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LTE與VOLTE基礎知識

標簽：volte

時間維度上看，現在5G研究如火如荼，4G LTE的大規模部署時間約為09年到13年左右。3GPP系統的持續演進和優化，提高性能、降低成本，3GPP提出了系統架構演進項目（SAE）。SAE是一個同時支持GSM、WCDMA/HSPA和LTE技術的通用分組核心網，實現用戶在LTE系統和其他系統之間無縫移動，實現從3G到LTE的靈活遷移，也能夠集成采用基于客戶端和網絡的移動IP，WiMAX等的非3GPP接入技術。

先區分幾個概念

縮略語	中文	概念范圍
EPS	演進分組系統	包括接入網和核心網
EPC	演進分組核心網	僅核心網
E-UTRAN	演進通用接入無線網	僅接入網
SAE	系統結構演進（與EPC重疊）	僅核心網
LTE	無線接口長期演進（與E-UTRAN重疊）	僅接入網

我的理解是LTE和SAE是最開始推進組提出的研究項目和演進計劃，EPC和E-UTRAN是最后的網絡架構名稱。

首先LTE區別于之前網絡的特點是扁平化（與扁平化反義的就是層級結構，總之就是架構更簡潔）

扁平化的架構可以減少設備投入、接口數量，并可以增強端到端的時延。

具體來說：

取消RNC（中央控制節點），只保留一層RAN節點——eNodeB

NodeB和核心網采用基于IP路由的靈活多重連接——S1-flex接口

相鄰eNodeB采用Mesh連接——X2接口

主要網元功能：

MME：Idle狀態移動性管理；EPS承載控制等。

S-GW：移動性錨點。解釋下錨點（anchor），即用戶從不同接入系統接入時，業務數據都要經過這個網元。那么用戶在不同接入系統之間移動時，可以保證該網元分配的用戶地址保持不變，以支持計費和其他業務需求。舉個栗子，UE在同一個MME管轄范圍下的不同eNB之間切換（小區間切換），那么接入的eNB發生改變，但是接入服務的MME沒有改變，所以，在這種場景下，MME是移動性錨點（SGW也可能沒有改變）
那么當UE在3GPP的不同技術之間切換，比如G網/W網/LTE網之間切換的時候（Inter-RAT切換），eNB和MME都可能會變化（比如2G沒有eNB，也沒有MME），但是S-GW是連接不同3GPP的RAT的設備，在不同RAT之間切換（包括回退）的場景下，S-GW是沒有改變的，S-GW是所謂3GPP之間切換的錨定點。
此外，SGW對數據報進行QOS分級，根據QOS級別來計費。

P-GW：UE IP地址分配，包過濾等。SAE中還負責非3GPP接入。

SAE架構中，原PS域的SGSN和GGSN功能歸并后重新劃分，成為兩個新的邏輯網元：MME和SGW，實現PS域的承載與控制分類。之前承載與控制是耦合的。

TD-LTE產業鏈包括系統設備、終端/芯片、測試儀表。芯片指多模多頻芯片，如六模支持G/C/U/TDS/LTE-TDD/FDD

通信制式

4G的LTE分為兩種，一種是時分雙工TDD，一種是頻分雙工FDD。

TDD接收和發送使用同一頻率載波的不同時隙作為信道的承載。單方向（如下行）資源在時間上是不連續的。

而FDD是在分離的兩個對稱頻率信道上進行接收和發送，因為這個特性導致其適用于對稱業務而不適合非對稱業務。

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在高速場景下，由于多普勒效應導致快衰落，通俗來說就是有延遲，需要迅速的信道估計和資源調度。FDD上下行同時進行，可以通過上行鏈路告知基站做調整。TDD中就會被延遲所影響。
另外TD-LTE適合熱點區域覆蓋，FDD適合廣域覆蓋。

正交頻分復用OFDM

正交頻分復用OFDM，與傳統的多載波調制（MCM）相比， OFDM調制的各個子載波間可相互重疊，并且能夠保持各個子載波之間的正交性。

幀格式

TDD的幀結構：  

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- 一個長度為10ms的無線幀由2個長度為5ms的半幀構成
- 每個半幀由5個長度為1ms的子幀構成
- 常規子幀：由兩個長度為0.5ms的時隙構成
- 特殊子幀：由DwPTS、 GP以及UpPTS構成

LTE與3G的比較

CDMA/TDMA到OFDMA
16QAM到64QAM
電路域CS消亡，分組域PS崛起，全IP。
智能天線到MIMO
軟切換-硬切換（簡化切換過程）

VOLTE

VoLTE狹義上來講就是VoIP，與普通的VoIP相比：1.網絡的承載由互聯網變成了LTE；2.同時對VoLTE使用的DRB承載定義更高的優先級和速率保障等，來保證業務QOS。
3GPP標準定義：基于IMS網絡的LTE語音解決方案。所以廣義來說基于LTE承載的IMS的多媒體業務都可以稱呼為VoLTE。

VOLTE通信流程

注冊

注冊是將UE的IP地址和IMPU的綁定關系存儲到到IMS系統中。
注冊包括UE和網絡的雙向認證過程
UE在LTE中有三種連接狀態:Detached(網絡不知道UE),IDLE（知道UE,但不知道具體小區）,Active.

圖中上面虛線框部分是第一次注冊響應，下面虛線框是第二次。第一次注冊過程中，從HSS中取鑒權（AV）向量，實現手機對網絡的校驗。第二次注冊過程中，從HSS取已經注冊和未注冊的IMPU，進行網絡對手機的校驗。

IMS用戶擁有兩種用戶標識：

私有標識 (IMPI： IM Private Identity也稱PVI) 和公有標識 (IMPU： IM Public Identity也稱PUI) ：

IMPI是歸屬網絡運營商提供給用戶的唯一全球標識，可以在歸屬網絡中從網絡角度標識用戶簽約數據。 IMPI在所有注冊請求消息中使用，由UE傳送給網絡，用于注冊、授權、管理和計費等目的。 IMPI的功能類似于IMSI在GSM中的功能，其對用戶而言是不可知的，僅僅存儲在智能卡中，只用于簽約標識和鑒權目的，不用于SIP請求的路由。其格式為username@operator.com。
公共用戶標識是用于用戶間進行通信的標識。歸屬網絡運營商會給用戶分配一個或者多個IMPU。 IMPU的功能類似于GSM中的MSISDN，在IMS中， IMPU用于路由SIP信令。 IMPU可以采用SIP URI（sip：+861012345678@ims.bj.chinamobile.com）或TEL URI（tel:+861012345678）格式。
IMPU與IMPI之間為多對多的關系，即存在一機多號和一號多機。但實際上運營商一般為一個用戶分配一個或多個IMPU和一個IMPI。

呼叫過程中SIP的作用

建立從主叫UE到被叫UE的路由通道
雙方進行媒體協商
雙方進行資源預留并確認。

媒體協商和資源預留

媒體協商

主叫和被叫UE在會話建立過程中需要對媒體的類型和編碼方式達成一致，所以使用SDP請求和應答機制對媒體進行協商。
協商的媒體類型包括：視頻、音頻、文本、聊天等。每種媒體類型包括多種編碼方式。都需要協商。

資源預留

為保證媒體會話可以建立，空口需要為主被叫分配資源。
一般進行SDP提供/應答的協商確定了媒體格式和編碼方式后，可以進行資源預留。

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總結

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