2G,3G,4G網絡架構淺談——4G(LTE)

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3G技術帶給人們的高速網絡體驗是史無前例的。然而網速是沒有最快,只有更快的。隨後4G(LTE)技術順勢而生。GPP長期演進(LTE)項目是近兩年來3GPP啓動的最大的新技術研發項目,這種以OFDM/FDMA爲核心的技術可以被看作“準4G”技術。3GPP LTE項目的主要性能目標包括:在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峯值速率;改善小區邊緣用戶的性能;提高小區容量;降低系統延遲,用戶平面內部單向傳輸時延低於5ms,控制平面從睡眠狀態到激活狀態遷移時間低於50ms,從駐留狀態到激活狀態的遷移時間小於100ms;支持100Km半徑的小區覆蓋;能夠爲350Km/h高速移動用戶提供>100kbps的接入服務;支持成對或非成對頻譜,並可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。

這裏簡單介紹一下LTE的網絡架構,以及各個網元的功能。

LTE體系結構將3GPP Release 6 中的RNC、Node B融合爲一體,即圖1中所示的eNB。eNB提供E-UTRAN RLC/MAC/PDCP/物理層協議的功能和控制面RRC協議的功能,整個體系趨於扁平化。這種系統結構和體系的改變使LTE與現有UTRAN結構相比,接口減少,降低了成本,對設備進行維護管理更方便,從性能上來說,有利於減少數據傳輸延遲。

eNB

LTE採用的關鍵技術主要包括:LTE的物理層多址方式下行採用OFDM,上行採用SC-FDMA;鏈路調製技術支持QPSK、16QAM和64QAM三種調製方式;支持FDD和TDD兩種雙工方式;支持MIMO,最基本要求2×2,最高可以支持4×4; 支持鏈路自適應功能,下行採用AMC,上行除了AMC還包括傳輸帶寬的自適應調整和發射功率的自適應調整;支持HARQ和ARQ功能;支持小區干擾抑制以提高小區邊緣的數據率和系統容量。

LTE的網絡架構可以分爲E-UTRAN和EPC兩大部分。相比於3G技術:E-UTRAN(4G)=UTRAN(3G);EPC(4G)=CN(3G).

1.E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)

E-UTRAN 在系統性能和能力方面的研究目標主要有以下幾點:

  • 更高的空中接口峯值速率以及頻譜效率。下行100 Mbit/s,頻譜效率5 bit(s·Hz);上行50 Mbit/s,頻譜效率25 bit(s·Hz),系統的最大帶寬爲20 MHz,還支持其它各種系統帶寬:1.25MHz、1.6MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz 和15MHz 等系統帶寬,以及“成對”與“非成對”頻段的部署,以保證將來在系統部署上的靈活性;
  • 在 E-UTRAN 中,eNodeB 之間底層採用IP 傳輸,在邏輯上通過X2 接口互相連接,即形成Mesh 型網絡。這樣的網絡結構設計主要用於支持UE 在整個網絡內的移動性,保證用戶的無縫切換。而每個eNodeB 通過S1 接口和移動性管理實體/接入網關(Mobility Management Entity (MME)/Serving Gateway(S-GW))連接,一個eNodeB 可以和多個MME/S-GW 互連,反之亦然。
  • 在 E-UTRAN 網絡中,由於沒有了RNC,整個E-UTRAN 的空中接口協議結構和原來的UTRAN 相比有了較大的不同,特別是不同功能實體的位置出現了很多變化。原來由RNC承擔的功能被分散到了eNodeB 和MME/S-GW 上。

2.EPC(Evolved Packet Core)

EPC 核心網主要由移動性管理設備(MME)、服務網關(S-GW)、分組數據網關(P-GW)、存儲用戶簽約信息的HSS、策略控制單元(PCRF) 等組成, 其中S-GW 和P-GW可以合設,也可以分設。EPC 核心網架構秉承了控制與承載分離的理念,將分組域中SGSN 的移動性管理、信令控制功能和媒體轉發功能分離出來,分別由兩個網元來完成,其中,MME 負責移動性管理、信令處理等功能,S-GW 負責媒體流處理及轉發等功能,P-GW 則仍承擔GGSN 的職能。LTE 無線系統中取消了RNC 網元,將其功能分別移至基站eNodeB 和核心網網元,eNodeB 將直接通過S1 接口與MME、S-GW 互通,簡化了無線系統的結構。

至此,2G-3G-4G就先草草介紹了一下網絡架構和其中的各個網元。最後,送給大家一張Moto官方ppt裏的一張說明圖,千言萬語不如下面這張圖片來的明白:

23G to Lte

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