LTE主要信令和流程

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1、LTELTE主要信令和流程主要信令和流程中国移动研究院中国移动研究院无线技术研究所无线技术研究所主要内容主要内容LTE协议和网络架构简介1LTE主要无线信令流程2LTE端到端业务建立/释放相关流程3LTE高层协议相关的增强4主要内容主要内容LTE协议和网络架构简介协议和网络架构简介1LTE主要无线信令流程2LTE端到端业务建立/释放相关流程3LTE高层协议相关的增强4LTELTE的需求和目标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 Sintrasea

2、rch时,UE自行决定是否进行同频测量 当服务小区Srxlev Snonintrasearch时,UE自行决定是否进行异频测量 当服务小区Srxlev Threshx,high在一段时间(Treselection-EUTRA)内, Snonservingcell 一直好于该阈值 (Threshx,high)低优先级小区重选判决准则低优先级小区重选判决准则当同时同时满足以下条件,UE重选重选至低优先级的异频小区至低优先级的异频小区UE驻留在当前小区超过1s 高优先级和同优先级频率层上没有其它合适的小区Sservingcell Threshx,low在一段时间(Treselection-EUTRA

3、)内, Snonservingcell,x 一直好于该阈值(Threshx,low)优先级不同的异频小区重选判决优先级不同的异频小区重选判决参数名参数名单位单位意义意义Threshserving,lowdB小区满足选择或重选条件的最小接收功率级别值Threshx,highdB小区重选至高优先级的重选判决门限,越大重选至高优先级小区越容易一般设置为高于Threshserving,low,Threshx,lowdB重选至低优先级小区的重选判决门限,越小重选至低优先级小区约困难一般设置为高于Threshserving,highTreselection-EUTRAS该参数指示了优先级不同的LTE小区重

4、选的定时器时长,用于避免乒乓效应重选判决准则重选判决准则-2 -2 基于基于R R准则准则R准则准则根据R值计算结果,对于重选优先级等于当前服务载频的邻小区,若:邻小区Rn大于服务小区Rs,并持续Treselection,同时UE已在当前服务小区驻留超过1s以上,则触发向邻小区的重选流程服务小区服务小区Cell Rank(R值值) Rs = Qmeas,s + Qhyst候选小区候选小区Cell Rank(R值值) Rt = Qmeas,t - Qoffset同频小区及同优先级异频小区重选判决同频小区及同优先级异频小区重选判决参数名参数名单位单位意义意义Qmeas,sdBmUE测量到的服务小区

5、RSRP实际值Qmeas,tdBmUE测量到的邻小区RSRP实际值QHystdB服务小区的重选迟滞,常用值:2可使服务小区的信号强度被高估,延迟小区重选可使服务小区的信号强度被高估,延迟小区重选QoffsetsdB被测邻小区的偏移值:包括不同小区间的偏移Qoffsetst和不同频率之间的偏移Qoffsetfrequency,常用值:0可使相邻小区的信号或质量被低估,延迟小区重选;还可根据不同小区、载频可使相邻小区的信号或质量被低估,延迟小区重选;还可根据不同小区、载频设置不同偏置,影响排队结果,以控制重选的方向设置不同偏置,影响排队结果,以控制重选的方向TreselectionS该参数指示了同

6、优先级小区重选的定时器时长,用于避免乒乓效应TAUTAU概述概述TA和和TAITAU的定义的定义当移动台由一个TA移动到另一个TA时,必须在新的TA上重新进行位置登记以通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息,这个过程就是跟踪区更新(Tracking Area Update,TAU)TAUTAU概述概述为了确认移动台的位置,LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区(Tracking Area, TA) TA功能与3G的位置区(LA)和路由区(RA)类似,是LTE系统中位置更新和寻呼的基本单位。TA用TA码(Tracking Area Code, TAC)标识,一个TA可包含一个或多个小区,TAC在

7、这在这些小区的些小区的SIB1中广播中广播与LAC、RAC类似,网络运营时用TAI作为TA的唯一标识,TAI由MCC、MNC和TAC组成,共计6字节TA和和TAI的定义的定义TA和和TAIUE在附着时,MME会为UE分配一组TA list(长度长度116)并发送给UE保存,当需要寻呼UE时,网络会在TA list所包含的小区内向UE发送寻呼消息。TAI LIST的定义的定义通过合理规划通过合理规划TA,设置合适,设置合适TAI LIST的长度和内容,通过不断调整可以实的长度和内容,通过不断调整可以实现寻呼和位置更新的一个相对平衡,进而获得较优的网络性能现寻呼和位置更新的一个相对平衡,进而获得较

8、优的网络性能TAI LIST长度为898字节,分为三种类型,最多可包含16个TAIsUE附着时,MME通过通过ATTACH ACCEPT或或TAU ACCEPT消息为消息为UE分配一组分配一组TAI(TAI list) 当需要寻呼UE时,网络在TAI list所包含的所有小区内向UE发送寻呼UE收到TAI LIST后保存在本地,移动过程中只要进入的新TA的TAI包含在TA LIST中,UE都无需发起TAU过程87654321Tracking area identity list IEILength of tracking area identity list contentsPartial t

9、racking area identity list 1Partial tracking area identity list 2Partial tracking area identity list pTAI LIST TAI LIST类型表TAUTAU概述概述TAU分类分类UE状态不同空闲态TAU连接态TAU更新内容不同非联合TAU更新TAI LIST联合TAU更新TAI LIST + LAUTAU的应用场景的应用场景当前TA不在UE的TAI list里周期性TAU表明UE Alive;网络配置, IDLE或连接态均强制执行从服务区外返回服务区时,且周期性TAU到期,立刻执行MME负载均衡

10、时,可要求UE发起TAUECM-IDLE状态下UE的GERAN和UTRAN Radio能力发生变化从UTRAN PMM Connected或GPRS READY状态通过小区重选进入E-UTRAN时TAUTAU过程过程 在网络登记新的用户位置信息 进入新的TA,其TAI不在UE存储的TAI LIST内 给用户分配新的GUTI 核心网在同一个MME pool用GUTI唯一标识一个UE。若TAU过程中更换了MME pool,则核心网会在TAU ACCEPT消息中携带新GUTI 分配给UE 使UE和MME的状态由EMM-DEREGISTERED变为EMM-REGISTERED UE短暂进入无服务区后回

11、到覆盖区,信号恢复,且周期性TAU到期 IDLE态用户可通过TAU过程请求建立用户面资源 IDLE下发起TAU过程时,如果有上行数据或者上行信令(与TAU无关的)发送,UE可以在TAU request消息中设置an “active”标识,来请求建立用户面资源,并且在TAU完成后保持NAS信令连接 连接态不可设置该标识TAU的作用的作用IDLE TAUIDLE TAU流程流程-1-1 TAU Request中含中含ACTIVE标识,用户完成标识,用户完成TAU后可继续进行数据业务传输后可继续进行数据业务传输IDLE TAUIDLE TAU流程流程-2-2TAU Request中不含中不含ACTI

12、VE标识,标识,TAU完成后释放连接完成后释放连接CONNECTED-TAUCONNECTED-TAU流程流程连接态连接态TAU流程流程若TAU accept未分配新GUTI,无过程6、7连接态TAU完成后,不释放NAS信令连接连接建立及重配置流程连接建立及重配置流程UEeNBMME寻呼消息寻呼消息连接建立请求连接建立请求连接建立连接建立连接建立完成(连接建立完成(NAS)初始终端消息(初始终端消息(NAS)初始终端上下文建立请求初始终端上下文建立请求初始终端上下文建立相应初始终端上下文建立相应安全模式命令安全模式命令安全模式完成安全模式完成重配置请求重配置请求重配置完成重配置完成连接建立流程

13、:当处于空闲状连接建立流程:当处于空闲状态的态的UE希望发起一个业务、或希望发起一个业务、或需要更新需要更新TA时、或响应寻呼时,时、或响应寻呼时,触发该流程触发该流程连接重配置流程:承担着连接重配置流程:承担着RRC连接管理的大部分功能,包括连接管理的大部分功能,包括信令信令/数据承载管理、参数配置、数据承载管理、参数配置、切换执行、测量控制等切换执行、测量控制等 由网络向空闲态或连接态的UE发起 Paging消息会在UE注册的所有小区发送(TA范围内) 核心网触发:通知UE接收寻呼请求(被叫,数据推送) eNodeB触发:通知系统消息更新以及通知UE接收ETWS等信息寻呼主要流程寻呼主要流

14、程在S1AP接口消息中,MME对eNB发paging消息,每个paging消息携带一个被寻呼UE信息eNB读取Paging消息中的TA列表,并在其下属于该列表内的小区进行空口寻呼若之前UE已将DRX消息通过NAS告诉MME,则MME会将该信息通过paging消息告诉eNB空口进行寻呼消息的传输时,eNB将具有相同寻呼时机的UE寻呼内容汇总在一条寻呼消息里寻呼消息被映射到PCCH逻辑信道中,并根据UE的DRX周期在PDSCH上发送寻呼的发送寻呼的发送寻呼消息的读取寻呼消息的读取 UE寻呼消息的接收遵循DRX的原则 UE根据DRX周期在特定时刻根据P-RNTI读取PDCCH UE根据PDCCH的指

15、示读取相应PDSCH,并将解码的数据通过寻呼传输信道(PCH)传到MAC层。PCH传输块中包含被寻呼UE标识(IMSI或S-TMSI),若未在PCH上找到自己的 标识,UE再次进入DRX状态 3G中UE也遵循DRX周期读取寻呼消息,但有专用的寻呼信道PICH和PCH寻呼的读取寻呼的读取无线子帧的寻呼模式无线子帧的寻呼模式NsPO when i_s=0PO when i_s=1PO when i_s=2PO when i_s=319N/AN/AN/A249N/AN/A40459NsPO when i_s=0PO when i_s=1PO when i_s=2PO when i_s=310N/AN

16、/AN/A205N/AN/A40156FDDTDD随机接入过程随机接入过程 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 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,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

17、前量(TA: Timing Advance)竞争接入过程竞争接入过程非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实现的基本功能随机接入随机接入的使用场景的使用场景基于竞争的随机接入(基于竞争的随机接入(2-12-1) 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 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-RN

18、TI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Msg31234基于竞争的随机接入过程基于竞争的随机接入过程2-1基于竞争的随机接入过程基于竞争的随机接入过程2-2基于竞争的随机接入(基于竞争的随机接入(2-22-2) 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

19、及UE的C-RNTI 上/下行数据到达:传输UE的C-RNTI Msg4:竞争解决初始接入和连接重建场景初始接入和连接重建场景切换,上切换,上/下行数据到达场景下行数据到达场景竞争判定Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝,UE将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比较,两者相同则判定为竞争成功UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令,则竞争成功调度Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4C-RNTIMsg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级为UE的C-RNTIUE之前已分配C-RNTI,在Msg3中也将其传给eNB。

20、竞争解决后,临时C-RNTI被收回,继续使用UE原C-RNTI基于非竞争的随机接入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UEMsg1: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样,可以响应多个UE发送的Msg1基于非竞争的随机接入过程基于非竞争的随机接入过程连接态下连接态下UEUE的数据传输过

21、程的数据传输过程数据通信又可以分为上行数据传输、下行业务传输。下面以上行业务数据通信又可以分为上行数据传输、下行业务传输。下面以上行业务到达为例,介绍数据发送的过程到达为例,介绍数据发送的过程n 调度请求(调度请求(SR):存在业务传输需求时,UE可通过网络侧配置的PUCCH资源发送SR 、或触发随机接入过程发送数据传输请求n 缓存状态报告(缓存状态报告(BSR):当UE获得上行资源后,首先将自己的BSR上报给网络侧,以便基站了解数据量而合理分配资源n 数据传输数据传输:当UE进一步获得上行资源后,根据业务优先级在多种业务中分配上行资源,进而发送数据连接态下连接态下UEUE的测量以及切换过程的

22、测量以及切换过程n 注:网络侧各种测量和切换参数的配置、基站的切换算法等都是各厂家的实注:网络侧各种测量和切换参数的配置、基站的切换算法等都是各厂家的实现算法,是影响产品性能的重要因素现算法,是影响产品性能的重要因素切换完成阶段切换完成阶段切换执行阶段切换执行阶段切换准备阶段切换准备阶段测量概述测量概述测量流程介绍测量流程介绍 RRC_IDLE状态下,UE的测量参数信息通过E-UTRAN的广播获得 RRC_CONNECTED状态下,E-UTRAN通过专属信令向UE下发测量配置(measurement configuration)信息,如RRCConnectionReconfiguration消

23、息中可携带 UE可执行的测量类型 同频测量:测量与当前服务小区下行频点相同的邻小区下行频点 异频测量:测量与当前服务小区下行频点不同的下行频点(同小区或邻小区) 与UTRA的系统间测量 与GERAN的系统间测量 与CDMA2000 HRPD或CDMA2000 1xRTT的系统间测量测量下达测量下达 IDLE态,网络侧通过系统消息告知UE需要进行的测量及其参数 SIB4:下发同频邻区测量信息(邻区列表) SIB5:下发异频邻区测量信息(邻区列表) SIB6:下发UTRAN邻区信息 SIB7:下发GERAN邻区信息 SIB8:下发CDMA2000邻区信息 连接态,网络侧通过RRC重配消息中携带 M

24、easConfig 信元给UE下发测量配置 该信元中携带测量对象和测量上报标准 测量配置下发测量配置下发测量报告上报测量报告上报IDLE态下,UE不上报,仅做小区重选;连接态下UE进行测量上报事件触发一次上报触发事件有A1A5,B1,B2上报次数为一次UE忽略上报间隔配置周期性上报触发类型为周期,包含上报CGI、上报最强小区、SON目的上报最强小区如果上报目的为“上报CGI”或上报“SON目的上报最强小区”,则上报次数为1事件触发周期上报(事件触发上报与周期性上报的结合)触发事件有A1A5,B1,B2上报次数为多次上报间隔配置有效测测 量量 事事 件件LTE系统内的同频/异频测量事件异技术测量

25、事件Event A1:服务小区测量值(RSRP或RSRQ)大于门限值Event A2:服务小区测量值(RSRP或RSRQ)小于门限值Event A3:邻小区测量值优于服务小区测量值一定门限值Event A4:邻小区测量值大于门限值Event A5:服务小区测量值小于门限1,同时邻小区信道质 量大于门限2Event B1:异技术邻小区信道质量大于门限Event B2:服务小区信道质量小于门限1,同时异技术邻 小区信道质量大于门限2测量上报测量上报主要内容主要内容LTE协议和网络架构简介1LTE端到端业务建立端到端业务建立/释放相关流程释放相关流程3LTE主要无线信令流程2LTE高层协议相关的增强

26、4AttachAttach和和DetachDetach过程过程 作用: Attach过程完成UE在网络的注册,完成核心网(EPC)对该UE默认承载的建立 Detach过程完成UE在网络侧的注销和所有EPS承载的删除 Attach说明: LTE中,Attach伴随着核心网处默认承载的建立 Detach说明: UE/MME/SGSN/HSS均可发起detach过程 若网络侧长时间没有获得UE的信息,则会发起隐式的Detach过程,即核心网将该UE的所有承载释放而不通知UEAttach与与Detach过程过程UEUE开机开机AttachAttach过程过程Attach信令流程信令流程E-UTRAN部

27、分部分 在无线网部分,LTE的attach与3G的类似,完成相同的功能 而在核心网部分,除荐权、身份验证、用户注册以外,LTE还包含默认承载的建立,而3G中没有AttachAttach过程说明过程说明1. 处在RRC_IDLE态的UE进行Attach过程,首先发起随机接入过程,即MSG1消息;2. eNB检测到MSG1消息后,向UE发送随机接入响应消息,即MSG2消息;3. UE收到随机接入响应后,根据MSG2的TA调整上行发送时机,向eNB发送RRCConnectionRequest消息;4. eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息,包含建立SRB1承载信息和无线资源配置信

28、息;5. UE完成SRB1承载和无线资源配置,向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息,包含NAS层Attach request信息;6. eNB选择MME,向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息,包含NAS层Attach request消息;7. MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息,请求建立默认承载,包含NAS层Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息;8. eNB接收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST

29、消息,如果不包含UE能力信息,则eNB向UE发送UECapabilityEnquiry消息,查询UE能力;9. UE向eNB发送UECapabilityInformation消息,报告UE能力信息;10.eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息,更新MME的UE能力信息;11.eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息,向UE发送 SecurityModeCommand消息,进行安全激活;12.UE向eNB发送SecurityModeComplete消息,表示安全激活完成;13.eNB根据INITIAL

30、CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息,向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息进行UE资源重配,包括重配SRB1和无线资源配置,建立SRB2、DRB(包括默认承载)等;14.UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息,表示资源配置完成;15.eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息,表明UE上下文建立完成;16.UE向eNB发送ULInformationTransfer消息,包含NAS层Attach Complete、Activate de

31、fault EPS bearer context accept消息;17.eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息,包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息。Attach流程说明流程说明Connected UE initiated DetachConnected UE initiated DetachDetach信令流程信令流程连接态连接态UE发起发起Connected UE initiated DetachConnected UE initiated Detach说明说明

32、1. 处在RRC_CONNECTED态的UE进行Detach过程,向eNB发送UL NAS Transfer消息,包含NAS层Detach request信息;2. eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息,包含NAS层Detach request信息;3. MME向Serving-GW发送Delete Session Request,以删除EPS承载;4. Serving-GW向MME发送Delete Session Response,以确认EPS承载删除;5. MME向基站发送下行直传DOWNLINK NAS TRANSPORT消息,包含NAS层Detach

33、accept消息;6. eNB向UE发送DLInformationTransfer消息,包含NAS层Detach accept消息;7. MME向eNB发送UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息,请求eNB释放UE上下文信息;8. eNB接收到UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息,向UE发送RRCConnectionRelease消息,释放RRC连接;9. eNB释放UE上下文信息,向MME发送UE CONTEXT RELEASE COMPLETE消息进行响应。连接态连接态UE发起发起Detach流程说明流程说明MME-initiated DetachMME-initiated Detach MME发起的Detach过程与UE发起的类似,只是Detach Request由MME发起Detach信令流程信令流程连接态连接态MME发起发起HSS-initi

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