TD-SCDMA接口协议与信令流程.ppt

TD-SCDMA接口协议与信令流程介绍,主要内容：,TD-SCDMA各个接口的协议TD-SCDMA呼叫信令流程,UTRAN体系结构,TD-SCDMA接口协议,几个与RNC相关的名词,TD-SCDMA接口协议,物理层,信令承载,ALCAP,应用协议,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面,数据流,数据承载,信令承载,传输网络用户面,传输网络用户面,UTRAN接口通用协议模型,TD-SCDMA接口协议,在UTRAN系统中，无线网络层每个接口上都有用户面和控制面。所有无线网络层的用户面数据和控制面数据都是传输网络层的用户面。,无线网络层控制面和用户面,控制面的作用控制无线接入承载及UE和网络之间的连接透明传输非接入层消息用户面的作用传输通过接入网的用户数据,TD-SCDMA接口协议,接入层和非接入层,TD-SCDMA接口协议,举一个例子:在AMR语音电话（主叫）的信令流程中，有下列几条信令，是UE与核心网之间的信令，也就是非接入层的控制面信令。这些信令先封装在RRC协议中透明传输到RNC，RNC将这些信令从RRC消息中解开，再封装到RANAP协议中，通过RANAP透明传输到核心网侧：UERNCCM Service RequestUERNCAuthentication RequestUERNC Authentication ResponseUERNC CM Service AcceptUERNC SETUPUERNC Call ProcessingUERNC AlertingUERNC ConnectUERNC Connect Acknowledge,非接入层协议可参考3GPP TS 24.008;TS 23.060,非接入层作用是在UE与核心网之间传递消息或用户数据,接入层和非接入层,TD-SCDMA接口协议,Iu口逻辑结构,TD-SCDMA接口协议,Iu-CS协议结构,TD-SCDMA接口协议,IuCS接口协议,重点关注两个协议：RANAP:（Iu口控制面协议）Iu口的信令管理、RAB管理、寻呼功能、UE-CN信令直传功能等Iu-UP：（Iu口用户面协议）Iu UP协议的主要用途是在Iu接口传递RAB相关的数据。Iu UP协议包括两种模式，一种模式是透明模式；另外一种是支持模式。前者用于实时性不高的业务（如分组业务），后者用于实时业务（如Iu CS的AMR语音数据）,TD-SCDMA接口协议,RANAP协议功能简介,RANAP：无线接入网络应用部分协议，主要实现在RNC和CN之间通过对高层协议的封装和承载为上层业务提供信令传输功能。,RANAP功能,RAB管理（Overall RAB Management）复位Iu（RNC Reset）SRNC重定位（SRNC Relocation）Iu口释放（Iu Release）寻呼（Paging）位置报告层三消息的直传,无线接入承载（RAB）：是建立在UE和CN之间的，是接入层向非接入层提供的，用于在用户设备UE和CN间传递用户数据。,TD-SCDMA接口协议,ALCAP协议功能简介,ALCAP：接入链路控制应用部分，主要对无线网络层的命令如建立，保持和释放数据承载作出反应，实现对用户面AAL2连接的动态建立、维护、释放和控制等功能。,AAL2承载的建立 AAL2承载的释放VPI、VCI的闭塞VPI、VCI的解闭AAL2链路的复位,ALCAP协议包含两部分：Q.2630.1（AAL2 Connection Signalling）动态地在Iu接口上建立和释放AAL2连接、分配和取消AAL2资源。Q.2150.1（ALL2 STC）是基于宽带MTP的AAL2信令传送转换器，STC作用：透传、业务可及性报告、拥塞报告，根据上层有关参数的信息完成链路选择功能。,TD-SCDMA接口协议,MM,RRC,MAC,RLC,Iu-cs,RANAP,ALL5,ATM,SignallingBearer,SCCP,RRC,RANAP,L1,MAC,RLC,AAL5,ATM,SCCP,SignallingBearer,MM,CM,CM,Uu,MSCS,UE,RNS,SSCF-NNISSCOP,L1,Iu-CS接口控制面协议结构,TD-SCDMA接口协议,Iu-CS接口用户面协议结构,IuUP：Iu用户面协议，位于Iu接口上无线网络层的用户平面内，用来传输与无线接入承载（RAB）绑定的用户数据。,TD-SCDMA接口协议,Iu-PS协议结构,TD-SCDMA接口协议,GTP-C/GTP-U,L2,L1,UDP,IP,GTP&GTP-U,GTPGPRS Tunneling Protocol（GPRS隧道传输协议）在要传送的网络层数据包（如IP包）之外进行GTP封装，以加入当前移动用户的有关信息（如IMSI等），并在GTP包之外用UDP/IP封装上源GSN和目的GSN的IP地址，从而以隧道的方式将数据包从源GSN送到目的GSN。,TD-SCDMA接口协议,IPOA技术,IPOA(IP Over ATM)是在ATMLAN上传送IP数据包的一种技术。它规定了利用 ATM网络在ATM终端间建立连接，特别是建立交换型虚连接(SVC：Switched Virtual Circuit)进行IP数据通信的规范。IPOA完成IP地址到硬件地址(ATM地址)的映射过程，封装并发送输出的数据分组，接收输入的数据分组并将其发送到对应的模块。IPOA在TD-SCDMA的应用：在Iub口，IPOA用于在RNC和Node B之间建立一条操作维护数据的通道。在Iu-PS口，IPOA用于承载Iu-PS的用户面。,TD-SCDMA接口协议,IPOA功能介绍,IPOA的主要功能有两个：地址解析和数据封装地址解析就是完成地址绑定功能。类似以太网，IP数据包在ATM网络上传输也必须进行IP地址绑定，ATM给每一个连接的计算机分配ATM物理地址，当建立虚连接时必须使用这个物理地址。但由于 ATM硬件不支持广播，所以在ATM网络中，每一个LIS配置至少一个 ATMARP SERVER以完成地址绑定工作。数据封装：对于IP数据包的封装问题，目前有下面两种封装形式可以采用：VC封装：一条VC用于传输一种特定的协议数据(如IP数据和ARP数据)，传输效率很高；多协议封装：使用同一条VC传输多种协议数据，这样必须给数据加上类型字段。,TD-SCDMA接口协议,Iub接口特征和功能,特征标准接口，允许不同厂家互联逻辑操作维护功能操作维护公用，专用信道管理传输资源管理,TD-SCDMA接口协议,Iub接口协议,TD-SCDMA接口协议,Iub接口协议,NBAP协议的功能主要包括Node B逻辑操作维护功能以及专用NBAP功能。Node B逻辑操作维护功能主要包括小区、公共信道的建立、重配置和释放以及小区和Node B相关的一些测量控制，还有一些故障管理功能，例如资源的闭塞、解闭塞、复位等。专用NBAP功能主要包括无线链路的增加、删除和重配置、无线链路相关测量的初始化和报告、无线链路故障管理等功能。,TD-SCDMA接口协议,Node B 逻辑模型,Node B的逻辑模型由小区，公共传输信道及其传输端口、Node B通信上文及其对应的DSCH、DCH等端口；Node B控制端口NCP；通信控制端口CCP等几部分组成一个Node B 上仅有一条NCP链路，RNC对于Node B所有的公用的控制信令都是从NCP链路传送的。在对于Node B进行任何操作维护控制之前，一定先要建立这条链路。一个Node B 可以有多条CCP链路，RNC对于Node B所有的专用的控制信令都是从CCP链路传送的。一般情况下，Node B内的一个CELL配置一个通信控制端口CCP（这种配置方式只是一个惯例，并不确定）。,TD-SCDMA接口协议,RRC,MAC,物理层,BMC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,RLC,PDCP,PDCP,传输信道,逻辑信道,无线承载,Control,Control,Control,Control,Control,控制面信令,用户面消息,Uu接口边界,L1,L2/MAC,L2/RLC,L2/BMC,L2/PDCP,L3,Uu接口协议结构,TD-SCDMA接口协议,Uu接口协议,BMC提供：在无线接口的用户平面提供广播多播的发送服务，用于将来自于广播域的广播和多播业务适配到空中接口PDCP提供：分组数据传输服务RLC：提供用户和控制数据的分段和重传服务，分为透明传输TM、非确认传输UM、确认传输AM三类服务MAC：逻辑信道到传输信道的映射，提供数据传输服务。主要包括MAC-b,MAC-c,MAC-d三种实体RRC提供：系统信息广播、寻呼控制、RRC连接控制等功能,TD-SCDMA接口协议,Uu接口协议栈,TD-SCDMA接口协议,逻辑信道,TD-SCDMA接口协议,传输信道,传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。传输信道一般可分为两组：专用信道DCH：公共信道：广播信道(BCH)下行传输信道，用于广播系统和小区的特有信息寻呼信道(PCH)下行传输信道，用于当系统不知道移动台所在的小区位置时，承载发向移动台的控制信息前向接入信道(FACH)下行传输信道，用于当系统知道移动台所在的小区位置时，承载发向移动台的控制信息。FACH也可以承载一些短的用户信息数据包。随机接入信道(RACH)上行传输信道，用于承载来自移动台的控制信息。RACH也可以承载一些短的用户信息数据包。上行共享信道(USCH)一种被几个UE共享的上行传输信道，用于承载专用控制数据或业务数据。下行共享信道(DSCH)一种被几个UE共享的下行传输信道，用于承载专用控制数据或业务数据。,TD-SCDMA接口协议,逻辑信道到传输信道的映射,TD-SCDMA接口协议,传输信道到物理信道的映射,TD-SCDMA接口协议,UE的工作模式,UE有两种基本的运行模式：空闲模式UE处于待机状态，没有业务的存在，UE和UTRAN 之间没有连接，UTRAN内没有任何有关此UE的信息；通过非 接入层标识如IMSI、TMSI或P-TMSI等标志来区分UE；连接模式当UE完成RRC连接建立时，UE才从空闲模式转移到连接模式；在连接模式下，UE有4种状态：Cell-DCH,Cell-FACH,Cell-PCH,URA-PCH,TD-SCDMA接口协议,UE在连接模式下的状态,Cell-DCHUE处于激活状态，正在利用自己专用的信道进行通信，上下行都具有专用信道，UTRAN准确的知道UE所位于的小区中 Cell-FACHUE处于激活状态，但是上下行都只有少量的数据需要传输，不需要为此UE分配专用的信道，下行的数据在FACH上传输，上行在RACH上传输，下行需要随时监听FACH上是否有自己的信息，UTRAN准确的知道UE所位于的小区，保留了UE所使用的资源，所处的状态等信息。,TD-SCDMA接口协议,UE在连接模式下的状态,Cell-PCHUE上下行都没有数据传送，需要监听PICH，以便收听寻呼，因此UE此时进入非连续接收，可有效的节电。UTRAN准确的知道UE所位于的小区，这样，UE所位于的小区变化后，UTRAN需要更新UE的小区信息。URA-PCHUE上下行都没有数据传送，需要监听PICH，进入非连续接收，UTRAN只知道UE所位于的URA（UTRAN Registration Area，一个URA包含多个小区），也就是说，UTRAN只在UE位于的URA发生变化后才更新其位置信息，这样更加节约了资源，减少了信令。,TD-SCDMA接口协议,RRC状态转换图,RRC状态图,TD-SCDMA接口协议,NBAP,L1,L1,MAC,RLC,RRC,MM/GMM,CC,SM,NBAP,Transport Layer,Transport Layer,Transport Layer,MAC,RLC,RRC,RANAP,RANAP,MM/GMM,CC,SM,Uu,UE,Node B,RNC,CN,Iub,Iu,Transport Layer,UTRAN控制面协议栈,TD-SCDMA接口协议,其中PDCP子层仅用于PS域业务RLC造成根据业务种类的不同，可以选择TM、UM或者AM工作模式,L1,MAC,RLC,PDCP,Transport Layer,Transport Layer,Iu UP,Uu,UE,Node B,RNC,CN,Iub,Iu,L1,FP,FP,Transport Layer,MAC,RLC,PDCP,Iu UP,用户数据,Transport Layer,UTRAN用户面协议栈,TD-SCDMA接口协议,含AAL2 Binding ID,TDFrame，CFN CFN ToA,BCH建立或更新,后建低层承载,先建传输信道,小区建立过程,TD-SCDMA呼叫信令流程,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,UE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用,小区搜索过程（一）,TD-SCDMA呼叫信令流程,UE通过试探法或排除法确定P-CCPCH采用的Midamble码，从而进一步确定扰码,小区搜索过程（二）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,TD-SCDMA呼叫信令流程,控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列定位，UE通过n个连续DwPTS检测BCH主信息块的位置，实现控制复帧的同步,小区搜索过程（三）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,TD-SCDMA呼叫信令流程,UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。,小区搜索过程（四）,搜索DwPTS,实现复帧同步,读广播信道BCH,扰码和基本训练序列码识别,TD-SCDMA呼叫信令流程,小区搜索过程,第一步：搜索DwPTSUE利用DwPTS中SYNC_DL得到与某一小区的DwPTS同步，这一步通常是通过一个或多个匹配滤波器(或类似的装置)与接收到的从PN序列中选出来的SYNC_DL进行匹配实现。为实现这一步，可使用一个或多个匹配滤波器（或类似装置）。在这一步中，UE必须要识别出在该小区可能要使用的32个SYNC_DL中的哪一个SYNC_DL被使用,在初始小区搜索中，UE搜索到一个小区，建立DwPTS同步，获得扰码和基本midamble码，控制复帧同步，然后读取BCH信息。初始小区搜索利用DwPTS和BCH进行。,TD-SCDMA呼叫信令流程,小区搜索过程,第二步:识别扰码和基本midamble码UE接收到P-CCPCH上的midamble码，DwPTS紧随在P-CCPCH之后。在现在的TD-SCDMA系统中，每个DwPTS对应一组4个不同的基本midamble码，因此共有128个midamble码且互不重叠。基本midamble码的序号除以4就是SYNC_DL码的序号。因此说32个SYNC_ DL和P-CCPCH 32个midamble码组一一对应（也就是说，一旦SYNC_DL确定之后，UE也就知道了该小区采用了哪4个midamble码），这时UE可以采用试探法和错误排除法确定P-CCPCH到底采用了哪个midamble码。在一帧中使用相同的基本midamble码。由于每个基本midamble码与扰码是相对应的，知道了midamble码也就知道了扰码。根据确认的结果，UE可以进行下一步或返回到第一步。,TD-SCDMA呼叫信令流程,小区搜索过程,第三步：控制复帧同步UE搜索在P-CCPCH里的BCH的复帧MIB（Master Indication Block），它由经过QPSK 调制的DwPTS的相位序列（相对于在P-CCPCH上的midamble码）来标识。控制复帧由调制在DwPTS上的QPSK符号序列来定位。n个连续的DwPTS足以可以检测出目前MIB在控制复帧中的位置。根据为了确定正确的midamble码所进行的控制复帧同步的结果，UE可决定是否执行下一步或回到第二步。第四步：读BCH信息UE读取被搜索到小区的一个或多个BCH上的（全）广播信息，根据读取的结果，UE可决定是回到以上的几步还是完成初始小区搜索。,TD-SCDMA呼叫信令流程,上行同步实现,同步的建立：UE通过对接收到的DwPTS和或P-CCPCH的功率估计来确定SYNC_UL的发射时刻，然后在UpPTS发送基站检测SYNC_UL 序列，估计接收功率和时间，通过FPACH调整下次发射的功率和时间在以后的4个子帧内，基站用FPACH里的一个单一子帧消息向UE发射调整信息同步的保持：在每一上行帧检测Midamble，估计UE的发射功率和发射时间偏移立即在下一个可用的下行帧发射SS和TPC命令进行闭环控制,TD-SCDMA呼叫信令流程,随机接入过程,UE,Node B,UpPCH(SYNC_UL),终端选择SYNC1,以估算的时间和功率发送,基站检测到SYNC1,并回送定时和功率调整,FPACH(PC,SS),PRACH(RRC接入请求),调整定时和功率,发送随机接入请求,S-CCPCH(RRC连接建立响应),指配信道,继续完成接入过程和鉴权,DCCH(RRC连接证实),按L3信令要求，在DCCH上向网络发送证实消息,TD-SCDMA呼叫信令流程,随机接入冲突处理,当发生碰撞或处于恶劣的传播环境中时，Node B不能 发送FPACH或不能接收SYNC-UL。这时，UE不能从Node B得到任何响应。UE必须通过新的测量来调整发射时间和发射功率，在一个随机时延后，再次发送SYNC-UL。每次重发射，UE都将重新随机选择SYNC-UL突发。,TD-SCDMA呼叫信令流程,几个概念,RRC连接。RRC连接是UE与UTRAN的RRC协议层之间建立的一种双向点到点的连接。对一个UE来说，至多存在一条RRC连接。RRC连接在UE与UTRAN之间传输无线网络信令，如进行无线资源的分配等等。RRC连接在呼叫建立之初建立，在通话结束后释放，并在期间一直维持。另外在位置更新、手机初始接入的时候也会发起RRC连接。信令连接。如果说RRC连接建立了UE与UTRAN之间的信令通路，那么信令连接则是建立了UE与CN之间的信令通路。信令连接主要传输UE与CN之间非接入层信令。在UTRAN中，非接入层信令是通过上下行直接传输信令透明传输的。信令连接由RRC连接和Iu连接组成。鉴权。出于网络安全性能考虑，在呼叫建立时，网络必须对UE进行鉴权。无线接入承载（RAB）。RAB可以看作是UE与CN之间接入层向非接入层提供的业务，主要用于用户数据的传输。RAB直接与UE业务相关，它涉及接入层各个协议模块，在空中接口上，RAB反映为无线承载（RB）。无线承载（RB）。RB是UE与UTRAN之间L2向上层提供的业务。上面我们提到的RRC连接也可以看作是一种承载信令的RB。详细解释见下一页。无线链路（RL）。无线链路是指一个UE和一个UTRAN接入点之间的逻辑连接。（建立DCH）,TD-SCDMA呼叫信令流程,电路域呼叫,包括由UE主动发起呼叫（MOC）和由网络发起呼叫（MTC）呼叫过程中，需要在CN与UE以及UTRAN与UE间进行信令交互。建立RRC连接 建立NAS信令连接 建立RAB连接在通信过程中，UE的状态会进行迁移,TD-SCDMA呼叫信令流程,业务建立过程：将RNC和CN连接、将NodeB和RNC连接,信令连接过程：将UE连到RNC、通过RNC将UE直连到CN,开机搜索小区,位置更新,待机,RRC连接建立,NAS连接建立,切换,小区URA更新,信道重配置,RBRAB修改,RAB建立,RRC连接释放,主叫/被叫发起,UE呼叫过程概述,TD-SCDMA呼叫信令流程,举例：CS域主叫流程,TD-SCDMA呼叫信令流程,（一）RRC连接建立过程(DCH),TD-SCDMA呼叫信令流程,UE与CN之间交换DT消息，如鉴权、连接建立、位置登记等。,UE,Serving,RNC,CN,（二）信令连接建立过程,TD-SCDMA呼叫信令流程,（三）鉴权和安全模式,TD-SCDMA呼叫信令流程,3.NBAP RL Reconfigure Prepare,（四）RAB建立过程,UE,Node B,SRNC,1.RANAP RAB Assignment Request,4.NBAP RL Reconfigure Ready,MSC,2.ALCAP建立并同步,5.ALCAP建立并同步,6.NBAP RL Reconfigure Commit,7.RRC RB Setup,8.RRC RB Setup Complete,9.RANAP RAB Assignment Response,TD-SCDMA呼叫信令流程,CS域主叫信令,TD-SCDMA呼叫信令流程,