LTE核心网网络架构

作者：张成哲    班级：1402019    学号：14020199042

【嵌牛导读】：随着LTE技术标准的完善和成熟，各运营商在LTE技术上投入的不断加大，对LTE系统核心网网络架构各部分网元功能的分析变得至关重要，本文通过分析各网元的功能，实现对核心网架构的一个简单介绍。

【嵌牛鼻子】：LTE 核心网

【嵌牛提问】：什么是LTE核心网？其主要网络架构又是什么？

【嵌牛正文】：

       LTE(Long Term Evolution,长期演进) 就是3GPP的长期演进，是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，它增强了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，为降低用户面延迟，取消了无线网络控制器（RNC），采用扁平网络结构。在20MHz频谱带宽下能提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

       当前，全球无线通信正呈现出移动化、宽带化和IP化的趋势，移动通信行业的竞争极为激烈。在现有技术还没有大规模商用之前，一些无线宽带接入技术也开始提供部分的移动功能，通过宽带移动化，试图进入移动通信市场。为了维持在移动通信行业中的竞争力和主导地位，3GPP组织在2004年11月启动了长期演进过程LTE以实现3G技术向4G的平滑过渡。3GPP计划的目标是：更高的数据速率、更低的延时、改进的系统容量和覆盖范围以及较低的成本。

       LTE对空口和接入网的技术指标包括：

       （1）峰值数据速率，下行达到100Mbit/s，上行50Mbit/s。

       （2）提高频谱效率（达到Release 6的2～4倍）。

       （3）接入网时延（用户平面UE-RNC-UE）时延不超过10ms。

       （4）减小控制平面时延，UE从待机状态到开始传输数据时延不超过100ms（不包括下行寻呼时延）。

       为了实现这一目标，除了要考虑空中接口技术的严禁之外，还需要考虑网络体系结构的改进。对无线接入网网络架构的研究就是要找出最优的网络结构并考虑介入网内以及接入网与核心网之间的功能划分，以期望实现更高的数据速率、更低的时延。

        LTE网络架构的需求：

       （1）单一网络结构。

       （2）基于分组业务的网络架构，支持实时以及会话类业务。

       （3）尽可能不通过增加额外的回程开销，最小化“单点失败”的出现机会。

       （4）尽可能简化和最小化引入的接口数目。

       （5）如果需要提高系统性能，不排除无线网络层（RNL）与传输网络层之间的交互。

       （6）支持端到端的QoS。传输网络层向无线网络层提供适当的QoS。

       （7）QoS机制需要考虑存在的多种业务类型，保证有效的带宽使用率，例如：控制平面业务，用户平面业务，以及Q&M业务。

       （8）最小化时延抖动，比如针对分组通信的TCP/IP。

       LTE网络整体结构：

       LTE采用扁平化、IP化的网络结构，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。其中，E-UTRAN由eNB构成；EPC由MME，S-GW以及P-GW构成。相对UMTS得网络结构而言，LTE网络结构进行了大幅度简化。

       EPC核心网架构的特征：

       （1）控制面与用户面完全分离，网络趋向扁平化。

       （2）支持3GPP与非3GPP(如Wi-Fi、WiMAX等)的多种方式的接入，并支持用户在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换。

       （3）核心网中不再有电路域，EPC成为移动电信业务的基本承载网络。

       通信网络中一些网元的解释：

       MME（Mobility Management Entity，移动管理设备）提供了用于LTE接入网络的主要控制，并在核心网络的移动性管理，包括寻呼、安全控制、核心网的承载控制以及终端在空闲状态的移动性控制等。它跟踪负责身份验证、移动性，以及与传统接入2G/3G接入网络的互通性的用户设备(UE)。

       S-GW（Signaling Gateway，服务网关）负责UE用户平面数据的传送、转发和路由切换等，同时也作为eNodeB之间互相传递期间用户平面的移动锚，以及作为LTE和其他3GPP技术的移动性锚。另一方面S-GW提供面向E-UTRAN的接口，连接NO.7信令网与IP网的设备，主要完成传统个PSTN/ISDN/PLMN侧的七号信令与3GPP R4罗侧IP信令的传输层信令转换。

       P-GW（Packet data networks gateway，分组数据网网关）管理用户设备(UE)和外部分组数据网络之间的连接。一个UE可以与访问多个PDN的多个PGW同步连接。PGW执行政策的实施，为每个用户进行数据包过滤、计费支持、合法拦截和数据包筛选。分组数据网网关也是推动对处理器和带宽性能增加需求的关键网络元素。