TD-SCDMAj接口协议和基本信令流程(V1.1).ppt

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1、TD-SCDMA接口协议和基本信令流程,中兴通讯移动事业部Phone:Mail:,1,本课程的学习目标,了解TD-SCDMA网络结构与接口熟悉TD-SCDMA信令流程,2,目录,TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA信令流程层三信令在网优中的应用,3,TD-SCDMA网络结构图,4,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,5,Iu口逻辑结构,6,Physical Layer,ATM,AAL 5,AAL 5,SSCF-NNI,SSCOP,AAL

2、2,RANAP,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面,Iu UP ProtocolLayer,MTP3b,SCCP,SSCF-NNI,SSCOP,MTP3b,传输网络用户面,传输网络用户面,Iu-CS协议结构,7,接口协议层次IuCS,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A

3、MR语音数据）,8,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,9,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 Rese

4、t）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。,10,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：（AAL2 Connection Signa

5、lling）动态地在Iu接口上建立和释放AAL2连接、分配和取消AAL2资源。（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。,11,Iu-CS接口用户面协议结构,L1,MAC,RLC,Iu-cs,ALL2,ATM,IuUP,L1,MAC,RLC,AAL2,ATM,IuUP,用户数据,用户数据,Uu,MSCS,UE,RNS,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。,12,Physical Layer,ATM,AAL 5,SSC

6、F-UNI,SSCOP,RANAP,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面,Iu UP ProtocolLayer,MTP3-B,SCTP,IP,SCCP,传输网络用户面,传输网络用户面,Physical Layer,ATM,AAL 5,UDP,IP,GTP-U,M3UA,Iu-PS协议结构,13,Iub接口特征和功能,14,接口协议层次Iub,15,接口协议层次Iub,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，

7、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。,16,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,17,接口协议层次 Uu,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

8、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RRC提供：系统信息广播、寻呼控制、RRC连接控制等功能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,18,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：公共信道(在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息)；专用信道DCH(在这类信道中，UE是通过物理信道来识别)。,19,公共传输信道

9、,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。,20,

10、信道映射,21,RRC状态转换图,RRC状态图,22,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,23,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

11、 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。,24,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

12、，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。,25,TD-SCDMA网络接口,TD-SCDMA系统主要包括以下四种接口：Uu接口通过无线方式通信方式连接移动设备域与无线接入网域Iub接口完成RNC和Node B间的用户数据传送、用户数据及信令的处理和Node B逻辑上的O&M等Iur接口传送RNC之间的控制信令和用户数据Iu接口连接RAN和CN，将系统分成用于无线通信处理的RAN和用于处理交换、路由、业务控制的CN两部分,26,

13、接入层的各种UE状态,UE有两种基本运行模式：空闲模式（Idle）和连接模式（CELL-PCH，URA-PCH，CELL-FACH，CELL-DCH）。,27,目录,TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA信令流程层三信令在网优中的应用,28,目录,TD-SCDMA网络结构与接口TD-SCDMA信令流程呼叫流程释放流程驻留流程切换流程层三信令在网优中的应用,29,呼叫流程,典型的呼叫信令流程包括主叫信令流程、被叫信令流程主叫信令过程，如果之前UE没有建立RRC连接，则先建立RRC连接，再通过初始直传建立传输NAS消息的信令连接，最后建立RAB。被叫信令过程，包括了寻呼过程，在接入层内与主

14、叫过程很类似，其它区别主要体现在NAS消息上。,30,CS起呼信令流程图,31,RRC连接建立,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。每一个UE在尝试建立的过程中，只能建立一次RRC连接。,32,RRC Connection Request,解读IMSI、TMSI、RAI,解读RRC连接请求的原因,33,CS起呼信令流程图,34,初始直接传输/上下行直接传输,UE完成了RRC连接后，已经建立了专用信道DCH。接着UE需要与CN交互信息（这就是非接入层的信令交互），主要传输UE与CN之间非接入层信令。对RNC透明。,35,鉴权过程（可选）,含鉴权直传信令的流程

15、 不含鉴权直传信令的流程,36,安全模式控制（可选）,当UE与CN之间的信令建立好后，CN需要对UE进行安全模式控制，其中包含加密和完整性保护。,37,呼叫建立直传,呼叫建立中UE和CN之间的NAS直传信令,38,Common ID Message,从CN下发给RNC的CommonIDMessage信令中，可以解读到本机的IMSI号,39,CS起呼信令流程图,40,几个概念,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U

16、E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,41,RAB建立过程（1）,RAB是指用户面的承载，用于UE和CN之间传送语音、数据及多媒体业务，UE首先完成RRC建立，才能建立RAB。RAB的建立是由CN发起，UTRAN执行的一个过程。,42,RAB Assignment Request,CN向RNC发送RANAP 消息 Radio Access Bearer Assignment Request，发起RAB建立过程。,43,RAB建立过程（2）,44,目录,TD-SCDM

17、A网络结构与接口各种UE状态以及状态的迁移系统广播消息TD-SCDMA信令流程起呼流程被叫流程释放流程驻留流程切换流程层三信令在网优中的应用,45,被叫流程,呼叫分为起呼和寻呼两种，绝大部分流程都是相同，区别仅仅在于流程的最初阶段：起呼是移动台主动发出Origination Message（起呼消息），以此作为呼叫的起点；寻呼是网络侧先发Page Message（寻呼请求消息）给移动台，移动台在接收到Page Message后需要向网络侧发送Page Response Message（响应消息），以此寻呼请求消息作为寻呼的起点。,46,寻呼类型,寻呼的目的在于寻找某个UE，触发RRC连接建立过

18、程。寻呼类型：Paging Type 1和Paging Type 2。如果被寻呼的UE不存在其它的CN域信令连接，则UTRAN通过PCCH信道下发送Paging Type 1（第一类寻呼消息）；如果被寻呼的UE存在其它的CN域信令连接，且该UE处于CELL_PCH或者URA_PCH状态，则UTRAN通过PCCH信道下发送Paging Type 1（第一类寻呼消息）；如果被寻呼的UE已经存在其它的CN域信令连接，且被寻呼的UE处于CELL_DCH或者CELL_FACH状态，则UTRAN通过已经存在连接的DCCH信道下发送Paging Type 2（第二类寻呼消息）。对于这种通过DCCH信道发送第

19、二类寻呼消息的过程，也叫做专用寻呼过程。UE接收并读取Paging Type 2中的内容，并把寻呼原因及寻呼记录种类标识等信息上报给本侧非接入层后结束寻呼过程，不影响UE侧正在进行的其它RRC进程。,47,寻呼流程,网络要寻呼处于空闲状态、CELL_PCH或者URA_PCH状态的UE，首先由CN 通过Iu接口调用RANAP 消息Paging发送给RNC，在特定区域（包括一个或多个RNC）内寻呼某个UE。为了增加UE接收到寻呼的机会，UTRAN对一个寻呼消息会进行多次重复发送，重复次数由系统设定，网优不可见。UTRAN可实现在同一个寻呼时机同时寻呼多个UE。RNC收到寻呼请求后，在PCCH上向U

20、E发起寻呼类型1消息来寻呼特定UE。PCCH对应的传输信道是PCH。通常PCH被分成一个个PCH 块，以实现终端对寻呼消息的非连续接收（DRX）。最后UE通过Uu口检测到从RNC来的对自己的寻呼消息PAGING TYPE 1，则发起RRC信令连接建立过程。此后再进行NAS消息的传输。,48,被叫信令流程,通过Paging Type 1寻呼到被叫UE以后，被叫信令流程同主叫：建立RRC连接直传信令连接建立（含鉴权和加密）RAB建立过程,49,振铃接通,50,完整的主、被叫信令流程图（1）,51,完整的主、被叫信令流程图（2）,52,目录,TD-SCDMA网络结构与接口各种UE状态以及状态的迁移系

21、统广播消息TD-SCDMA信令流程呼叫流程释放流程驻留流程切换流程层三信令在网优中的应用,53,释放流程内容,主叫与被叫的释放流程相同，包括Iu连接的释放和RRC连接的释放。释放流程包括：释放请求-Iu释放-RRC连接释放。,54,UE发起的释放请求,释放请求分为两种类型：UE发起的释放和CN发起的释放。举例：UE发起的释放请求流程：,55,Iu释放过程,Iu释放过程RRC连接释放过程,56,完整的释放信令流程图,主动挂机释放主被叫正常释放,57,目录,TD-SCDMA网络结构与接口各种UE状态以及状态的迁移系统广播消息TD-SCDMA信令流程呼叫流程释放流程驻留流程切换流程层三信令在网优中的

22、应用,58,位置区更新,RRC连接建立-位置更新（包含鉴权过程和安全模式）-TMSI重分配-Iu释放-RRC连接释放。,59,路由区更新,RRC连接建立-路由区更新（包含鉴权过程和安全模式）-Iu释放-RRC连接释放。,60,目录,TD-SCDMA网络结构与接口各种UE状态以及状态的迁移系统广播消息TD-SCDMA信令流程呼叫流程释放流程驻留流程切换流程层三信令在网优中的应用,61,引起切换的原因,无线环境原因接收信号强度接收信号质量移动台与基站的距离移动台速度更好的小区网络原因拥塞,62,几个概念,软切换指FDD中载波频率相同的小区之间的信道切换,在软切换状态下，移动台需要与多于一个的基站建

23、立连接,相当于一种宏分集硬切换在切换过程中移动台只与一个基站建立连接接力切换利用智能天线和上行同步技术，在对UE的距离和方位进行定位的基础上根据UE的距离方位等辅助信息来判断UE是否移动到可进行切换的相邻小区,63,几个概念,激活集与某移动台建立连接的小区的集合，TDD中只有一个小区监测集不在激活集中，但根据UTRAN分配的相邻节点列表而被监测的小区，属于监测集检测集既不在激活集中，也不在监测集中。检测集的频率内测量的报告只能由UE在CELL_DCH状态提出请求,64,切换的信令流程内容,UE移动过程中，服务小区信号越来越差，邻小区信号越来越强，当满足切换条件时，将触发切换流程。切换的信令流程

24、通常包括以下几个步骤：测量报告-测量终止-资源重配置-测量重新打开。正常通话中，NodeB周期性向RNC上报专用测量报告，DedicatedMeasurementReport主要上报闭环功控SIR值。,65,同频测量报告,目前触发切换的测量报告采用事件上报方式。下图是一个同频测量报告，邻小区已按照UE测量到的PCCPCH RSCP值由高到低进行排序。,66,异频测量报告,下图是一个异频测量报告，下图的例子中共有3个邻小区。,67,68,停止测量的测量控制,切换前的测量控制比较简单，目的是停止测量上报。停止测量的测量控制消息内容很少，消息字段如下图所示：与此同时，RNC向NodeB发送measu

25、rement Control，告诉UE停止测量。同时RNC通知NodeB终止专用测量。若邻小区是混频配置，则同频、异频会分别发两条。,69,资源重配置,RNC向目标小区的NodeB发送Radio Link Setup Request，要求NodeB建立上下接口的用户面资源。目标NodeB向RNC回复Radio Link Setup Response。与此同时RNC从原小区的DCCH上向UE发送资源重配置的信令。这里需要区分RNC内切换和RNC间的切换。如果是RNC内切换，则可以通过原小区的DCCH发送Physical Channel Reconfiguration来实现资源重配置；若为RNC间

26、切换，原RNC也可以通过从原小区的DCCH发送RB Reconfiguration来实现。UE收到资源重配置信令后，同目标小区进行上行同步。当目标小区NodeB同UE的上行同步建立完成之后，目标小区NodeB向RNC上报一个RL Restore。当目标小区NodeB判断收到有效的上行信号后，会向UE发送下行数据，使得同UE建立下行同步完成，之后UE将从目标小区的DCCH上向RNC发送Physical Channel Reconfiguration Complete，对于跨RNC切换时就通过目标小区的DCCH向目标RNC发送RB Reconfiguration Complete。RNC向原小区N

27、odeB下发Radio Link Deletion Request，要求原小区NodeB删除上下接口的用户面资源。,70,如何从信令流程区分接力切换和硬切换？,TD-SCDMA可是实现接力切换和硬切换。若为硬切换，将通过UpPTS发送上行同步码进行同步；若为接力切换，则不需要通过UpPTS来同步，而直接通过Special Burst同步。如何从信令流程区分接力切换和硬切换呢？,71,重新打开测量的测量控制,与此同时，RNC向目标小区NodeB下发DedicatedMeasurementInitial。RNC通过下行DCCH向UE下发measurement Control，同样在混频配置邻区的情

28、况下，会有两条测量控制下发，一条是同频的，一条是异频的。,72,73,74,75,完整的切换信令流程图,RNC内切换,76,目录,TD-SCDMA网络结构与接口各种UE状态以及状态的迁移系统广播消息TD-SCDMA信令流程层三信令在网优中的应用,77,路测仪上看到的Uu信令,对于网优工程师来说，从路测仪上可以直接看到Uu口的相关信令，因此需要重点把握Uu口信令。定时器超时导致的接入失败，从功率来看，要么是下行功率太小，UE收不到请求消息，或者UE上行功率太小，网络收不到完成消息。,78,接入信令异常,拨号后，UE的RRC Connection Request消息没有发送；是否手机异常在主叫UE

29、发送了RRC Connection Request后，定时器超时，没有收到RRC Connection Setup消息；RNC没有收到请求，调整PRACH信道功率；若RNC发了建立消息，但UE没有收到，是否是手机发生重选，则优化重选参数；若没有发生重选，需要调整FPACH功率。主叫UE在收到RRC Connection Setup消息后，没有发出RRC Connection Complete消息或RNC没有收到；若UE没有发，则需要调整下行初始发射功率；若RNC没有收到，调整上行开环功控参数；主叫UE在收到RRC Connection Complete消息后，没有收到Measurement C

30、ontrol消息；查看RNC的测量相关的配置参数是否正确,79,切换信令异常,切换时的异常信令需要结合路测仪和RNC后台共同分析原因，一起定位问题，到底是上行失步还是下行失步、物理信道重配置终端是否有收到、物理信道重配置超时原因是什么等。常见的切换失败信令有：终端上报测量报告，但是由于上行信道质量不好或失步，导致RNC收不到测量报告，使得服务小区一直发测量报告，且服务小区信号已经很差了，却不能发起切换；RNC接收到测量报告，但由于下行失步，导致随后下发的测量控制UE不能收到，同样UE不停发测量报告，却不能发起切换；UE由于和原小区失步，收不到原小区DCH数据，即收不到物理信道重配置信令，导致无

31、法切换；UE在原小区能够保持同步，但无法正确解析物理信道重配置命令，UE试图发送Cell update，但功率已经不足，导致基站无法解析；UE收到物理信道重配置消息，却无法在新小区建立上行同步，导致帧定时跟踪出现问题，这样UE无法在目标小区正确收发，正常情况下此时会回到原小区发物理信道重配置失败，若此时原小区失步的话，则无法回滚，导致物理信道重配置超时；UE收到物理信道重配置消息，由于原小区或周围邻小区对目标小区的下行信号有干扰，导致UE无法正确解析目标小区的下行信号，导致不能与目标小区建立同步，而引发物理信道重配置超时；UE已向目标NodeB发送物理信道重配置完成信令，但是由于目标小区Nod

32、eB底噪过高，或此时多部UE位于小区边缘，且上行发射功率都被抬升的比较高，导致产生较大的上行时隙干扰，使得目标小区NodeB无法正确解析重配置完成的信令，而引发物理信道重配置超时。,80,案例,下图是一个切换失败的信令。出现这样的信令情况，需要综合考虑测量报告中UE测到的服务小区和邻小区的强度值、定时器的设定等。从RNC侧信令看到RNC已经从原小区下发了物理信道重配置信令，但是UE是否已经收到需要在路测仪端确认；此外，从信令可以看出，Cell Update信令UE上报的太晚了，如果在原小区上报，原小区的无线链路已经很差，很难完成小区更新的流程；如果在目标小区上报（如图），RNC已经将目标小区的无线链路删除，导致无法完成小区更新的流程，即便没有删除，一般为目标小区的信号载干比不够，很难正确解析。,81,