LTE网络结构中,有PS域,语音采用VoIP;GGSN的功能被移植到S_GW和P_GW;SGSN的功能被移植到MME;取消RNC节点,并将功能移植到MME和eNodeB上;eNodeB通过S1直接连接EPC(S_GW\P_GW\MME);
1) MME:(MobilityManagement Entity),是一个信令实体,主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴权认证、SGW和PGW的选择等功能;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。
2) SGW:(Serving GW),SGW终结和E-UTRAN的接口,主要负责用户面处理,负责数据包的路由和转发等功能,支持3GPP不同接入技术的切换,发生切换时作为用户面的锚点;E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持
3) PGW:PDN Gateway(Packet Data Network),PGW终结和外面数据网络(如互联网、IMS等)的SGi接口,是EPS锚点,即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点,负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由,管理3GPP接入和non-3GPP接入(如WLAN、WiMAX等)间的移动,还负责DHCP、策略执行、计费等功能。
关键点:LTE相关接口
1) S1-MME
ü E-UTRAN和MME之间的控制面协议参考点
2) S1-U
ü E-UTRAN和发Serving-GW之间的接口
ü 每个承载的用户面隧道和eNodeB间路径切换(切换过程中)
3) X2
ü eNodeB之间的接口,类似于现有3GPP的Iur接口
4) LTE-Uu
ü 无线接口,类似于现有3GPP的Uu接口
eNodeB具有现有3GPP R5/R6/R7的Node B功能和大部分的RNC功能,包括物理层功能(HARQ等),MAC,RRC,调度,无线接入控制,移动性管理等等。
关键点:LTE协议版本
LTER8:提出了LTE采用的关键技术 OFDM/MIMO,5类终端,上下行速率:10M/5M,50/25/,100/50,150/50,/300/75;
LTE R9:支持多播传输、网络辅助定位、双流波束赋形。
LTE R10:扩展了多天线传输方案,下行最大支持8个传输层,上行支持最大4个传输层,提出了载波聚合技术,使得下载速率1000M 上传速率 500M,提出中继小区。
关键点:LTE频率
• LTE应用频带如下:
• 2.1GHz,1.9GHz,1.7GHz,2.6GHz,900MHz,800 MHz,450 MHz等等,详细请参考36.101协议
• 传输带宽:
Channel bandwidth BWChannel[MHz] 1.4 3 5 10 15 20
Transmission bandwidth configuration NRB 6 15 25 50 75 100
关键点:NAS过程
为了从网络得到非接入层服务,网络中非接入层节点必须知道有关UE的信息。为了这个目的,UE不得不发起附着过程,该过程是在UE开机和初始接入网络时必须被执行的。
一旦该过程成功,MME上就会建立好一个该UE相关的上下文,并且UE与PDN GW 间的默认承载也建好了,还分配好了IP地址。既然UE已经基于IP连通,他就可以使用基于IP的网络服务了。如果IMS网络可以获得并且UE订阅了该服务,那么也可以使用IMS服务了。
NAS(Non-Access Stratum)非接入层协议,UE与核心网侧直接交互信息,eNB只作消息的转发功能。NAS的主要功能包括:
• PLMN的选择
• TA的更新
• 鉴权
• LTE-IDLE状态下的寻呼和移动性管理
• NAS消息和RRC消息常在空口共用同一传输块,比如在RRC建立成功的消息中可同时附加核心网侧下发到UE的NAS信息。
NAS附属过程步骤如下:
1. UE建立与eNodeB间的RRC连接;
2. UE为在已经建立好的RRC连接上确定PDN联通,发送ATTACH REQUEST 消息和PDN CONNECTIVITY REQUEST消息给MME。同时,eNB为该UE建立与MME的S1逻辑连接;
3. 如果网络无法通过ATTACH REQUEST消息中的UEID识别该UE,网络会通过发起鉴权和加密过程来标识该UE;
4. MME通过发送Update Location request消息(用Diameter协议)更新HSS中UE位置。它也通过使用这个消息从HSS请求用户面;
5. HSS将UE当前位置更新到数据库中,并通过发送DiameterUpdate Location Acknowledge用户面消息给MME;
6. 现在MME为在SGW上建立默认承载建立一个eGTP用户隧道,MME发送一个CreateSession Request给SGW;
7. SGW为该UE创建默认承载,并请求PGW为该UE创建SGW与PGW之间的承载,用来提供端到端的连通。然后PDN-GW创建一个承载并分配IP地址给该UE;
8. SGW一接收到PGW的响应,它立即用CreateSession Response 响应MME;
9. 现在MME必须在eNodeB与SGW之间建立一个承载。它发送S1 AP Initial Context SetupRequest消息给eNodeB为该UE创建上下文,该消息中携带着承载信息和安全信息;
10. eNodeB收到建立请求消息后,通过Initiating the AS Security ModeCommand 过程与UE建立安全参数;
11. UE建立安全参数,并发送Security Mode Complete 消息给eNodeB。从现在开始,所有在UE与eNodeB之间交换的无线接口消息都是加密的;
12. eNodeB通过发送RRC ConnectiongReconfig Request给UE重新配置资源,在该消息中,eNodeB携带”激活默认EPS承载上下文请求”消息给UE;
13. UE更新它的RRC 链接配置,并通过RRCConnection Reconfig Complete消息响应eNodeB;
14. eNodeB发送Initial Context Setup Response消息给MME;
15. MME发送eGTP-C Modeify Bearer Request 消息给SGW为更新eNB默认承载隧道ID;
16. 更新完信息后,SGW用Modify BearerResponse消息响应MME;
17. MME发送Attach Accept和ActivateDefault Bearer Context Request 消息给UE;
18. 如果当发送Attach Accept时,MME已经分配了GUTI,UE需要处理它并用AttachComplete消息响应MME。
关键点:RRC(LTE与UMTS区别)
RRC(Radio Resource Control)层主要通过信令传输来控制UE的行为。主要功能包括:
• 系统信息广播,包括对处于RRC-CONNECTED状态和RRC-IDLE状态UE的系统广播
• RRC连接的建立,修改,释放。包括寻呼,SRB建立,DRB建立,以及在切换过程中的RRC重建,上下文传递等
• 测量配置上报,以及UE能力的传输等
• RRC信息通过SRB来传输,SRB通过PDCP和RLC映射到逻辑信道
1) RRC状态:LTE中只有2种RRC状态:RRC_IDLE和RRC_CONNECTED;UMTS有5种状态:IDLE,CELL_FACH,CELL_DCH,CELL_PCH和URA_PCH。在LTE中没有CELL_FACH和CELL_DCH状态的原因之一是无公共和专用传输信道的概念。LTE的数据传输由共享传输信道完成,因此会简化RRC状态机并改进RRC性能,同时会简化RRM判决RRC状态的算法。
2) SRB:LTE中只有3个SRB:SRB0,SRB1,SRB2;而UMTS一般有5个SRB:SRB0,SRB1,SRB2,SRB3,SRB4(可选)。LTE中SRB0下行使用RLC TM实体映射到CCCH,UMTS中SRB0下行使用RLC UM实体映射到CCCH。
3) MAC实体:LTE中只需配置1个MAC实体,而UMTS中基于不同传输信道包括MAC-d,MAC-c/sh,MAC-hs,MAC-e/es,MAC-ehs,MAC-i/is等。因此UMTS中处理MAC配置的状态机非常复杂,如CELL_DCH到CELL_FACH的状态跃迁会有很多信令消息。LTE中由于只有1个MAC实体,配置和状态机都相对简单。
4) RB mapping:LTE中由于没有定义公共和专用传输信道,RB mapping比UMTS简单。LTE中也没有Cell Update和URA Update过程。
5) 域标识:LTE中只有PS域,不需要像UMTS中需要信令指示是CS域还是PS域,因此RRC设计上降低了信令的冗余和复杂度。
6) 系统信息:LTE中MIB包含最经常传输的参数,SIB1包含调度信息指示何时传输SI;UMTS中MIB包含最经常传输的参数和调度信息。
7) 信道:LTE中只使用共享信道,RRC在RRC Reconfiguration消息中不需要定义下行传输信道的配置。这会显著减少信令消息的大小,所有DL-SCH传输信道信息在系统信息中广播。
8) 功耗:如上文所言,所有下行数据均承载在共享信道,DRX(非连续性接收)也是LTE的一个重要特性。eNB通知UE何时解码/监听无线帧,这会显著降低UE功耗。
9) 寻呼类型:LTE中只有一种寻呼类型,UMTS有两种,寻呼类型1和寻呼类型2。
10) 重配置:LTE中只有一种重配置消息,重配所有逻辑信道、传输信道和物理信道,这减少了信令消息。UMTS中包含RB重配,传输信道重配和物理信道重配。
11) 延时降低:LTE中不存在RNC,也没有NBAP协议栈,这会降低RRC连接建立和RB管理过程的延时。
12) 唯一UE标识:LTE中只存在一个共享的MAC实体,因此不需要像UMTS中定义若干UE标识:U-RNTI,H-RNTI,E-RNTI等。
13) 无激活时间: LTE中不需要定义激活时间,而在UMTS中基于激活时间的有RL同步过程,不同MAC实体间的同步等。这会显著降低RB建立和重配过程的延时。
14) RRC状态:LTE中RRC消息不需要区分RRC状态。
15) CQI报告:CQI报告在网络移动性管理方面起了重要作用,LTE中为了移动性判决的需要,CQI报告应快速准确。
16) 信令连接释放:由于LTE中只有PS域,因此不存在信令连接释放过程。UE上下文在MME和eNB中共享,也就是说,UE在eNB中处于激活状态,在MME中也应处于激活状态。
关键点:PDCP
PDCP(Packet Data Convergence Protocol)层主要处理控制面上的RRC消息以及用户面上的数据包。
a) 主要功能包括:
b) 报头压缩和解压缩(针对用户面,控制面不进行报头压缩)
c) 消息完整性保护
d) 消息加密解密,
e) 对切换时进行重排序和重传的支持
f) 丢弃超时的用户面数据
关键点:RLC
RLC(Radio Link Control)层位于PDCP和MAC层之间,主要完成组包分包,往上下层传递,以及进行ARQ纠错。RLC层提供了三种不同的传输类型
• TM(透明模式)对于PDCP层来的RLC SDU, RLC层不做任何处理,直接映射到RLC PDU,反之依然。LTE中对TM传输模式使用要求非常严格,所有用户面的数据都不能选择TM模式,只有系统广播消息,寻呼消息,以及在SRB0上传输的RRC消息才能使用TM模式
• UM(非应答模式)在发射端,对接收到RLC SDU进行分段重排,并加上RLC层的包头传递给下层。在接收端,对接收到的RLC PDU进行重排,去包头,重新排序等操作传递给上层。这种传输模式主要用于VOIP,以及其他对时延敏感的流媒体业务
• AM(应答模式)AM模式下的RLC层,提供了ARQ技术来支持无差错传输。配合MAC层所使用的HARQ,误码率可以降低到10 -7次方。这种模式主要用在高错误敏感,低时延要求的非实时业务中
关键点:MAC
MAC(Media Access Control)主要实现与调度和HARQ相关的功能。
• 主要功能包括:
• 在逻辑信道与传输信道之间映射
• RLC PDU的复用和解复用
• 测量上报
• HARQ进行纠错
• 不同UE之间的优先级调度,以及同一UE不同逻辑信道之间的调度
• 随机接入
• 传输格式选择
关键点:PHY
PHY(Physic)物理层向高层提供数据传输服务,通过MAC子层并使用传输信道来接入这些服务
• 物理层主要功能包括:
• 传输信道的错误检测,以及FEC编解码
• 传输信道与物理信道之间的速率匹配和映射
• 物理信道调制解调,频率时间同步。
• MIMO天线处理
• 传输分集,波束赋形,射频处理
• HARQ软合并
关键点:QPSK、16QAM、64QAM
关键点: RE、REG、RB、CCE
l RE:即最小资源粒子,在时域上占用1个OFDM符号(1/14ms),在频域上占用1个子载波(15KHZ);
l RB:一个RB在时域上包含7或者6个连续的OFDM符号(常规CP为7个OFDM符号,扩展CP为6个OFDM符号),大小为一个时隙,即0.5ms,在频域上包含12个连续的子载波,大小为180KHZ。
l REG:资源单元组(REG),控制区域中RE集合,用于映射下行控制信道。1个REG中包含4个数据RE(注意剔除用于承载RS的RE,如下图第一个OFDM符号);
l CCE:控制信道单元,一个CCE包含36个RE或者9个REG组成;
关键点:LTE上下行配置
关键点:特殊子帧配置
配置号 | UpPTS | GP | DwPTS | UpPTS | GP | DwPTS |
0 | 1 | 10 | 3 | 1 | 8 | 3 |
1 | 1 | 4 | 9 | 1 | 3 | 8 |
2 | 1 | 3 | 10 | 1 | 2 | 9 |
3 | 1 | 2 | 11 | 1 | 1 | 10 |
4 | 1 | 1 | 12 | 2 | 7 | 3 |
5 | 2 | 9 | 3 | 2 | 2 | 8 |
6 | 2 | 3 | 9 | 2 | 1 | 9 |
7 | 2 | 2 | 10 | -- | -- | -- |
8 | 2 | 1 | 11 | -- | -- | -- |
CQI index | modulation | code rate x 1024 | efficiency |
0 | out of range | | |
1 | QPSK | 78 | 0.1523 |
2 | QPSK | 120 | 0.2344 |
3 | QPSK | 193 | 0.3770 |
4 | QPSK | 308 | 0.6016 |
5 | QPSK | 449 | 0.8770 |
6 | QPSK | 602 | 1.1758 |
7 | 16QAM | 378 | 1.4766 |
8 | 16QAM | 490 | 1.9141 |
9 | 16QAM | 616 | 2.4063 |
10 | 64QAM | 466 | 2.7305 |
11 | 64QAM | 567 | 3.3223 |
12 | 64QAM | 666 | 3.9023 |
13 | 64QAM | 772 | 4.5234 |
14 | 64QAM | 873 | 5.1152 |
15 | 64QAM | 948 | 5.5547 |
MCS Index(I_Mcs) | Modulation Order(Q_m) | TBS Index(I_tbs) |
0 | 2(QPSK) | 0 |
1 | 2 | 1 |
2 | 2 | 2 |
3 | 2 | 3 |
4 | 2 | 4 |
5 | 2 | 5 |
6 | 2 | 6 |
7 | 2 | 7 |
8 | 2 | 8 |
9 | 2 | 9 |
10 | 4(16QAM) | 9 |
11 | 4 | 10 |
12 | 4 | 11 |
13 | 4 | 12 |
14 | 4 | 13 |
15 | 4 | 14 |
16 | 4 | 15 |
17 | 6(64QAM) | 15 |
18 | 6 | 16 |
19 | 6 | 17 |
20 | 6 | 18 |
21 | 6 | 19 |
22 | 6 | 20 |
23 | 6 | 21 |
24 | 6 | 22 |
25 | 6 | 23 |
26 | 6 | 24 |
27 | 6 | 25 |
28 | 6 | 26 |
29 | 2 | reserved |
30 | 4 | |
31 | 6 | |
频宽 | 频域RB数目 | RE数目 | 天线端口功率 | RS建议最大功率 |
5M | 25 | 300 | 20W | 10*log(20*1000)-10*log(300)=18.2dBm |
10M | 50 | 600 | 20W | 10*log(20*1000)-10*log(600)=15.2dBm |
20M | 100 | 1200 | 20W | 10*log(20*1000)-10*log(1200)=12.2dBm |
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