4G无线网络原理及优化 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

4G无线网络原理及优化
第1章　网络概述
第2章　信令流程分析
第3章　语音解决方案
第4章　参数规划
第5章　无线网络优化
第6章　特殊场景优化
附录　LTE常用信令消息
参考文献
第1章网络概述
LTE(1)是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，于2004年12月在多伦多召开的3GPP TSG RAN#26会议上正式立项并启动。LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，并支持1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等多种带宽分配，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化、简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，改善了用户体验，可开展更多业务，降低了网络部署和维护成本。
LTE系统有两种制式：FDD-LTE和TDD-LTE，即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统。LTE TDD和LTE FDD相比，主要差别在于空中接口的物理层上，FDD-LTE系统空口上下行传输采用一对对称的频段接收和发送数据，而TDD-LTE系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输。高层信令除了MAC和RRC层有少量差别外，其他方面基本一致。表1-1为LTE TDD和LTE FDD的主要技术对比。
表1-1　LTE TDD和LTE FDD技术对比
1.1　网络结构
LTE系统架构分两部分，包括演进后的核心网（EPC）和演进后的接入网（E-UTRAN），EPC和E-UTRAN合在一起称为演进后的分组系统（EPS）。演进后的接入网由eNodeB组成，去掉了2G/3G中的BSC/RNC功能实体，以减少用户面和控制面的时延。演进后的分组核心网（EPC）主要包括移动管理实体（MME）、业务网关（Serving GW）、分组数据网关（PDN GW）、归属用户服务器（HSS）和策略与计费规则功能单元（PCRF）。EPS的网络结构如图1-1所示。
LTE核心网引入MME和Serving GW后，实现了用户面与控制面的分离。控制面信令流和用户面数据流路由如图1-2所示。
eNodeB：提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点，eNodeB具有现有NodeB全部和RNC大部分的功能；具备移动性管理功能、无线资源管理功能、空口数据传输、寻呼消息调度与传输、系统广播消息调度与传输、NAS节点选择功能、安全功能、QoS功能、SON功能。eNodeB和UE之间的接口为Uu接口，eNodeB之间通过X2接口连接，eNodeB与EPC之间通过S1接口连接。S1接口又分为S1-MME和S1-U两类，其中S1-U为eNodeB与S-GW的用户面接口，S1-MME为eNodeB与MME的控制面接口，采用S1-AP协议，类似于UMTS网络中的无线网络层的控制部分，主要完成S1接口的无线接入承载控制、操作维护等功能。
图1-1　EPS网络结构
图1-2　控制面和用户面分离
MME：信令实体，主要负责移动性管理、会话管理、用户鉴权和密钥管理、NAS层信令的加密和完整性保护、TA List管理、S-GW选择、漫游控制、合法监听。MME之间通过S10接口连接，MME与S-GW通过S11接口连接，MME与HSS通过S6a接口连接。
S-GW：主要负责UE用户面处理、路由和数据的转发、3GPP定义的不同接入方式间的接入、eNodeB间切换、分组路由和转发功能、IP头压缩、IDLE态终结点、下行数据缓存、基于用户和承载的计费、路由优化和用户漫游时QoS和计费策略实现功能。S-GW与P-GW通过S5/8连接。除切换外，对于每个与EPS系统相关联的UE，每个时刻仅有一个S-GW为之服务。
P-GW：主要负责分组路由和转发、3GPP和非3GPP网络间的锚点、UEIP地址分配及接入外部PDN的网关、计费和QoS策略执行功能、基于业务的计费、PCRF选择。P-GW和外面数据网络（如互联网、IMS等）的接口为SGi，是EPS锚点，P-GW和PCRF的接口为Gx接口。
PCRF：主要负责业务数据流和IP承载资源的QoS策略与计费控制策略的制定，为PCRF（策略与计费执行功能单元）选择及提供可用的策略和计费控制决策，PCRF间通过S9接口连接。在非漫游场景时，在HPLMN中只有一个PCRF跟UE的IP连接访问网络（IP-CAN）会话相关。在漫游场景时，并且业务流量Local Breakout时，有两个PCRF跟一个UE的IP-CAN会话相关。
HSS：主要负责存储LTE/SAE网络中用户所有与业务相关的数据。
UE：用户终端，Release 8和Release 9版本中分5个等级，其中等级5终端能提供的速率最高，Release 10版本新增加3个终端等级。不同等级终端支持的调制方式和接收MIMO空间复用的层数量也有所不同。不同UE等级支持的功能如表1-2所示。
表1-2　UE类型定义
1.2　频谱划分
LTE支持全球2G/3G主流频段，同时支持一些新增频段。目前LTE在不同频带的一个较宽的范围内作定义，每一个频带都具有一个或多个独立的载波。对于FDD，实际上并没有定义双工分离，而是典型的上下行一对载波处于它们各自频带一个相似位置。LTE的频段定义如表1-3所示。
表1-3　LTE频段定义
注：频段6没有被使用。
对于这些频段来说，物理层规范和许多RF要求是相同的，但针对UERF规范，这条规则存在一些例外情况。另外，由于基站限制条件非常少，因而通常以一种频段不可知的方式对eNodeB射频（RF）要求进行定义。即使出现新的要求，增加LTE频段也很容易，且只会影响到RF规范的独立部分。
LTE承载带宽是根据信道带宽（BWChannel）和传输带宽配置（NRB）理论进行定义，如图1-3所示。
图1-3　信道带宽和传输带宽配置的定义
传输带宽配置（NRB）定义为在LTE信道中分配的最大资源块（RB）数。一个资源块（RB）包含12个子 ............

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