lte信令流程与分析教材

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1、LTE 信令流程与分析,TDD LTE信令流程与分析,目录,基本概念介绍,开机入网流程介绍分析,1,2,切换流程介绍分析,3,网元间控制面整体协议栈,没有RNC，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,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,控制面,用户面,用户面协议内部的关系,层2协议架构（DL）,层2协议架构（UL）,Uu口控制面协议栈,控制平面RRC协议数据的加解密和完整性保护功能，在LTE中交由PDCP层完成

2、 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 仅存在一个MAC实体,LTE控制面,3G中控制平面不存在PDCP协议栈，由RLC层提供无线信令承载SRB RLC层依然提供TM/UM /AM三种传输模式 3G中UM/AM传输模式下的加密由RLC层实现，TM模式 下的加密由MAC层实现 3G中含有多个MAC实体：MAC-b, MAC-c/sh, MAC-d, MAC-hs,与3G的异同,Uu口用户面协议栈,安全方面的功能，用户面的加密和解密功能由PDCP子层完成 仅存在一个MAC实体,LTE用户面,3G中PDCP层仅用于承载PS业务，广播

3、和多播业务由BMC层协议承载 3G中用户数据的加密和解密由RLC和MAC层完成 3G中含有多个MAC实体：MAC-b, MAC-c/sh, MAC-d, MAC-hs RLC层依然提供TM/UM /AM三种传输模式,与3G的异同,S1接口协议栈,UDP/IP之上的GTP-U用来传输S-GW与eNB之间的用户平面PDU S1用户面主要功能为: 在S1接口目标节点中指示数据分组所属的SAE接入承载； 移动性过程中尽量减少数据的丢失； 错误处理机制； MBMS支持功能； 分组丢失检测机制；,控制层为了可靠的传输信令消息，在IP层之上添加了SCTP S1控制面主要功能： EPC承载服务管理功能； S1

4、 接口UE上下文释放功能； ACTIVE状态下UE的移动性管理功能 S1接口的寻呼； NAS信令传输功能； 漫游于区域限制支持功能； NAS节点选择功能； 初始上下文建立过程；,S1接口,X2接口协议栈,X2接口用户面提供eNB之间的用户数据传输功能 X2-U接口协议栈与S1-U接口协议栈完全相同,LTE系统X2接口的定义采用了与S1接口一致的原则 X2接口应用层协议主要功能： 支持LTE_ACTIVE状态下UE的LTE接入系统内的移动性管理功能； X2接口自身的管理功能，如错误指示、X2接口的建立与复位，更新X2接口配置数据等； 负荷管理功能。,X2接口,系统消息（36.331）,系统消息的

5、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：在第一个子帧的第二个时隙的前4个符号，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,系统消息（36.331）,SIBs 除MIB以外的系统消息，包括SIB1-SIB12 除SIB1以外，SIB2-SIB12均由SI (System Information)承载 SIB1是除MIB外最重

6、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,LTE系统消息,各系统消息作用,系统消息功能说明,系统消息信令流程,系统消息获取,UE通过E-U

7、TRAN广播消息获取AS和NAS系统消息 此过程适用于RRC-IDLE和RRC_CONNECTED状态 开机选网和小区重选时 切换完成或从另一个RAT切换到E-UTRAN时 重新返回覆盖区域时 当系统消息改变时 当出现接收ETWS指示时 upon receiving a request from CDMA2000 upper layers upon exceeding the maximum validity duration (3h),3GPP各状态间转换,各系统状态转移图,UE各状态说明,RRC状态,RRC信令消息简化,RRC信令简化,LTE中的承载,Radio Bearer承载空口RRC

8、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,标准QCI属性,QCI是EPS承载最重要的QoS参数之一，它是一个数量等级，代表了EPS应该为这个SDF提供的QoS特性，每个SDF都与且仅与一个QCI相关联。与相同IP-CAN会话相对应的多个SDF，若具有相同的QCI和ARP值，可以作为一个单独的业务集合来处理，这就是SDF集合。下表给出了EPS系统定义的标准QCI属性，所有的QCI属性均可由运营商根据实际需求预配置在eNodeB上，这些参数决定了无线侧承载资源的分配。,无线承载分类,数据承载为DRB，通过eNB

9、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： ULInformation Transfer 和 DLInformation Tran

10、sfer （由SRB2承载，SRB2未建立时SRB1承载） RRCConnection Setup Complete 和 RRCConnection Reconfiguration （由SRB1承载） RRCConnection Setup Complete（只携带NAS的初始直传消息）,根据承载内容分类,NAS消息其他承载方式,小区内UE标识（1）,核心网UE标识（2）,随机接入过程（36.300）,申请上行资源 与eNodeB间的上行时间同步 从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始接入和TAU更新 无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程

11、 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小区 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区 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，UE位置辅助定位需要，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,基于竞争的随机接入（2-1）,UE随机选择preamble码发起 Msg1：发送Pream

12、ble码 eNB可以选择64个Preamble码中 的部分或全部用于竞争接入 Msg1承载于PRACH上 Msg2：随机接入响应 Msg2由eNB的MAC层组织，并由 DL_SCH承载 一条Msg2可同时响应多个UE的随机接入请求 eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定 Msg2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,基于竞争的随机接入过程2-2,基于竞争的随机接入（2-2

13、）,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-RNTI Msg4：竞争解决,基于非竞争的随机接入,UE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 对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE 对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通过PDCCH通知UE,Msg1：发送Preamble码 UE在eNB

14、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样，可以响应多个UE发送的Msg1,基于非竞争的随机接入过程,RRC协议介绍,控制面协议RRC协议,RRC协议功能 为NAS层提供连接管理、消息传递等服务 对接入网的底层协议实体提供参数配置的功能 负责UE移动性管理相关的测量、控制等功能 RRC协议承载SRB,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，如呼叫、响应寻呼、TAU、Attach等; RRC连接建立成功流程 RRC连接请求：UE通过UL_CCCH在SRB0上发送，携带UE的初始（

15、NAS）标识和建立原因等，该消息对应于随机接入过程的Msg3; RRC连接建立：eNB通过DL_CCCH在SRB0上发送，携带SRB1的完整配置信息，该消息对应随机接入过程的Msg4; RRC连接建立完成：UE通过UL-DCCH在SRB1上发送，携带上行方向NAS消息，如Attach Request、TAU Request、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,

16、RRC连接建立,RRC连接重建立过程,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 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Msg3; RRC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Msg4; RRC连接重建立完成：UE通过UL-DCCH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连接重配置过程,触发原因： 当需要发起对SRB和DRB的管理、低层参数配置、切换执行和测量控制时，触发此过程 RRC连接重配置过程 RRC连接重配置：eNB通过D