享功能。网络共享功能。n漫游与区域限制支持功能。漫游与区域限制支持功能。nNAS节点选择功能。节点选择功能。n初始上下文建立功能。初始上下文建立功能。IlU6.3.3LTE网络网络X2接口接口ul、X2接口用户平面接口用户平面uX2接口用户平面供应接口用户平面供应eNodeB之间的用户数据传输功能。之19、间的用户数据传输功能。X2的用户平面的用户平面协议栈如图协议栈如图6-7所示，与所示,与SlUP协议栈类似，协议栈类似，X2UP的传输网络层基于的传输网络层基于IP传输，传输，UDP/IP之上采纳之上采纳GTPU来传输来传输eNodeB之间的用户面之间的用户面PDU。U2、X2接口掌握平面接口掌握平面UX2掌握面接口掌握面接口(X2CP)定义为连接定义为连接eNB之间接口的掌握面。之间接口的掌握面。X2接口控接口掌握面的协议栈如图制面的协议栈如图6-8所示，传输网络层是建立在所示，传输网络层是建立在SCTP上，上，SCTP是在是在IP上。应用层的信令协议表示为上。应用层的信令协议20、表示为X2AP（X2应用协议应用协议）。图图6-7X2接口用户面（接口用户面（eNB-eNB）U图图6-8X2接口掌握面接口掌握面12u3、主要功能、主要功能nX2AP协议主要支持以下功能：协议主要支持以下功能：n支持支持UE在在EMMCoNNECTED状态时的状态时的LTE接入系统内的移动性接入系统内的移动性管理功能。如在切换过程中由源管理功能。如在切换过程中由源eNB到目标到目标eNB的上下文传输;源的上下文传输；源eNB与目标与目标eNB之间用户平面隧道的掌握、切换取消等。之间用户平面隧道的掌握、切换取消等。n上行负载管理功能。上行负载管理功能。n一般性的一般性的X2管理21、和错误处理功能，如错误指示等。管理和错误处理功能，如错误指示等。13u6.4LTE网络信道网络信道u6.4.1信道的类型信道的类型uLTE沿用了沿用了UMTS里面的三种信道，规律信道，传输信道与物里面的三种信道，规律信道，传输信道与物理信道。从协议栈的角度来看，物理信道是物理层的，传输信理信道。从协议栈的角度来看，物理信道是物理层的，传输信道是物理层和道是物理层和MAC层之间的，规律信道是层之间的，规律信道是MAC层和层和RLC层之层之间的，它们的含义是：间的，它们的含义是：n规律信道规律信道传输什么内容，比如广播信道（传输什么内容，比如广播信道（BCCH）,也就是），也就是说用来传广22、播消息的；说用来传广播消息的;n传输信道传输信道怎样传，比如说下行共享信道怎样传，比如说下行共享信道DL-SCH,也就是业，也就是业务甚至一些掌握消息都是通过共享空中资源来传输的，它会指定务甚至一些掌握消息都是通过共享空中资源来传输的，它会指定MCS,空间复用等等方式,也就说是告知物理层如何去传这些信，空间复用等等方式，也就说是告知物理层如何去传这些信息；息；n物理信道物理信道信号在空中传输的承载，比如信号在空中传输的承载，比如PBCH,也就是在实，也就是在实际的物理位置上采纳特定的调制编码方式来传输广播消息了。际的物理位置上采纳特定的调制编码方式来传输广播消息了。14u6.4.2物理信道物23、理信道U物理层位于无线接口物理层位于无线接口协议协议的最底层,供应物理介质中比特流传输的最底层，供应物理介质中比特流传输所需要的全部功能。物理信道可分为上行物理信道和下行物理信道。所需要的全部功能。物理信道可分为上行物理信道和下行物理信道。ULTE定义的下行物理信道主要有如下定义的下行物理信道主要有如下6种类型：种类型:n物理下行共享信道（物理下行共享信道（PDSCH）：用于承载下行用户信息和高层信令。）：用于承载下行用户信息和高层信令。n物理广播信道（物理广播信道（PBCH）：用于承载主系统信息块信息，传输用于初）：用于承载主系统信息块信息，传输用于初始接入的参数。始接入的参数。n物理24、多播信道（物理多播信道（PMCH）:用于承载多媒体）：用于承载多媒体/多播信息。多播信息。n物理掌握格式指示信道（物理掌握格式指示信道（PCFICH）:用于承载该子帧上掌握区域大）：用于承载该子帧上掌握区域大小的信息。小的信息。n物理下行掌握信道（物理下行掌握信道（PDCCH）：用于承载下行掌握的信息，如上行）：用于承载下行掌握的信息，如上行调度指令、下行数据传输是指、公共掌握信息等。调度指令、下行数据传输是指、公共掌握信息等。n物理物理HARo指示信道（指示信道（PHICH）：用于承载对于终端上行数据的）：用于承载对于终端上行数据的ACK/NACK反馈信息,和反馈信息,和HARO机制有关。机25、制有关。ULTE定义的上行物理信道主要有如下定义的上行物理信道主要有如下3种类型：种类型：n物理上行共享信道（物理上行共享信道（PUSCH）：用于承载上行用户信息和高层信令。）：用于承载上行用户信息和高层信令。n物理上行掌握信道（物理上行掌握信道（PUCCH）：用于承载上行掌握信息。）：用于承载上行掌握信息。n物理随机接入信道（物理随机接入信道（PRACH）：用于承载随机接入前道序列的发送，）：用于承载随机接入前道序列的发送，基站通过对序列的检测以及后续的信令沟通，建立起上行同步。基站通过对序列的检测以及后续的信令沟通,建立起上行同步。15u6.4.3传输信道传输信道u物理层通过传输信26、道向物理层通过传输信道向MAC子层或更高层供应数据传输服务，传输信道特性由传子层或更高层供应数据传输服务，传输信道特性由传输格式定义。传输信道描述了数据在无线接口上是如何进行传输的，以及所传输输格式定义。传输信道描述了数据在无线接口上是如何进行传输的，以及所传输的数据特征。如数据如何被爱护以防止传输错误，信道编码类型，的数据特征。如数据如何被爱护以防止传输错误，信道编码类型，CRC爱护或者爱护或者交织，数据包的大小等。交织，数据包的大小等。u传输信道也有上行和下行之分。传输信道也有上行和下行之分。uLTE定义的下行传输信道主要有如下定义的下行传输信道主要有如下4种类型：种类型：n广播信道（27、广播信道（BCH）：用于广播系统信息和小区的特定信息。使用固定的预定义格式，能）：用于广播系统信息和小区的特定信息。使用固定的预定义格式，能够在整个小区掩盖区域内广播。够在整个小区掩盖区域内广播。n下行共享信道（下行共享信道（DL-SCH）:用于传输下行用户掌握信息或业务数据。能够使用）：用于传输下行用户掌握信息或业务数据。能够使用HARQ；能够通过各种调制模式，编码，发送功率来实现链路适应；能够在整个小区内发送；能能够通过各种调制模式，编码，发送功率来实现链路适应；能够在整个小区内发送；能够使用波束赋形;支持动态或半持续资源安排；支持终端非连续接收以达到节电目的；够使用波束赋形；支持动态或半28、持续资源安排；支持终端非连续接收以达到节电目的；支持支持MBMS业务传输。业务传输。n寻呼信道（寻呼信道（PCH）：当网络不知道）：当网络不知道UE所处小区位置时，用于发送给所处小区位置时，用于发送给UE的掌握信息。能的掌握信息。能够支持终端非连续接收以达到节电目的;能在整个小区掩盖区域发送；映射到用于业务够支持终端非连续接收以达到节电目的；能在整个小区掩盖区域发送；映射到用于业务或其他动态掌握信道使用的物理资源上。或其他动态掌握信道使用的物理资源上。n多播信道（多播信道（MCH）：用于）：用于MBMS用户掌握信息的传输。能够在整个小区掩盖区域发送；用户掌握信息的传输。能够在整个小区掩盖区域发29、送；对于单频点网络支持多小区的对于单频点网络支持多小区的MBMS传输的合并；使用半持续资源安排。传输的合并；使用半持续资源安排。uLTE定义的上行传输信道主要有如下定义的上行传输信道主要有如下2种类型:种类型：n上行共享信道（上行共享信道（UL-SCH）:用于传输下行用户掌握信息或业务数据。能够使用波束赋）：用于传输下行用户掌握信息或业务数据。能够使用波束赋形；有通过调整放射功率、编码和潜在的调制模式适应链路条件变化的力量；能够使用形；有通过调整放射功率、编码和潜在的调制模式适应链路条件变化的力量；能够使用HARQ；动态或半持续资源安排。；动态或半持续资源安排。n随机接入信道（随机接入信道（30、RACH）：能够承载有限的掌握信息，例如在早期连接建立的时候或者）：能够承载有限的掌握信息，例如在早期连接建立的时候或者RRC状态转变的时候。状态转变的时候。16u6.4.4规律信道规律信道u规律信道定义了传输的内容。规律信道定义了传输的内容。MAC子层使用规律信道与高层进行通信。子层使用规律信道与高层进行通信。规律信道通常分为两类：即用来传输掌握平面信息的掌握信道和用来传规律信道通常分为两类：即用来传输掌握平面信息的掌握信道和用来传输用户平面信息的业务信道。而依据传输信息的类型又可划分为多种逻输用户平面信息的业务信道。而依据传输信息的类型又可划分为多种规律信道类型,并依据不同的数据类型31、，供应不同的传输服务。辑信道类型，并依据不同的数据类型，供应不同的传输服务。uLTE定义的掌握信道主要有如下定义的掌握信道主要有如下5种类型：种类型：n广播掌握信道（广播掌握信道（BCCH）：该信道属于下行信道，用于传输广播系统掌握信）：该信道属于下行信道，用于传输广播系统掌握信息。息。n寻呼掌握信道（寻呼掌握信道（PCCH）：该信道属于下行信道，用于传输寻呼信息和转变）：该信道属于下行信道，用于传输寻呼信息和转变通知消息的系统信息。当网络侧没有用户终端所在小区信息的时候，使用该通知消息的系统信息。当网络侧没有用户终端所在小区信息的时候，使用该信道寻呼终端。信道寻呼终端。n公共掌握信道（公共32、掌握信道（CCCH）：该信道包括上行和下行，当终端和网络间没有）：该信道包括上行和下行，当终端和网络间没有RRC连接时，终端级别掌握信息的传输使用该信道。连接时，终端级别掌握信息的传输使用该信道。n多播掌握信道（多播掌握信道（MCCH）:该信道为点到多点的下行信道,用于）：该信道为点到多点的下行信道,用于UE接收接收MBMS业务。业务。n专用掌握信道（专用掌握信道（DCCH）：该信道为点到点的双向信道，用于传输终端侧和）：该信道为点到点的双向信道，用于传输终端侧和网络侧存在网络侧存在RRC连接时的专用掌握信息。连接时的专用掌握信息。uLTE定义的业务信道主要有如下定义的业务信道主要有如下2种33、类型：种类型：n专用业务信道（专用业务信道（DTCH）：该信道可以为单向的也可以是双向的，针对单个）：该信道可以为单向的也可以是双向的，针对单个用户供应点到点的业务传输。用户供应点到点的业务传输。n多播业务信道（多播业务信道（MTCH）：该信道为点到多点的下行信道。用户只会使用该）：该信道为点到多点的下行信道。用户只会使用该信道来接收信道来接收MBMS业务。业务。17u6.4.5信道相互映射关系信道相互映射关系uMAC子层使用规律信道与子层使用规律信道与RLC子层进行通信，使用传输信道与物理层进子层进行通信，使用传输信道与物理层进行通信。因此行通信。因此MAC子层负责规律信道和传输信道之间的映射。子层负责规律信道和传输信道之间的映射。ul、规律信道至传输信道的映射、规律信道至传输信道的映射uLTE的映射关系较的映射关系较UTMS简洁许多，上行的规律信道全部映射在上行共享简洁许多,