LTE 系統模型簡介

3GPP LTE 系統架構在 TS 36.300 [15]中有詳細說明，LTE 系統架構可 分為核心網路(Evolved Packet Core Networks, EPC)與無線架構

（Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN）兩部分。核

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心網路主要建立在全 IP 網路架構與多重網路存取架構。在訊息傳輸方面分 為用戶層面(user plane)與控制層面(control plane)，藉此區分網路控制封包 和用戶實際傳輸的資料封包。

3GPP E-UTRAN 3GPP EPC

Internet (Operator's IP

Services)

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在無線架構部分 E-UTRAN 包含了用戶設備(User Equipment, UE)與 基地台(eNodeB)，E-UTRAN 在下行鏈路使用正交分頻多工存取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)通訊技術，可支援分頻雙工 (FDD)與分時雙工(TDD)模式，而上行鏈路則採用單載波分頻多工

(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access, SC-FDMA)以及支援多 種不同之頻寬(1.4M-20 MHz)。 E-UTRAN 負責無線訊號的控制與資料處 理，包括有無線資源管理(Radio Resource Management, RRM)、用戶排程 (Scheduling)、權限控制(Admission Control)、服務品質(Quality of Service, QoS)、資料加解密自動重傳請求/混合自動重傳請求(ARQ/HARQ)等功能，

除此之外與 EPC 核心網路進行資料交換的任務也是由 eNodeB 負責。

eNodeB 會透過 S1 的空中介面(Air Interface)跟 EPC 核心網路進行溝通與連 結，而 eNodeB 間則是透過 X2 的進行溝通，如圖 2-5 所示。

MME/GW MME/GW

eNodeB

eNodeB

eNodeB S1 S1

X2

X2 X2

S1 S1

E-UTRAN EPC

圖 2-7、LTE 網路無線架構示意圖[15-16]

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LTE 系統中之 eNodeB 有許多任務要執行，其中一項重要之任務為─

用戶排程，eNodeB 裡的排程器(scheduler)必須將頻寬切割成為可用的資源 塊(Resource block, RB)，並將資源塊分配給用戶使用，使用戶能夠將資料 藉由資源塊傳送出去。在目前 LTE-A 系統版本中，因加入載波聚合及相關 技術，使下行鏈路的傳輸速率最快可達 1Gbps，傳輸頻寬也可達到 100MHz。

在 LTE-A 系統內部將網路整合成一個單一網路-全 IP 網路(all-IP Network)，

並在此網路中進行訊號的處理，捨棄了以前電信架構中將語音資料與數據 資料分別在線路交換領域(Circuit-Switched Domain, CS domain)與封包交換 領域(Packet-Switched Domain, PS domain)的方式。因為改成全 IP 網路架構，

使得整個系統統架構變為簡單，無論語音或是數據資料都可以完全以封包 (Packet)的形式傳輸，這樣的方式有效地提高網路利用率(efficiency)。改變 架構後雖然有優點，但也衍伸出了一些問題，最具代表性的例子為

VoIP(Voice over Internet Protocol, 亦稱為網路電話)服務，在全 IP 網路中要 維持其服務品質(Quality of service, QoS)是相當具有挑戰性的，因為 VoIP 屬於即時性服務(Real Time, RT)，即時性的服務在延遲時間(Delay time)與 封包遺失(Packet loss)的要求上有相當高的要求，而 IP 網路的封包交換特 性，會使得封包在傳送時會造成封包傳送時間顫動 (Jitter)、封包遺失 (Packet Loss)及封包延遲時間過長 (Long Delay)等問題。

EPC 為 LTE 核心網路的部份，在設計上為了降低整個核心網路複雜度 便設計為全 IP 網路協定的多重存取核心網路，營運商可以在此網路中與各 種不同的存取網路進行連結，如 3GPP 無線存取網路(LTE、LTE-A、3G、

2G)、其他無線存取網路(WLAN、WiMAX)以及有線存取網路(Ethernet、

DSL、Cable、Fiber)，這樣的架構可期望增加系統覆蓋範圍與之間的相容 性，更重要的是在降低營運成本之餘，同時又得以增加用戶的傳輸速率。

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EPC 的組成主要分成三個子項目：移動性管理組件（Mobility

Management Entity, MME）、服務閘道(Serving Gateway, S-GW)與封包資料 網路閘道(Packet Data Network Gateway, PDN-GW)。MME 為核心網路管理 者，主要任務為處理來自控制層面的訊息，演進數據封包系統(Evolved Packet System, EPS)業務承載(Bearer)管理、非存取層(Non-access Stratum, NAS)安全管理及閒置模式(Idle Mode)時的移動管理等功能，此外 MME 還 有一個特別的功用，利用 S3 介面與 2G/3G 無線通訊系統進行移動控制的 溝通。

服務閘道 S-GW 主要的任務為處理核心網路中資料傳輸、傳遞用戶的 封包資料、系統中用戶層面的訊息及 eNodeB 之間的換手服務，利用 S4 介面與 2G/3G 無線通訊系統進行資料封包的傳遞與交換工作也是 S-GW 負 責的項目之一。封包資料網路閘道 PDN-GW 是核心網路與外部網路連接 之介面，主要任務為在 LTE 網路中的訊息控制閘道器以及與其他非 3GPP 網路進行資料收送，透過 S5 傳輸介面與 S-GW 溝通。在此結構中支援計 算費用，並且提供手機和外界的網路連線，其概念為網路的中介點，此中 介點介於 3GPP 無線網路與非 3GPP 的通訊網路。

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