LTE核心网网络架构,背景知识

2019-08-22 18:19栏目:通讯产品
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当今社会,个人通信的迅猛发展极大地促使了个人通信设备的微型化和多样化,结合多媒体消息、在线游戏、视频点播、音乐下载和移动电视等数据业务的能力,大大满足了个人通信和娱乐的需求。

作者:张成哲    班级:1402019    学号:14020199042


在移动互联网时代,数据流量呈指数级增长,运营商的网络正承受前所未有的压力。向LTE演进将有效缓解这一压力,因此,全球运营商争着加入部署LTE的行列。然而,频谱资源紧张的难题日益凸显,可供LTE使用的频谱越来越高,越来越零散,这为运营商带来了新的挑战。在LTE的后续演进LTE-Advanced中,业界针对LTE面临的新课题,提出载波聚合、LTE-Hi等新的解决方案,它们将有助于运营商向用户交出一份更好的答卷。

数据业务作为增加用户收入的一种重要方式,它的开通受到了移动运营商的热切关注。特别是,某些业务能从更高的数据速率中获益。作为手机数据业务的3G系统在支持IP数据业务时频谱效率低,其面向连接固定带宽的结构不适应突发式IP数据业务的需求。为此,3GPP和3GPP2都认识到目前的系统提供互联网接入业务的局限性,试图在原来的体系框架内,在下行链路中采用分组接入技术,大幅度提高IP数据下载和流媒体速率。3GPP在R5系统中增加了高速下行分组接入,速率可以达到10Mbit/s以上,随后进一步在R6中增加高速上行分组接入,将解决上行链路分组化问题,提高上行速率,进一步引入自适应波束成形和MIMO等天线阵处理技术,可将下行峰值速率提高到30Mbit/s左右,核心网也在向全IP网演化。

【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。

原文链接:http://drunkevil.com/2015/05/22/learning-lte-part-1/
作者:drunkevil

载波聚合:成倍提升网络容量

为了提高3G在新兴的宽带无线接入市场的竞争力,摆脱Qualcom的CDMA专利制约,需要发展LTE(long term evolution)计划,以填补这一空档。为此,3GPP无线接口的长期演进相关工作于2004年底启动,大唐移动一直积极推进TD-LTE的标准化,从2005年6月到2007年6月,大唐移动已向3GPP提交TD-LTE相关文稿687篇,会议采纳154篇,截至2008年6月,大唐移动LTE方面相关专利已突破500件,远远走在同行业其他公司的前面。

【嵌牛鼻子】:LTE 核心网


在无线通信系统中,频谱资源是运营商最为宝贵的资源。然而,很多运营商的实际情况是拥有几个甚至好几个连续或离散的频谱资源。如何能够优化成本,最大限度地利用现有频谱资源,一直是运营商的关注焦点。载波聚合(Carrier Aggregation,CA)正是为解决这一发展瓶颈而生。

LTE采用OFDM和MIMO等先进技术,支持1.4MHz~20MHz灵活的带宽分配,代表了移动通信技术的发展趋势,采用扁平化全IP网络架构,大大降低用户面和控制面的延迟,减少系统中的协议转换,大大降低了网络复杂性,减少网络安装和管理成本。LTE采用共享信道传输数据,支持多个用户同时传输数据,下行频谱效率可达HSDPA的3~4倍;上行频谱效率可达 HSUPA 的2~3倍,大唐移动的原理样机下行速率可达100Mbps,上行速率可达50Mbps。如此高的峰值速率与频谱利用率,定然能给用户带来更舒适的使用体验,提高用户满意度,拉动数据业务的发展。

【嵌牛提问】:什么是LTE核心网?其主要网络架构又是什么?

一、标准化组织

无线通信技术的演进离不开一些标准化组织。

载波聚合技术是LTE-Advanced R10标准中的代表性技术,通过将多个LTE成员载波聚合起来形成更大的带宽,实现上下行峰值速率、上下行边缘速率成倍的提高,同时实现小区容量的成倍提高。该技术可以给频谱资源较丰富的TDD运营商带来更强的TD-LTE网络传输能力。

对于个人业务,用户对当今大多数无线网络的有限数据速率感到非常失望。LTE技术能够实现质量更好、数量更多和速度更快的连接,让超级连接世界中的生活变得更加简便。LTE的特点决定其有可能向个别用户提供支持视频业务的足够带宽。在标准情况下,可提供1.25~20MHz的信道带宽。最终的性能则要求20 MHz频谱分配和提供100 MHz标题信息(headline cell)数据率。

【嵌牛正文】:

1、ITU(International Telecommunication Union)

国际电信联盟,主要任务是制定标准,分配无线频谱资源,组织各个国家之间的国际长途互连方案,成立于1865年5月17日,是世界上最悠久的国际组织。

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大唐移动专家表示,当前,整个产业界对于载波聚合技术是非常重视的,原因就在于这项技术可以带来的显著性能增益。采用了载波聚合技术之后(仅以增加一倍频谱为例),网络中即可以实现容量的成倍提升,以及接纳用户数或者当前用户体验速率的倍数增长。

对于家庭应用,应该会成为新的商业模式,因为新型的家庭互联会成为现实,实现家庭里面各种电器的互联。家庭的网络化可以通过固定接入,也可以通过无线接入。在宽带无线接入的场景下,可以选择LTE。LTE的部署,可以根据运营商所拥有的频段,以及现在的网络架构,做比较灵活的部署。

       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。

2、3GPP(3rd Generation Partnership Project)

第三代合作伙伴计划,成立于1998年12月,目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的第三代移动电话系统规范。它致力于GSM到WCDMA的演化,虽然GSM到WCDMA空中接口差别很大,但是其核心网采用了GPRS的框架,因此仍然保持一定的延续性。3GPP基本每一年出台一个版本(Release),目前最新的版本是Release 13。欧洲ETSI、美国ATIS、日本TTC和ARIB、韩国TTA以及我国CCSA是3GPP的6个组织伙伴。

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根据中国的LTE部署情况,大唐移动认为,载波聚合技术的引入是非常有必要的。在已经比较成熟的TD-LTE系统设备中提前引入TD-LTE-Advanced载波聚合技术是中国移动和大唐移动共同倡导的技术发展思路。在网络中部署载波聚合技术,对于满足中国TD-LTE用户体验有重要的意义,这是在“宽带中国战略”指导下的必然要求。

如果用ADSL(非对称数字用户线路)来部署固定接入网络,在支持部署300个家庭的情形下,需要的数据容量达12M;如果用LTE做同样的部署,用5M带宽就可以支持900个家庭,比ADSL的效率会更高。如果支持1800个家庭,使用10M的带宽,LTE也可以做得很好。所以说从家庭应用的接入前景来看,LTE未来应该会比ADSL更受欢迎。

       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。

3、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)

第三代合作伙伴计划2,与3GPP几乎同时成立,由美国TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起,中国无线通信标准研究组(CWTS)于1999年6月在韩国正式签字加入3GPP2。其主要致力于从2G的IS-95到3G的CDMA2000标准体系演进,得到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。

3GPP和3GPP2两者实际上存在一定竞争关系,3GPP2致力于以IS-95(在北美和韩国应用广泛的CDMA标准)向3G过渡,和高通公司关系更加紧密。与之对应的3GPP致力于从GSM向WCDMA过渡,因此两个机构存在一定竞争。

同时,载波聚合技术在网络中的引入,对于TD-LTE的全球性推广也将会有积极作用。TD-LTE技术标准是以中国通信业界为主导推动的国际化通信标准。中国在TD-LTE产业发展过程中起到了重要的标志性示范作用。那么,在技术标准、系统设备、终端等产业链验证趋于成熟的今天,中国的TD-LTE网络能够展示出怎样的优异性能,必然是全世界都关注的。

从智能家庭的应用来看,未来随着终端能力的提高以及LTE的部署,这些应用会成为现实。比如用户可以用终端查询外面的温度,然后用终端调整家里的空调;在办公室可以用手持终端上实时的视频图像监测自己的孩子是否安全回家。可以说,最终的用户体验是多种多样的。所以我们认为LTE未来可以用非常低的成本,来提供家庭的宽带连接。将来不仅是家庭,还包括小商铺和小企业,都可以通过LTE实现永远在线的连接。这种服务的特点是比较安全、便捷,而且非常可靠。

       LTE对空口和接入网的技术指标包括:

4、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)

电气电子工程师学会,作为IT领域学术界的老大,在无线通信标准方面主要制订了大名鼎鼎的WiFi协议以及WiMAX协议,并力推WiMAX作为3G标准。

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各个组织的关系可以概括为

在ITU协调下,满足一定需求的移动通信技术统称为“IMT家族”(International Mobile Telecommunications Family),ITU为这些技术分配相应的频谱资源。从技术和标准的角度看,后面三个组织负责标准制定,来满足IMT的需求,不断地对无线通信系统进行完善。如下图所示。

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就中国来说,图中3GPP的演进路线包括了移动和联通从2G、3G到4G的演进过程,而3GPP2则代表了电信的演进过程。

在3GPP标准的演进过程中,2G时代的GSM/GPRS/EDGE主要基于时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)接入技术;3G时代主要是码分多址接入(CDMA)技术;最后,LTE采用了正交频分复用多址接入(OFDMA)技术。目前,OFDM在无线通信标准的演进中已经起到主导作用。

鉴于载波聚合技术带来的网络性能提升,系统设备厂商纷纷推出支持载波聚合的产品。大唐移动2012年上半年即已实现TD-LTE设备对于载波聚合功能的支持,商用产品已支持在D频段(2570MHz至2620MHz)以及E频段(2320MHz至2370MHz)的频段内两个20MHz载波共40MHz带宽的合并。该功能先后经历了中移动研究院实验室以及南京TD-LTE现网的规模外场测试等多次充分验证。测试验证,聚合两个20MHz载波时的速率,子帧配置5ms 2D2U的峰值下行速率达到163Mbps,子帧配置5ms 3D1U的峰值下行速率达到223Mbps,且规模外场验证载波聚合时功能完备,多站间切换顺畅,切换成功率100%。

借助更快的响应时间和更高的吞吐率、减少的延迟,以及更高的峰值速率,LTE 可显著改善移动数据应用方面的用户体验。对于企业,视频会议等业务质量提高的同时成本也将降低。

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

二、LTE基本需求

LTE标准化流程始于2004年11月在多伦多召开的一次研讨会上,当时参与移动通信业务开发的许多公司,都阐述了他们关于3GPP所推进的技术规范未来演进的设想,主要包括基本需求和满足需求的适当技术。

具体需求可概括为:

  • 减少时延,包括连接建立和传输两个方面;
  • 提高用户数据传输速率;
  • 为保证业务的一致性,提高小区边缘用户的比特率;
  • 降低每比特成本,提高频谱效率;
  • 提高频谱使用的灵活性;
  • 简化网络结构;
  • 无缝移动性,包括不同的无线接入技术之间;
  • 实现移动终端的合理功耗。

为了满足这些需求,LTE系统设计涵盖了无线接口和无线网络架构两个方面。

在LTE的第一个版本也就是Release 8中,对这些需求进行了定性的描述,比如下行峰值速率100 Mbit/s,上行峰值速率50 Mbit/s,下行峰值频谱效率5 bit/s/Hz,上行峰值频谱效率5 bit/s/Hz等。具体的性能见下表:

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需要说明的是,峰值速率也许并不是一个关键的因素,只是一个理论上的值,实际中仅仅是运营商宣传的噱头。

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理论上,峰值速率定义为:把整个带宽都分配给一个用户,并采用最高阶调制和编码方案以及最多天线数目前提下每个用户所能达到的最大吞吐量。在Release 8中对天线数的基本假设是终端具有两根接收天线和一根发射天线。所有这些条件对于一个用户来说几乎不可能同时满足,峰值速率也就没有太大的实际意义了。

对于运营商来说,在LTE设备上支持载波聚合技术是非常便利的。以大唐移动目前为中国移动已建设的数千计的TD-LTE基站为例,只要进行软件功能的升级或开启,即可支持载波聚合功能,并且不影响TD-LTE网络中已有终端接入。

LTE解决方案可以为当今的2G和3G网络用户提供可靠的移动网络,同时使网络具有更高的带宽、更大的容量和更低的延迟。LTE给用户带来的全新通信体验毫无疑问会拉动数据业务的发展。 图片 7

       (2)提高频谱效率(达到Release 6的2~4倍)。

三、LTE关键技术

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目前,载波聚合技术还未开始大规模应用,主要是在等待终端芯片的成熟。根据与产业链内终端芯片环节的沟通,据悉在年内会有支持载波聚合技术的产品推出,可供测试验证。

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

OFDM

OFDM之于LTE就像是CDMA之于三大3G标准,是LTE系统的基础和核心。除了技术演进的需求之外,LTE之所以会选择OFDM的另一个原因在于3GPP想避开高通公司高昂的CDMA专利费用,且已经有IEEE的WiMAX作为OFDM的领航者。

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OFDM系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响,其中载波间隔又是OFDM系统的最基本参数,经过理论分析与仿真比较最终确定为15kHz。循环前缀(CP)的长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。长CP利于克服多径干扰,支持大范围覆盖,但系统开销也会相应增加,导致数据传输能力下降。为了达到小区半径100Km的覆盖要求,LTE系统采用长短两套循环前缀方案,根据具体场景进行选择:短CP方案为基本选项,长CP方案用于支持LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。

LTE-Hi:高频段、高带宽、高性能

       (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)。

MIMO

使用多天线技术,可以把空间域作为另一个新资源。在追求更高的频谱效率的要求下,多天线技术已经成为最基本的解决方案之一。

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多天线技术可以带来下图所示的三种基本增益:

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  • (a) 分集增益:利用多天线带来的空间分集来改善多径衰落情况下传输的健壮性。
  • (b) 阵列增益:通过预编码或者波束成形使能量集中在一个或者多个方向。
  • (c) 空间复用增益:在可用天线组合所建立的多重空间层上,将多个信号流传输给单个用户。

LTE已确定MIMO天线个数的基本配置是下行2×2、上行1×2,但也在考虑4×4的高阶天线配置。另外,LTE也采用小区干扰抑制技术来改善小区边缘的数据速率和系统容量。下行方向MIMO方案相对较多,根据2006年3月雅典会议报告,LTE-MIMO下行方案可分为两大类:发射分集和空间复用两大类。目前,考虑采用的发射分集方案包括块状编码传送分集(STBC,SFBC),时间(频率)转换发射分集(TSTD,FSTD),包括循环延迟分集(CDD)在内的延迟分集(作为广播信道的基本方案),基于预编码向量选择的预编码技术。其中预编码技术已被确定为多用户MIMO场景的传送方案。

如果说载波聚合是LTE-Advanced R10标准中的代表性技术,那么,LTE-Hi的引入则是LTE-Advanced R12标准中最大的亮点。LTE-Hi是SmallCell的增强版本,是移动通信网向移动宽带网方向的一系列新技术方案汇总。其主要针对热点和室内应用(Hotspot and Indoor)场景研究,目标是应用高频段(Higher frequency),具有高带宽(High bandwidth)、高性能(Higher performance)的特点。目前,LTE-Hi的一些技术点已经写入R12中,主要从提高频谱效率,提高运营效率,增强移动性和结构优化几个方面进行了技术改进。

       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。

四、LTE演进过程

LTE的第一个版本(Release 8)在2007年12月完成,第一个商用网络于2009年在北欧部署。目前为止,3GPP共发布了6个版本,分别为Release 8到Release 13,

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LTE-Hi提出了一些新技术:例如动态TDD,可以根据业务上下行速率需求和干扰情况,动态调整UL/DL的时隙配置,充分发挥了TDD特点,提高频谱利用效率;降低了大量SmallCell部署情况下手工配置难度高的问题,提高运营效率;另外,LIPA技术提出了本地业务分流技术,解决未来移动互联网应用产生的大量数据业务如何从本地尽快分流到internet,降低对核心网的负担问题。R12没有解决的技术问题后续还会继续在R13中深入研究。

        LTE网络架构的需求:

Release 8 - LTE 初出茅庐

LTE最初为3GPP R8,R8主要定义了以下内容:

1)高峰值数据速率:下行100 Mbps,上行50 Mbps;
2)高频谱效率;
3)灵活带宽:1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz;
4)IP数据包在理想无线条件下时延为5毫秒;
5)简化网络架构;
6)OFDMA下行和SC-FDMA上行;
7)全IP网络;
8)MIMO多天线方案;
9)成对(FDD)和非成对频谱(TDD)。

大唐移动专家表示,LTE-Hi的部分技术会随着LTE SmallCell产业的发展逐步应用到产品中,并可能会形成公网应用、本地接入应用等针对不同应用场景的产品。LTE-Hi的部署还需要一段比较长的时间,需要UE和网络支持能力匹配。目前,我国还处于4G发展初期,先要解决R9/R10功能的LTE SmallCell部署问题,通过这个部署,带动LTE数据流量的爆发增长,发现核心网的业务承载能力遇到瓶颈,会推动LIPA技术的应用。

       (1)单一网络结构。

Release 9 - 增强型LTE

R9是最初的LTE增强版,只是对R8做了一些补充,以及基于R8做了一些小小的改进。主要内容包括:

1)PWS(Public Warning System,公共预警系统): 在自然灾害或其它危急情况下,公众应该能及时收到准确的警报。加上R8引入的EWTS(地震海啸预警系统),R9引入了CMAS(商用手机预警系统),以便在灾后电视、广播信号和电力等中断的情况,该预警系统仍能够以短信的方式及时向居民通报情况。

2)Femto Cell: Femto Cell基本上用于办公室或家中,并通过固话宽带连接连接到运营商网络。3G Femto Cell被部署于世界各地,为了让LTE用户也能用上Femto Cell,R9引入了Femto Cell。

3)MIMO波束赋型:在eNB估算位置,直接将波束指向UE,波束赋形可以提升小区边缘吞吐率,在R8,LTE只支持单层波束赋形,R9将之扩展至多层波束赋形。

4)自组织网络(SON): 为了减少人力成本,SON的意思是,网络自安装、自优化、自修复。SON的概念在R8就引入,不过,当时主要是针对eNB自配置,到了R9,根据需求增加了自优化部分。

5)EMBMS:有了多媒体广播多播业务(MBMS),运营商可以通过LTE网络提供广播服务。虽然这一想法并不新颖,广播服务早已运用于传统网络,但LTE中的MBMS信道是从数据速率和容量的角度发展而来。R8完成了在物理层对MBMS的定义,R9完成了更高层的定义。

6)LTE定位: R9定义了三种LTE定位方法,即A-GPS(辅助GPS)、OTDOA(到达时间差定位法)和E-CID(增强型小区ID)。主要目的是为了在紧急情况下,且用户无法确定自己位置的情况下,提升用户位置信息的准确性。

在LTE-Hi研究方面,大唐是最早发起并参与LTE-Hi讨论的公司,并将LTE-Hi做为重要战略方向之一。对LTE-Hi标准研究、频率推动、技术创新、产业化推进等各方面进行了完整的战略部署。在标准推动方面,大唐全面参与R12标准研究和推进工作,并组织了小小区增强重要技术eIMTA,即dynamic TDD,大量提案写入3GPP协议。在频率方面,大唐在ITU等组织积极进行LTE-Hi相关频段研究和推动,并参与工信部组织的3.5GHz与卫星共存测试。在技术创新方面,大唐提出针对LTE-Hi场景和业务特性的多项技术方案并进行评估,包括移动性增强、本地化接入等。在产业化推进方面,大唐连续参与和牵头多个LTE-Hi国家重大专项,积极推动LTE-Hi产业化,开发了3.5GHz频段SmallCell产品和终端,并制定了长期的LTE-Hi系统演示和产业化发展路线。

       (2)基于分组业务的网络架构,支持实时以及会话类业务。

Release 10 - LTE Advanced

R10属于LTE-A标准。由于ITU IMT-Advanced提出了R8无法实现的更高速率要求,为此,R10提出了很多重要的功能和提升。

ITU IMT-Advanced提出的主要需求包括:

  • 1 Gbps DL / 500 Mbps UL 吞吐率
  • 高频谱效率
  • 全球漫游

R10主要新增内容包括:

1)增强型上行链路多址(Enhanced Uplink multiple access): R10引入了分簇单载波频分多址(clustered SC-FDMA)。R8的SC-FDMA只允许频谱连续块,而R10允许频率选择性调度。

2)MIMO增强: LTE_A允许下行高达8×8 MIMO,在UE侧,它允许上行4X4MIMO。

3)中继节点(Relay Nodes): 在弱覆盖环境下,Relay Nodes或低功率enb扩展了主eNB的覆盖范围,Relay Nodes通过Un接口连接到Donor eNB (DeNB)。

4)增强型小区间干扰协调(eICIC):eICIC主要应付异构网络(HetNet)下的干扰问题, eICIC使用功率、频率或时域来减小HetNet下的频率干扰。

5)载波聚合(CA):对于运营商来说,载波聚合是最低成本的办法去利用他们手上的碎片频谱资源来提升终端用户速率。通过合并5个20MHz载波,LTE-A支持最高100MHz载波聚合。

6)支持异构网络(HetNet): 宏蜂窝小区和small cell结合而组成异构网络。

7)增强型SON: 针对网络自修复流程,R10提出了增强型SON。

目前,LTE生态系统还处在从3GPP R9向R10标准演进阶段,基站和终端的芯片能力刚能满足R10需求,芯片能力对于满足后续的更高速率需求还存在一定差异,例如目前还没有能支持4×4 MIMO的低功耗芯片。各公司主要都基于R10进行产品开发,LTE-Hi的新功能的真正应用部署还需要一段比较长时间,如果能解决高性能、低成本的基站和终端芯片,并通过产业的整体推动,促进终端和网络设备功能提升才能促进LTE-Hi的发展。 图片 13

       (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。

Release 11 - 增强型 LTE Advanced

R11主要内容包括:

1)增强型载波聚合:

  • 多时间提前量(TAS)用于上行链路载波聚合
  • 非连续的带内载波聚合
  • 为支持TDD LTE载波聚合,物理层的变化

2)协作多点传输(COMP):是指地理位置上分离的多个传输点,协同参与为一个终端的数据(PDSCH)传输或者联合接收一个终端发送的数据(PUSCH)。

3)ePDCCH: 为了提升控制信道容量,R11引入了ePDCCH。ePDCCH使用PDSCH资源传送控制信息,而不像R8的PDCCH只能使用子帧的控制区。

4)基于网络的定位: 这是一种上行定位技术,其原理是基于eNB测量的参考信号的时间差来实现。

5)最小化路测(MDT): 路测费用是昂贵的。为了减少对路测的依赖,R11推出了新的解决方案,它是独立于SON,MDT基本上依赖于UE提供的信息。

6)机对机通信的Ran过载控制(Ran overload control for Machine type communication):当过多设备接入网络时,网络可以禁止一些设备向网络发送连接请求。

7)In Device Co Existence:移动终端设备通常有多个射频通路,比如LTE,3G,蓝牙,WLAN等, 为了减轻多路并存带来的干扰,R11提出了如下解决方案:

  • 基于DRX时域解决方案
  • 频域解决方案
  • UE自主否认

8)智能手机电池节能技术: UE可以通知网络是否需要进入省电模式或普通模式,根据UE的请求,网络可以修改DRX参数。

       (4)尽可能简化和最小化引入的接口数目。

Release 12 - 更强的增强型 LTE Advanced

1)增强型small cell: 主要内容包括密集区域部署small cell,宏小区和small cell之间的载波聚合等。

2)增强型载波聚合: R12允许TDD和FDD之间载波聚合,还允许3载波聚合。

3)机器对机器通信(MTC):未来几年内,机器对机器通信可能会爆发性增长,很可能会引起网络信令、容量不足的问题。为了应付这种情况,新的UE category被定义,作为对MTC的进一步优化。

4)WiFi和LTE融合: LTE和WiFi之间融合,运营商可以更好管理WiFi。在R12中,提出了LTE和WIFI之间的流量转移和网络选择机制。

5)LTE未授权频谱(LTE-U): 丰富的未授权频谱资源,可以增加运营商网络容量和性能。

       (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。

Release 13 - 满足不断增长的流量需求

1)增强型载波聚合: R13的目标是支持32 CC 载波聚合,而在R10中,仅支持5 CC。

2)增强型机对机通信(MTC): 更低的UE category,进一步减少物联网设备使用带宽、能耗,延长设备电池使用时间。

3)增强型LTE-U: 为了面向高增长的流量需求,R13的目标是,主小区使用授权频谱,从小区使用未授权频谱。

4)室内定位: R13将致力于提升现有的室内定位技术,也探索新的定位方法,提高室内定位的准确性

5)增强的多用户传输技术: R13将采用叠加编码来提升下行多用户传输技术。

6)增强型MIMO: R13将致力于多达64天线端口的更高阶MIMO系统。

       (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。

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