3.LTE信令流程解析

LTE空口协议及信令流程解析课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起ServiceRequest流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程LTE系统架构eNodeB间的接口MME/S-GWMME/S-GWX2S1MobilityManagementServingGatewayMME/SGW与eNodeB的接口EPCE-UTRANEPSeNodeBX2X2eNodeBeNodeBUuUEEvolvedPacketSystem–EPSEvolvedPacketCore–EPCLTE/SAE系统结构演进SGiS4S3S1-MMEPCRFS7S6aHSSS10UEGERANUTRANSGSNLTE-UuE-UTRANMMES11S5ServingGatewayPDNGatewayS1-UOperator'sIPServices(e.g.IMS,PSSetc.)Rx+网络结构扁平化E-UTRAN只有一种网元—E-NodeB全IP媒体面控制面分离与传统网络互通LTE网元功能MMEServingGWPDNGWE-NodeBNAS信令以及安全性功能3GPP接入网络移动性导致的CN节点间信令空闲模式下UE跟踪和可达性漫游鉴权承载管理功能（包括专用承载的建立）支持UE的移动性切换用户面数据的功能E-UTRAN空闲模式下行分组数据缓存和寻呼支持数据包路由和转发上下行传输层数据包标记基于用户的包过滤合法监听IP地址分配上下行传输层数据包标记DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有现3GPPNodeB全部和RNC大部分功能，包括：物理层功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能资源调度和无线资源管理无线接入控制移动性管理LTE协议结构信令流数据流E-NodeBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2AP控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-BMME控制面协议架构eNBPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPUEeNode-BMMERRC子层执行的功能:广播寻呼链接管理无线承载控制移动性UE测量上报和控制PDCP子层执行的功能:加密和完整性保护NAS子层执行的功能:认证、鉴权安全控制Idle模式移动性处理Idle模式寻呼发起用户面协议架构UEeNode-BMMEeNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAEGateway用户面协议架构UEeNode-BMMEeNBPHYUEPHYMACRLCMACPDCPPDCPRLCSAEGatewayRLC子层执行的功能:PDU传输ARQ包的组合和拆分PDCP子层执行的功能:头压缩加密MAC子层执行的功能:调度HARQ逻辑信道优先级处理PDU组包和解复用物理层(L1)执行的功能：无线接入功率控制MIMOEPS承载业务架构P-GWS-GWPeerEntityUEeNBEPSBearerRadioBearerS1BearerEnd-to-endServiceExternalBearerRadioS5/S8InternetS1E-UTRANEPCGiE-RABS5/S8Bearer承载概念GBR/Non-GBR承载：在承载建立或修改过程中通过例如eNodeB接纳控制等功能永久分配专用网络资源给某个保证比特速率（GuaranteedBitRate，GBR）的承载，可以确保该承载的比特速率。否则不能保证承载的速率不变则是一个Non-GBR承载默认承载（DefaultBearer）：一种满足默认QOS的数据和信令的用户承载，提供尽力而为的IP连接。默认承载为Non-GBR承载。默认承载为UE接入网络时首先建立的承载，该承载在整个PDN连接周期都会存在，为UE提供到PDN的“永远在线”的IP连接。专用承载：对某些特定业务所使用的SAE承载。一般情况下专用承载的QOS比默认承载高，专用承载可以是GBR或Non-GBR承载。连接概念Uu空口(X1)：UE与eNodeB之间的空中接口。S1接口：eNode与EPC之间的接口。UE-associatedlogicalS1-connection：UE相关S1逻辑连接，对于某个UE-associatedlogicalS1-connection在MME侧用MMEUES1APID标识，在eNB侧用eNBUES1APID标识，此连接可能在S1UEcontext建立之前存在。NASsignallingconnection：NAS信令连接，是UE与MME之间端到端的连接，NAS信令连接包括“LTE-Uu”空口的RRC连接和S1口的S1AP连接。课程内容LTE空口协议介绍开机附着/去附着UE发起ServiceRequest流程寻呼流程TAU流程切换流程专用承载流程系统消息（36.331）系统消息的组成MasterInformationBlock(MIB)多个SystemInformationBlocks(SIBs)MIB承载于BCCH→BCH→P-BCH上包括有限个用以读取其他小区信息的最重要、最常用的传输参数（系统带宽，系统帧号，PHICH配置信息）时域：紧邻同步信道，以10ms为周期重传4次频域：位于系统带宽中央的72个子载波基本概念无线网系统消息LTE系统消息PBCH时域映射结构PBCH频域映射结构系统消息（36.331）SIBs除MIB以外的系统消息，包括SIB1-SIB12除SIB1以外，SIB2-SIB12均由SI(SystemInformation)承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息，固定以20ms为周期重传4次，即SIB1在每两个无线帧（20ms）的子帧#5中重传（SFNmod2=0，SFNmod8≠0）一次，如果满足SFNmod8=0时，SIB1的内容可能改变，新传一次。SIB1和所有SI消息均传输在BCCH→DL-SCH→PDSCH上SIB1的传输通过携带SI-RNTI（SI-RNTI每个小区都是相同的）的PDCCH调度完成SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息，接收SIB1以后，即可接收其他SI消息基本概念无线网系统消息LTE系统消息各系统消息作用基本概念无线网系统消息系统消息功能说明系统消息信令流程系统消息获取UE通过E-UTRAN广播消息获取AS和NAS系统消息此过程适用于RRC-IDLE和RRC_CONNECTED状态开机选网和小区重选时切换完成或从另一个RAT切换到E-UTRAN时重新返回覆盖区域时当系统消息改变时当出现接收ETWS指示时uponreceivingarequestfromCDMA2000upperlayersuponexceedingthemaximumvalidityduration(3h)E-UTRANMasterInformationBlockUESystemInformationBlockType1SystemInformation基本概念无线网系统消息开机附着Page20随机接入过程随机接入的目的获取上行同步获取上行调度资源随机接入场景空闲模式下初始接入无线链路失步后的RRC重建切换到新小区上行失步状态要进行下行数传上行失步状态要进行上行数传两种类型的随机接入基于竞争的(应用于上述5种场景)基于非竞争的(只应用于切换和下行数传场景)Page21RandomAccessProcedures(2)UEeNBRandomAccessPreamble1RandomAccessResponse2ScheduledTransmission3ContentionResolution4UEeNBRAPreambleassignment0RandomAccessPreamble1RandomAccessResponse2基于竞争的随机接入基于非竞争的随机接入基于竞争和非竞争随机接入过程的差别Preamble选择基于非竞争的随机接入由网络侧指派基于竞争的随机接入由UE随机选择竞争冲突风险基于非竞争:网络保证在一段时间内不会冲突基于竞争：有冲突风险Page22Preamble和PRACHConfigurationIndexSequenceCPCPTSEQT不同的随机接入Preamble格式能支持不同的小区半径PRACH信道配置PRACH配置原则PRACH的资源取决于小区半径和小区带宽.在PRACH信道资源和接入、切换时延上取一个折中;华为支持的配置:preamble格式:0~3PRACH周期:10ms,5ms随机接入过程:竞争，非竞争当选择了一种Preamble格式后，系统会自动配置PRACH格式PreambleFormatPRACHCfg(10M/5M)PRACHCfg(20M/15M)03,4,56,7,8119,20,2119,20,21235,36,3735,36,37351,52,5351,52,53RACHSlotRACHSlotPUCCHPUCCHPRACHFrame(10ms)RACHperiod(5ms)Preambleformat01ms6RBsTimeFrequencyPUSCHPRACHCONFIGURATIONINDEX=6Page24基本概念SignallingRadioBearers(SRBs)aredefinedasRadioBearers(RB)thatareusedonlyforthetransmissionofRRCandNASmessages.SRB0isforRRCmessagesusingtheCCCHlogicalchannel;SRB1isforRRCmessagesaswellasforNASmessagespriortotheestablishmentofSRB2SRB2isforNASmessages,SRB2hasalower-prioritythanSRB1andisalwaysconfiguredbyE-UTRANaftersecurityactivationDRB:DataRadioBearer默认承载:UEattach之后，会建立默认承载,AdefaultbearershallbeaNon-GBRbearer专用承载：除默认承载之外的是专用承载，AdedicatedbearercaneitherbeaGBRoraNon-GBRbearer..RRC连接建立过程Purpose:建立SRB1.UE发送初始NAS层消息给网络MainIE:UE-identity(RRCConnectionRequest和RRCConnectionSetup消息)establishmentCause(RRCConnectionRequest)radioResourceConfigurationforOnlySRB1(RRCConnectionSetup)selectedPLMN-Identity(RRCConnectionSetupComplete)nas-DedicatedInformation(RRCConnectionSetupComplete)对应SRB:RRC连接建立完成消息承载在SRB1，其它消息走SRB0。RRCConnectionSetupRRCConnectionRequestUEEUTRANRRCConnectionSetupCompleteRRCConnectionRejectRRCConnectionRequestUEEUTRANPage25Pa