LTE主要信令和流程超实用

LTE主要信令和流程中国移动研究院无线技术研究所主要内容LTE协议和网络架构简介1LTE主要无线信令流程2LTE端到端业务建立/释放相关流程3LTE高层协议相关的增强4主要内容LTE协议和网络架构简介1LTE主要无线信令流程2LTE端到端业务建立/释放相关流程3LTE高层协议相关的增强4LTE的需求和目标•更高的用户数据速率•更高的频谱效率（降低每比特成本）•更低的时延（包括连接建立时延和传输时延）–控制平面时延大大降低，小于100ms（Idle-Active）–用户平面端到端单向时延5ms（IP层以下、系统空载）•更灵活的频谱使用•简化的网络体系架构•无缝切换（包括不同的无线接入技术之间）•合理的终端功耗简化的网络架构•TD-SCDMA和TD-LTE网络架构比较LTE采用了更为扁平的网络架构，不再有RNC，原来RNC的功能合并到了eNB中TD-SCDMATD-LTE•更小的时延•更低的网络节点和接口复杂度•不再支持宏分集/软切换LTE各节点功能简介eNBMME/S-GWMME/S-GWeNBeNBS1S1S1S1X2X2X2UEUu•E-UTRAN只有eNB一个节点无差异轻微差异主要差异•LTETDD/FDD网络功能异同LTE网络实体介绍•整个TD-LTE系统由3部分组成：–核心网（EPC,EvolvedPacketCore）–接入网（eNodeB）–用户设备（UE）•EPC分为三部分：–MME(MobilityManagementEntity,负责信令处理部分）–S-GW(ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分）–P-GW(PDNGateway，负责用户数据包与其他网络的处理)•接入网（也称E-UTRAN）由eNodeB构成•网络接口–S1接口：eNodeB与EPC–X2接口：eNodeB之间–Uu接口：eNodeB与UENOTE:和UMTS相比，由于NodeB和RNC融合为网元eNodeB,所以TD-LTE少了Iub接口。X2接口类似于Iur接口，S1接口类似于Iu接口LTE网络实体空中接口协议栈•TD-SCDMA和TD-LTE协议栈比较L3controlcontrolcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-planesignallingU-planeinformationPHYL2/MACL1RLCL2/RLCMACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCBMCL2/BMCcontrolPDCPPDCPL2/PDCPRadioBearersRRCTD-SCDMATD-LTE用户平面控制平面•TD-SCDMA中，RRC/PDCP/RLC和部分MAC实体位于RNC中，部分MAC实体位于NodeB中；•LTE中RRC/PDCP/RLC/MAC都位于eNB中LTE空中接口Layer2概述•RadioBearers与Logicalchannels一一对应•MAC子层负责将多个Logicalchannels复用到一个Transportchannel（TB）下行层2结构Segm.ARQetcMultiplexingUE1Segm.ARQetc...HARQMultiplexingUEnHARQBCCHPCCHScheduling/PriorityHandlingLogicalChannelsTransportChannelsMACRLCSegm.ARQetcSegm.ARQetcPDCPROHCROHCROHCROHCRadioBearersSecuritySecuritySecuritySecurity...•从功能和服务的角度看L2•从数据单元的角度看L2L2数据处理流程•TD-SCDMA与TD-LTE数据处理流程比较TD-SCDMATD-LTE•TD-S中，RLC层将SDU固定切割成很小的块，由MAC根据信道状况再进行切割级联•TD-LTE中，由于RLC层也位于eNB中，可按照信道状况动态进行切割和级联；MAC层不再具有切割和级联功能•各层更好地适应无线信道变化•更低的处理复杂度和开销传输信道和逻辑信道•TD-SCDMA与TD-LTE逻辑信道/传输信道比较BCHPCHDSCHFACHRACHBCCH-SAPDCCH-SAPCCCH-SAPPCCH-SAPDCHDTCH-SAPTransportChannelsMACSAPsUSCH(TDDonly)CPCH(FDDonly)CTCH-SAPSHCCH-SAP(TDDonly)HS-DSCH由于没有CS域，LTE上下行都只有共享信道，不再有专用信道；传输信道的数量大大减少TD-SCDMA（网络侧）TD-LTE•更少的协议状态•协议结构大大简化，只有一个MAC实体CCCHDCCHDTCHUL-SCHRACHUplinkLogicalchannelsUplinkTransportchannelsBCCHPCCHCCCHDCCHDTCHBCHPCHDL-SCHDownlinkLogicalchannelsDownlinkTransportchannelsLTE控制面RRC层介绍•RRC协议的功能可划分为三大类：•对NAS层提供连接管理、消息传递•寻呼、系统信息的发送•RRC连接和数据无线承载的建立、修改和释放•UE和NAS间NAS消息的传递•为低层协议实体提供参数配置•无线配置控制（物理层和L2配置等）•小区公共参数和用户特定参数•QoS管理（如semi-persistentscheduling和ratecontrol的配置等）•负责UE移动性管理相关的测量、控制等•IDLE状态下：小区选择和重选•CONNECTED状态下：切换根据RRC连接建立与否，划分为两个RRC状态---空闲状态（RRC_IDLE）---连接状态（RRC_CONNECTED)RRC信令可以分为两类---系统广播信息（公共的）---专用信令（针对某个UE的)•连接状态下，UE侧的RRC协议实体服从eNB的命令，网络通过专用信令和系统信息对UE进行控制；•空闲状态下，UE按照协议制定的规则行事，网络通过系统信息对UE施加影响连接状态要听话、空闲状态要自觉LTE的RRC协议状态•RRC_IDLE状态下执行•广播消息的发送；•通过非连续接收（DRX）来省电（与寻呼周期相关）；•UE主导的移动性控制；•UE监测寻呼信道，执行小区选择和小区重选，获取系统信息•进行邻小区测量•RRC_CONNECTED状态下执行–广播消息的发送，单播数据的收发；–通过配置DRX来省电（与业务活跃性相关）；–网络主导的移动性控制；–UE监测与共享信道分配相关的控制信道；提供信道质量和反馈信息；执行邻小区测量，获取系统信息Camped-state(idle)Active(Cell_DCH)Dormant(Cell_PCH)Lessthan100msecLessthan50msec空闲状态：网络知道UE在某个TrackingAreaList中连接状态：网络知道UE在某个小区中RRC协议状态的比较•TD-SCDMA与TD-LTE协议状态比较UTRARRCConnectedModeURA_PCHCELL_PCHCampingonaUTRANcell1CELL_DCHCELL_FACHEstablishRRCConnectionIdleModeoutofserviceinserviceoutofserviceinserviceoutofserviceinserviceReleaseRRCConnectionReleaseRRCConnectionEstablishRRCConnectionCampingonaE-UTRANcell1E-UTRAConnectedModeEstablishRRCConnectionReleaseRRCConnectionUTRA:Inter-RATHandoverE-UTRA:inter-RATHandoverCellreselectionTD-SCDMATD-LTE•由于传输信道数量的减少，LTE中只包含两个协议状态，相对于3G大大简化•3G中只有在CELL_DCH才发生切换，其它状态都支持UE自主的移动性；•协议流程的简化•更低的时延•更多的切换RRC信令结构的简化•TD-LTE相比TD-SCDMA控制信令简化的例子TD-SCDMATD-LTERadioBearersSetupRadioBearersReleaseRadioBearersReconfigurationMeasurementControlTransportChannelReconfigurationRRCConnectionReconfigurationPhysicalChannelReconfigurationLTE承载概念介绍•RadioBearer承载空口RRC信令和NAS信令•S1Bearer承载eNB与MME间S1-AP信令•NAS消息也可作为NASPDU附带在RRC消息中发送P-GWS-GWPeerEntityUEeNBEPSBearerRadioBearerS1BearerEnd-to-endServiceExternalBearerRadioS5/S8InternetS1E-UTRANEPCGiE-RABS5/S8BearerBear(承载)inLTE承载内容分类•数据承载为DRB，通过eNB为其分配的PDSCH来承载•信令承载通过SRB，LTE中有三类SRB–SRB0：承载RRC消息，映射到CCCH信道–SRB1：承载RRC消息，也可承载NAS消息，映射到DCCH信道–SRB2：承载NAS消息，映射到DCCH信道–UE的RRC连接未建立时，由SRB0承载RRC信令；SRB2未建立时，由SRB1承载NAS信令•由于带宽增加，数据传输性能增强，LTE的RRC消息的数据携带能力显著提升；因此LTE中所有NAS消息可填充在RRC消息中携带传输，进一步精简了信令流程•NAS消息通过四条RRC消息传递：–ULInformationTransfer和DLInformationTransfer（由SRB2承载，SRB2未建立时由SRB1承载）–RRCConnectionSetupComplete和RRCConnectionReconfiguration（由SRB1承载）–RRCConnectionSetupComplete（只携带NAS的初始直传消息）每种SRB可承载信令内容见附录NAS消息种类见附录根据承载内容分类NAS消息其他承载方式UE各状态说明状态行为RRC_IDLEPLMN选择NAS配置的DRX过程系统信息广播和寻呼邻小区测量小区重选的移动性UE获取1个TA区内的唯一标识eNodeB内无终端上下文RRC_CONNECTED网络侧有UE的上下文信息网络侧知道UE所处小区网络和终端可以传输数据网络控制终端的移动性邻小区测量存在RRC连接:UE可以从网络侧收发数据监听共享信道上指示控制授权的控制信令UE可以上报信道质量给网络侧UE可以根据网络配置进行DRXRRC状态小区内UE标识（1）标识类型应用场景获得方式有效范围是否与终端/卡设备相关RA-RNTI随机接入中用于指示接收随机接入响应消息根据占用的时频资源计算获得（0001~003C）小区内否T-CRNTI随机接入中，没有进行竞争裁决前的CRNTIeNB在随机接入响应消息中下发给终端（003D~FFF3）小区内否C-RNTI用于标识RRCConnect状态的UE初始接入时获得（T-CRNTI升级为C-RNTI）（003D~FFF3）小区内否SPS-CRNTI半静态调度标识eNB在调度UE进入SPS时分配（003D~FFF3）小区内否P-RNTI寻呼FFFE（固定标识）全网相同否SI-RNTI系统广播FFFF（固定标识）全网相同否核心网UE标识（2）用户标识名称来源作用IMSIInternationalMobileSubscriberIdentitySIM卡UE在首次ATTACH时需要携带IMSI信息