RAN高层信令过程

RAN高层信令过程学员手册i。1-1第1章TD-SCDMA接口协议及信道类型1.1TD-SCDMA系统结构1.1.1概述TD-SCDMA无线系统由若干个通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统RNS组成。其中一个RNS包含1个RNC和1个或多个NodeB，而NodeB通过Iub接口与RNC相连接。在无线网络内部，RNC之间通过Iur接口进行信息交互，Iu和Iur接口是逻辑接口，Iur接口可以是RNC之间的直接物理连接，也可以通过任何合适传输网络的虚拟连接来实现。图1-1TD-SCDMA系统结构RNC主要负责接入网无线资源的管理，包括接纳控制、功率控制、负载控制、切换和分组调度等。通过RRC协议执行的相应过程来完成这些功能。NodeB主要功能是进行空中接口的物理层处理，如信道交织和编码、速率匹配和扩频等。同时它也执行无线资源管理部分的内环功控。OMC-R作为TD-SCDMA无线系统的操作维护中心，主要完成对RNS系统的网络设备RNC、NodeB以及OMC-R自身的操作维护，提供包括配置维护管理、告警管理、性能管理、软件管理、日志管理、安全管理等功能。在系统开通过程中能够对网络设备进行数据配置，在系统运行过程中能够监控网络的运行状况和质量，并提供系统软件和数据升级功能。1-21.1.2主要接口1.1.2.1Uu接口TD-SCDMA系统中移动用户终端UE和无线接入网UTRAN之间的接口为Uu接口，如图所示。Uu接口的协议主要是用来建立、重新配置和释放各种3G移动通信无线承载业务的。不同的Uu接口协议使用各自的无线传输技术（RTT）,第三代移动通信的主流标准TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000，它们的主要区别就是体现在空中接口的无线传输技术上。TD-SCDMA终端通过空中接口（Uu接口）与无线接入网设备连接。Uu接口主要用来传输用户数据、或是相关信令，对应分为用户平面和控制平面。Uu接口从协议的角度可分为以下三个协议层：物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3）。其中，L2层又可分为媒质接入控制（MAC）、无线链路控制（RLC）、分组数据聚合协议（PDCP）和广播/多播控制（BMC）。L3层包括RRC和NAS，L3层分为控制平面和用户平面。图1-2和图1-3分别给出了系统中Uu接口控制平面和用户平面的协议结构。PhysicallayerMACRLCRRCNAS(GMM/MM/SM/CM/SMS/SS)UEUTRANCNUuIuSignallingBearSCCPRANAPATMALL5GMM/SM/SMSMM/CC/SSSignallingBearSCCPRANAPATMALL5relayPhysicallayerMACRLCRRC图1-2Uu接口到Iu接口控制平面协议示意图PhysicallayerMACRLCPDCP分组应用UEUTRANCNUuIuATMTafficBearIuUPATMrelayPhysicallayerMACRLCBMC电路语音应用电路数据应用PDCPBMC广播应用TafficBearIuUP分组应用电路语音应用电路数据应用图1-3Uu接口到Iu接口用户平面协议示意图从上图可以看出，在Uu接口，UE和网络中都存在物理层、MAC、RLC、RRC、NAS、PDCP、BMC等对等的协议层。1-3物理层通过传输信道为MAC层提供相应的服务，MAC层通过逻辑信道为RLC提供相应的服务。RLC在控制平面通过信令无线承载（SRB）为RRC层传递信令，在用户平面通过无线承载（RB）承载PDCP，BMC和其他高层用户平面功能的业务。PDCP和BMC层位于L2层的用户平面，PDCP用于对分组业务数据进行头压缩，提高Uu接口的传输效率，以及对IP和其他网络协议进行适配，使UMTS网络能够方便地传送多种网络协议的数据。BMC用于在空中接口上传递由小区广播中心产生的消息。RRC主要用于进行无线资源控制、连接的建立和管理等功能。NAS层包括GMM、MM、SM、CC、GSMS、SS，主要完成UE的移动性管理、业务的接续等功能。1.1.2.2Iu接口Iu接口是连接UTRAN和核心网之间的接口，也可以把它称作是RNS和核心网之间的一个参考点。同GSM的A接口一样，Iu也是一个开放接口，它将系统分成用于无线通信的UTRAN和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两部分。其设计的主要原则是对于Iu-CS和Iu-PS的控制平面应该基本保持一致。图1-4Iu接口位置图从结构上来看，一个核心网可以和几个RNC相连，而任何一个RNC和核心网之间的Iu接口可以分成三个域：电路交换域、分组交换域和广播域。从功能上看，Iu接口主要负责传递非接入层的控制消息、用户信息、广播信息及控制Iu接口上的数据传递等。无线接入承载管理功能：主要负责无线接入承载的建立、修改和释放，并完成无线接入承载特征参数和Uu承载和Iu传输承载参数的映射。1-4无线资源管理功能：在无线接入承载建立时执行用户身份的鉴定和无线资源状况的分析，并根据此接收或拒绝该请求。连接管理功能：负责UTRAN和核心网之间的Iu信令连接的建立和释放，为UTRAN和核心网之间的信令和数据传输提供可靠的保证。用户平面管理功能：基于无线接入承载的特性提供用户平面相应的模式：透明模式或支持模式；并根据不同的模式决定其帧结构。移动性管理功能：跟踪终端当前位置信息和对终端进行寻呼。安全管理：在信令和用户数据传输的过程中对其进行加密并校验其完整性；对用户的身份和权限进行审核。Iu-CS的协议结构如图1-5，同样包括无线网络层和传输网络层。所有与无线接入网有关的都属于无线网络层，传输网络层的用户层面和控制层面共用一个通用的ATM传输，而物理层可以选择多种传输技术如SONET、STM1、E1等。图1-5中的无线网络控制层面包括RANAP(RadioAccessNetworkApplicationPart)和基于宽带(BB)七号信令(SS7)的信令承载。所适用的协议有：SCCP－SignallingConnectionControlPartMTP3b－MessageTransferPartSAAL-NNI－SignallingATMAdaptationforNetworktoNetworkInterfaces对此又可以细分为：SSCF－ServiceSpecificCoordinationFunctionSSCOP－ServiceSpecificConnectionOrientedProtocolAAL5－ATMAdaption5其中，SSCF和SSCOP是为了在ATM网络中传输信令而设计的，并且也执行如信令连接管理等功能。AAL5的作用是将数据分割到不同的ATM单元。关于SSCP、MTP3b、SAAL-NNI协议的详细介绍请参阅ITU-T系列建议。传输网络控制层面的协议包括建立AAL2的信令协议(Q.2630.1及Q.2150.1)和宽带七号信令协议。其中宽带七号信令协议除不包括SCCP外，其它与前面相同。在传输网络的用户层面，对于每一个电路交换业务都会保留一个专用的AAL2连接。1-5无线网络层控制平面用户平面传输网络控制平面传输网络用户平面传输网络用户平面传输网络层图1-5Iu-CS接口协议结构接口将UTRAN与核心网络中的分组交换(PacketSwitched，PS)模块相连接。Iu-PS接口的协议结构图7.5所示。Iu-PS在许多性能方面与Iu-CS相同，所有的层面通过ATM传输，并且在物理层也可选用SONET、STM1、E1等传输技术。无线网络层的控制层面与Iu-CS协议一样，包括RANAP和宽带七号信令的信令承载。在这里，协议SCCP和AAL5对两者是通用的。除此之外，还设置了基于IP的信令承载，主要包括：M3UA：SS7MTP3UserAdaptationSCTP：SimpleControlTransmissionProtocol(为信令在因特网传输而设计)IP：InternetProtocol在Iu-PS协议的用户层面，多个分组数据流复用在一个或几个AAL5的永久虚电路上。GTP-U是一个复用层，它为各个分组数据流提供标识。每个数据流都使用面向无连接的UDP(UserDatagramProtocol)传输，并使用IP地址。在无线网络控制层面的RANAP是Iu接口的信令协议，它包括所有无线网络层的控制信息。RANAP定义了以下各种功能：SRNC(servingRNC)的重新定位。从而将SRNC的功能和相关的Iu接口资源从一个RNC转移到另一个RNC。1-6全部无线接入承载的管理，包括其建立、修改和释放。对要建立的无线接入承载排队，将一些请求的无线接入承载放置在队列中，并通知接收端。请求释放无线接入承载。虽然整个无线接入承载的管理由核心网CN来完成，但UTARN可以请求释放接入承载。释放与一个Iu连接有关的所有资源。转发SRNS的上下文本。控制过载，能够调整Iu接口的负载。Iu接口的重新复位。将UE的通用ID发送到RNC。寻呼用户，给CN提供了寻呼UE的能力。对跟踪UE活动进行控制，允许对于给定的UE设置跟踪模式。同时对于已经建立的跟踪去激活。在UE和CN之间传输非接入层信息。控制在UTARN里的安全模式，便于向陆地无线接入网发送密钥，并对安全功能设置工作模式。对于位置报告进行控制。报告数据流量。对于特定的无线接入承载，可以报告未成功通过UTARN的下行发送数据流量。报告错误状况。1-7图1-6Iu-PS接口协议结构1.1.2.3Iub接口Iub接口是RNC与NodeB之间的接口，用来传输RNC和NodeB之间的信令及无线接口数据。其主要功能包括管理Iub接口的传输资源、NodeB逻辑操作维护、传输操作维护信令、系统信息管理、专有信道控制、公共信道控制和定时以及同步管理。Iub接口的协议栈是典型的三平面表示法，即无线网络层、传输网络层和物理层。1-8图1-7Iub接口协议结构NodeB的应用部分(NBAP)由两部分组成：即通用NBAP和专用NBAP。通用NBAP定义了信令通过通用信令链路的全部过程。其主要功能：对某个UE建立其第一个无线链路，并选择业务终接点。配置小区。处理RACH/FACH和PCH信道。对小区或节点B执行特定的测量的初始化和报告。故障的管理。专用NBAP定义了信令通过专用信令链路的全过程。其主要功能：完成对于某个UE的无线链路的增加、释放和重新配置。处理专用信道和共享信道。处理更软切换时的合并。对无线链路特定的测量的初始化和报告。对无线链路故障的管理。用户层面的帧协议也可以分为通用传输信道用户层面的帧协议及专用传输信道用户层面的帧协议。其主要功能是对不同的传输信道定义了不同的帧结构，并确定基本的控制过程。1-9需要说明的是，根据网络运营商的实际需要，在两个RNS之间可以只实现上述四个功能模块中的一部分。1.2TD-SCDMA系统信道类型1.2.1TD-SCDMA物理层图1-8Uu接口协议结构物理层是空中接口的最底层，支持比特流在物理介质上的传输。物理层与数据链路层MAC子层及网络层的RRC子层相连。物理层向MAC层提供不同的传输信道，传输信道定义了信息是如何在空中接口上传输的，物理信道在物理层定义，物理层受RRC的控制。物理层向高层提供数据传输服务，这些服务的接入是通过传输信道来实现的。为提供数据传输服务，物理层需要完成下列功能：传输信道错误检测和上报传输信道的FEC编译码传输信道和编码组合传输信道的复用和解复用1-10编码组合传输信道到物理信道的映射频率和时钟（码片、比特、时隙和子帧）同步功率控制物理信道的功率加权和合并RF处理速率匹配无线特性测量，包括FER、SIR、干扰功率等上行同步控制上行和下行波束赋行（智能天线）UE的定位1.2.2物理信道和传输信道1.2.3无线信道类型根据3GPP的TD-SCDMA规范，系统将信道分为三大类：物理信道，传输信道，逻辑信道，下面分别介绍以上三种信道以及信道间的相互映射1.2.3.1物理信道所有的物理信道都采用四层结构：系统