1.1 网络结构

LTE系统架构分两部分：演进的核心网（EPC）和演进的接入网（E-UTRAN），EPC和E-UTRAN合在一起称为演进的分组系统（EPS）。演进的接入网由eNode B组成，去掉了2/3G中的BSC/RNC功能实体，使得网络更扁平化，减少控制面和用户面的传输时延。演进的分组核心网（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，功能实体划分如图1-2所示。

图1-1　EPS网络结构

eNode B：提供到UE的E-UTRAN控制面与用户面的协议终止点，eNode B具有NodeB全部和RNC大部分的功能。eNode B支持的主要功能分为：无线资源管理功能、终端附着时MME的选择、寻呼消息调度与传输、系统广播消息调度与传输、信道编解码、调制与解调、SON功能等。eNode B和UE之间的接口为Uu接口，eNode B之间通过X2接口连接，eNode B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eNode B与S-GW的用户面接口，S1-MME为eNode B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1-2　功能实体划分示意

MME：移动管理实体是处理UE与核心网络间信令交互的控制点，在UE和核心网间执行的协议栈称为非接入层协议（NAS）。MME支持的主要功能分为：EPS承载的建立、维护和释放相关的管理功能，由NAS协议中的会话管理层来执行；负责空闲态移动性管理，如寻呼、TAU更新；与连接相关的功能，包括用户鉴权和密钥管理、漫游控制、NAS层信令的加密、S-GW选择；与其他网络交互相关的功能，包括切换语音到2/3G网络。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用户面数据的路由和转发。当用户在eNode B间移动时，S-GW作为数据承载的本地移动锚点。当用户处于ECM-IDLE空闲状态时，S-GW将保留承载信息并将接收到的下行数据缓存。此外，S-GW在拜访网络执行一些管理职能，如收集计费信息及合法监听等。S-GW与P-GW通过S5/8连接（漫游时S-GW与P-GW通过S8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：负责用户IP地址分配、速率限制，分组数据的路由选择和转发并根据PCRF规则进行基于流量的计费，作为3GPP和非3GPP网络间的移动性锚点，接入外部PDN的网关。P-GW和外部数据网络（如互联网、IMS等）的接口为SGi，P-GW和PCRF的接口为Gx接口。

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1-3所示。

图1-3　控制面和用户面分离

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。PCRF间通过S9接口连接。非漫游场景下，在HPLMN中只有一个PCRF与UE的IP连接访问网络（IP-CAN）会话相关；漫游场景下，在业务流量Local Breakout时，有两个PCRF与一个UE的IP-CAN会话相关。

HSS：主要负责存储LTE/SAE网络中所有与业务相关的用户数据，如所归属EPS的QoS配置信息和用户漫游时的接入限制，保留用户可以连接的PDN信息。此外，HSS还保存用户当前连接或注册的移动性管理实体标识等动态信息。

UE：用户终端，Release8和Release9版本中分5个等级，Release10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空间复用的层数量见表1-2。

表1-2　UE类型定义