LTE与VOLTE基础知识

作者:神秘网友 发布时间:2020-10-14 13:56:10

LTE与VOLTE基础知识

LTE与VOLTE基础知识

时间维度上看,现在5G研究如火如荼,4G LTE的大规模部署时间约为09年到13年左右。3GPP系统的持续演进和优化,提高性能、降低成本,3GPP提出了系统架构演进项目(SAE)。SAE是一个同时支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技术的通用分组核心网,实现用户在LTE系统和其他系统之间无缝移动,实现从3G到LTE的灵活迁移,也能够集成采用基于客户端和网络的移动IP,WiMAX等的非3GPP接入技术。

  • 先区分几个概念
缩略语中文概念范围
EPS演进分组系统包括接入网和核心网
EPC演进分组核心网仅核心网
E-UTRAN演进通用接入无线网仅接入网
SAE系统结构演进(与EPC重叠)仅核心网
LTE无线接口长期演进(与E-UTRAN重叠)仅接入网

我的理解是LTE和SAE是最开始推进组提出的研究项目和演进计划,EPC和E-UTRAN是最后的网络架构名称。

首先LTE区别于之前网络的特点是扁平化(与扁平化反义的就是层级结构,总之就是架构更简洁)
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扁平化的架构可以减少设备投入、接口数量,并可以增强端到端的时延。

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具体来说:

取消RNC(中央控制节点),只保留一层RAN节点——eNodeB

NodeB和核心网采用基于IP路由的灵活多重连接——S1-flex接口

相邻eNodeB采用Mesh连接——X2接口

主要网元功能:

MME:Idle状态移动性管理;EPS承载控制等。

S-GW:移动性锚点。解释下锚点(anchor),即用户从不同接入系统接入时,业务数据都要经过这个网元。那么用户在不同接入系统之间移动时,可以保证该网元分配的用户地址保持不变,以支持计费和其他业务需求。举个栗子,UE在同一个MME管辖范围下的不同eNB之间切换(小区间切换),那么接入的eNB发生改变,但是接入服务的MME没有改变,所以,在这种场景下,MME是移动性锚点(SGW也可能没有改变)
那么当UE在3GPP的不同技术之间切换,比如G网/W网/LTE网之间切换的时候(Inter-RAT切换),eNB和MME都可能会变化(比如2G没有eNB,也没有MME),但是S-GW是连接不同3GPP的RAT的设备,在不同RAT之间切换(包括回退)的场景下,S-GW是没有改变的,S-GW是所谓3GPP之间切换的锚定点。
此外,SGW对数据报进行QOS分级,根据QOS级别来计费。

P-GW:UE IP地址分配,包过滤等。SAE中还负责非3GPP接入。

  • SAE架构中,原PS域的SGSN和GGSN功能归并后重新划分,成为两个新的逻辑网元:MME和SGW,实现PS域的承载与控制分类。之前承载与控制是耦合的。

  • TD-LTE产业链包括系统设备、终端/芯片、测试仪表。芯片指多模多频芯片,如六模支持G/C/U/TDS/LTE-TDD/FDD

4G的LTE分为两种,一种是时分双工TDD,一种是频分双工FDD。
TDD接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载。单方向(如下行)资源在时间上是不连续的。
而FDD是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送,因为这个特性导致其适用于对称业务而不适合非对称业务。
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在高速场景下,由于多普勒效应导致快衰落,通俗来说就是有延迟,需要迅速的信道估计和资源调度。FDD上下行同时进行,可以通过上行链路告知基站做调整。TDD中就会被延迟所影响。
另外TD-LTE适合热点区域覆盖,FDD适合广域覆盖。

  • 正交频分复用OFDM,与传统的多载波调制(MCM)相比, OFDM调制的各个子载波间可相互重叠,并且能够保持各个子载波之间的正交性。
TDD的帧结构:  
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- 一个长度为10ms的无线帧由2个长度为5ms的半帧构成
- 每个半帧由5个长度为1ms的子帧构成
- 常规子帧:由两个长度为0.5ms的时隙构成
- 特殊子帧:由DwPTS、 GP以及UpPTS构成

  • CDMA/TDMA到OFDMA
  • 16QAM到64QAM
  • 电路域CS消亡,分组域PS崛起,全IP。
  • 智能天线到MIMO
  • 软切换-硬切换(简化切换过程)

VoLTE狭义上来讲就是VoIP,与普通的VoIP相比:1.网络的承载由互联网变成了LTE;2.同时对VoLTE使用的DRB承载定义更高的优先级和速率保障等,来保证业务QOS。
3GPP标准定义:基于IMS网络的LTE语音解决方案。所以广义来说基于LTE承载的IMS的多媒体业务都可以称呼为VoLTE。

注册

  • 注册是将UE的IP地址和IMPU的绑定关系存储到到IMS系统中。
  • 注册包括UE和网络的双向认证过程
  • UE在LTE中有三种连接状态:Detached(网络不知道UE),IDLE(知道UE,但不知道具体小区),Active.
  • LTE与VOLTE基础知识
    图中上面虚线框部分是第一次注册响应,下面虚线框是第二次。第一次注册过程中,从HSS中取鉴权(AV)向量,实现手机对网络的校验。第二次注册过程中,从HSS取已经注册和未注册的IMPU,进行网络对手机的校验。

IMS用户拥有两种用户标识:

私有标识 (IMPI: IM Private Identity也称PVI) 和公有标识 (IMPU: IM Public Identity也称PUI) :

  • IMPI是归属网络运营商提供给用户的唯一全球标识,可以在归属网络中从网络角度标识用户签约数据。 IMPI在所有注册请求消息中使用,由UE传送给网络,用于注册、授权、管理和计费等目的。 IMPI的功能类似于IMSI在GSM中的功能,其对用户而言是不可知的,仅仅存储在智能卡中,只用于签约标识和鉴权目的,不用于SIP请求的路由。其格式为[email protected] 。
  • 公共用户标识是用于用户间进行通信的标识。归属网络运营商会给用户分配一个或者多个IMPU。 IMPU的功能类似于GSM中的MSISDN,在IMS中, IMPU用于路由SIP信令。 IMPU可以采用SIP URI(sip:[email protected])或TEL URI(tel:+861012345678)格式。
  • IMPU与IMPI之间为多对多的关系,即存在一机多号和一号多机。但实际上运营商一般为一个用户分配一个或多个IMPU和一个IMPI。
  • 建立从主叫UE到被叫UE的路由通道
  • 双方进行媒体协商
  • 双方进行资源预留并确认。
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媒体协商和资源预留

媒体协商

  • 主叫和被叫UE在会话建立过程中需要对媒体的类型和编码方式达成一致,所以使用SDP请求和应答机制对媒体进行协商。
  • 协商的媒体类型包括:视频、音频、文本、聊天等。每种媒体类型包括多种编码方式。都需要协商。

资源预留

  • 为保证媒体会话可以建立,空口需要为主被叫分配资源。
  • 一般进行SDP提供/应答的协商确定了媒体格式和编码方式后,可以进行资源预留。
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