UMTS:通用移动通信系统,简称UMTS(Universal Mobile Telecommunications System),UMTS作为一个完整的3G移动通信技术标准,UMTS并不仅限于定义空中接口。除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外,UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。
LTE设计之初便定下了在20MHz频谱带宽下提供下行100Mbps与上行50Mbps的峰值速率。EPC算是LTE在PS(Pachet Switch)侧的核心网系统,而在会话控制侧的核心网是IMS。
ICT技术分为以下几块:
- 物理层技术:基带芯片厂商(博通、MTK、高通、展讯、意法半导体、NXP和三星等)
- 网络层技术:网络交换机和路由器厂商(Cisco、Juniper、华为、ALU和H3C等)
- 服务器技术:IBM、HP、DELL和联想等厂商。
- 芯片技术:AMD、Intel、威盛等。
- 应用层技术:系统平台厂商(微软、Redhat、IBM、谷歌等);互联网服务商(谷歌、Facebook、Twitter、腾讯、阿里巴巴等)。
- 消费电子:苹果、三星、索尼、松下、飞利浦、LG、联想、华为、小米等。
EPC网络架构,相比GPRS已经有巨大的变化,传统SGSN、GGSN网元变成了MME、SAE-GW,即Serving Gateway(SGW)和PDN Gateway(PGW)
GPRS中的SGSN的控制面独立出来变成了MME;SGSN的数据面变成SGW;而GGSN则变成PGW。由此可见EPC变成一种控制和承载完全分离的PS核心网架构。
GRPS核心网 EPC架构
EPC架构包括MME、SGW、PGW三个网元,又称EPC家族中的三兄弟。
MME(Mobility Management Entity),中文名称叫做移动管理实体,是一个用于信令控制的网元,顾名思义它主要做移动性的管理。此外还需要做会话相关的控制处理,其他的功能是一辅助功能,比如鉴权控制,信念面加密,与eNodeB之间的一致性保护等。
SGW叫做服务网关,它是数据面的网元,所谓数据面可以理解成数据传输的处理通道,负责本地网络用户数据处理部分。
PGS是PDN网关,所谓PDN(public data network),中文名称叫做公共数据网,可以理解成核心网后端的网络系统,比如电信应用服务器,OTT服务器等,PDN负责用户数据包与其他网络的处理。
EPC网元的功能详细描述
MME | Serving GW | PDN GW |
NAS信念处理 | ENodeB之间切换的本地锚点 | 基于用户包过滤 |
NAS偏偏的安全保护 | E-UTRAN空闲模式下数据缓存,以及触发网络侧Service Request流程 | 合法监听 |
3GPP内不同节点之间的移动性管理 | 合法监听 | IP地址分配 |
空闲移动终端的跟踪和可达 | 数据包路由和转发 | 上下行传输层数据包标记 |
TA List管理 | 上下行传输层数据包标记 | PCC |
PDN GW和Serving GW选择 | 基于用户和QCI力度的统计(用于运营商间计费) | Non-GBR的基于AMBR的下行速率控制 |
MME和SGW的选择 | 基于用户,PDN和QCI力度的上行和下行的计费。 | GBR的基于MBR的下行速率控制 |
合法监听 | DHCPv4和DHCPv6(Client、Server) | |
漫游监听 | 上行和下行的承载绑定 | |
安全认证 | 上行承载绑定校验 | |
承载管理 |
PDN实际上就是一个核心网数据出口锚点(所谓锚点,实际上就是一个固定的业务节点,可以理解成抛锚的地方),正因为有了锚点,业务开展的时候相当于有了固定的服务人员,相应地业务体验就会更好,PDN作为一个锚点,容易做到和外部的互通,也更容易做到数据流量等的计费。
LTE的架构
eNodeB组成的网络叫做E-UTRAN,即LTE接入网,eNodeB和其他的eNodeB之间的接口叫做X2接口,eNodeB和MME之间的接口叫S1-C接口(控制接口),eNodeB与SGW之间的接口叫做S1-U接口(数据面接口)。
LTE的交互流程
LTE网元功能描述
网元 | 功能 |
eNodeB |
1、无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等。 2、IP头压缩与用户数据流加密 3、UE附着时的MME选择。 4、提供到SGW的用户面数据的路由。 5、寻呼消息的调度与传输 6、系统广播信息的调度与传输 7、测量与测量报告的配置 |
MME |
1、寻呼消息分发,MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNodeB 2、安全控制 3、空闲状态的移动性管理 4、EPC承载控制。 5、非接入层信令的加密与完整性保护。 |
SGW |
1、终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包 2、支持由于UE移动性产生的用户平面切换 |
PGW |
1、逐用户数据包的过滤和检查 2、用户ID配置 |
小区搜索 :是UE和eNodeB建立通信链路的前提,主要利用下行链路传输的两种特殊信号;SCH和BCH。其中SCH用于UE(手机)进行下行同步;而BCH用于UE获取小区相关的参数。
小区搜索流程
主要分为两步聚:
- UE解调主同步信号实现符号同步,并获取小区组内的ID。
- UE解调次同步信号实现帧同步,并获取CP长度和小区组ID。
随机接入
目的:申请上行资源;与eNodeB间的上行时间同步。
手机和基站之间的同步是非常重要的,如果不同步,互相发送的数据是很难正确解码出来的,小区搜索完成了下行的同步,而随机接入是要完成上行同步。注意:随机接入的上行同步,是依赖于手机和基站已经完成下行同步, 即下行如果不同步,随机接入是没有办法完成上行同步的。
随机接入有两种场景
一种是UE随机选择前导码的随机接入流程(基于竞争方式)另一种是UE按照基站指示的前导码发起的承采购接入流程,(非基于竟急方式)
基于况争的随机接入
非竞争的随机接入
通过随机接入的方式,UE向基站发送前导码,从而基站可以计算出UE和基站之间的时间编差,把这个时间偏差以提前量TA的形式发送给终端UE,从而UE可以完成和基站之间的上行同步(实际上是UE发送数据的时候,提前时间TA发给基站,相当于完成了和基站之间的同步)。
RRC交互
RRC消息是一种三层的消息,RRC消息交互的作用有三个:
1、为NAS消息层提供连接管理、消息传递等服务。
即通过RRC消息传输上层的NAS消息,相当于NAS消息是包含在RRC消息的消息体中传输的,而NAS是手机和核心网交互的消息,核心网需要解析NAS消息,获取UE的信息,以及核心网需要通过NAS消息,对UE进行配置。
注意:基站可以解析RRC的消息,但是不解析RRC消息中的NAS消息。
2、对接入网的度层协议实体提供参数配置的功能。
即基站在空口,通过RRC消息对UE的无线参数进行相关配置。
3、负责UE移动性管理相关的测量,控制等功能。
RRC消息在无线空口需要通过无线承载进行传输,这类承载叫信令无线承载(SRB),RRC的SRB包含SRB0和SRB1,相应的无线逻辑信道就是CCCH和DCCH。
RRC消息的无线承载示意图
SRB类型 | 何时建立 | 传输的消息 |
SRB0 | 默认承载,UE在RRC_IDLE,该承载已经存在 | 传输CCCH信道上的消息(RRC连接建立、承载等相关消息) |
SRB1 | RRC连接建立时,建立该承载 | 传输DCCH信道上的RRC消息(其中可能携带NAS消息)及NAS消息 |
SRB2 | 一般在安全性激活后,建立该承载,优先级较低,且最后建立 | 传输DCCH信道上的NAS消息。 |
典型的RRC消息包括:RRC建立连接;RRC连接重建立;RRC连接配置;RRC连接重配置;RRC连接释放。
UE发起RRC连接建立的场景有:呼叫、响应寻呼、TAU(位置更新)、Attach(初始接入)等。第一条RRC Connection Request,用来请求发起建立连接,该消息中会携带UE的初始(NAS)标识和建立原因;第二条消息RRC Connection setup(RRC建立连接),该消息由eNodeB发起,在SRB0上发送,携带SRB1的完整配置信息;第三条消息RRC Connection Setup Complete(RRC建立连接完成),由UE发起,在SRB1上发送,携带上行方向NAS消息,如Attach Request、TAU Request、Service Request、Detach Request等,eNodeB根据这些消息进行S1口(基站和核心网之间的接口)建立相关的承载。