LTE及CSFB信令流程介绍.ppt
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1、LTE/CSFB 信令流程介绍,主要介绍内容,LTE网络基本信令流程,CSFB方案关键信令流程,第一章:LTE网络基本信令流程,LTE网络基本概念网络架构及主要接口系统广播消息终端工作模式与状态用户承载的分类开机选网流程无线接入网基本信令流程端到端业务相关基本信令流程移动性管理流程,LTE网络结构,LTE主要3GPP规范见附录,基本架构,LTE网元实体及接口,TD-LTE系统由3部分组成核心网EPC(Evolved Packet Core)接入网eNB(eNodeB)用户设备UE(User Equipment)核心网EPC分为三部分MME(Mobility Management Entity,
2、负责信令处理部分)S-GW(Serving Gateway,负责本地网络用户数据处理部分)P-GW(PDN Gateway,负责用户数据包与其他网络的处理)接入网(E-UTRAN)由eNodeB构成主要网元接口S1接口:eNodeB与MME之间X2接口:不同eNodeB之间Uu接口:eNodeB与UE之间,*和3G不同:由于NodeB 和 RNC 融合为网元eNodeB,所以TD-LTE少了Iub接口;而X2接口类似于Iur接口,S1接口类似于Iu接口,网元实体及接口,区分EPC、EPS和SAE,EPC与E-UTRAN功能划分,EPC,EUTRAN,EPC与E-UTRAN功能简述,eNB功能:
3、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;IP头压缩与用户数据流加密;UE附着时的MME选择;提供到S-GW的用户面数据的路由;寻呼消息的调度与传输;系统广播信息的调度与传输;测量与测量报告的配置。MME功能:寻呼消息分发,MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNB;安全控制;空闲状态的移动性管理;EPC承载控制;非接入层信令的加密与完整性保护。SGW网关功能:终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包;支持由于UE移动性产生的用户平面切换。PGW网关功能:逐用户数据包的过滤和检查用户IP分配,功能概述,网元间控制面整体协议栈,没有R
4、NC,空中接口的控制平面(RRC)功能由eNB进行管理和控制,控制面协议栈,网元间用户面整体协议栈,用户面和控制面协议栈均包含PHY,MAC,RLC和PDCP层,控制面向上还包含RRC层和NAS层没有了RNC,空中接口的用户平面(MAC/RLC)功能由eNB进行管理和控制,用户面协议栈,UU接口各子层功能,RRC层RRC子层主要承担广播、无线接口寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性管理、UE测量上报和控制等功能PDCP层PDCP子层在控制面承担RRC信令的加密和一致性保护PDCP子层在用户面承担IP分组数据头压缩和加密RLC层RLC子层为来自上层的用户数据和控制数据提供可靠的服务,为用户
5、面和控制面数据提供分段和重传服务,RLC层实体分为3种工作模式:透明模式(TM)、非确认模式(UM)、确认模式(TM)MAC层ENB和UE中MAC实体共有的功能:逻辑信道和传输信道的映射,通过HARQ进行纠错ENB中MAC实体特有功能:用户无线资源分配,包括时间和频率(RB数量和位置)、发射层数、天线数和发射功率、传输格式选择物理层传输块错误的检验与纠错、功率控制与分配、频域时域同步、物理层测量、多天线空时信号处理,功能概述,用户面协议内部的关系,层2协议架构(DL),层2协议架构(UL),逻辑信道、传输信道和物理信道映射关系见附录,系统广播消息,LTE系统广播消息分类MasterInform
6、ationBlock(MIB)多个SystemInformationBlocks(SIBs)MIB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(包括系统带宽,系统帧号,PHICH配置信息),因此,UE必须首先完成MIB的读取为保障UE准确迅速完成读取,MIB:承载于BCCH BCH P-BCH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72个子载波,PBCH时域映射结构,PBCH频域映射结构,LTE系统广播消息,系统广播消息,SIBs除MIB以外的系统消息,包括SIB1-SIB12除SIB1以外,SIB2-SIB12均由SI(System Informatio
7、n)承载SIB1是除MIB外最重要的系统消息,其中携带小区选择和小区接入相关的信息,为保证终端正确接收,将固定以20ms为周期重传4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字段将携带其它所有SI的调度信息,终端完成接收SIB1以后,才可接收其他SI消息,LTE系统消息,*和2G不同:LTE系统广播消息中仅MIB承载于广播信道,其它SIBs均使用业务信道PDSCH承载。相比2G广播按固定格式规则地承载于广播信道,LTE这种机制使得
8、广播消息长度不再受限,更有利于网络灵活调度,充分利用资源,各系统广播消息作用,功能说明,UE不同RRC状态说明,RRC状态,3GPP定义的UE状态转换,终端状态转移图,*和2/3G不同:LTE根据终端是否存在RRC连接,将终端状态简化为两种:RRC CONNECTED态和RRC IDLE态 也就是空闲态和连接态,4G,3G,2G,Connected态-RRC信令消息简化,*和3G不同:RRC连接建立后的各类控制信令,LTE中统一简化为一条RRC重配置消息,LTE中的用户承载,用户Bear(承载)in LTE,LTE网络在用户完成附着的同时,将为其建立一条默认数据通道EPS Bearer。当用户
9、在从连接态进入IDLE态时,只会删除Radio Bears和S1 Bearer,而保留核心网部分,即用户的IP连接,其中:Radio Bearer:用于承载空口数据和RRC/NAS信令S1 Bearer:用于承载eNB与MME间S1-AP信令以及eNB和S-Gw间的用户面PDU,*和2/3G不同:用户在LTE网络中的附着过程,除了用户注册还包含用户默认承载EPS Bearer【即3G中的RAB+核心网承载S5/S8 bearer】建立,无需额外执行PDP激活流程,从而产生用户永远在线的效果,无线承载分类,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S
10、RBSRB0: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消息通过以下四条RRC消息传递:RRCConnectionSetupComplete 和 RRCConnectionReconfiguration(SRB1承载)ULInformationTra
11、nsfer 和 DLInformationTransfer(SRB2承载,若未建立由 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标识,无线侧标识,核心网侧标识,第一章:LTE网络基本信令流程,LTE网络基本概念开机选网流程PLMN/ACT选择小区选择无线接入网基本信令流程端到端业务相关基本信令流程移动性管理流程,终端在进行PLMN/ACT选择前,需要根据自身能力和设置进行全频段搜索,读取每个频点上信号最强小区的SIB1,以获取该小区的PLM
12、N;最终所有PLMN将上报至终端NAS层按一定准则完成“PLMN/ACT选择”如终端设置为“GSM only”,则仅搜索GSM相应频点,上报获取的各个PLMN当终端设置某个制式优选如“优选E-URTAN”,则终端芯片需要搜索包括E-URTAN在内的终端所能支持的多个制式对应频点,获取所有的PLMN组合,开机选网流程,找到合适小区?,UE开机,PLMN/ACT选择,Cell 选择,位置登记,Yes,登记成功?,Yes,IDLE状态,TA 不允许或不合适,驻留到任一小区,No,等待一段时间,No,注:ACT(Access technology)表示接入技术,例如E-UTRAN、UTRAN、GSM等
13、,开机选网流程,PLMN 不允许接入 or不允许漫游到此TA,如果UE存储PLMN相关的信息(保存在SIM卡或手机中),如频率、小区参数等,可先使用这些信息快速搜索小区,不进行全频段搜索,根据漫游地广播的PLMN搜索,并按照一定策略选择,PLMN/ACT选择过程,Failed,Failed,Failed,Failed,RPLMN(上一次终端登陆的PLMN),EHPLMN/HPLMN(用户的等效归属/归属网络),UPLMN(用户控制的PLMN列表,方便用户手动选网),VPLMN(拜访地网络广播的PLMN列表),OPLMN(运营商控制的PLMN列表),存储位置:临时写入USIM卡,对应ACT信息保
14、存在终端中携带信息:仅含一个PLMN信息,优选ACT由终端芯片决定,存储位置:运营商写入USIM卡携带信息:仅含至少一个EHPLMN信息,存储位置:根据用户设置写入USIM卡携带信息:优先级由高到底排列的多个PLMN+ACT信息,存储位置:运营商写入USIM卡携带信息:优先级由高到底排列的多个PLMN+ACT信息,存储位置:运营商写入USIM卡携带信息:用户归属PLMN、优先级由高到低的ACT信息,影响本网用户驻留,影响漫游用户驻留,终端NAS层按照以下顺序,将AS层上报的全部PLMN或PLMN/ACT组合值与USIM卡或终端侧存储的PLMN/ACT信息进行比对,以完成“PLMN/ACT选择”
15、,小区选择,小区选择流程分类Initial Cell Selection:不需事先知晓E-UTRA载波的频率信息,UE根据能力扫描E-UTRA频段的所有频率寻找合适小区。每个频率上,UE只需找到最强小区即可。一旦找到合适小区,即可进行驻留Stored Information Cell Selection:需要载波频率、来自先前接收到的测量控制或者检测到的小区的小区参数信息。如果能够找到合适小区,则选择,否则开始Initial Cell Selection流程,小区选择流程,如果UE存储小区相关的信息,可以首先使用这些信息迅速定位小区完成驻留,注意:系统广播或者专用信道提供不同系统或不同频点的优
16、先级信息不用于小区选择仅能用于小区重选过程,第一章:LTE网络基本信令流程,LTE网络基本概念开机选网流程无线接入网基本信令流程随机接入RRC连接建立、重配、释放测量端到端业务相关基本信令流程移动性管理流程,随机接入,申请上行资源,获得终端的唯一标识C-RNTI,进入连接态与eNodeB侧上行时间同步从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换,即建立RRC连接的过程无线链路失败后的初始接入,即RRC连接重建过程在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源在RRC-CONNECTED状态,从服务小区切换到目标
17、小区在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需接收下行数据在RRC-CONNECTED状态,为了定位UE位置,网络利用随机接入获取时间提前量(TA:Timing Advance),竞争接入过程,非竞争接入过程,随机接入实现的基本功能,随机接入的使用场景,注:切换和下行数据到达时,eNB会优先选择非竞争随机接入,仅在非竞争随机接入资源不够时,才指示UE发起竞争随机接入,基于竞争的随机接入(2-1),UE随机选择preamble码发起Msg1:发送Preamble码eNB可以选择64个Preamble码中的部分或全部用于竞争接入(通过SIB2广播)终端需要随机选择一个preamble I
18、ndex,选择用于发送preamble的PRACH资源,并根据时频资源确定对应的RA-RNTI,还需要确定目标接收功率Msg2:随机接入响应Msg2由DL_SCH承,一条可同时响应多个UE的随机接入请求,其中携带RA-RNTI和Preamble IndexMsg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资源、临时C-RNTI等Msg3:第一次调度传输UE在接收Msg2后,在其分配的上行资源上传输Msg3,基于竞争的随机接入过程2-1,接入容量计算见附录,基于竞争的随机接入过程2-2,基于竞争的随机接入(2-2),针对不同的场景,Msg3包含不同的内容初始接入:携带RRC层生成的RRC连接请
19、求,包含UE的S-TMSI或随机数连接重建:携带RRC层生成的RRC连接重建请求,C-RNTI和PCI切换:传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI上/下行数据到达:传输UE的C-RNTIMsg4:竞争解决,基于非竞争的随机接入,UE处于RRC Connected态,根据eNB的指示,在指定的PRACH上使用指定的Preamble码发起随机接入Msg0:随机接入指示通知eNB发起随机接入并分配Preamble码,Msg1:发送Preamble码UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指定的Preamble码发起随机接入Msg2:随机接入响应Msg2与竞争机制的格式与内容完全一
20、样,可以同时响应多个UE发送的Msg1,基于非竞争的随机接入过程,RRC连接建立过程,触发原因IDLE态UE需变为连接态时发起该过程RRC连接建立成功流程(采用竞争接入Msg12此处省略)RRC连接请求:该消息对应于随机接入过程的Msg3RRC连接建立:该消息对应随机接入过程的Msg4RRC连接建立完成:多携带上行方向NAS消息,如Attach Request、TAU Request、Service Request、Extended Service Request、Detach Request等,eNB根据这些消息进行S1口建立RRC连接建立失败第二步中,如果eNB拒绝为UE建立RRC连接,则
21、通过DL_CCCH在SRB0上回复一条RRC连接拒绝消息,RRC连接,建立成功,RRC连接,网络侧拒绝,RRC连接建立,RRC连接重配置过程,触发原因当需要发起对用户承载的管理、测量控制和切换执行时,需要触发此过程RRC连接重配置过程RRC连接重配置:根据功能的不同携带不同的配置信息内容,一条消息中可以携带体现多个功能的信息单元RRC连接重配置完成:不携带任何实际信息,只起到RRC层确认的功能RRC连接重配置异常流程若UE无法执行RRC连接重配置消息中的内容,则UE回退到收到该消息前的配置,并发起RRC连接重建请求,RRC连接重配置成功,RRC连接重配置异常,RRC连接重配,*与3G不同:LT
22、E系统连接态,网络下发至终端的各类控制命令,空口最终均以RRC连接重配置消息的形式下发至终端,简化了RRC信令格式,RRC连接重建过程,触发原因:当处于RRC连接状态但出现切换失败、无线链路失败、完整性保护失败、RRC重配置失败等情况时,触发此过程RRC连接重建立成功流程(采用竞争接入Msg12此处省略)RRC连接重建请求:UE通过UL_CCCH在SRB0上发送,携带UE的AS层初始标识信息及重建立原因,该消息对应随机接入过程的Msg3RRC连接重建:eNB通过DL_CCCH在SRB0上回复,携带SRB1的完整配置信息,该消息对应随机接入过程的Msg4RRC连接重建立完成:UE通过UL-DCC
23、H在SRB1上发送,不携带任何实际信息,只起到RRC层确认的功能RRC连接重建立拒绝流程第二步中,如果eNB中没有UE的上下文信息,则拒绝为UE重建RRC连接,则通过DL_CCCH在SRB0上回复一条RRC连接重建立拒绝消息,RRC连接重建成功,RRC连接重建失败,RRC连接重建,RRC连接释放过程,触发原因网络希望解除与UE的RRC连接时触发该过程终端一段时间内没有数据传输,网络可触发该过程(现网多配置为1020s)避免终端长时间未进行数据传输而空占网络资源终端IDLE态功耗低,及时释放RRC连接能有效节电RRC连接释放过程RRC连接释放:可选择携带异系统邻区频点信息,实现重定向功能(用于控
24、制UE离开当前小区,接入指定频点)本地释放某些情况下,UE的RRC层根据NAS层的指示主动释放RRC连接,不通知网络侧而主动进入空闲状态,RRC连接释放,RRC连接释放,终端本地释放实例:终端发起CSFB主叫业务请求(发出Extended Service Request消息)时,将同步启动定时器T3417ext(10s)该时间范围内网络无响应,T3417ext超时,终端将主动释放RRC连接,并搜索2/3G小区建立通话对应测试问题:中兴、华为eNB未升级或未成功开通CSFB功能时,不会响应终端CSFB请求,RRC连接释放配合C-DRX能最大程度节省终端功耗网络侧开启连接态DRX功能,可使终端无需
25、持续监听PDCCH,功耗基本同IDLE态:终端业务连续(如视频通话)时不会进入DRX状态,持续监听PDCCH业务间隔较大(如OTT心跳包)时将周期性休眠,从而省电(现网多配置160msDRX周期),RRC过程场景总结,RRC过程总结,测量概述,测量,RRC_IDLE状态下,UE的测量参数信息通过E-UTRAN的系统广播消息获得同频邻区相关:SIB4异频邻区相关:SIB5UTRAN、GERAN、CDMA2000邻区相关:分别对应SIB6、SIB7、SIB8RRC_CONNECTED状态下,E-UTRAN通过RRC重配消息中携带 MeasConfig 信元下发测量配置,该信元中携带测量对象和测量上
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