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项目五 认识LTE网络 任务一 认识LTE网络架构
1 LTE概述
智能终端的出现与普及，为移动通信新业务发展提供了广阔市场，同时也对传统移动通信网络的业务承载能力提出了更高的要求,原CDMA制式的3G网络已不能满足日益增长的数据业务承载需求，迫切需要网络向大容量、高带宽演进（图5-1-1）。
图5-1-1 无线技术的演进
LTE是Long Term Evolution（长期演进）的缩写，即我们所谓的“3.9G”，是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴计划）组织制定的通用移动通信系统技术标准的长期演进，是3G移动移动通信网络向4G演进的主流技术，2010年12月6日国际电信联盟把LTE Advanced正式定义为4G。
LTE系统引入了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）和MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，它支持1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等多种带宽分配，且能在全球主流2G/3G频段平滑演进，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持
与其他3GPP系统互操作。因此，与其他无线技术相比，LTE具有更高的传输性能，且同时适合高速和低速移动应用场景。
LTE系统根据双工方式不同分为TDD-LTE (Time Division Duplexing)和FDD-LTE（Frequency Division Duplexing），二者技术的主要区别在于空口的物理层上。TDD系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，具有有着较高的频谱利用率，FDD系统空口上下行采用成对的频段接收和发送数据，在频谱效率与VOIP容量方面稍有优势。
本章内容主要介绍TDD-LTE系统。
2 LTE系统的设计目标与性能优势
LTE 作为3G向4G演进的无线通信技术，具有良好的向下兼容性、完善和严格的QoS机制和自组织网络，代表移动通信技术发展的方向。系统把降低时延、提高用户传输数据速率、提高系统容量和覆盖范围作为主要目标。主要体现在以下六个方面：
（1）20MHz带宽条件下，峰值速率达到上行50Mbit/s)，下行100Mbit/s。 （2）支持1.4、3、5、10、15和20MHz带宽，灵活使用已有或新增频段；并以尽可能相似的技术支持“成对”频段和非“成对”频段，便于系统灵活部署。
（3）在有负荷的网络中，下行频谱效率达到3GPP R6 HSDPA的2~4倍，上行频谱效率达到R6 HSUPA的2~3倍。
（4）在单用户、单业务流以及小IP包条件下，用户面单向延迟小于5ms。 （5）从空闲状态到激活状态的转换时间小于100ms，从休眠状态到激活状态的转换时间小于50ms。
（6）支持低速移动和高速移动。低速(0~15km/h)下性能较好，高速(15~120km/h)下性能最优，较高速(350~500km/h)下的用户能够保持连接性。
过去几年，LTE网络建设迅速展开，截止2014年底，全球已有360张商用LTE网络，分布在124个国家和地区。我国三大运营商也在全国范围内部署了LTE网络。 3. LTE系统网络架构
LTE采用扁平化、IP化的网络架构，E-UTRAN用E-NodeB替代原有的RNC-NodeB结构，各网络节点之间的接口使用IP传输，通过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（图5-1-2）。演进后的系统仅存在分组交换域。
图5-1-2 LTE网络架构
与3G网络架构相比，接入网仅包括eNodeB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。
演进后的接入网E-UTRAN和演进后的核心网EPC在LTE网络架构中承担着彼此独立的功能，E-UTRAN由唯一的eNodeB功能实体组成，而EPC分别由MME和S-GW两个功能实体组成。如图5-1-3。
eNBInter Cell RRMRB ControlConnection Mobility Cont.MMERadio Admission ControlNAS SecurityeNB MeasurementConfiguration & ProvisionDynamic Resource Allocation (Scheduler)RRCPDCPS-GWRLCMACS1PHYPacket FilteringinternetE-UTRANEPCMobility AnchoringUE IP address allocationP-GWIdle State Mobility HandlingEPS Bearer Control图5-1-3 LTE系统逻辑功能结构
eNodeB（evolved NodeB），演进型基站，LTE接入网仅由eNodeB，提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点。eNodeB之间通过X2接口进行连接，并且在需要通信的两个不同eNodeB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。
eNodeB具有如下功能：
（1）无线资源管理功能，包括无线承载控制、无线接入控制、连接移动性控制、UE的上下行动态资源分配（调度）；
（2）IP头压缩及用户数据流加密； （3）UE附着时的MME选择； （4）路由用户平面数据至S-GW；
（5）广播消息的组织和发送（由MME或O&M产生）； （6）寻呼消息的组织和发送（由MME产生）； （7）以移动性或调度为目的的测量及测量报告配置。
MME（Mobility Management Entity）,移动管理实体，是3GPP协议LTE接入网络的关键控制节点，它负责空闲模式的UE(User Equipment)的定位，传呼过程，包括中继，即MME负责信令处理部分（控制面）。
MME的主要功能包括：
（1）非接入层（NAS，Non-Access Stratum）信令的处理，包括安全和许可控制；
（2）分发寻呼消息至eNodeB；
（3）移动性管理涉及核心网节点之间的信令控制； （4）空闲状态移动性控制； （5）SAE承载控制；
（6）非接入层NAS信令的加密与完整性保护；
（7）PDN GW与S-GW选择，向2G/3G切换时的SGSN选择； （8）跟踪区列表管理； （9）漫游、鉴权。
S-GW(Serving Gateway),服务网关，是EPC网络的用户面接入服务网关，相当于传统SGSN的用户面功能。在传统网络中，SGSN网元既负责移动性管理、用户接入控制等信令面相关的功能，也负责用户数据的转发。基于控制与承载分离的思想，在EPC网络中对SGSN的功能进行了拆分，即信令面功能由MME网元负责，而用户数据转发的用户面功能由SGW网元接管。