LTE基础知识之网络基础

一，移动通信网的发展情况：

1）第一代移动通信：模拟制式的蜂窝移动通信系统。通话质量差、频谱使用率低，是一种简单的移动通信网络。

2）第二代移动通信：以GSM、GPRS为代表。GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式，每个载频支持8个信道，信号带宽为200KHZ。GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。

3）第三代移动通信：TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。TD-SCDMA是TDD时分双工、CDMA（码分多址），WCDMA和CDMA2000都是FDD（频分双工）、CDMA的工作模式。

              4）第四代移动通信：LTE。LTE的主要目标为降低时延、提高用户数据数率、改善系统容量以及覆盖，并且降低运营商的成本。其具有以下特点：

1. LTE的接入方式：下行OFDMA,上行SC-FDMA，有效的提高了频谱利用率。

2.取消了电路交换域，采用全分组域。从而提高系统频谱利用率。

3.取消了RNC实体；eNB直接连接到MME和S-GW，降低了数据中转延时和网络复杂度。

4.RRC ，PDCP，RLC与MAC都位于eNB，简化了实体之间的交互，降低了管理复杂度。

5.eNB之间存在接口，以便于实现无损切换。

6. LTE取消了专用信道，上行和下行都采用共享信道。

7. LTE中的一个TTI大小是1ms；而TDD中一个TTI最小是2ms（HSUPA）。

二、   三大协议以及支持厂商

CDMA2000---美国高通、摩托罗拉、朗讯、韩国三星

WCDMA---J-Phone、爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电NTT、富士通公司、夏普

TD-SCDMA---大唐、西门子、中兴、华为、普天

演进状态

WCDMA：GSM—GPRS—EDGE—WCDMA

CDMA2000:CDMAIS95—CDMA20001X—CDMA20003X

TD-SCDMA:GSM—GPRS—TD-SCDMA.

LTE：TD-SCDMA—HSPDA—HSUPA—LTE（以TD-SCDMA为例）

三   通信网的网络架构

一个统一的移动通信系统的基本架构主要包括3个部分：用户设备单元(UE)、无线网络系统域(UTRAN)和核心网(CN)。其通用模型如下：

3.1 GSM网络架构

 

如图所示，这是GSM的网络组织结构图，其中，MS为移动台，属于用户设备域，用户设备包括车载型，便携型和手持型；BSS为基站子系统模块，由BTS—基站收发信台接收UE端发出的信号和发送无线网络域的基站信号和BSC—基站控制器组成。NSS为网络子系统，包括OMC\MSC\VLR\HLR\ACU等。OMC为操作维护中心，传输操作子系统OSS上层的管理命令，连接BSC与MSC之间的控制传输；MSC为移动交换中心，实现呼叫控制、移动管理等功能；VLR—拜访位置寄存器，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息；HLR—归属位置寄存器。是通信系统的中央数据库，存储用户的相关信息；ACU—鉴权中心，主要是鉴权功能和加密密匙功能。NMC—网络管理中心、DPPS—数据后处理系统、PCS—用户识别卡个人中心、SEMC—安全性管理中心属于操作子系统单元，完成上层的鉴别和管理工作。

GSM的移动通信系统有3个空中接口：

Um—MS与UTRAN之间的接口

Abis—BTS与BSC之间的接口

A—UTRAN与CN网之间的接口

 

3.2 TD-SCDMA网络架构

 

同GSM的网络架构差不多，TD的网络架构也是由三个部分组成，为了前向兼容GSM网络，TD保留了GSM无线网络域的部分，通过相应的空中接口，对于TD核心也能访问GSM网络。

1.无线网络的空中接口：

              Iu:核心网与RNC之间的接口。

              IuCS：无线接入网利用核心网的电路交换域CS与PSTN（公共交换电话网）网络建立通信接口。

                  IuPS：无线接入网利用核心网的PS域与IP网络建立通信接口。

                     Iub：NodeB与RNC之间的接口。

                     Iur：RNC之间的接口。

                  A接口: 支持GSM的基站设备通过电路交换域接入传统的PSTN。

              Gb接口：支持GSM的基站设备通过分组交换域接入传统的IP等数据网络的数据业务。

2. 模块功能：

   MSC：移动交换中心，是TD-SCDMA系统中的电路交换域向分组网演进的核心设备，主要实现呼叫控制、移动性管理等功能，包括VLR等。

   GMSC：与MSC类似，但其是移动网络与外部网络的接口

MGW: 媒体网关，提供承载控制和传输资源。

SGW：信令网关，连接NO.7信令网与IP网络的设备

Mc：MSC与MGW之间的接口，应用协议层H.248，可以基于ATM或IP。

Nb：MGW之间的接口，实现承载的控制与传输

Nc：MSC与GMSC接口，实现局间的呼叫控制，应用层协议为ISUP或BTCC（Bearer Independent Call Control），可以基于ATM或者IP

VLR：拜访位置寄存器，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动提供建立连续呼叫服务。

HLR：归属位置寄存器，HLR是TD-SCDMA通信系统中的中央数据库，存储用户相关信息。

EIR：移动设备识别寄存器，存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）

 

3.3 LTE网络架构

LTE系统是一个高数据率，低时延和基于全分组的移动通信系统。具有以下特性：

在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；

改善小区边缘用户的性能；

提高小区容量；

降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；

支持100Km半径的小区覆盖；

能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；

支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽。

下图是LTE非漫游模式的网络架构图:

      

（1）eNB (Evolved NodeB)

演进的NodeB ，实现了3G系统中NodeB和部分RNC的功能。包括：PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC各层实体；控制面和用户面的连接建立，管理和释放；分组数据包的头压缩；部分无线资源管理的功能。

（2）E-UTRAN (Evolved UTRAN)

     演进的UTRAN，由多个eNB构成。

（3）aGW

  E-UTRAN的接入网关，属于核心网功能，包括MME和S-GW。

（4）S-GW

主要功能是服务于每一个与EPS相关的UE，如eNodeB间切换时，作为本地锚定点，在2G/3G系统和PDN-GW之间传输数据信息，在EMM-IDLE模式下为下行数据包提供缓存；发起业务请求流程，合法侦听，IP包路由和前转/标记，计费等。

（5）MME (Mobility Management Entity)

移动性管理实体，核心网部分。其承担的功能包括：发起寻呼；UE空闲状态的移动性管理；NAS层信令和用户数据的加密等。

（6）EPC (Evolved Packet Core)

        演进的分组核心网，包括MME、S-GW、P-GW等。  

（7）EPS： Evolved Packet system

LTE的网络系统，包含E-UTRAN和 EPC network。

（8）LTE-Uu接口

  E-UTRAN和UE之间的接口。

（9）S1接口

E-UTRAN和aGW之间的接口。 E-UTRAN和MME之间的接口叫S1-MME接口；E-UTRAN和S-GW之间的接口叫S1-U接口。