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1、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,1,LTE主要无线信令流程,2,LTE端到端业务建立/释放相关流程,3,LTE高层协议相关的增强,4,主要内容,LTE协议和网络架构简介,1,LTE主要无线信令流程,2,LTE端到端业务建立/释放相关流程,3,LTE高层协议相关的增强,4,LTE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
2、 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-SCDMA,TD-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,E-UTRAN只有eNB一个节点,无差异,轻微差异,主要差异,LTE TDD/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, Evolved Packet Core ） 接入网（eNodeB） 用户设备（UE） EPC分为三部分： MME
3、 (Mobility Management Entity, 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（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UE,NOTE: 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-
4、LTE协议栈比较,TD-SCDMA,TD-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Layer 2概述,Radio Bearers与Logical channels一一对应 MAC子层负责将多个Logical channels复用到一个Transport channel（TB）,下行层2结构,从功能和服务的角度看L2,从数据单元的角度看L2,L2数据处理流程,TD-SCDMA与TD-LTE数据处理流程比较,TD-SCDMA,TD-L
5、TE,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,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,LTE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
6、 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-persistent scheduling和rate control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
7、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
8、道质量和反馈信息；执行邻小区测量，获取系统信息,空闲状态：网络知道UE在某个Tracking Area List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,TD-SCDMA,TD-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-SCDMA,TD-LTE,Radio Bearers Setup,Radio Bea
9、rers Release,Radio Bearers Reconfiguration,Measurement Control,Transport Channel Reconfiguration,RRC Connection Reconfiguration,Physical Channel Reconfiguration,LTE承载概念介绍,Radio Bearer承载空口RRC信令和NAS信令 S1 Bearer 承载eNB与MME间S1-AP信令 NAS消息也可作为NAS PDU附带在RRC消息中发送,Bear(承载) in LTE,承载内容分类,数据承载为DRB，通过eNB为其分配的PDS
10、CH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SRB
11、2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,RRC状态,小区内UE标识（1）,核心网UE标识（2）,TD-LTE网络架构和无线协议的特点,扁平的网络结构（不再有RNC，不支持宏分集/软切换） 全IP，不再有CS域，通过PS域来支持语音等实时业务 用户面和控制面分离 简
12、化的协议状态 更低的时延（1ms TTI、100ms控制平面时延、5ms用户平面单向时延） 传输信道中不再有专用信道 协议实体大大减少、协议流程和信令结构大大简化,主要内容,LTE协议和网络架构简介,1,LTE主要无线信令流程,2,LTE端到端业务建立/释放相关流程,3,LTE高层协议相关的增强,4,LTE状态转换及信令流程,空闲态,连接态,开机驻留流程,终端开机扫描所有频点,在每个频点上找到最强小区并阅读系统信息中的PLMN信息,PLMN选择,小区选择及重选,自动PLMN选择：终端AS将扫描所得的PLMN信息报告给NAS，由NAS根据特定方式选择相应PLMN,手动PLMN选择：终端AS将扫描
13、所得的PLMN依照特定的顺序报告给用户，由用户手动选择PLMN,系统消息接收,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,LTE系统消息,PBCH时域映射结构,PBCH频域映射结构,系统消息接收,SIBs 除MIB以外的系统消息，包括SIB1-SIB13 除SIB1以外，SI
14、B2-SIB13均由SI (System Information)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（SFN mod 2 = 0，SFN mod 8 0）一次，如果满足SFN mod 8 = 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,
15、LTE系统消息,LTE系统消息的内容,MIB: 下行带宽，PHICH的配置(Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel),SFN SIB1: PLMN ID, 小区全球ID, Cell禁止状态, 小区选择参数, CSG 指示, SI信息, valuetag. SIB2: ACB信息, 公共无线资源的配置, 上行带宽. SIB3: 小区重选信息( 服务小区信息, 速度相关信息) SIB4/5/6/7/8: 相邻小区信息(intra-f,inter-f,inter-RAT:UTRA, GSM,CDMA). SIB9: heNB 标示（ HNBID ） SIB10:
16、ETWS主通知信息 SIB11: ETWS 辅通知信息 SIB12: CMAS 通知信息 SIB13: MBSFN area list信息和MBMS通知信息,捕获系统消息,idle态的UE和active态的UE都需要捕获系统消息； 在下面的情况下，UE需要捕获系统消息： 选择或重选到一个小区； 切换完成后； 从其他系统进入E-UTRAN； 从覆盖外返回覆盖区； 接收到系统消息变更指示； 接收到ETWS 或CMAS通知； 超过最大有效时间；,重新接入一个 小区！,广播内容改变！,系统消息的变更,寻呼消息通知系统消息的改变，通过寻呼消息中的systemInfoModification来指示。 空闲态或连接态的UE都监听寻呼消息； 空闲态的UE需要计算paging occasion，然后进行广播消息的接收； 连接态的UE，在解析PDCCH时判决是否有寻呼消息； 包含在SIB中的systemInfoValueTag来指示 当UE恢复覆盖的情
