4G核心网介绍-LTE和EPC介绍
4G --LTE知识点
LTE课程1.ofdm/mimo2.EPC:核心网3.CS：电路域4.eNB：无线资源管理（基站）5.x2口：eNB与eNB之间的接口6.PDCCCH：下行控制信道7.传统FDM:为避免载波间干扰，需要在相邻的载波间保留一定保护间隔，大大降低了频谱效率。
8.吞吐量：下载速率9.GP：控制信令10.TD-LTE子帧= 1ms = 30720Ts10:2:2 = 21952Ts : 4384Ts : 4384Ts3:9:2 = 6592Ts : 19744Ts : 4384Ts11.TD-SCDMA时隙= 675usDwPTS = 75us GP = 75us UpPTS = 125us扰码：WCDMA是一种码分多址的扩频通信系统，在上行方向用扰码来区分不同的UE，用正交可变扩频因子（OVSF）的信道化码进行扩频。
在下行方向用扰码来识别不同的小区，用正交可变扩频因子的信道化码进行扩频，并用于分离同一小区内不同的下行信道。
WCDMA系统的扩频和加扰过程如下图所示。
WCDMA下行方向共有8192个扰码，分成512组，每组包含1个主扰码和15个辅扰码，每个小区分配1个唯一的主扰码和对应的辅扰码组。
下行公共信道用主扰码加扰，以识别不同的小区。
WCDMA下行方向用正交可变扩频因子（OVSF）的信道化码对信道进行扩频，并利用不同信道化码的正交性来分离不同的下行信道。
OVSF码可以用码树来表示，码树上的码可以表示为C ch,SF,k，其中SF为扩频因子，k为码号，0 ≤k ≤ SF-1。
OVSF码树上同一SF的码相互正交，不同SF且不同码树分支上的码也相互正交，但同一码树上不同SF的码不正交。
由于下行信道要求相互正交，因此，当一个码被分配以后，其所在码树上的下层低速的码节点和上层高速的码节点将不能再被分配，即被阻塞。
由于下行信道化码的这些特性，使得下行信道化码成为一种受限的资源，如果分配不合理，将会降低系统容量，因此下行信道化码的分配和管理是WCDMA系统中码资源管理的核心内容。
4G LTE组网架构说明
LTE组网架构说明1.组网架构组网架构，就是指LTE网络具体组成网元，以及它们之间通过什么样的方式连接在一起的，各个部分分别发挥了什么样的作用。
1.1网元架构组成LTE网络的网元内容包括：UE，eNodeB和EPC。
LTE的网络架构具有扁平化、分组域化、IP化、多制式融合化、用户面和控制面分离化等特点[1]。
LTE的网络架构可以表示成图1所示的层级结构。
图1. LTE网络架构LTE的网络架构是在缩减UTRAN的网络架构的基础上发展而来的，这种三层的扁平化的网络架构，缩短了用户终端到核心网元之间的距离。
除此之外它代来的好处还包括：●节点数量减少，用户平面的时延大大缩短；●简化了控制平面从睡眠状态到激活状态的过程，减少了状态迁移的时间；●降低系统的复杂性，减少接口类型，系统内部相应的互操作随之减少。
1.2职能划分为了协调工作，更加高效的管理用户终端，需要明确各个网元的职责，通信网络中eNodeB和EPC的职能进行划分如图2所示：图2. eNodeB和EPC功能划分图2中，eNodeB和EPC分别承担这不同的作用。
①eNodeB的功能eNodeB主要承担的是基层用户的服务和资源管理功能，除了提供和管理区域内用户的空中接口功能之外，还要提供一些资源管理功能，资源调度功能，接入控制，承载控制，移动性管理等功能；②MME的功能MME主要功能右寻呼，切换，漫游，鉴权，对NAS信令加密和完整性保护，对AS安全控制，空闲状态移动性控制。
③SGW的功能SGW是EPC和eUTRAN的一个边界网关，不和其他系统网关，如GGSN，PDG直接相连，主要功能包括LTE系统内的分组数据路由及转发，合法监听，计费。
④PGW的功能PGW主要功能包括分组包深度检查，分组数据过滤及筛选，转发，路由选择等。
此外，PGW还负责UE的IP地址分配，速率限制，上/下行业务级计费等功能。
LTE网络架构和协议栈
LTE网络架构和协议栈随着移动通信技术的不断发展，LTE（Long Term Evolution）成为4G移动通信的主流技术。
LTE网络架构和协议栈是构建LTE系统的核心组成部分，下面将对LTE网络架构和协议栈进行详细介绍。
一、LTE网络架构LTE网络架构由两部分组成：E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）和EPC（Evolved Packet Core）。
1. E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）E-UTRAN是LTE系统的无线接入网络，包括基站和与之相连的核心网。
基站被称为eNodeB，负责无线信号的传输和接收。
eNodeB通过X2接口相连，用于基站之间的信号传输和协同。
与核心网的连接通过S1接口实现，包括控制面和用户面的传输。
2. EPC（Evolved Packet Core）EPC是LTE系统的核心网络，负责用户数据的传输和控制信息的处理。
EPC由三个主要组成部分构成：MME（Mobility Management Entity）、SGW（Serving Gateway）和PGW（Packet Data Network Gateway）。
MME负责移动性管理和控制平面的处理；SGW负责用户数据的传输；PGW连接到外部数据网络，负责数据分组的处理和路由。
二、LTE协议栈LTE协议栈由各种协议组成，实现系统中不同层次之间的通信和控制。
LTE协议栈按照OSI（Open Systems Interconnection）参考模型分为七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
1. 物理层物理层负责数据的传输和调制解调。
LTE使用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术进行信号的调制和解调，以提高传输效率和抗干扰性能。
LTEEPC解决方案
LTEEPC解决方案概述LTEEPC（Long Term Evolution Evolved Packet Core）是LTE（Long Term Evolution）网络的核心网部分，它负责处理移动网络中的数据传输和控制。
LTEEPC解决方案是为了满足移动通信运营商对高速、高容量和高可靠性网络的需求而设计的。
本文将详细介绍LTEEPC解决方案的架构、功能和优势。
一、架构LTEEPC解决方案由多个组件组成，包括MME（Mobility Management Entity）、SGW（Serving Gateway）、PGW（Packet Data Network Gateway）、HSS（Home Subscriber Server）和PCRF（Policy and Charging Rules Function）。
这些组件共同构成了LTEEPC的核心网络。
1. MME：MME是LTEEPC的主要控制节点，负责用户的鉴权、位置管理、移动性管理和安全管理等功能。
它与UE（User Equipment）建立和维护控制信道，为UE提供无缝的移动性支持。
2. SGW：SGW是用户数据的转发节点，负责将用户数据从MME传输到PGW。
它还负责用户数据的分组、分流和路由等功能，确保数据的快速传输和低延迟。
3. PGW：PGW是用户数据的出口节点，负责与外部网络进行连接，并提供数据的转发、路由和策略控制等功能。
它还负责用户数据的计费和质量控制，确保网络的高可靠性和高效性。
4. HSS：HSS是用户信息的存储节点，负责存储用户的身份信息、位置信息和服务信息等。
它与MME和SGW进行交互，为LTEEPC提供用户认证和授权等功能。
5. PCRF：PCRF是策略和计费控制节点，负责为用户提供个性化的服务策略和计费策略。
它根据用户的需求和网络的状态，动态调整服务质量和计费策略，提供更好的用户体验和运营商收益。
二、功能LTEEPC解决方案具有丰富的功能，能够满足移动通信运营商对网络性能和用户体验的要求。
深入浅出4G网络：LTE EPC
2.12承载的创 建
2.13 DNS和络 拓扑选择
1
3.1第一件事， 统一语言
2
3.2位置标识
3
3.3 TAU流程
4
3.4 Service Request流程
5
3.5 Handover流程
4.2对等元选择
4.1基于UE能力选 择关
4.3互操作消息流 程
01
5.1 CDMA 的历史
02
5.2通往分 组的路
04
5.4移动络 面对的问题
06
5.6过渡者 eHRPD
03
5.3 CDMA 分组元和接 口
05
5.5 MA 的问题解决 之道
5.8切换——优化 和非优化
5.7 4G终端在 eHRPD接入
5.9 CL切换流程例 解
6.1语音方案概 述
6.2 CSFB详解
1
7.1 QoS，以 业务为本
2
7.2 4G QoS 3个关键参数
3
9.3签约信息 互通
4
9.4 DNS互通
5
9.5 IP互通
作者介绍
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精彩摘录
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3
7.3端到端QoS 的实现
4
7.4从业务到 承载
5
7.5 QoS的决 策
8.2认识SIP协议
8.1语音通信简史： 从面对面到软交换
8.3语音的承载
8.4主叫域选 8.5被叫域选
8.6呼叫流程中的 EPC
8.7 SRVCC和 eSRVCC
4GLTE及EPC技术简介
– 3GPP R8版本后将SAE改名为EPS
– EPS = EPC（核心网）＋ LTE无线接入网
LTE/EPC扁平化结构
网络结构扁平化
与传统网络互通
全IP
RNC+NodeB=eNodeB 媒体面控制面分离
E-UTRAN只有一种节点网元—E-Node B
LTE/EPC网络架构的关键特性
EPS 系统特点
LTE核心技术
不同用户使用不同的频率 不同用户使用一个载频上的不同时隙
OFDM
利用正交子载波组来实现并行传输 户，不同时频资源区分不同的用户
所有用户同时使用相同的频率,通过 不同的扩频编码来区分不同的用户
MIMO
OFDMA相对CDMA的优点
OFDMA限制
ICIC
通过子载波交叠，提升频谱效率 非常容易与MIMO技术相结合 频域可以分为多个相互正交的子载波，支持频域维度的链路自适应和多 用户调度，有效避免干扰
在线直播/视频通信 DL 6-8Mbps/UL 2Mbps
实时同步
DL/UL 1-2Mbps
在线游戏 <50 ms Latency
物联网/P2P连接 DL/UL 1-2Mbps
LTE的优势
LTE相对3G的性能大幅提升
更宽的频谱
2*1.25 MHz 2*20 MHz 带宽增益：16倍
LTE：1.25MHz20MHz
HSS
Gxa
SWx
AAA
S6a Gx
STa
Gxc – PMIP S5 Only
S6b
PDN GW
S5/S8
S2a
S-GW
– – – – – 漫游时分组业务核心网接入点 LTE/3GPP内部移动性管理锚点 IDLE模式下的DL数据缓存，发起网络侧触发的服务请求 计费(用于漫游场景) 合法监听
看协议学4G---无线网络架构
看协议学4G---无线网络架构本文根据3GPP R17 TS36.300相关内容编译整理一、4G(LTE)系统架构由于核心网(EPC)和无线网E-UTRAN两部分构成，其中：E-UTRAN主要由eNB组成，向终端(UE)提供用户面(PDCP/RLC/MAC /PHY)和控制面(RRC)协议;其中:•eNB之间通过X2接口相互连接;eNB还通过S1接口连接到EPC(演进分组核心)，也就是通过S1-MME接口连接到MME(移动性管理实体)，并通过以下方式连接到S-GW(服务网关)。
•S1接口支持MME/S-GW(服务网关)和eNB之间的多对多关系。
图1.4G网络架构•如果eNB支持带有并配置L-GW的SIPTO@LN，它应该支持一个S5接口到S-GW和一个SGi接口到IP网络。
如果支持具有并置L-GW的SIPTO@LN，请参阅第4.8.2节了解架构和功能的详细信息;•E-UTRAN还可以包括用于上行链路定位的LMU(位置测量单元);•对于NB-IoT，基于现有的LCS架构支持定位。
二、eNB拆分后承载功能主要包括:•- 无线资源管理功能：无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、在上行链路、下行链路和Sidelink(调度)中为终端(UE)动态资源分配；•- IP和以太网报头压缩、上行数据解压和用户数据流加密；•- 当无法根据UE提供信息确定到MME路由时，在UE附着时选择MME；•- 将用户面数据路由到服务网关；•- 寻呼消息调度和传输(源自MME)；•- 广播信息调度和传输(源自MME或O&M)；•- 用于移动性和调度的测量和测量报告配置；•- PWS(包括ETWS和CMAS)消息(源自MME)的调度和传输；•- CSG处理；•- 上行链路中的传输层数据包标记；•- 没有UE移动性的S-GW重定位,具体见TS 23.401[17]中所定义；•- SIPTO@LN处理；•- 维护用户面CIoT EPS优化安全和无线配置，如TS 24.301[20]中所定义；•- 可选的向X2 GW注册(如使用)。
LTE关键知识点总结
LTE关键知识点总结LTE（Long Term Evolution）是一种4G网络技术，提供了高速、低延迟的无线通信服务。
下面是关于LTE的一些关键知识点总结：1.网络架构：LTE采用了分布式的网络架构，包括以下几个关键组成部分：- eNodeB（Evolved NodeB）：eNodeB是无线基站的新一代，负责无线信号的发射和接收。
- EPC（Evolved Packet Core）：EPC是LTE网络的核心部分，包括MME（Mobility Management Entity）、SGW（Serving Gateway）和PGW （Packet Data Network Gateway）等组件，负责用户鉴权、移动性管理和数据传输等功能。
2. 多址技术：LTE采用了OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）技术，将无线频谱分为多个子载波，在同一时间和频段上可同时传输多个用户的数据。
3.频段和带宽：LTE可在多个频段上运行，常见的频段包括700MHz、800MHz、1800MHz、2100MHz和2600MHz等。
每个频段的带宽可以是1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz或20MHz等不同大小。
4.MIMO技术：LTE支持多输入多输出（MIMO）技术，可以通过发送和接收多个天线上的信号来提高数据传输的稳定性和吞吐量。
6. QoS（Quality of Service）：LTE支持多种QoS类别，可以根据不同应用的需求提供不同的网络资源。
通过定义不同的QoS类别，可以满足语音、视频、数据等不同应用对网络性能的要求。
7.LTE高级功能：- Voice over LTE（VoLTE）：VoLTE是LTE网络上的语音通话服务，可以实现高质量的语音通话。
- LTE-Advanced：LTE-Advanced是对LTE的改进和扩展，引入了更高的数据传输速率和更好的网络容量管理能力。
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BTS
• 真正实现控制和承载分离，用户面 eNodeB ->SGW • MME（Mobility Management Entity）功能：移动性管理、会话管理，用户接入鉴权； • S-GW（Serving Gateway）功能：终结无线接入部分的接口，E-NodeB间切换的锚点， 基于用户和承载的计费，服务网关，功能类似于SGSN。 • PDN-GW（PDN Gateway)功能：终结面向PDN的SGi的接口，3GPP/非3GPP的铆点，基 于业务的计费，连接外网的网关，功能类似GGSN。
HSS
S6a
PCRF
S9
TD
NodeB
RNC
S1-MME
MME
S12 S1-U
S11
Gx
LTE
S5/8
SGi
Internet
eNodeB
S-GW
P-GW
热点商用部署阶段目标：
实现核心网2G/TD/LTE融合组网 验证核心网统一计费，统一运维 部署Diameter信令网；引入新号段，用于发展LTE用户 现网SGSN升级为SGSN/MME，GGSN升级为S-GW/P-GW 统一进行网管部署 与计费平台对接
S3 S10 S4 S6a
GPRS
BTS
BSC/PCU
Iu
HSS
PCRF
S9
UMTS
NodeB
RNC
S1-MME
MME
S12
S11 S5/8
Gx SGi
Operator Service Network
LTE
S1-U
Internet
eNodeB
Non-3GPP
S2a
Serving GW
PDN GW
Corporate Internet
PDN Gateway
PGW位于用户面，是面向PDN终结 与SGi接口网关，功能有： 1. IP地址分配：用户UE的IP地址 是由PGW来分配的，静态和 动态。 2. 会话管理：支持EPS承载管理 功能，建立、修改、释放，能 根据APN进行域名解析并寻址 到外网。 3. PCRF选择 4. 路由选择数据转发 5. QoS控制 6. 计费 7. 策略和计费执行
MME+SGW+PGW组成
EPS： Evolved Packet System ，3GPP的演进分组系统，由E-UTRAN+EPC组成 SAE：系统架构演进项目
EPS概念
几个名词关系
EPS概念
LTE主要设计目标
• 峰值速率：
• 下行峰值100Mbps，上行峰值50Mbps
• 时延：
• 控制面 IDLE —〉ACTIVE: < 100ms • 用户面 单向传输: < 5ms
PCRF及无线eNB布点，与现网无对接 引入新号段，供LTE试点用户使用，应该是183 建议试点阶段维护、计费与现网独立 目前浙江独立布网，只有宏站
EPS热点区域部署
Gb
S4 SGSN Control plane User plane
GPRS
BTS
BSC/PCU
Iu S3 S4 S10
S6a
由于支持语音业务的LTE手机终端推出进程慢于数据卡类业务终端，因此该模式 只为试验用户提供数据业务，只能在本地LTE实验网内漫游，不提供至2G/3G网络的漫 游和切换
15
LTE引入模式
• 模式二：全网引入并独立组网，不与现有的2G/3G网络互连，只提供数据业务 此模式适用于LTE及EPC网络设备较成熟的阶段，具备全网部署的条件，并可联网 实现LTE用户在网内的漫游，由于LTE手机终端成熟较晚，且VOIP业务的支持程度较弱， 因此只为用户提供数据业务，考虑到该阶段LTE网络仍需进行相关实验，验证大范围组网 特性，避免对现网改造和影响，也是单独组网，架构如图：
实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及 系统间的漫游和兼容性。 其职能： 3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，
UTRA(FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-CDMA技术)为无线接口的第三代技术规范
EPS概念
EPS几个名词
E-UTRA：LTE空中接口 E-UTRAN：LTE接入网=UE+eNB EPC：Evolved Packet Core 4G核心网，3GPP的演进分组核心网，由
模式二要求EPC网络除具备模式一的功能外，还要求不同省SGW间通过 S5接口进行通信，全网MME与HSS间需全互联，需确定Diameter IP信令网组网 方式。
16
LTE引入模式
• 模式三：全网引入，与现有的2G/3G网络混合组网，只提供数据业务 此模式适用于LTE及EPC网络设备已成熟的阶段，具备商用条件，可与现网互联、 互操作，实现LTE用户在LTE网及现有2G/3G网中均可使用业务。该模式要求LTE用户使用 LTE/2G/3G多模终端，由于手机终端的成熟时间相对网络设备较晚，所以只提供数据业 务，组网架构如图：
• S5
Serving GW和PDN-GW之间的接口，两网元属于同一PLMN, GTPv2-C.
• S6a
MME和HSS之间的接口，基于Diameter/SCTP/IP.
23
网络主要接口
• Gx
PCRF和P-GW（PCEF）之间的接口，Diameter/SCTP,TCP/IP
• S8
S-GW（漫游地）和P-GW（归属地）之间的接口，类似于Gp接口.
17
大纲
1. EPS概念 2. EPS网络架构 3. EPS网元功能 4. 网元之间的关联关系 5. 其他
18
EPS网元功能
E-UTRAN
EPC网元实体功能：
MME
MME是核心网唯一控制平面的 设备，主要功能有： 1. 移动性管理 2. 接入控制 3. 会话管理 4. 网元SGW/PGW选择 5. 存储用户信息 6. 业务连续性
9
取消RNC，大部分功能下放到eNB,少部 分上升到EPC 取消CS域，纯PS域 用户面和信令面分离，SGW（服务网
关）和MME（移动性管理）
LTE与EPC多对多连接
2G/3G网络架构与LTE/EPC架 构的映射关系
10
EPS架构概述
Gb
SGSN Control plane User plane
E-UTRAN的实体eNode： 1. 无线资源管理—无线承载 控制、无线许可控制，上 行和下行资源动态分配/调 度 2. 头压缩及用户面加密 3. UE附着时的MME选择 4. 根据用户QoS签约信息，进 行上行和下行的承载级别 的速率调整，对承载级别 的准入控制。
移动性管理： 接入控制：
附着/去附着、跟踪区更新、 切换和寻呼 MME通过鉴权功能实现网络和 用户之间的相互鉴权和密钥 协商，确保用户请求的业务 在当前网络可用。 对建立会话所必须的承载的管 理，默认承载和专用承载。 PGW和SGW的选择。 MME要保存用户的状态，MM 上下文和EPS承载上下文信 息。包括，用户标识、跟踪 区信息、鉴权信息、安全算 法、网元地址、QOS参数。
会话管理： 网元选择： 信息存储：
业务连续性： MME还能支持EPS与2G/3G 建的业务互通。
EPS网元功能
EPC网元实体功能：
Serving Gateway
SGW位于用户面，对每个接入 LTE的UE，一次只能有一个 SGW为之服务，功能有： 1. 会话管理: SGW能对承载进 行建立、修改和释放，能 存储EPS承载上下文 2. 路由选择和数据转发: eNodeB 间切换时， SGW 做 为本地锚定点在路径转发 后，像源 eNodeB 发送结束 标记，从新排序功能。 3. QoS控制：支持EPS主要承 载的主要QoS参数. 4. 计费 5. 存储信息
• S9
归属地PCRF和漫游地PCRF之间的接口.
• S10
MME间接口，GTPv2-C
• S11
MME和S-GW之间的接口，GTPv2-C
24
S1接口
•
S1接口分为用户面和控制面，控制面协议为S1-MME，用户面协议为S1-U，如下图：
S1-MME MME MME
eNodeB
Control plane User plane
7
EPS网络架构
LTE/EPC总体架构：
MME / S-GW
MME / S-GW
X2
S1
S1
S1
S1
E-UTRAN eNB
UTRAN
eNB
eNB
网络架构更趋扁平化和简单化 减少网络节点，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延
减小网络部署和维护成本
8
X2
X2
EPS网络架构
LTE关键技术扁平网络：
11
支持多种制式共接 入
EPS新部署
HSS
S6a
PCRF
Control plane User plane
MME
S1-MME
S1-U
S11 SeNodeB
S-GW
P-GW
UE通过eNB连接到EPC核心网， 信令面通过S1-MME接口与MME相连，进行用户注册、鉴权，在HSS判断用户合法性； MME通过S11接口发送默认承载的消息给SGW SGW通过APN在DNS解析出所承载的PGW SGW通过S5接口把消息发送给PGW P-GW通过Gx接口与PCRFi连接，对用户请求进行授权，策略分配、QOS的保证 用户面通过S1-U接口与SGW相连， PGW通过SGI接口接入运营商网络 新建EPC网络MME、SGW、PGW、HSS、
LTE和EPC介绍
大纲
1. EPS概念 2. EPS网络架构 3. EPS网元功能 4. 网元之间的关联关系 5. 其他