一篇很不错的LTE技术资料

yaoyuan033

LTE 网络结构



3GPP 系统架构演进（ SAE）
3GPP R8 （ Release 8） 在提出 LTE 的同时， 也提出了 SAE （ Service Architecture Evolution 系
统体系结构演进）的概念， SAE 由演进分组核心网（ EPC Evolved Packet Core）和演进统一陆
地无线接入网（ E‐UTRAN）两大部分构成。 SAE 采用了全 IP 的构架，简化了网络结构，使之
更加扁平，集成其他非 3GPP 的接入技术，能支撑更加灵活的业务。该体系结构将节点类型
从以前的 4 种（ NodeB， RNC， SGSN 和 GGSN）缩减到只有 2 种（ eNodeB 和 GW）。所有接
口均支撑基于 IP 的协议，所有的业务，包括语言基于 IP（ VoIP）的数据连接，节约了运营
商的成本。演进系统支撑不同的 IP 版本，并支撑没有 IP 连接的终端的 IP 地址配置，在终端
附着到网络的初始接入阶段就建立 IP。
演进分组核心网（ EPC）提供通向外部数据网络（例如互联网，企业局域网）和运营商
业务（例如彩信，多媒体广播与多播业务）的通道，支撑多种不同接入技术（例如， EDGE，
WCDMA， LTE， WLAN， CDMA2000 等）之间的移动切换。演进统一陆地无线接入网 （ E‐UTRAN）
负责所有激活终端（例如传送数据的终端）与无线相关的功能。终端直接接入无线网络的演
进基站（ eNodeB），然后通过 EPC 获得相应的服务。 EPC 包括控制平面和用户平面，移动性
管理实体（ MMS）是工作在控制平面的节点。用户平面由两个节点服务网关（ S‐GW）和分
组数据网网关（ P‐GW）组成，分组数据网网关（ P‐GW）是所有接入技术的通用锚点，为所
有用户提供一个稳定的 IP 接入点，无论他们是在一种接入技术之内移动，还是在多种接入
技术之间移动。服务网关（ S‐GW）是 3GPP 移动网络内的锚点，负责接入 eNodeB，为 LTE
接入用户的移动提供服务。移动性管理实体功能与网关功能分离，即控制平面/用户平面分
离，有助于网络部署、单个技术的演进以及全面灵活的扩容。
SAE 是一个同时支撑 GSM、 WCDMA/HSPA 和 LTE 技术的通用分组核心网，实现用户在
LTE 系统和其他系统之间无缝移动，实现从 3G 到 LTE 的灵活迁移，也能够集成采用基于客户
端和网络的移动 IP， WiMAX 等的非 3GPP 接入技术。
本文由论坛会员 kokoro 投稿，感谢他的贡献。
希翼广大 C 友积极投稿，投稿其实也是深度学习的一种途径，投稿信箱：
luntan@******1、 LTE系统结构
整个LTE系统由演进型分组核心网 （ Evolved Packet Core， EPC）、 演进型基站 （ eNodeB）
和用户设备（ UE）三部分组成，如图1所示。其中， EPC负责核心网部分， EPC控制处理部
分称为MME，数据承载部分称为SAE Gateway (S-GW)； eNode B负责接入网部分，也称
E-UTRAN； UE指用户终端设备。
图1：LTE网络构架
eNode B与EPC通过S1接口连接； eNode B之间通过X2接口连接； eNode B与UE之间通过
Uu接口连接。与UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB，所以LTE少了Iub接口。 X2
接口类似于Iur接口， S1接口类似于Iu接口，但都有较大简化。
相应的，其核心网和接入网的功能划分也有所变化，如图2所示：图2 核心网和接入网之间功能划分
MME的功能主要包括：寻呼消息发送；安全控制； Idle状态的移动性管理； SAE承载管
理；以及NAS信令的加密与完整性保护等。
S‐GW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。
2、 空中接口协议栈
空中接口是指终端和接入网之间的接口，通常也称之为无线接口。无线接口协议主要是
用来建立、重配置和释放各种无线承载业务。无线接口协议栈根据用途分为用户平面协议栈
和控制平面协议栈。
2.1 控制平面协议
控制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3所示：
控制平面协议栈主要包括非接入层（ Non‐Access Stratum， NAS）、无线资源控制子层
（ Radio Resource Control， RRC）、分组数据汇聚子层（ Packet Date Convergence Protocol，
PDCP ） 、 无 线 链 路 控 制 子 层 （Radio Link Control ， RLC ） 及 媒 体 接 入 控 制 子 层
（ Media Access Control， MAC）。
控制平面的主要功能由上层的RRC层和非接入子层（ NAS）实现。
NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内， 主要负责非接入层的管理和控制。
实现的功能包括： EPC承载管理，鉴权，产生LTE‐IDLE状态下的寻呼消息，移动性管理，安全
控制等。
RRC协议实体位于UE和eNode B网络实体内，主要负责接入层的管理和控制，实现的功
能包括：系统消息广播，寻呼建立、管理、释放， RRC连接管理，无线承载（ Radio Bearer，
RB）管理，移动性功能，终端的测量和测量上报控制。
PDCP、 MAC和RLC的功能和在用户平面协议实现的功能相同
2.2 用户平面协议
用户平面用于实行无线接入承载业务，主要负责用户发送和接收的所有信息的处理，如
图2‐4所示：图4 用户平面协议栈
用户平面协议栈主要由MAC， RLC， PDCP三个子层构成。
PDCP主要任务是头压缩，用户面数据加密。
MAC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，
HARQ功能，数据调度，逻辑信道的优先级管理等。
RLC实现的功能包括数据包的封装和解封装， ARQ过程，数据的重排序和重复检测，协
议错误检测和恢复等。
3、 S1接口协议栈
3.1 S1接口用户平面
S1用户面接口（ S1‐U）是指连接在eNode B和S‐GW之间的接口。 S1‐U接口提供eNode B
和S‐GW之间用户平面协议数据单元（ Protocol Date Unite， PDU）的非保障传输。 S1接口用
户平面协议栈如图2‐5所示。 S1‐U的传输网络层建立在IP层之上， UDP/IP 协议之上采用GPRS
用户平面隧道协议（ GPRS Tunneling Protocol for User Plane， GTP‐U）来传输S‐GW和eNode B
之间的用户平面PDU。图5 S1接口用户平面（ eNB-S-GW）
3.2 S1接口控制平面
S1控制平面接口（ S1‐MME）是指连接在eNode B和MME之间的接口。 S1控制平面接口
如图6所示。与用户平面类似，传输网络层建立在IP传输基础上；不同之处在于IP层之上采用
SCTP层来实现信令消息的可靠传输。应用层协议栈可参考S1‐AP(S1应用协议)。
图6 S1接口控制平面（ eNB-MME）在IP传输层， PDU的传输采用点对点方式。 每个S1‐MME接口实例都关联一个单独的SCTP，
与一对流指示标记作用于S1‐MME公共处理流程中；只有很少的流指示标记作用于S1‐MME
专用处理流程中。
MME分配的针对S1‐MME 专用处理流程的MME通信上下文指示标记，以及eNode B分配
的针对S1‐MME专用处理流程的eNode B通信上下文指示标记，都应当对特定UE的S1‐MME信
令传输承载进行区分。通信上下文指示标记在各自的S1‐AP消息中单独传送。
3.3 主要功能
S1接口主要具备以下功能：
（ 1） EPS承载服务管理功能，包括EPS承载的建立、修改和释放。
（ 2） S1接口UE上下文管理功能。
（ 3 ） EMM‐CONNECTED 状 态 下 针 对 UE 的 移 动 性 管 理 功 能 。 包 括 Intra‐LTE 切 换 、
Inter‐3GPP‐RAT切换。
（ 4） S1接口寻呼功能。寻呼功能支撑向UE注册的所有跟踪区域内的小区中发送寻呼请
求。基于服务MME中UE的移动性管理内容中所包含的移动信息，寻呼请求将被发送到相关
eNode B。
（ 5） NAS信令传输功能。提供UE与核心网之间非接入层的信令的透明传输。
（ 6） S1接口管理功能。如错误指示、 S1接口建立等。
（ 7）网络共享功能。
（ 8）漫游与区域限制支撑功能。
（ 9） NAS节点选择功能。
（ 10）初始上下文建立功能。
4、 X2接口协议栈
4.1 X2接口用户平面
X2接口用户平面提供eNode B之间的用户数据传输功能。 X2的用户平面协议栈如图2‐7
所示，与S1‐UP协议栈类似， X2‐UP的传输网络层基于IP传输， UDP/IP之上采用GTP‐U来传输
eNode B之间的用户面PDU。图7 X2接口用户面（ eNB-eNB）
4.2 X2接口控制平面
X2控制面接口(X2‐CP)定义为连接eNB之间接口的控制面。 X2接口控制面的协议栈如图8
所示，传输网络层是建立在SCTP上， SCTP是在IP上。应用层的信令协议表示为X2‐AP(X2应用
协议)。
图8 X2接口控制面每X2‐C接口含一个单一的SCTP并具有双流标识的应用场景应用X2‐C的一般流程。具有多
对流标识仅应用于X2‐C的特定流程。源eNB为X2‐C的特定流程分配源eNB通信的上下文标识，
目标eNB为X2‐C的特定流程分配目标eNB通信的上下文标识。这些上下文标识用来区别UE特
定的X2‐C信令传输承载。通信上下文标识通过各自的X2‐AP消息传输。
4.3 主要功能
X2‐AP协议主要支撑以下功能：
（ 1）支撑UE在EMM‐CONNECTED状态时的LTE接入系统内的移动性管理功能。如在切换
过程中由源eNB到目标eNB的上下文传输；源eNB与目标eNB之间用户平面隧道的控制、切换
取消等。
（ 2）上行负载管理功能。
（ 3）一般性的X2管理和错误处理功能，如错误指示等。