LTE-EPC核心网组网及关键技术
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数据网-LTE 核心网(EPC)
数据网—LTE 核心网（EPC）目录第1章EPS网络概述 (3)1.1 EPS网络概述 (3)1.1.1 EPS网络关键概念 (3)1.1.2 EPS网络关键技术 (3)1.2 当前主流技术向LTE的演进 (3)第2章EPC网络架构 (5)2.1 LTE-EPC目标网络架构 (5)2.2 EPC重要网元 (5)2.2.1 GW (5)2.2.2 MME (6)2.2.3 HSS (6)2.2.4 PCRF (7)2.3 EPC重要接口 (7)第3章EPC基本流程 (9)3.1 Attach (9)3.2 TAU (9)3.3 Service Request (10)3.4 S1- Release (11)3.5 Detach (12)3.6 承载创建/修改/删除 (13)3.7 切换 (14)3.8 PDN连接或者去连接 (17)第1章EPS网络概述1.1EPS网络概述1.1.1EPS网络关键概念LTE：Long Term Evolution长期演进，是3GPP制定的高数据率、低延时、面向分组域优化的新一代宽带移动通信标准项目。
3GPP：The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划3GPP的目标是实现由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。
E-UTRA：LTE空中接口E-UTRAN：LTE接入网=UE+eNBEPC：Evolved Packet Core 4G核心网，3GPP的演进分组核心网，由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1.1.2EPS网络关键技术EPS网络关键技术：➢EPS提供永远在线的用户体验，降低了用户接入业务的延时➢EPS的核心网允许多种无线技术的接入，目前支持的接入技术包括3GPP已经定义的UTRAN/GERAN，LTE，3GPP2定义的，以及IWLAN接入➢EPS在核心网将用户面和控制面进行分离，实现了网络的进一步扁平化➢EPS引入了TAI list和ISR等概念，降低了空口信令负荷，节约了网络资源➢EPS引入了PCC，对QoS控制、策略和计费控制集中处理1.2当前主流技术向LTE的演进关于2G/3G/4G 的争论已经结束, 所有移动技术都朝着满足未来业务需求的方向发展，并且逐渐趋于一致。
LTE基础原理及关键技术
LTE的网络架构
• LTE的主要网元
– – LTE的接入网E-UTRAN由e-NodeB组成。 LTE的核心网EPC由MME，S-GW和P-GW组成。
•
LTE的网络接口
–
–
e-NodeB间通过X2接口相互连接，支持数据和信令的直接传输。
S1接口连接e-NodeB与核心网EPC。其中，S1-MME是e-NodeB连接MME的控制面接口，S1U是e-NodeB连接S-GW 的用户面接口与传统3G网络比较，LTE的网络结更加简单扁平，降低 组网成本，增加组网灵活性，并能大大减少用户数据和控制信令的时延。
载波带宽 [MHz]
RE数目 (每个OFDM符号) RB数目 （每个slot）
1.4
72 6
3
180 15
5
300 25
10
600 50
15
900 75
20
1200 100
自适应调制和编码（AMC）
信道质量的信息反馈，即Channel Quality Indicator （CQI） UE测量信道质量，并报告（每1ms或 者是更长的周期）给eNodeB eNodeB基于CQI来选择调制方式，数 据块的大小和数据速率
的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。 • 2)MIMO:不相关的各个天线上分别发送多个数据流，利用多径衰落， 在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道及频谱利用率，下 行数据的传输质量。 • 3) 高阶调制：16QAM、64QAM • 4) HARQ:下行：异步自适应HARQ • 5) AMC：TD-LTE支持根据上下行信道互易性进行AMC调整
Subframe #4
Subframe #5
Subframe #7
LTE核心网基本原理及关键技术
TAI/TA list
RAI
位置标识
EPC网元域名标识（FQDN）
SGSN Number、HLR Number
网元标识
新引入码号：GUTI 全球唯一临时标识（Globally Unique Temporary UE Identity），类似RAI+P-TMSI
<GUTI> = <MCC><MNC><MME Group ID><MME Code><M-TMSI>, 2G/3G与LTE进行互操作时，GUTI与RAI+P-TMSI需进行映射 新引入码号：TAI 追踪区标识（Tracking Area Identity），表示用户位置信息，类似2G/3G位置区LAI或路由区RAI
PCRF
的信令接口，基于GTPv2； -S10：进行MME间互操作时，MME通过S10
S9 接口传递承载上下文信息，基于GTPv2
-S5：S-GW和P-GW间接口，包括控制面
Rx （GTPv2）和用户面（GTPv1）
Gx
AF -S8：国际漫游接口，拜访地S-GW接入归属地
P-GW，协议同S5
SGi Internet PS Service
码号分配
需要全网规划的EPC号码涉及TAC及MME GI，原有2G/3G网络中的码号规 划保持不变。
TAC的分配
- TAC：用16进制表示为x1 x2 x3 x4 - 域名为：tac-lb<x3x4>.tac-hb<x1x2>.tac.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC> - 为保证省间互通丌冲突，可参照LAC的分配方式统一规划， x1x2的取值各省应丌同，x3x4
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
中国电信EPC核心网解决方案介绍
MME3 faulty
MME State Normal Normal Faulty Weight 1 1 2 Distribution rate 50% 50% 0%
SGW 1
SGW 2
MME1 MME2
eNB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMME3
eNodeB基于S1链路状态探测 MME 是否可用; MME 基于GTP路径探测SGW是否可用; 当 MME 故障后，eNodeB自动选择其他可用MME; 当SGW故障后，MME自 动选择其他可用SGW.
MME可以通过配置更新消息更新权证，eNode根据
SGW 1 SGW 2
新的权证调整负荷分担策略； 稳态网络，权重不应经常调整。
MME weight factor
MME
Weight 1 1 2
Distribution rate 25% 25% 50%
eNB
1:1:2
MME1 MME2 MME3
对系统的配臵数据，提供自动和手动两种方式
进行一致性校验
MME eNodeB
校验结果明确列出哪些数据配臵不一致，提醒 用户进行干预
HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.
Page 14
MME POOL_性能统计和实时负荷监控
能够自动收集各MME的KPI并汇总成基于POOL
的KPI指标
对各MME的负荷进行实 时集中监控
iManager M2000
POOL-level KPI report
MME1
MME2
MME3
MME POOL
MME间负荷偏差超出设定的 阈值时，产生负荷不均衡告警
Performance measurement
LTE 基本原理及关键技术
,
汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
LTE的发展历程和背景 LTE在通信技术中的地位和意义 LTE的应用场景和优势 LTE的发展趋势和未来展望
2009年：LTE商用网络部署
2 0 0 4 年 ： 3 G P P 启 动 LT E 项 目
2013年：全球LTE用户数突 破1亿
优势：提高信号 覆盖范围、减少 干扰、增加系统 容量和频谱效率
应用场景：广泛 应用于无线通信 系统如LTE、 WiFi等
定义：根据信道状态自适应地调整传输参数提高链路性能和系统容量 关键技术：MC、HRQ等 应用场景：高速移动场景、城区密集建筑等 优势：有效对抗无线信道的多径衰落提高数据传输的可靠性和速率
PRT FOUR
定义：物理层负责传输数据提供无线资源管理功能 协议：采用多层协议栈包括物理层和数据链路层 传输方式：采用频分复用和时分复用相结合的方式 关键技术：包括多天线技术、调制解调技术、信道编码技术等
信道编码：采用高效 率的信道编码方案如 Turbo码和LDPC码以 提高数据传输的可靠 性和效率。
2 0 1 9 年 ： 5 G 商 用 LT E 仍 为 主要移动通信技术
高速度：最大传 输速率为 100Mbps达到 3G的10倍以上
低时延：端到端 时延达到10ms 以下实现快速的 数据传输
永远在线：用户 可以始终保持在 线状态随时进行 高速数据传输
频谱效率高：采 用频谱效率更高 的OFDM技术相 比3G提高了2-3 倍
单击添加标题
演进型技术：未来LTE技术还将不断演进如采用更高阶的调制技术、更高 效的信道编码等技术以提高数据传输速率和降低延迟。
单击添加标题
融 合 网 络 ： 未 来 LT E 将 与 W i F i 等 其 他 无 线 技 术 融 合 形 成 更 加 智 能 化 的 网 络结构提供更加高效、可靠的数据传输服务。
汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
LTE的发展历程和背景 LTE在通信技术中的地位和意义 LTE的应用场景和优势 LTE的发展趋势和未来展望
2009年：LTE商用网络部署
2 0 0 4 年 ： 3 G P P 启 动 LT E 项 目
2013年：全球LTE用户数突 破1亿
优势：提高信号 覆盖范围、减少 干扰、增加系统 容量和频谱效率
应用场景：广泛 应用于无线通信 系统如LTE、 WiFi等
定义：根据信道状态自适应地调整传输参数提高链路性能和系统容量 关键技术：MC、HRQ等 应用场景：高速移动场景、城区密集建筑等 优势：有效对抗无线信道的多径衰落提高数据传输的可靠性和速率
PRT FOUR
定义：物理层负责传输数据提供无线资源管理功能 协议：采用多层协议栈包括物理层和数据链路层 传输方式：采用频分复用和时分复用相结合的方式 关键技术：包括多天线技术、调制解调技术、信道编码技术等
信道编码：采用高效 率的信道编码方案如 Turbo码和LDPC码以 提高数据传输的可靠 性和效率。
2 0 1 9 年 ： 5 G 商 用 LT E 仍 为 主要移动通信技术
高速度：最大传 输速率为 100Mbps达到 3G的10倍以上
低时延：端到端 时延达到10ms 以下实现快速的 数据传输
永远在线：用户 可以始终保持在 线状态随时进行 高速数据传输
频谱效率高：采 用频谱效率更高 的OFDM技术相 比3G提高了2-3 倍
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演进型技术：未来LTE技术还将不断演进如采用更高阶的调制技术、更高 效的信道编码等技术以提高数据传输速率和降低延迟。
单击添加标题
融 合 网 络 ： 未 来 LT E 将 与 W i F i 等 其 他 无 线 技 术 融 合 形 成 更 加 智 能 化 的 网 络结构提供更加高效、可靠的数据传输服务。
LTE和EPC
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
部署方案：
©2009 BOCO Inter-Telecom Co. All rights reserved.
EPS规模部署
Gb
MME POOL
S6a
GPRS
HSS PCRF
S9
BTS
BSC/PCU
Iu
Control plane User plane
TD
NodeB
RNC
S12
S1-MME
X2
S1
S1
X2
S1
E-UTRAN
EPS网络架构
LTE关键技术扁平网络：
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
9
©2009 BOCO Inter-Telecom Co. All rights reserved.
S11
Gx
LTE
S1-U
SGi
Internet
eNodeB S-GW/P-GW POOL
规模部署阶段目标：
全网G/T/L融合组网
用户数据全面融合 SGSN/GGSN全部升级为MME及S-GW/P-GW，多种制式共接入，简化网络结构 2/3G用户逐渐向4G用户迁移； MME及S-GW/P-GW组POOL，提升网络安全并实现设备间的负载均衡
4G核心网（EPC）三大关键网元简介
4G核心网（EPC）三大关键网元简介在4G(LTE)移动通信系统中核心网(EPC)负责提供融合语音和数据的框架、外部网络的接口和用户管理等；如图1所示，其主要功能网元分别如下；一、PGW 分组数据网络网关是EPC与外界的连接点。
通过Gi接口每个PDN网关与一个或多个外部网关交换数据设备或分组数据网络，如网络运营商的服务器、互联网或IP媒体子系统。
每个分组数据网络都通过接入点名称(APN)标识，网络运营商通常使用一些不同的APN；例如一个用于互联网和一个用于 IP多媒体子系统。
每个手机在第一次开机时都被分配到一个默认的PDN网关，以给它始终连接到默认的分组数据网络(如互联网)。
如希望连接到额外的分组数据网络，手机也可以分配给一个或多个其他的PDN网关，例如公司专网或IP多媒体子系统。
手机与每个PDN网关在数据连接的整个生命周期内保持不变。
二、SGW 服务网关，相当高层路由器，负责在基站和PDN网关之间数据转发。
每个网络都包含一些服务网关，分别负责特定地理区域的终端(UE)。
手机都被分配到一个单一服务网关，但如移动距离足够远时服务网关可能改变。
三、MME移动管理实体，控制终端设备(UE)移动的高层操作，通过向其发送有关安全和数据管理等问题的信令消息与无线通信无关的控制信息流。
与服务网关一样，一个典型的网络可能包含少数MME，每个MME负责特定的地理区域地区。
每个移动台都分配给一个单独的MME，称为其服务MME，但是如果移动设备移动得足够远，则可以更改。
MME还通过EPC内部的信令消息控制其他网元。
与UMTS和GSM对比，PDN网关的作用相当于GPRS网关支持节点(GGSN)，而服务网关和MME处理数据服务GPRS支持节点(SGSN)的路由和信令功能。
4G中将SGSN一分为二进行了分裂，使运营商更容易扩展网络以响应不断增长的需求负载：运营商可以随着流量的增加增加更多的服务网关，同时增加更多MME处理移动电话数量的增加。
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0.5
[08-2012]
中国电信集团公司网络运行维护事业部
13
芯片产业更加发达，运营商有更多选择
LTE芯片业呈现百花齐放趋势 多模芯片产业进程
MDM9x00 - GCUL
MSM8960 -G/U/C/LTE TDD/FDD
FDD单芯片
Balong 700（R8） - LTE
Balong 710 - G/U/LTE TDD/FDD
FG3800 - LTE TDD/FDD SQN3110 - LTE TDD/FDD
2012～
中国电信集团公司网络运行维护事业部
14
1 2
EPC简介 中国电信EPC部署关键因素分析
中国电信集团公司网络运行维护事业部
15
CL演进步骤1 --- 新建LTE和EPC网络
EPC(Evolved Packet Core)
CSFB:
1. 2. 3. 4 4. 网络需要新增网元1X CS IWS； 终端只支持单RF，驻留在LTE网 络； 终端成本相对较低，耗电较少； 需要网络与终端都支持；
SVLTE:
1. 2. 网络侧不需要做任何改动； 终端需要双RF，同时驻留在 CDMA网络与LTE网络，可并发 业务； 终端成本相对增加，较耗电；
Far end PDN GW 1 S102 3 eNodeB 2 SRVCC：
1. 2. 3. 4. SRVCC标准协议有待完善，属于长期发展方向； SRVCC需要新增部署IMS、Enhanced MSC； 需要多个网元MME、eNodeB、PS等网元变化来完 成； 终端只需要多模单待，时延控制在300MS左右；
eHRPD
A10/A11‘
S-GW P GW P-GW
SP/CP MMS E-mail
internet BTS AN eAN HSGW\PDSN HACCG
cdma LTE
cdma LTE
cdma
支持高速率、低时延数据业务 和VoIP 城区内LTE业务连续，郊区广 覆盖，全网体验一致
网络架构
互操作关 键技术
信令流程
业界动态
中国电信集团公司网络运行维护事业部
7
CL共存阶段互操作
LTE Coverage
PS Hand over CDMA Coverage PS Continuity
IM S 1xCS IWS
MME SGW
1x BTS
SRVCC流程概述:
1. 2. 3. 4. UE在LTE进行VoIP业务 UE 移动出LTE覆盖区域, eNB发起SRVCC切换, 切换流程通过 LTE/SAE 隧道进行 1x MSC 发起到IMS的会话迁移， UE切换到 1x 网络
中国电信集团公司网络运行维护事业部
PDN GW
S2a
HSGW
SGW
S103
MME
S101
eAN
LTE Access
HRPD Access
中国电信集团公司网络运行维护事业部
9
CL语音互操作解决方案
CSFB新增 网元与接口 - 面向 MME: 作为信令隧道的终 点 - 面向 1xRTT MSC: 模拟 1xRTT BSS 功能
PDN GW S102 MME SG SGW
[08-2012]
0.4
[09 2012] [09-2012]
0.8
95%基站升级支持LTE (Q3-2012)
[11-2012]**
2.0
[09-2012] [ ]
3.1
[08-2012] [ ]
[10-2012]
第一波市场（美日韩澳）：这部分区域用户规模占全球LTE用户总数比例很高 第二波市场（欧洲、亚太、独联体）：到2015年LTE用户将集中在这部分市场
中国电信集团公司网络运行维护事业部
8
LTE和eHRPD 互操作架构
PDN1 PDN2
方案对比
• 非优化切换： ¾切换时，业务暂时中断； ¾时延较大； ¾网络侧不需要改动； ¾符合标准协议； • 优化切换： ¾业务通道先建后删，实现业务连 续切换； ¾时延小； ¾网络需要支持S101和S103接口； ¾终端需要支持预注册； ¾符合标准协议；
4
EPC逻辑网元功能
MME eNodeB N d B S GW S-GW PDN GW PDN-GW
MME
• • • • • • • • 移动性管理 会话管理 用户鉴权和密钥管理 NAS信令的加密和完整性保 护 S GW及P-GW S-GW P GW选择 切换过程中的MME/SGSN选 择 信令面合法监听 TAI List的分配和管理
Operator s Operator’s IP Service
• MME（Mobility Management Entity）移动管理网元：只负责控制面 • S-GW（Serving Gateway）服务网关：终结无线接入部分的接口 • PDN PDN-GW（PDN GW（PDN Gateway）分组数据网络网关：终结面向PDN的SGi接口 • HSS（home subscriber server ）归属用户服务器：存储用户数据信息 • PCRF （policy and charging rules function ）策略和计费规则服务器：下发用户控制 和计费策略 中国电信集团公司网络运行维护事业部
HSS\3GPP AAA、CG
z z
中国电信集团公司网络运行维护事业部
6
CL长期共存是发展LTE/EPC的必然选择
热点覆盖 城区连续覆盖 广覆盖 业务
cdma LTE
cdma
cdma
cdma
主要支持移动宽带数据接入，解 决热点高密度业务需求
LTE业务非连续，依赖2G/3G补 充
cdma LTE
M7400 - G/U/TDS/LTE TDD/FDD WD5000 - LTE
9 所有制式芯片厂商都转向LTE，包括WiMAX阵 营、CDMA阵营、以及GUL阵营等 9 LTE芯片有单模芯片，也有多模芯片 9 提供LTE FDD / LTE TDD芯片厂商超过10家
2011
FG3100 - LTE
11
基本流程分类
移动性管理
• • • • • • 附着流程 分离流程 业务请求流程 S1接口资源释放流程 跟踪区更新与切换 2、3G与LTE间切换
会话管理
• • • •
网络架构 互操作关 键技术 信令流程 业界动态
UE请求PDN连接 专有承载激活 专有承载修改 专有承载去激活
中国电信集团公司网络运行维护事业部
CS Fall Back Voice Continuity
• LTE-eHRPD PS互操作 阶段一：非优化切换，满足BE业务切 换需求 阶段二：优化切换，满足切换业务需 求
• LTE-1x语音互操作 LTE不部署语音业务，语音采用1x承载：CSFB (CS Fall Back)和终端并发解决方案(2Rx&SVLTE) LTE部署VOIP：SRVCC (Single Radio Voice Call continuity)
LTE-EPC核心网组网及关键技术 核 术
中国电信集团公司网运行维护事业部
数据网维护管理处
2013年3月
1 2
EPC简介 中国电信EPC部署关键因素分析
中国电信集团公司网络运行维护事业部
2
背景 - 3GPP系统演进
1G 模拟
2G FDMA
3G CDMA/WCDMA
4G OFDMA
3GPP
GSM/GPRS/EDGE
UE附着在LTE时， 通过S102隧道在 CDMA 1x 注册
A1 1xCS IWS
1x MSC
CSFB需要增加网元说明：
z
BSC
引入1X CS IWS网元，跟MME之 间存在S102接口，跟MSC之间存 在 A1 信 令 接 口 ， 相 当 于 逻 辑 1X BSC。
BTS
z
eNodeB
UE驻留在LTE侧时，通过1X CS IWS向MSC发起登记，语音回落 等过程 等过程。
UMTS LTE/EPC R99/R4/R5/R6/R7 R8
LTE Ad Advance
3GPP2
IS-95
1x
CDMA2000
UMB/CAN
网络架构
互操作关 键技术
信令流程
业界动态
中国电信集团公司网络运行维护事业部
3
EPC网络结构
HSS PCRF
PCC架构包含PCRF和PCEF
S6a
Gx
Rx
S11 S1-C MME S1-U E-UTRUAN S-GW PDN-GW S5 SGi
S i G Serving Gateway t
• 分组路由和转发功能 • 3GPP网络本地数据汇聚 锚点 • IP头压缩 • 合法监听 • IDLE态下行数据缓存 • eNodeB间切换的锚点 • 基于用户和承载的计费 • S5/S8支持PMIP接口时需 要实现BBERF功能
PDN G Gateway t
Control plane User plane
BTS
z z z z
AN
PDSN
HACCG
z
新建LTE及EPC网络，S-GW/P-GW合设，P-GW支持基于PMIP的S2a接口 局部升级 AN/PCF 成eAN/ePCF，新建HSGW支持LTE和eHRPD之间互操作 LTE用户采用新号段 新建HSS和3GPP AAA设备，为LTE和eHRPD网络提供统一的鉴权、位置管理等功能 LTE用户采用新号段，新建HSS和3GPP AAA设备 为LTE和 HRPD网络提供统 的鉴权 位置管理等功能 新建CG（ Charging Gateway ）为LTE和eHRPD网络提供统一格式的3GPP话单，改造计费中心同时支持 3GPP2话单和3GPP话单 同时存在R7和R8版本的PCC架构，3G PCEF实体为PDSN，4G PCEF实体为P-GW，PCRF 同时兼容PDSN和PGW的Gx接口