LTE-Netzwerkarchitektur
Die High-Level-Netzwerkarchitektur von LTE besteht aus folgenden drei Hauptkomponenten:
Die Benutzerausrüstung (UE).
Das weiterentwickelte terrestrische UMTS-Funkzugangsnetz (E-UTRAN).
Der Evolved Packet Core (EPC).
Der weiterentwickelte Paketkern kommuniziert mit Paketdatennetzen in der Außenwelt wie dem Internet, privaten Unternehmensnetzwerken oder dem IP-Multimedia-Subsystem. Die Schnittstellen zwischen den verschiedenen Teilen des Systems werden wie unten gezeigt mit Uu, S1 und SGi bezeichnet:
Die Benutzerausrüstung (UE)
Die interne Architektur der Benutzergeräte für LTE ist identisch mit der von UMTS und GSM verwendeten, bei denen es sich tatsächlich um mobile Geräte (ME) handelt. Die mobile Ausrüstung bestand aus folgenden wichtigen Modulen:
Mobile Termination (MT) : Hiermit werden alle Kommunikationsfunktionen ausgeführt.
Terminal Equipment (TE) : Dies beendet die Datenströme.
Universal Integrated Circuit Card (UICC): Dies wird auch als SIM-Karte für LTE-Geräte bezeichnet. Es wird eine Anwendung ausgeführt, die als Universal Subscriber Identity Module (USIM) bekannt ist.
EIN USIMspeichert benutzerspezifische Daten, die der 3G-SIM-Karte sehr ähnlich sind. Dadurch bleiben Informationen über die Telefonnummer des Benutzers, die Identität des Heimnetzwerks und Sicherheitsschlüssel usw. erhalten.
Das E-UTRAN (Das Zugangsnetz)
Die Architektur des weiterentwickelten UMTS Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) wurde unten dargestellt.
Das E-UTRAN übernimmt die Funkkommunikation zwischen dem Mobiltelefon und dem weiterentwickelten Paketkern und hat nur eine Komponente, die weiterentwickelten Basisstationen eNodeB oder eNB. Jeder eNB ist eine Basisstation, die die Handys in einer oder mehreren Zellen steuert. Die Basisstation, die mit einem Mobiltelefon kommuniziert, wird als bedienende eNB bezeichnet.
LTE Mobile kommuniziert jeweils mit nur einer Basisstation und einer Zelle. Es gibt zwei Hauptfunktionen, die von eNB unterstützt werden:
Das eBN sendet und empfängt Funkübertragungen an alle Mobiltelefone unter Verwendung der analogen und digitalen Signalverarbeitungsfunktionen der LTE-Luftschnittstelle.
Der eNB steuert den Low-Level-Betrieb aller seiner Handys, indem er ihnen Signalisierungsnachrichten wie Übergabebefehle sendet.
Jedes eBN ist über die S1-Schnittstelle mit dem EPC verbunden und kann über die X2-Schnittstelle, die hauptsächlich zur Signalisierung und Paketweiterleitung während der Übergabe verwendet wird, auch mit nahe gelegenen Basisstationen verbunden werden.
Ein Heim-eNB (HeNB) ist eine Basisstation, die von einem Benutzer gekauft wurde, um eine Femtozellenabdeckung innerhalb des Heims bereitzustellen. Ein Heim-eNB gehört zu einer geschlossenen Teilnehmergruppe (Closed Subscriber Group, CSG) und kann nur von Mobiltelefonen mit einem USIM aufgerufen werden, das ebenfalls zur geschlossenen Teilnehmergruppe gehört.
Der Evolved Packet Core (EPC) (Das Kernnetzwerk)
Die Architektur von Evolved Packet Core (EPC) wurde unten veranschaulicht. Es gibt nur wenige weitere Komponenten, die im Diagramm nicht dargestellt sind, um es einfach zu halten. Diese Komponenten sind wie das Erdbeben- und Tsunami-Warnsystem (ETWS), das Geräteidentitätsregister (EIR) und die Policy Control and Charging Rules Function (PCRF).
Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung aller in der obigen Architektur gezeigten Komponenten:
Die HSS-Komponente (Home Subscriber Server) wurde von UMTS und GSM übernommen und ist eine zentrale Datenbank, die Informationen zu allen Teilnehmern des Netzbetreibers enthält.
Das Packet Data Network (PDN) Gateway (P-GW) kommuniziert mit der Außenwelt, d. H. PDN für Paketdatennetzwerke unter Verwendung der SGi-Schnittstelle. Jedes Paketdatennetz wird durch einen Zugangspunktnamen (Access Point Name, APN) identifiziert. Das PDN-Gateway hat dieselbe Rolle wie der GPRS-Unterstützungsknoten (GGSN) und der bedienende GPRS-Unterstützungsknoten (SGSN) mit UMTS und GSM.
Das Serving Gateway (S-GW) fungiert als Router und leitet Daten zwischen der Basisstation und dem PDN-Gateway weiter.
Die Mobility Management Entity (MME) steuert den Betrieb des Mobiltelefons auf hoher Ebene mithilfe von Signalisierungsnachrichten und Home Subscriber Server (HSS).
Die Policy Control and Charging Rules-Funktion (PCRF) ist eine Komponente, die im obigen Diagramm nicht dargestellt ist. Sie ist jedoch für die Entscheidungsfindung bei der Richtlinienkontrolle sowie für die Steuerung der flussbasierten Gebührenfunktionen in der Policy Control Enforcement Function ( PCEF), die sich im P-GW befindet.
Die Schnittstelle zwischen den Serving- und PDN-Gateways wird als S5 / S8 bezeichnet. Dies hat zwei leicht unterschiedliche Implementierungen, nämlich S5, wenn sich die beiden Geräte im selben Netzwerk befinden, und S8, wenn sie sich in unterschiedlichen Netzwerken befinden.
Funktionale Aufteilung zwischen E-UTRAN und EPC
Das folgende Diagramm zeigt die Funktionsaufteilung zwischen E-UTRAN und EPC für ein LTE-Netzwerk:
2G / 3G versus LTE
Die folgende Tabelle vergleicht verschiedene wichtige Netzwerkelemente und Signalisierungsprotokolle, die in 2G / 3G und LTE verwendet werden.
| 2G / 3G | LTE |
|---|---|
| GERAN und UTRAN | E-UTRAN |
| SGSN / PDSN-FA | S-GW |
| GGSN / PDSN-HA | PDN-GW |
| HLR / AAA | HSS |
| VLR | MME |
| SS7-MAP / ANSI-41 / RADIUS | Durchmesser |
| DurchmesserGTPc-v0 und v1 | GTPc-v2 |
| MIP | PMIP |