TDDLTE信令流程.pdf
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1、TDD-LTETDD-LTE 基本信令流程基本信令流程指导书指导书TDD-LTETDD-LTE 基本信令流程指导书网基本信令流程指导书网版本日期2009-09-14作者审核修改记录初版目目录录1 1概述概述2 2TDD-LTETDD-LTE 网络结构概述网络结构概述EPC 与 E-UTRAN 功能划分E-UTRAN 接口的通用协议模型S1 接口S1 接口的用户平面S1 接口控制面X2 接口X2 接口用户平面X2 接口控制平面3 3典型信令流程分析典型信令流程分析开机附着流程UE 发起的 service request 流程网络发起的 paging 流程关机去附着切换流程空口 RRC 信令1 1
2、概述概述对信令的理解和熟悉有助于在网络规划和优化过程中定位问题,因此是网络优化的必备能力。通常遇到问题,我们需要结合网络侧(后台信令跟踪)和终端侧两边的信令,共同分析。本文首先介绍了 LTE 网络架构及各个接口;接着详细描述了 TDD-LTE 的空口的信令流程,希望对读者学习 LTE 有所帮助。2 2TDD-LTETDD-LTE 网络结构概述网络结构概述LTE 的系统架构分成两部分,包括演进后的核心网 EPC(MME/S-GW)和演进后的接入网 E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域。LTE 接入网仅由演进后的节点 B(evolved NodeB)组成,提供到 UE 的 E-UTRA控制
3、面与用户面的协议终止点。eNB 之间通过 X2 接口进行连接,并且在需要通信的两个不同 eNB 之间总是会存在 X2 接口。LTE 接入网与核心网之间通过 S1 接口进行连接,S1 接口支持多多联系方式。与 3G 网络架构相比,接入网仅包括 eNB 一种逻辑节点,网络架构中节点数量减少,网络架构更加趋于扁平化。扁平化网络架构降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延,也会降低 OPEX(运营成本)与 CAPEX(有关的网络设备、计算机、仪器等一次性支出的项目)。由于 eNB 与 MME/S-GW 之间具有灵活的连接(S1-flex),UE 在移动过程中仍然可以驻留在相同的 MME/S-GW 上,
4、有助于减少接口信令交互数量以及MME/S-GW 的处理负荷。当 MME/S-GW 与 eNB 之间的连接路径相当长或进行新的资源分配时,与 UE 连接的 MME/S-GW 也可能会改变。2.12.1EPCEPC 与与 E-UTRANE-UTRAN 功能划分功能划分与 3G 系统相比,由于重新定义了系统网络架构,核心网和接入网之间的功能划分也随之有所变化,需要重新明确以适应新的架构和 LTE 的系统需eNB求。针对 LTE 的系统架构,网络功能划分如下图:Inter Cell RRMeNB 功能:RB ControlConnection Mobility Cont.Radio Admission
5、 ControleNB MeasurementConfiguration&ProvisionDynamic ResourceAllocation(Scheduler)RRCMMENAS SecurityIdle State MobilityHandling1)无线资源管理相关的功能,包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等;2)IP3)UE头压缩与用户数据流加密;附着时的 MME 选择;S-GW 的用户面数据的路由;4)提供到5)寻呼消息的调度与传输;6)系统广播信息的调度与传输;7)测量与测量报告的配置。MME 功能:1)寻呼消息分发,MME2)安全控制;3)
6、空闲状态的移动性管理;4)SAE负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的 eNB;承载控制;5)非接入层信令的加密与完整性保护。服务网关功能:1)终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;2)支持由于 UE 移动性产生的用户平面切换。2.22.2E-UTRANE-UTRAN 接口的通用协议模型接口的通用协议模型E-UTRAN 接口的通用协议模型如下图所示,适用于 E-UTRAN 相关的所有接口,即 S1 和 X2 接口。E-UTRAN 接口的通用协议模型继承了 UTRAN 接口的定义原则,即控制面和用户面相分离,无线网络层与传输网络层相分离。继续保持控制平面与用户平面、无线网络层与传输网络层技术的
7、独立演进,同时减少了 LTE 系统接口标准化工作的代价。2.32.3S1S1 接口接口S1 接口是 MME/S-GW 网关与 eNB 之间的接口,S1 接口与 3G UMTS 系统 Iu接口的不同之处在于,Iu 接口连接包括 3G 核心网的 PS 域和 CS 域,S1 接口只支持 PS 域。2.3.12.3.1S1S1 接口的用户平面接口的用户平面用户平面接口位于 E-NodeB 和 S-GW 之间,S1 接口用户平面(S1-UP)的协议栈如下图所示。S1-UP 的传输网络层基于 IP 传输,UDP/IP 之上的 GTP-U用来传输 S-GW 与 eNB 之间的用户平面 PDU。GTP-U 协
8、议具备以下特点:1)GTP-U 协议既可以基于 IPv4/UDP 传输,也可以基于 IPv6/UDP 传输;IP 地址和 UDP 端口号进行路由;2)隧道端点之间的数据通过3)UDP 头与使用的 IP 版本无关,两者独立。S1 用户面无线网络层协议功能:1)在 S1 接口目标节点中指示数据分组所属的 SAE 接入承载;2)移动性过程中尽量减少数据的丢失;3)错误处理机制;4)MBMS 支持功能;5)分组丢失检测机制;2.3.22.3.2S1S1 接口控制面接口控制面S1 控制平面接口位于 E-NodeB 和 MME 之间,传输网络层是利用 IP 传输,这点类似于用户平面;为了可靠的传输信令消息
9、,在IP曾之上添加了SCTP;应用层的信令协议为 S1-AP。S1 接口控制面协议栈如下图所示:S1 控制面功能:1)SAE 承载服务管理功能(包括 SAE 承载建立、修改和释放);UE 上下文释放功能;状态下 UE 的移动性管理功能(包括 Intra-LTE 切换和2)S1 接口3)LTE_ACTIVEInter-3GPP-RAT 切换);4)S1 接口的寻呼;信令传输功能;5)NAS6)S1 接口管理功能(包括复位、错误指示以及过载指示等);7)网络共享功能;8)漫游于区域限制支持功能;9)NAS10)11)节点选择功能;初始上下文建立过程;S1 接口的无线网络层不提供流量控制和拥塞控制功
10、能。2.42.4X2X2 接口接口X2 接口是 eNB 与 eNB 之间的接口。X2 接口的定义采用了与 S1 接口一致的原则,体现在 X2 接口的用户平面协议结构与控制平面协议结构均与 S1 接口类似。2.4.12.4.1X2X2 接口用户平面接口用户平面X2 接口用户平面提供 eNB 之间的用户数据传输功能。X2-UP 的协议栈结构如下图所示,X2-UP 的传输网络层基于 IP传输,UDP/IP协议之上采用 GTP-U来传输 eNB 之间的用户面 PDU。2.4.22.4.2X2X2 接口控制平面接口控制平面X2 接口控制平面协议栈如下图所示,LTE 系统 X2 接口的定义采用了与 S1接
11、口一致的原则,其传输网络层控制平面 IP 层的上面也采用了 SCTP,为信令提供可靠的传输。应用层信令协议表示为 X2-AP。X2 接口应用层协议功能:1)支持2)X2LTE_ACTIVE 状态下 UE 的 LTE 接入系统内的移动性管理功能;接口自身的管理功能,如错误指示等;3)上行负荷管理功能。3 3典型信令流程分析典型信令流程分析3.13.1小区搜索小区搜索小区搜索过程是 UE 和小区取得时间和频率同步,并检测小区 ID 的过程。E-UTRA 系统的小区搜索过程与 UTRA 系统的主要区别是她能够支持不同的系统带宽(20MHZ)。小区搜索通过若干下行信道实现,包括同步信道(SCH)、广播
12、信道(BCH)和下行参考信号(RS)。SCH 又分成主同步信道(PSCH)和辅同步信道(SSCH),BCH 又分成主广播信道(PBCH)和动态广播信道(DBCH)。除PBCH 是以正式“信道”出现的;PSCH 和 SSCH 是纯粹的 L1 信道,不用来传送 L2/L3 控制信令,而只用于同步和小区搜索过程;DBCH 最终承载在下行共享传输信道(DL-SCH),没有独立的信道。下图为小区搜索流程:检测 PSCH(用于获得5ms 时钟,并获得小区检测 SSCH(用于获得无线帧时钟、小区检测下行参考信号(用于获得 BCH 天读取 BCH(用于获得其它小区信息)3.23.2随机接入流程随机接入流程随机
13、接入分为基于冲突的随机接入和基于非冲突的随机接入两个流程。其区别为针对两种流程其选择随机接入前缀的方式。前者为 UE 从基于冲突的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机前缀;后者是基站侧通过下行专用信令给 UE 指派非冲突的随机接入前缀。具体流程如下:基于冲突的随机接入:1)2)3)UE 在 RACH 上发送随机接入前缀;ENb 的 MAC 层产生随机接入响应,并在 DL-SCH 上发送;UE 的 RRC 层产生 RRC Connection Request 并在映射到 UL SCH 上的 CCCH逻辑信道上发送;4)RRC Contention Resolution 由 ENb 的 RR
14、C 层产生,并在映射到 DL SCH上的 CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送。基于非冲突的随机接入1)ENb 通过下行专用信令给 UE 指派非冲突的随机接入前缀(non-contentionRandom Access Preamble),这个前缀不在 BCH 上广播的集合中。2)3)UE 在 RACH 上发送指派的随机接入前缀。ENb 的 MAC 层产生随机接入响应,并在 DL-SCH 上发送。3.33.3开机附着流程开机附着流程3.3.13.3.1正常流程正常流程UE 刚开机时,先进行物理下行同步,搜索测量进行小区选择,选择到一个suitable 或者 acceptable 小
15、区后,驻留并进行附着过程。附着流程图如下:说明:1)步骤 15 会建立 RRC 连接,步骤 6、9 会建立 S1 连接,完成这些过程即标志着 NAS signalling connection 建立完成,见。2)消息 7 的说明:UE 刚开机第一次 attach,使用的 IMSI,无 Identity 过程;后续,如果有有效的 GUTI,使用 GUTI attach,核心网才会发起 Identity过程(为上下行直传消息)。3)消息 1012 的说明:如果消息 9 带了 UE Radio Capability IE,则 eNB 不会发送 UECapabilityEnquiry 消息给 UE,即
16、没有 1012 过程;否则会发送,UE 上报无线能力信息后,eNB 再发 UE Capability Info Indication,给核心网上报 UE 的无线能力信息。为了减少空口开销,在 IDLE 下 MME 会保存 UE Radio Capability 信息,在 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息会带给 eNB,除非 UE 在执行 attach或者first TAU following GERAN/UTRAN Attach or UE radiocapability update TAU 过程(也就是这些过程 MME 不会带 UE RadioCapabil
17、ity 信息给 eNB,并会把本地保存的 UE Radio Capability 信息删除,eNB会问UE要能力信息,并报给MME。注:UE radio capability updateTAU is only supported for changes of GERAN and UTRAN radiocapabilities in ECM-IDLE.)。4)在 CONNECTED 下,eNB 会一直保存 UE Radio Capability 信息。UE 的 E_UTRAN 无线能力信息如果发生改变,需要先 detach,再 attach。发起 UE 上下文释放(即 2125)的条件:-eN
18、odeB-initiated with cause.O&M Intervention,UnspecifiedFailure,User Inactivity,Repeated RRC signalling Integrity CheckFailure,Release due to UE generated signalling connection release,etc.;or-MME-initiated with cause.authentication failure,detach,etc.5)eNB 收到 msg3 以后,DCM 给 USM 配置 SRB1,配置完后发送 msg4 给 U
19、E;eNB在发送 RRCConnectionReconfiguration 前,DCM 先给 USM 配置 DRB/SRB2等信息,配置完后发送 RRCConnectionReconfiguration 给 UE,收到RRCConnectionReconfigurationComplete 后,控制面再通知用户面资源可用。6)消息 1315 的说明:eNB 发送完消息 13,并不需要等收到消息14,就直接发送消息 15。7)如果发起 IMSI attach 时,UE 的 IMSI 与另外一个 UE 的 IMSI 重复,并且其他 UE 已经 attach,则核心网会释放先前的 UE。如果 IMS
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