1.3 TD-LTE网络架构
2G移动通信系统提出的目的之一是改进不同制式移动系统间难以互通、无法漫游的不足，在标准化的过程中也奠定了后期移动通信网络的基本架构，网络侧主要包括核心网与无线接入网以及它们之间的标准化接口。这种网络架构为核心网与无线网技术标准的独立演进创造了便利，在3G以及后期的LTE仍一直沿用。
TD-LTE通信网按照功能结构，可划分成演进型陆地无线接入网（E-UTRAN，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）、演进的分组核心网（EPC，Evolved Packet Core）和用户设备（User Equipment），其中E-UTRAN负责处理与无线通信相关的功能。TD-LTE网络系统架构如图1-4所示。
图1-4 TD-LTE网络系统架构
3GPP无线接入网UTRAN由Node B和RNC两层节点构成。而在制订LTE标准时，对控制面与用户面的时延提出了更加严格的要求。为满足这些要求，在考虑LTE技术架构时，为简化网络结构并减小时延，采用了单层无线网络结构，省去了RNC，这是LTE无线接入网与3G无线接入网的显著区别。
EPC与E-UTRAN合成演进的分组系统（EPS，Evolved Packet System）。
E-UTRAN由一个或者多个演进型基站（eNode B，evolved Node B）组成，eNode B通过S1接口与EPC连接，eNode B之间则可以通过X2接口互连。S1接口和X2接口为逻辑接口。
1.3.1 E-UTRAN的通用协议模型
eNode B不仅继承了Node B原有的功能，还承担了传统的3GPP接入网中RNC的大部分功能，如物理层（包括HARQ）、MAC层（包括ARQ）、无线资源控制、调度、无线准入、无线承载控制、移动性管理和小区间无线资源管理等。
eNode B之间通过X2接口彼此互联，eNode B与CN间通过S1接口连接，而eNode B与UE间通过LTE-Uu互联。
继承了UTRAN接口的定义思路，E-UTRAN接口协议保持了用户平面与控制平面分离的原则。这样做的好处是各层与各平面在逻辑上彼此独立，能够保持控制平面与用户平面、无线网络层（RNL，Radio Network Layer）与传输网络层（TNL，Transport Network Layer）技术的独立演进，同时减少LTE接口标准化的工作量。
1.水平分层
E-UTRAN划分为无线网络层和传输网络层，如图1-5所示。
图1-5 E-UTRAN接口的通用协议模型
E-UTRAN中的逻辑节点及它们之间的接口定义在无线网络层中。S1、X2接口的传输网络层协议则使用标准传输技术，提供用户平面的传输与信令传输。
2.垂直平面
Uu和S1接口的协议结构分成用户面和控制面两部分，如图1-6所示。
（1）用户面
用户面协议完成实际的E-UTRAN无线业务承载的接入，通过接入层传输用户数据。用户面Uu无线接口协议的定义参阅TS 36.2xx和TS 36.3xx系列文档，S1接口协议的定义参阅TS 36.41xx系列文档。
图1-6 S1接口和Uu接口用户面
（2）控制面
控制面协议控制E-UTRAN无线业务的接入（包括业务请求、传输资源控制、切换等），同时提供非接入层消息透明传输的机制，如图1-7所示。控制面Uu无线接口协议的定义参阅TS 36.2xx和TS 36.3xx系列文档，S1接口协议的定义参阅TS 36.41xx系列文档。
图1-7 S1接口和Uu接口控制面
1.3.2 EPC
越来越多的运营商和设备商积极参与并推动LTE的标准化和产业化进程。在此过程中，一些问题也浮出水面。目前，众多移动网络都采用2.5G/3G基础设施，如何平稳过渡到LTE已成为需要重点考虑的问题，包括：现有网络与新建LTE网络的互通、与其他运营商网络的漫游，以及用户在两个网络接入时如何为用户提供一致的业务等需求。因此，伴随着无线接入网的演进研究，3GPP同期开展了分组核心网架构方面的演进工作，并将其定义为EPC。EPC旨在帮助运营商通过采用LTE技术来提供先进的移动宽带服务，以更好地满足用户现在以及未来对宽带及业务质量的需求。
作为LTE eNode B连接到分组网络的核心网络，EPC包含了移动性管理实体（MME，Mobility Management Entity）、服务网关（S-GW，Serving Gateway）、分组数据网络网关（P-GW，PDN GW）、归属签约用户服务器（HSS，Home Subscriber Server）及策略和计费功能体（PCRF）。S-GW与P-GW统称为SAE-GW。
EPC网络架构如图1-8所示。
图1-8 EPC网络架构
1.3.3 TD-LTE网元与主要功能
HSS、MME、SAE-GW是EPC的基本网元，实现了E-UTRAN的直接接入以及与非3GPP网络的互通能力，而S4接口及SGSN则保留了UTRAN和GERAN的接入能力。E-UTRAN与EPC各网元的功能划分如图1-9所示。
图1-9 E-UTRAN与EPC网元的功能划分
（1）eNode B
eNode B是LTE中基站的名称。相比现有3G中的Node B，eNode B集成了部分RNC的功能，减少了通信时协议的层次。
eNode B的功能如下。
①无线资源管理功能（无线承载控制、接纳控制、连接移动性控制、上下行动态资源调度）；
②IP头压缩及用户数据流加密；
③用户面数据到S-GW的路由；
④UE附着时的MME选择；
⑤寻呼信息的调度传输；
⑥广播信息的调度传输；
⑦设置和提供eNode B的测量等。
（2）MME
MME是LTE接入下的控制面网元，它在EPC中起到类似于传统SGSN的控制面功能。MME负责与用户和会话管理有关的控制平面功能，包括如下内容。
①NAS信令处理；
②NAS信令的安全保护；
③AS安全性控制；
④3GPP内不同节点之间的移动性管理；
⑤空闲状态下的UE可达性管理；
⑥TA List管理；
⑦P-GW和S-GW选择；
⑧MME和SGSN的选择；
⑨漫游控制；
⑩安全认证；
⑪承载管理。
（3）S-GW
S-GW是SAE网络用户面接入服务网关，在EPC核心网中起到相当于传统SGSN的用户面功能，包括以下内容。
①eNode B之间切换的本地锚点；
②3GPP不同接入系统间切换的移动性锚点；
③E-UTRAN空闲模式下数据缓存以及触发网络侧Service Request流程；
④合法监听；
⑤数据分组路由和转发；
⑥上下行传输层数据分组标记；
⑦基于用户和承载的计费。
（4）P-GW
P-GW是SAE网络的边界网关，提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能，相当于传统的GGSN。它的功能如下。
①用户级数据分组过滤；
②合法监听；
③UE IP地址分配；
④路由选择和数据转发功能；
⑤PCRF的选择；
⑥对EPS承载的存储和管理，基于PCC进行QoS处理，作为PCC的策略执行点；
⑦非3GPP接入；
⑧基于业务的计费。
（5）HSS
HSS是SAE网络用户数据管理网元，提供鉴权和签约等功能，包括以下功能。
①用户注册：当用户向网络发起注册时，HSS询问相应的核心网节点，以验证用户的订阅权限。用户订阅权限的验证可以由MSC、SGSN或MME来完成，取决于网络和请求注册的类型。
②终端位置更新：随着终端改变位置区域，HSS随之进行更新，并记录所知道的最新区域。
③用户被叫时会话请求：HSS询问并向核心网节点提供所记录的当前用户位置。