LTE核心网简介
LTE无线及核心网部分1
• EPC核心网网络架构秉承了控制与承 载分离的理念，将2/3G分组域中 SGSN的控制面功能与用户面功能相分 离，分别由两个网元来完成，其中 MME负责移动性管理、信令控制等控 制面功能，SGW负责媒体流处理及转 发等用户面功能。 • GGSN的用户面功能不变，由PGW 承担原GGSN的职能。
• EPC网络架构继承了DT思路，省去传统的基站 控制器（RNC、BSC），基站控制器的大部分功 能转移到基站eNodeB实现，核心网侧最少只需 SAE-GW一个网元实现用户面处理。原来的四级 架构演变为“eNodeB->SAE-GW->外部数据 网”，体现了扁平化的演进思路。
LTE网络基础 LTE频段划分
VBOX onLine
5
LTE网络基础 3GPP组织架构
VBOX onLine
Project Co-ordination Group (PCG)
TSG GERAN
GSM EDGE Radio Access Network
TSG RAN
Radio Access Network
Telecom Management
6
课程内容
LTE网络基础
LTE网络架构
LTE网络结构及网元功能 LTE系统接口和协议
空口协议栈结构 LTE关键技术
7
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LTE网络架构 LTE系统网络架构
EPC S1
8
LTE网络架构 网元功能
接入网和核心网功能划分
eNB2 X2 eNB1
小区间RRM RB控制 连接移动性管 理
VBOX onLine
E-UTRAN提供空中接口功能（包含物理层、MAC、RLC、PDCP、RRC 功能）、以及小区间的RRM功能、RB控制、连接的移动性控制、无线资 源的调度、对eNB的测量配置、对空口接入的接纳控制等。
LTE介绍与网络架构
LTE介绍与网络架构LTE（Long-Term Evolution），即长期演进技术，是第四代移动通信标准。
它是3GPP（Third Generation Partnership Project）组织制定的全球统一标准，旨在提供更高的数据传输速率、更低的延迟和更高的系统容量，以满足不断增长的移动通信需求。
LTE网络架构主要由以下几个部分组成：用户终端（UE）、基站子系统（eNB）、核心网络（Core Network）和运营商网络。
首先是用户终端，即智能手机、平板电脑或其他支持LTE技术的设备。
用户终端与LTE网络进行通信，发送和接收数据。
其次是基站子系统（eNB），它由一台或多台基站控制器和一组基站天线组成。
基站子系统用于与用户终端进行通信，传输数据和控制信号。
核心网络是网络的核心部分，它提供网络管理和控制功能。
核心网络包括多个网络元素，如移动交换中心（MSC）和数据网关（SGW）。
移动交换中心负责处理语音通信，数据网关则负责处理数据传输。
运营商网络是LTE网络的运营者，它由多个基站子系统和核心网络组成。
运营商网络提供网络覆盖和服务，并负责管理用户终端的接入和连接。
LTE网络架构中的一个重要概念是分组交换。
与之前的电路交换网络不同，LTE网络采用了分组交换技术，将数据分成小的数据包进行传输。
这种架构有助于提高数据传输速率和系统容量，并降低网络延迟。
在LTE网络中，数据传输的基本单位是无线帧（Radio Frame）。
每个无线帧由多个子帧（Subframe）组成，每个子帧由多个时隙（TimeSlot）组成。
时隙是最小的单位，用于传输数据和控制信号。
在每个时隙中，数据和控制信号可以同时传输，从而实现高效的通信。
此外，LTE网络采用了多天线技术，即MIMO（Multiple-Input-Multiple-Output）。
MIMO技术使用多个天线进行数据传输和接收，可以提高系统容量和数据传输速率，并改善网络覆盖范围。
LTE的技术原理
LTE的技术原理LTE（Long Term Evolution）作为第四代移动通信技术，其技术原理主要包括无线接入技术、核心网技术和网络优化技术等方面。
本文将详细介绍LTE的技术原理。
一、无线接入技术1.OFDM技术LTE使用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术作为其物理层技术，采用了SC-FDMA（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）技术作为上行链路的多址技术。
OFDM技术具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、符号时间间隔长、对调制方式的选择灵活等特点，能够有效提高数据传输速率和系统整体性能。
2.MIMO技术LTE还采用了MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术，该技术通过在发送端和接收端分别增加多个天线，利用空间复用技术实现多个数据流同时传输，从而提高系统的频谱效率和系统容量。
MIMO技术在LTE 系统中广泛应用于数据传输和信号处理过程中。
3.自动重传请求技术LTE系统还引入了自动重传请求技术，通过在物理层上实现自动重传请求ARQ（Automatic Repeat reQuest）功能，可以有效保障数据传输的可靠性和稳定性。
当接收端检测到数据包丢失或错误时，会向发送端发送自动重传请求，发送端重新发送丢失的数据包，从而保证数据的完整性和准确性。
二、核心网技术1. Evolved Packet Core（EPC）LTE核心网采用了Evolved Packet Core（EPC）结构，EPC由三个主要部分组成：核心网节点（PGW、SGW、MME）、用户面协议GTP（GPRS Tunneling Protocol）和控制面协议S1AP（S1 Application Protocol）。
EPC实现了LTE系统的核心网络功能，包括连接管理、移动性管理、安全性保障、QoS（Quality of Service）管理等。
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。
LTE核心网网络架构
LTE系统核心网网络架构阅读报告摘要：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，最终通过分析各网元的功能，实现核心网的功能。
关键词：LTE；EPC；核心网；网络架构；1LTE技术概述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。
2LTE网络的分析2.1 LTE网络架构的背景当前，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(Long Term Evolution)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Release6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。
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核心网
Security Level: Internal Open
LTE 核心网介绍
C&Wi售前网络规划部
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了解LTE产生的背景及网络架构 掌握LTE物理层和层2的基本原理
Page 3
Charter 1 LTE背景介绍
1.1 LTE的概念和设计目标
1.2 LTE的标准化进程
1.3 SAE简介 1.4 SON简介 1.5 3GPP简介
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Page 4
LTE背景介绍
什么是LTE？
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Page 2
Charter 1 LTE背景介绍 Charter 2 LTE网络架构及协议栈介绍
Charter 3 LTE物理层结构介绍
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Node B
IPRAN
Node B
Enode B
Enode B
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LTE的网元功能
e-NodeB的主要功能包括：
S-GW的主要功能包括：
无线资源管理功能，即实现无线承载控制、无 线许可控制和连接移动性控制，在上下行链路 上完成UE上的动态资源分配（调度）； 用户数据流的IP报头压缩和加密； UE附着状态时MME的选择； 实现S-GW用户面数据的路由选择； 执行由MME发起的寻呼信息和广播信息的调度 和传输； 完成有关移动性配置和调度的测量和测量报告。
LTE核心网简介
MME POOL号标识 MME 标识
MME POOL是3GPP R8版本的必选基本功能 增加了MME向eNodeB的反馈机制（ MME可 以向eNodeB下发weight，标识自己的负 荷状态，供eNodeB选择POOL内的MME ）
建议：采用方案二
- MME POOL作为基本的必选功能要求
- 当MME数量达到2个以上，且. 覆盖区域连续的情况下，部署MME POOL
城市1
城市2 eNodeB
21
S1/X2接口（无线网与核心网之间）承载方案
IP地址分配
对IP承载网资 源的占用
对二干传输资 源的占用
网络结构 对IP承载网“ 话音”业务的 影响 安全性
方案一：PTN直接互连
集团统一制定原则，省内PTN自行规 划
无需占用IP承载网的资源
需配置专用的资源用于LTE 但总量与方案二基本相当
LTE核心网简介
1
一、LTE核心网网络架构及网元功能 二、LTE业务实现方案及基本流程 三、EPC网络组织 四、EPC带宽计算
.
2
EPS网络架构
EPS (Evolved Packet System) UE（User Equipment） LTE（Long Term Evolution）
.
SAE（System Architecture Evolution） EPC (Evolved Packet Core) SAE=EPC
LTE语音业务方案-双待终端
双待终端：始终由电路域提供话音业务
双待双卡终端 卡1 2G/TD 卡2 LTE
双待单卡终端 2G/TD
卡 LTE
2G/TD 卡
LTE 单待单卡终端
2G/TD
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LTE短信业务方案
LTE“单待”终端驻留在LTE网络时，不能使用2G/TD 电路域短信业务
适用于： - 计费信息通知 - 接收“彩信”
• 基于3GPP标准规定的SGs接口方式
卡 LTE
2G/TD 卡
LTE 单待单卡终端
2G/TD
SGs接口短信 MSC Server
拜访MSC Server
HSS/HLR
电路域
A
SGs接口
MME
C
E-UTRAN
B
EPC S-GWSAE-GWP-GW
A：话音业务 B：数据业务 C：单待终端的短信业务
“单待”终端：执行SGs接口联合位 置更新 “双待”终端：不执行SGs接口联合 位置更新
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EPC网络架构
• S-GW和P-GW合设
UTRAN
SGSN
NodeB
RNC
S12
GERAN BTS
LTE
S3 S6a
BSC/PCU S1-MME
HSS
S4 MME
S11
PCRF
Gx
Rx
eNodeB
S1-U
SGi S-GW/P-GW
Operator's IP Services
Page4
EPC网络架构
MME
eNodeB
SAE GW
Page9
TD-LTE与TD/2G协同组网网络结构
S-GLsT：E短MM信E-普通MSMCS-SC SERVER
- CS FallBack话音
Sv：MME-SRVCC MSC-S - LTE VoIMS+SRVCC
电路域
GMSC SERVER
MGCF
HSS
其它IMS 网元
SRVCC实现方案：
2G/TD RAN
LTE终端切换到 2G/TD网络
MME控制 话音切换
话音业务 E-UTRAN
- 切换流程复杂；
eNodeB
- 时延较长，可能会影响成功率
电路域
MSC Server
MGW
MSC Server Enhanecd SRVCC
IP网络
MGW
现网改造 或新建
MME与SRVCC MSC-S 之间新增Sv接口 - 传送“切换”信息
2G/TD RAN
MGW
HLR
GMGW IM-MGW GGSN
CM-IMS
SGSN Gr
Gn Gn
分组域
SBC
MME S1-MME E-UTRAN
S1-U
HSS
S6a
S11 EPC
SGi
S5/S8
S-GW SAE-GW P-GW
其它数据 业务网
完成类似于 SGSN的功能
完成类似于 GGSN的功能
TD-LTE仅存在核心网分组域（EPC）
4：MSC-S通过SGs接口将“短信” 发送至MME
5
E-UTRAN
IP网络
5：MME将“短信”通过LTE网络 发送至用户
eNodeB
S-GW SAE-GWP-GW
14
Page14
LTE语音业务方案-双待终端
双待终端：始终由电路域提供话音业务
双待双卡终端 卡1 2G/TD 卡2 LTE
双待单卡终端 2G/TD
2G/TD分组域
eNodeB
S-GW
P-GW
SAE-Gateway
用户接入LTE网络， 鉴权、位置更新
Evolved Packet Core
通过SGs接口执行 “联合位置更新”
IMS 核心网
其它数据 业务网
1、与LTE共覆盖区的所有MSC Server均需改造支持CSFB
2、LTE终端需支持CSFB
1、需占用IP承载网的地址资源（尤其是随着eNodeB数量的增加，将来 需占用较多的IP地址资源） 2、需占用CE的接口，有可能需新建CE，并增加对AR接口资源的占用 3、IP承载网的传输带宽需扩容
可共用IP承载网的传输资源。但是由于IP承载网是采用“轻载”的设 计理念；需要IP承载网预留较多的传输资源用于话音业务的保障。例 如：原AR—BR：目前配置为1个10GE传输资源；S1接口需要10GE传 输，则AR—BR需改造为（10+10）/50% = 3～4个10GE
方案一：PTN直接互连
集团统一制定原则，省内PTN自行规 划
无需占用IP承载网的资源
需配置专用的资源用于LTE 但总量与方案二基本相当
清晰、简单；业务网直接承载在具备 IP功能的传输网上
无影响
封闭的网络，安全性较高
方案二：PTN通过IP承载网互连
需要IP承载网专门配置S1/X2接口的MPLS VPN，并统一规划和分配IP 地址资源
EPC
MME
省会 城市
PTN
SAE-GW
AR CE
BR/AR
VV
IP承载网
VV
AR
VV
CE
PTN
PTN
eNodeB
城市1
城市2 eNodeB
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S1/X2接口（无线网与核心网之间）承载方案
IP地址分配
对IP承载网资 源的占用
对二干传输资 源的占用
网络结构 对IP承载网“ 话音”业务的 影响 安全性
2
MSC Server
1
HLR
主叫局查询HLR，HLR 将MSC-S提供的MSRN
返回给主叫局
2G/TD RAN
3 IP网络
终端切换至 TD/2G网络
响应寻呼
LTE终端 （多模单待）
同时，LTE终端将 数据业务也切换到
5 4
建立话路 连接
MGW 0-2 MME
E-UTRAN
0-1
HSS DN S
IP网络
√方案二：MME POOL
MME
MME
MME
MME
用户第一次附着在网络中时，由eNodeB负责为用 户选择1个MME，同时MME为用户分配一个GUTI
GUTI = MCC+MNC+MMEGI+MMEC +M-TMSI
MME POOL号标识 MME 标识
MME POOL是3GPP R8版本的必选基本功能 增加了MME向eNodeB的反馈机制（ MME可 以向eNodeB下发weight，标识自己的负 荷状态，供eNodeB选择POOL内的MME ）
Gx AF
S5/8
SGi
Internet
PS Service
Serving GW
核心EPC网(EPC) CG
PDN GW
BOSS
EPS
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8
核心网-网络变化及传输需求
SGSN
GGSN
BSC
BTS
NodeB
RNC
无BSC/RNC
扁平化、全IP化
由于LTE的高速率，将来LTE对传输网络需求巨大（以G为单位）， 1个 宏站带宽需求在200M以上，需要提前做好传输网络规划和建设。
LTE核心网简介
一、LTE核心网网络架构及网元功能 二、LTE业务实现方案及基本流程 三、EPC网络组织 四、EPC带宽计算
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EPS网络架构
EPS (Evolved Packet System) UE（User Equipment） LTE（Long Term Evolution）
SAE（System Architecture Evolution） EPC (Evolved Packet Core) SAE=EPC
√
方案二：全连接
不设置eNodeB与S-GW的归属关系；即：各
eNodeB的业务由一组S-GW负荷分担的疏通
MME
P-GW
S-GW
IP 网 络
S-GW
S-GW
eNodeB
eNodeB
eNodeB
用户跨eNodeB漫游时，需要跨SGW重新建立Default Bearer
MME
P-GW
S-GW eNodeB
HSS
MME (3) 选择S-GW、P-GW
DNS
E-UTRAN eNodeB
(4) P-GW地址
IP网络
(5) 请求为用户建立默认承载
S-GW (6)为用户建立默认承载(分配用户IP地址) P-GW SAE-Gateway
后续，当用户需要与外部数据网通信时，使 用已经建立的“默认承载”
外部 数据网
AS SBC
internet (CMNet)
集团客户、家庭用户
核心网-网络融合
保护投资 降低负荷
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一、LTE核心网网络架构及网元功能 二、LTE业务实现方案及基本流程 三、EPC网络组织 四、EPC带宽计算
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LTE数据业务方案
简要流程
EPC (Evolved Packet Core)
HSS: home subscriber server
PCRF: policy and charging rule function
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TD-LTE网络结构
整个TD-LTE系统由3部分组成
2G Gb
BTS
Iu BSC/PCU
TD
负责无线资源
管理 NodeB
RNC
S10
LTE S1-MM务方案-CSFB
终端位于TD/2G网，由电路域 提供业务 终端位于LTE网：
-主叫：切换至电路域提供业务 -被叫：通过LTE得到来话通知 后切换至TD/2G无线网，通过 电路域接收呼叫