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LTE完整信令流程

时间:2018-06-25


LTE完整信令流程

主要内容
基本概念
网络架构 协议栈结构 接口功能 无线网系统消息 UE的工作模式与状态 无线承载的分类 UE标识

端到端业务建立/释放相 关流程
Attach流程 Detach流程 Service Request过程 专用承载建立流程 专用承载修改流程 专用承载释放流程

无线网基本信令流程
随机接入 寻呼 RRC连接建立、重配、重建 立、释放 测量

移动性管理
TAU 切换 小区重选

附录

E-UTRAN网络结构
基 本 概 念 网络架构

LTE网络架构

LTE主要3GPP规范见附录

网络实体
基 本 概 念 网络架构

LTE网络实体
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 S-GW P-GW (Mobility Management Entity, 负责信令处理部分) (Serving Gateway , 负责本地网络用户数据处理部分) (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

EPC与E-UTRAN功能划分
基 本 概 念 网络架构

EUTRAN

EPC

EPC与E-UTRAN功能简述
基 本 概 念 网络架构

功能概述
eNB功能:
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臵。

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。

服务网关功能:
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。

PDN网关功能:
逐用户数据包的过滤和检查 用户IP分配

网元间控制面整体协议栈
基 本 概 念 协议栈结构
NAS Relay RRC PDCP RLC MAC L1 UE LTE-Uu RRC PDCP RLC MAC L1 eNodeB S1-AP SCTP IP L2 L1 S1-MME S1-AP SCTP IP L2 L1 MME NAS

控制面协议栈
没有RNC,空中接口的控制平面(RRC)功能由eNB进行管理和控制

网元间用户面整体协议栈
基 本 概 念 协议栈结构

用户面协议栈
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

用户面协议内部的关系
基 本 概 念 协议栈结构

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

Uu口控制面协议栈
基 本 概 念
UE NAS RRC PDCP RLC MAC PHY RRC PDCP RLC MAC PHY eNB MME NAS

协议栈结构

与3G的异同
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

LTE控制面
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 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

Uu口用户面协议栈
基 本 概 念 协议栈结构

与3G的异同
UE PDCP RLC MAC PHY eNB PDCP RLC MAC PHY

LTE用户面
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

3G中PDCP层仅用于承 载PS业务,广播和多播 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

E-UTRAN接口通用协议模型
基 本 概 念 接口功能

LTE接口通用模型
适用于E-UTRAN相关的所有接口,即S1和X2接口 控制面和用户面相分离,无线网络层与传输网络层相分离 无线网络层:实现E-UTRAN的通信功能 传输网络层:采用IP传输技术对用户面和控制面数据进行传输

S1接口协议栈
基 本 概 念 接口功能

S1接口

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 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;

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;

X2接口协议栈
基 本 概 念 接口功能

X2接口

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接口配臵 数据等; 负荷管理功能。

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

与3G Iu-PS接口协议架构比较
基 本 概 念 接口功能

3G Iu-PS接口通用模型
控制面:在Release 99中,采用7号信令系统协议承载信令;在Release 5 之后的版本,控制信令直接用IP承载; 用户面:Release 99 PS域,分组数据量在一个或多个AAL5永久虚电路上 复用;在Release 5之后,直接采用IP传输,与LTE架构相同;

系统消息(36.331)
基 本 概 念 无线网系统消息

LTE系统消息
系统消息的组成
MasterInformationBlock(MIB) 多个SystemInformationBlocks (SIBs)

MIB
承载于BCCH → BCH → PBCH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配臵信息) 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

PBCH时域映射结构

PBCH频域映射结构

系统消息(36.331)
基 本 概 念 无线网系统消息

LTE系统消息 SIBs
除MIB以外的系统消息,包括SIB1-SIB12 除SIB1以外,SIB2-SIB12均由SI (System 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

各系统消息作用
基 本 概 念 无线网系统消息

系统消息功能说明

系统消息获取
基 本 概 念
UE E-UTRAN

无线网系统消息

MasterInformationBlock SystemInformationBlockType1

SystemInformation

系统消息信令流程
UE通过E-UTRAN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(地震、灾情通知等)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
基 本 概 念 UE的工作模式与状态

各系统状态转移图
GSM_Connected CELL_DCH Handover E-UTRA RRC_CONNECTED Handover GPRS Packet transfer mode CCO, Reselection Connection establishment/release

CELL_FACH CCO with optional NACC Reselection Connection establishment/release

CELL_PCH URA_PCH Connection establishment/release UTRA_Idle

Reselection

E-UTRA RRC_IDLE

Reselection CCO, Reselection

GSM_Idle/GPRS Packet_Idle

当存在RRC连接时,UE处于RRC连接状态,否则为RRC IDLE状态 TS 36.331 4.2

UE各状态说明
基 本 概 念 UE的工作模式与状态

RRC状态
状态 PLMN选择 NAS配臵的DRX过程 系统信息广播和寻呼 RRC_IDLE 邻小区测量 小区重选的移动性 UE获取1个TA区内的唯一标识 eNodeB内无终端上下文 行为

网络侧有UE的上下文信息
网络侧知道UE所处小区 网络和终端可以传输数据 网络控制终端的移动性 RRC_CONNECTED 邻小区测量 存在RRC连接: UE可以从网络侧收发数据 监听共享信道上指示控制授权的控制信令 UE可以上报信道质量给网络侧 UE可以根据网络配臵进行DRX

RRC信令消息简化
基 本 概 念 UE的工作模式与状态

Radio Bearer Setup (无线承载建立) Radio Bearer Release (无线承载释放) Radio Bearer Reconfiguration (无线承载重配臵) Transport Channel Reconfiguration (传输信道重配臵) TransportFormatCombinationControl (传输格式组合控制) Physical Channel Reconfiguration (物理信道重配臵) Measurement Control (测量控制)

RRC信令简化
RRC Connection Reconfiguration (RRC连接重配臵)

LTE中的承载
基 本 概 念 无线承载的分类

Bear(承载) in LTE
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
E-UTRAN EPC Internet

UE

eNB

S-GW

P-GW

Peer Entity

End-to-end Service

EPS Bearer

External Bearer

E-RAB Radio Bearer S1 Bearer

S5/S8 Bearer

Radio

S1

S5/S8

Gi

无线承载分类
基 本 概 念 无线承载的分类

根据承载内容分类
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 每种SRB可承载信令内容见附录

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

NAS消息其他承载方式
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:
SRB1承载) RRCConnectionSetupComplete 和 RRCConnectionReconfiguration (由SRB1承载) RRCConnectionSetupComplete(只携带NAS的初始直传消息) NAS消息种类见附录

ULInformationTransfer 和 DLInformationTransfer (由SRB2承载,SRB2未建立时由

小区内UE标识(1)
基 本 概 念 UE标识

标识类型 RA-RNTI T-CRNTI C-RNTI SPSCRNTI P-RNTI SI-RNTI

应用场景

获得方式

有效范围 小区内 小区内 小区内 小区内 全网相同 全网相同

是否与终端/ 卡设备相关 否 否 否 否 否 否

随机接入中用于指示接 根据占用的时频资源计算获得( 0001~003C) 收随机接入响应消息 随机接入中,没有进行 竞争裁决前的CRNTI 用于标识RRC Connect 状态的UE 半静态调度标识 寻呼 系统广播 eNB在随机接入响应消息中下发 给终端(003D~FFF3) 初始接入时获得(T-CRNTI升级 为C-RNTI) (003D~FFF3) eNB在调度UE进入SPS时分配 (003D~FFF3) FFFE(固定标识) FFFF(固定标识)

核心网UE标识(2)
基 本 概 念 UE标识

用户标识 IMSI

名称 International Mobile Subscriber Identity International Mobile Equipment Identity IMEI and Software Version Number

来源 SIM卡

作用 UE在首次ATTACH时需要携带IMSI信息,网 络也可以通过身份识别流程要求UE上报IMSI 参数 国际移动台设备标识,唯一标识UE设备,用 15个数字表示 携带软件版本号的国际移动台设备标识,用 16个数字表示

IMEI
IMEISV

终端
终端

S-TMSI

GUTI

SAE临时移动标识,由MME分配。与UMTS SAE Temporary Mobile MME产生并维 的P-TMSI格式类似,用于NAS交互中保护用 Station Identifier 护 户的IMSI 全球唯一临时标识,在网络中唯一标识UE, 可以减少IMSI,IMEI等用户私有参数暴露在 Globally Unique MME产生并维 网络传输中.第一次attach时UE携带IMSI,而 Temporary Identifier 护 之后MME会将IMSI和GUTI进行一个对应, 以后就一直用GUTI,通过attachaccept带给 UE;TMSI信息是GUTI的一部分

主要内容
基本概念
网络架构 协议栈结构 接口功能 无线网系统消息 UE的工作模式与状态 无线承载的分类 UE标识

端到端业务建立/释放相 关流程
Attach流程 Detach流程 Service Request过程 专用承载建立流程 专用承载修改流程 专用承载释放流程

无线网基本信令流程
随机接入 寻呼 RRC连接建立、重配、重建 立、释放 测量

移动性管理
TAU 切换 小区重选

附录

随机接入过程(36.300)
无线网基本信令流程 随机接入

随机接入实现的基本功能
申请上行资源 与eNodeB间的上行时间同步

随机接入的使用场景
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 非 竞 争 接 入 过 程 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位臵辅助定位需要,网络利用 随机接入获取时间提前量(TA: Timing Advance)

竞 争 接 入 过 程

基于竞争的随机接入(2-1)
无线网基本信令流程 随机接入

基于竞争的随机接入过程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 Msg1承载于PRACH上

1

Msg2:随机接入响应
Msg2由eNB的MAC层组织,并由 3 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时频资源位臵确定 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

2

4

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(2-2)
无线网基本信令流程 随机接入

基于竞争的随机接入过程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
初始接入和连接重建场景 竞争 判定 调度 切换,上/下行数据到达场景 Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝,UE UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令, 将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比 则竞争成功 较,两者相同则判定为竞争成功 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Msg4 UE之前已分配C-RNTI,在Msg3中也将其传给 eNB。竞争解决后,临时C-RNTI被收回,继续 使用UE原C-RNTI

Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升 C-RNTI 级为UE的C-RNTI

基于非竞争的随机接入
无线网基本信令流程 随机接入

基于非竞争的随机接入过程
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

寻呼(36.300,36.331)
无线网基本信令流程 寻呼

寻呼的发送
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

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

寻呼消息的读取
无线网基本信令流程 寻呼

寻呼的读取
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

控制面协议——RRC协议
无线网基本信令流程
RRC连接建立、重配 重建、释放

RRC协议介绍
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臵的功能 负责UE移动性管理相关的测量、控制等功能

RRC协议承载——SRB
SRB类别 承载逻辑信道 SRB0 CCCH 承载消息类别 RRC消息 承载消息内容 RRC连接请求,RRC连接建立,RRC连接拒绝,RRC连 接重建立请求,RRC连接重建立,RRC连接重建立拒绝

SRB1
SRB2

DCCH
DCCH

RRC消息 RRC连接建立完成,RRC连接重建立完成,RRC连接重配 部分NAS消息 臵,RRC连接重配臵完成,RRC连接释放等 NAS消息 上下行直传消息

RRC连接建立过程
无线网基本信令流程 RRC连接建立

RRC连接建立
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
UE EUTRAN

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(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的完整配臵信 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

RRCConnectionRequest

RRCConnectionSetup

RRCConnectionSetupComplete

UE

EUTRAN

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
RRCConnectionReject

RRCConnectionRequest

RRC连接,网络侧拒绝

RRC连接重建立过程
无线网基本信令流程 RRC连接重建

RRC连接重建
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 重配臵失败等情况时,触发此过程 RRC连接重建成功
UE EUTRAN

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的完整配臵信 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ULDCCH在SRB1上发送,不携带任何实 际信息,只起到RRC层确认的功能

RRCConnectionReestablishmentRequest RRCConnectionReestablishment

RRCConnectionReestablishmentComplete

UE

EUTRAN

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

RRCConnectionReestablishmentRequest RRCConnectionReestablishmentReject

RRC连接重建失败

RRC连接重配置过程
无线网基本信令流程 RRC连接重配

RRC连接重配
触发原因:
当需要发起对SRB和DRB的管理、低层参数 配臵、切换执行和测量控制时,触发此过程

RRC连接重配臵过程
RRC连接重配臵:eNB通过DL_DCCH在 SRB1上发送,根据功能的不同携带不同的配 臵信息内容,一条消息中可以携带体现多个 功能的信息单元 RRC连接重配臵完成: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
UE

RRC连接重配臵成功
EUTRAN

RRCConnectionReconfiguration

RRCConnectionReconfigurationComplete

UE

EUTRAN

RRC连接重配臵异常流程
若UE无法执行RRC连接重配臵消息中的内容 ,则UE回退到收到该消息前的配臵,并发起 RRC连接重建立过程

RRCConnectionReconfiguration

RRC connection re-establishment

RRC连接重配臵异常

RRC连接释放过程
无线网基本信令流程 RRC连接释放

RRC连接释放
触发原因:
网络希望解除与UE的RRC连接时,触发该过程

RRC连接释放

RRC连接释放过程
RRC连接释放:eNB通过DL_DCCH在SRB1 上发送,可选择携带重定位信息和专用优先级分 配信息(用于控制UE的小区选择和小区重选)
UE EUTRAN

RRCConnectionRelease

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,如NAS层鉴权过程中没有通过鉴权检查

RRC过程场景总结
无线网基本信令流程
RRC连接建立、重配 重建、释放

RRC过程总结
RRC连接建立 RRC连接重建 RRC重配臵 RRC释放

?初始接入Attach时发 起; ?RRC连接出现异常 ?当需要对SRB和DRB ?UE从IDLE态至连接 时发起: 进行管理时发起: 态时发起: E-RAB的建立、修改、 ?希望解除与UE的 切换失败; 发起呼叫; RRC连接,使UE 场景 无线链路失败; 删除; 响应寻呼; 底层完整性保护失 请求UE激活SRB2; 返回IDLE态时; Attach Request; ?测量控制下发时发起; 败; TAU Request; RRC重配臵失败; ?切换执行时发起; Detach Request

测量(36.331)
无线网基本信令流程 测量

测量概述
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下发测量配臵( measurement configuration)信息,如RRCConnectionReconfiguration消息 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
无线网基本信令流程 测量

测量配臵下发
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
SIB3:

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 MeasConfig 信元给UE下发测量配臵
该信元中携带测量对象和测量上报标准

测量报告上报
无线网基本信令流程 测量

测量上报
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A1—A5,B1,B2 上报次数为一次 UE忽略上报间隔配臵

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A1—A5,B1,B2 上报次数为多次 上报间隔配臵有效
测量事件 LTE系统内的同频/异频测量事件 –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2 异技术测量事件 –Event 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

主要内容
基本概念
网络架构 协议栈结构 接口功能 无线网系统消息 UE的工作模式与状态 无线承载的分类 UE标识

端到端业务建立/释放相 关流程
Attach流程 Detach流程 Service Request过程 专用承载建立流程 专用承载修改流程 专用承载释放流程

无线网基本信令流程
随机接入 寻呼 RRC连接建立、重配、重建 立、释放 测量

移动性管理
TAU 切换 小区重选

附录

Attach和Detach过程
端到端业务建立/释放相关流程 Attach流程

Attach与Detach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UE

UE开机Attach过程
端到端业务建立/释放相关流程 Attach流程

Attach信令流程 E-UTRAN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

Attach过程说明
Attach流程说明
1. 2. 3. 4. 5.
端到端业务建立/释放相关流程 Attach流程

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; eNB检测到MSG1消息后,向UE发送随机接入响应消息,即MSG2消息; 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; eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息,包含建立SRB1承载信息和无线资源配臵信息; UE完成SRB1承载和无线资源配臵,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 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和无线资源配臵,建立SRB2、 DRB(包括默认承载)等; 14. UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息,表示资源配臵完成; 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 default 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。

完整的ATTACH过程
端到端业务建立/释放相关流程 Attach流程

该核 用心 户网 上进 次行 关用 机户 遗身 留份 承验 载证 的、 删荐 除权 和

完整的ATTACH过程(续)
端到端业务建立/释放相关流程 Attach流程

打核 通心 上网 行建 数立 据默 通认 道承 载 ,

道打 ,通 修上 改行 承数 载据 通

Connected UE initiated Detach
端到端业务建立/释放相关流程 Detach流程

Detach信令流程—连接态UE发起

Connected UE initiated Detach说明
端到端业务建立/释放相关流程 Detach流程

连接态UE发起Detach流程说明 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 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。

MME-initiated Detach
端到端业务建立/释放相关流程 Detach流程

Detach信令流程—连接态MME发起

MME发起的Detach过程与UE发起的类似,只是Detach Request由 MME发起

HSS-initiated Detach
端到端业务建立/释放相关流程
UE eNodeB RNC/BSS MME SGSN Serving GW PCRF

Detach流程
HSS

PDN GW

2a. Detach Request 2b. Detach Request

1a. Cancel Location 1b. Cancel Location

3a. Delete Session Request 3b. Delete Session Request 4. Delete Session Request 5. Delete Bearer Response 5. Delete Session Response

(B)

7a. Delete Session Response 7b. Delete Session Response

6. PCEF Initiated IP-CAN Session Termination (A)

8a. Detach Accept 8b. Detach Accept 9a. Cancel Location ACK 9b. Cancel Location ACK 10a. Signalling Connection Release

Service Request过程
端到端业务建立/释放相关流程 Service Request过程

Service Request 概述
作用
当UE无RRC连接且有上行数据发起需求时 当UE处于ECM IDLE态且有下行数据达到时 在S1接口上建立S1承载,在Uu接口上建立数据无线承载

说明
当UE发起service request时,需先发起随机接入过程 Service Request由RRC Connection Setup Comlete携带上去 当下行数据达到时,网络侧先对UE进行寻呼,随后UE发起随机接入过程,并发起 service request过程 UE发起service request相当于主叫过程 下行数据达到发起的service request相当于被叫接入

UE triggered Service Request
端到端业务建立/释放相关流程 Service Request过程
UE eNodeB MME Serving GW PDN GW PCRF HSS

1. NAS: Service Request 2. NAS: Service Request 3. Authentication/Security 4. S1-AP: Initial Context Setup Request 5. Radio Bearer Establishment 6. Uplink Data 7. S1-AP: Initial Context Setup Complete 8. Modify Bearer Request 9. Modify Bearer Request (A)
10. PCEF Initiated IP-CAN Session Modification

主叫、 被叫均 需发起 该过程

这 个 流 程 很 面 熟

11. Modify Bearer Response 12. Modify Bearer Response

Network Triggered Service Request
端到端业务建立/释放相关流程 Service Request过程
UE eNodeB RNC/BSC MME SGSN S-GW PDN GW 1. Downlink Data

2a. Downlink Data Notification 2b. Downlink Data Notification Ack 2a. Downlink Data Notification 3a. Paging 4a. Paging 4b. Paging 5. Service Request Procedure 6a. Stop Paging 6b. Stop Paging Downlink Data E-UTRAN Downlink Data 2G or 3G non DT Downlink Data 3G DT 3b. Paging 2b. Downlink Data Notification Ack

被叫业务,网络 通过Paging引发 UE发起该过程

E-RAB建立过程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载建立流程

E-RAB建立概述
作用:
为专用承载分配资源 为默认承载分配资源

过程:
PDN-GW根据QoS策略制定该EPS承载的QoS参数 S-GW向eNB发送承载建立请求,包含(IMSI, QoS, TFT, TEID, LBI等) MME向eNB发送E-RAB建立请求,包含E-RAB ID,QoS,S-GW TEID eNB接收建立请求消息后,建立数据无线承载 eNB返回E-RAB建立响应消息,E-RAB建立列表信息中包含成功建立的承载信息, E-RAB建立失败列表消息中包含没有成功建立的承载消息

说明:
必须在UE RRC CONNECTED态下执行 UE和EPC均可发起,eNB不可发起 UE发起时,EPC仅将其作为参考,有权接受或拒绝。当EPC接受时,可回复承载建 立、修改流程。而在3G中,数据业务的PDP激活流程由UE发起。

PDN GW发起的E-RAB建立流程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载建立流程
UE eNodeB MME Serving GW PDN GW PCRF (A) 1. IP-CAN Session Modification

2. Create Bearer Request

3. Create Bearer Request 4. Bearer Setup Request/ Session Management Request 5. RRC Connection Reconfiguration 6. RRC Connection Reconfiguration Complete 7. Bearer Setup Response 8. Direct Transfer 9. Session Management Response 10. Create Bearer Response 11. Create Bearer Response 12. IP-CAN Session Modification (B)

UE为ECM IDLE 态时,第三步触 发由网络发起的 service request 过程

E-RAB修改过程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载修改流程

E-RAB修改概述
作用
E-RAB修改过程由MME发起,用于修改已经建立承载的配臵

过程
P-GW发起承载修改请求,S-GW将其发给MME MME向eNB发送E-RAB修改请求消息,修改一个或多个承载,E-RAB修改列表信息 包含每个承载的QoS eNB接收到E-RAB修改请求消息后,修改数据无线承载 eNB返回E-RAB修改响应消息, E-RAB修改列表信息中包含成功修改的承载信息, E-RAB修改失败列表消息中包含没有成功修改的承载消息

说明
必须在CONNECTED态下执行 UE和EPC均可发起,eNB不可发起 UE发起时,EPC可回复承载建立、修改、释放流程 分为修改Qos和不修改Qos两种类型

PDN GW发起E-RAB修改流程(修改QoS)
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载修改流程
MME UE eNodeB Serving GW (A) PDN GW PCRF

1. IP-CAN Session Modification

2. Update Bearer request 3. Update Bearer Request 4. Bearer Modify Request/ Session Management Request 5. RRC Connection Reconfiguration 6. RRC Connection Reconfiguration Complete 7. Bearer Modify Response 8. Direct Transfer 9. Session Management Response 10. Update Bearer Response 11. Update Bearer response 12. IP-CAN Session Modification (B)

修改E-RAB的 Qos

PDN GW发起E-RAB修改流程(不修改QoS)
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载修改流程
UE eNodeB MME Serving GW PDN GW PCRF

(A)

1. IP-CAN Session Modification

2. Update Bearer Request 3. Update Bearer Request 4. Downlink NAS Transport

不修改E-RAB 的Qos

5. Direct Transfer 6. Direct Transfer 7. Uplink NAS Transport 8. Update Bearer Response 9. Update Bearer Response 10. IP-CAN Session Modification

(B )

E-RAB释放过程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载释放流程

E-RAB释放概述
PDN GW和MME均可发起对E-RAB的释放流程
对于PDN GW发起的承载释放,可释放专用承载或该PDN地址下的所有承载 对于MME发起的承载释放,可释放某一专用承载,但不能释放该PDN下的默 认承载

过程
无论P-GW或MME发起的释放过程,MME向eNB发送E-RAB释放命令消息, 释放一个或多个承载的SI和Uu接口资源 eNB接收到E-RAB释放命令消息后,释放每一个承载的S1接口资源,Uu接口 上的资源和数据无线承载

说明
UE或MME均可发起对PDN连接释放的请求,此时可以删除该PDN下的专用 承载(不包括默认承载)

PDN GW发起的承载释放流程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载释放流程
UE eNodeB MME SGSN Serving GW (A) PDN GW PCRF
HSS

1. IP-CAN Session Modification

2. Delete Bearer Request 3a. Delete Bearer Request 4a. Detach Request 3b. Delete Bearer Request

4b. Deactivate Bearer Request 5. RRC Connection Reconfiguration 6a. RRC Connection Reconfiguration complete 6b. Deactivate Bearer Response 7a. Direct Transfer 7b. Deactivate EPS Bearer Context Accept 7c. Detach Accept 7d. Notify Request 7e. Notify Response 8a. Delete Bearer Response 8b. Delete Bearer Response 9. Delete Bearer Response 10. IP-CAN Session Modification 11. Signalling Connection Release (B)

当释放默认 承载时,为 detach过程

MME发起的承载释放流程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载释放流程
UE eNodeB MME Serving GW PDN GW PCRF 0. Radio Bearer Release 1. Indication of Bearer Release 2. Delete Bearer Command 3. Delete Bearer Command (A)
4. PCEF Initiated IP-CAN Session Modification

MME发起 的承载释放, 仅能释放某 一专用承载, 不能释放该 PDN连接下 的默认承载

5. Delete Bearer Request 6. Delete Bearer Request 7. Procedure as in TS 23.401, Figure 5.4.4.1-1, between step 4 and step 7 8. Delete Bearer Response 9. Delete Bearer Response

(B)

UE或MME发起的PDN连接释放流程
端到端业务建立/释放相关流程 专用承载释放流程
UE eNodeB MME Serving GW PDN GW PCRF HSS 1a. PDN Disconnection Request

1b PDN disconnection trigger
2. Delete Bearer Request

下同网络发起 RAB 释放流程

3. Delete Bearer Request 4. Delete Bearer Response
5. IP-CAN Session Termination

UE的最后一个 PDN连接释放 不可由UE或 MME发起

6. Delete Bearer Response 7. Deactivate Bearer Request 8. RRC Connection Reconfiguration 9. RRC Connection Reconfiguration Complete 10. Deactivate Bearer Response 11. Notify Request 12. Notify Response

主要内容
基本概念
网络架构 协议栈结构 接口功能 无线网系统消息 UE的工作模式与状态 无线承载的分类 UE标识

端到端业务建立/释放相 关流程
Attach流程 Detach流程 Service Request过程 专用承载建立流程 专用承载修改流程 专用承载释放流程

无线网基本信令流程
随机接入 寻呼 RRC连接建立、重配、重建 立、释放 测量

移动性管理
TAU 切换 小区重选

附录

TAU概述
移动性管理 TAU

TAU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上重新进行位臵登记以 通知网络来更改它所存储的移动台的位臵信息,这个过程就是跟踪区更新 TA和TAI (Tracking Area Update,TAU)
Core Network
Core Network

TA List: TA 1,TA 2

TA List: TA1,TA2,TA3

TA 3

eNB
eNB

te U ate TA Upd

eNB

TA 1

TA 2

eNB

TA 1 TA 2
eNB

eNB eNB eNB

eNB eNB
eNB eNB

eNB

eNB eNB

eNB

eNB

TA List: TA1,TA2,TA3

TA List: TA1,TA2

Core Network
TA List: TA 1,TA 2,TA 3

TA 3

eNB

TA

TA 1

Up d

eNB eNB

ate
eNB

TA 2

eNB eNB eNB

eNB eNB

eNB

TA List: TA 1,TA 2,TA 3

TAU概述
移动性管理 TAU

TA和TAI的定义
为了确认移动台的位臵,LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区(Tracking Area, TA) TA 功能与3G的位臵区(LA)和路由区(RA)类似,是LTE系统中位臵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在这 些小区的SIB1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

TAI LIST的定义

通过合理规划TA,设臵合适TAI LIST的长度和内容,通过不断调整可 以实现寻呼和位臵更新的一个相对平衡,进而获得较优的网络性能

UE在附着时,MME会为UE分配一组TA list(长度1~16)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。 TA和TAI

TAI LIST
5 4

TAI LIST长度为8~98字节,分为三种类型, 最多可包含16个TAIs TAI LIST类型表

8

7

6

3

2

1

UE附着时,MME通过ATTACH ACCEPT或 TAU ACCEPT消息为UE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

Tracking area identity list IEI
Length of tracking area identity list contents Partial tracking area identity list 1

Partial tracking area identity list 2
… Partial tracking area identity list p

TAU概述
移动性管理 TAU

TAU分类
UE状态不同
空闲态TAU TA和TAI
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 + LAU

TAU的应用场景
当前TA不在UE的TAI list里 周期性TAU表明UE Alive;网络配臵, 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负载均衡时,可要求UE发起TAU ECM-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

TAU过程
移动性管理 TAU

TAU的作用
在网络登记新的用户位臵信息
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消息中设臵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 连接态不可设臵该标识

IDLE TAU流程-1
移动性管理 TAU

TAU Request中含ACTIVE标识,用户完成TAU后可继续进行数据业务传输
UE
IDLE下UE 进入的TAI不在 保存的TAI list内 1. RA Preamble 2. RA Response 3. RRCConnectionRequest 4. RRCConnectionSetup 5. RRCConnectionSetupComplete (包含TAU request) 6. Initial UE message (包含TAU request) 7. Authentication/Security 8. MME间更新 UE上下文等 9. Initial context setup request (包含TAU Accept) 10. UECapabilityEnquiry 11. UECapabilityInformation 12. UE Capability Info Indication 13. SecurityModeCommand 14. SecurityModeComplete
First Downlink Data 21.. UE CONTEXT RELEASE COMMAND 22. RRC Connection Release 23. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE

eNB

EPC

UE

eNB

EPC

15. RRCConnectionReconfiguration (包含TAU Accept) 16. RRCConnectionReconfigurationComplete 17. Initial context setup response 18. ULInformationTransfer (包含TAU Complete) 19. UPLINK NAS TRANSPORT (包含TAU Complete)

步骤18,19 只有TAU Accept中携带有 GUTI,UE才需要回复TAU Complete消息

First Uplink Data 20. 更新承载

又进入 IDLE模式

IDLE TAU流程-2
移动性管理 TAU

TAU Request中不含ACTIVE标识,TAU完成后释放连接
UE
IDLE下UE 进入的TAI不在 保存的TAI list内 1. RA Preamble 2. RA Response 3. RRCConnectionRequest 4. RRCConnectionSetup 5. RRCConnectionSetupComplete (包含TAU request) 6. Initial UE message (包含TAU request) 7. Authentication/Security 8. MME间更新 UE上下文等 9. Initial context setup request (包含TAU Accept) 10. UECapabilityEnquiry 11. UECapabilityInformation 12. UE Capability Info Indication 13. SecurityModeCommand 14. SecurityModeComplete

eNB

EPC

UE

eNB

EPC

9. DOWNLINK NAS TRANSPORT (包含TAU Accept)

步骤10-14同上,略
15. DLInformationTransfer (包含TAU Accept) 16. ULInformationTransfer (包含TAU Complete) 17. UPLINK NAS TRANSPORT (包含TAU Complete) 18. UE CONTEXT RELEASE COMMAND 19. RRC Connection Release 20. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE

又进入 IDLE模式

CONNECTED-TAU流程
移动性管理
UE
connected下当UE 进入的 TAI不在 保存的TAI list内

TAU

eNB

EPC

连接态TAU流程
?若TAU accept未分配新GUTI, 无过程6、7

1. ULInformationTransfer (包含TAU request消息)
2. UPLINK NAS TRANSPORT (包含TAU request消息)
3. MME间更新 UE上下文等

?连 接 态 TAU 完 成 后 , 不 释 放 NAS信令连接

4. DOWNLINK NAS TRANSPORT (包含TAU Accept消息) 5. DLInformationTransfer (包含TAU Accept消息)

6. ULInformationTransfer (包含TAU Complete消息) 7. UPLINK NAS TRANSPORT (包含TAU Complete消息)

切换概述
移动性管理 切换

切换概述
切换的含义及目的
当正在使用网络服务的用户从一个小区移动到另一个小区,或由于无线传输业务负荷 量调整、激活操作维护、设备故障等原因,为了保证通信的连续性和服务的质量,系 统要将该用户与原小区的通信链路转移到新的小区上,这个过程就是切换

切换分类
同一个eNB内的切换 基于X2口的切换 基于S1口的切换

切换判决准备——测控及测报
基站根据不同的需要利用移动性管理算法给UE下发不同种类的测量任务,在RRC重 配消息中携带 MeasConfig 信元给UE下发测量配臵 UE收到配臵后,对测量对象实施测量,并用测量上报标准进行结果评估,当评估测 量结果满足上报标准后向基站发送相应的测量报告 基站通过终端上报的测量报告决策是否执行切换

切换步骤及作用
切换准备:目标网络完成资源预留 切换执行:源基站通知UE执行切换;UE在目标基站上连接完成 切换完成:源基站释放资源、链路,删除用户信息

eNB内的切换
移动性管理 切换

切换概述
eNB发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息发送给UE
消息中携带切换信息mobilityControlInfo;包含目标小区ID、载频、测量带宽给用 户分配的C-RNTI,通用RB配臵信息(包括各信道的基本配臵、上行功率控制的基 本信息等),给用户配臵dedicated random access parameters 避免用户接入目 标小区时有竞争冲突

UE按照切换信息在新的小区接入,向eNB发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION COMPLETE消息,表示切换完成,正常切入到新小区
UE eNB

RRCConnectionReconfiguration

eNB内切换 信令流程

RRCConnectionReconfigurationComplete

基于X2口的切换-1
移动性管理 切换

两个eNB之间切换,MME不变,切换命令同eNB内部切换,携带的信 息内容也一致
UE Source eNB Target eNB MME Source S-GW Target S-GW

1. RRCConnectionReconfigurati 2. on RRCConnectionReconfigurati (Measure Control ) on 切换准备 Complete 3. MeasurementReport 4. Handover Request 5. Handover Request Ack 6. RRCConnectionReconfigurati on 7. Random Access (Handover Command )and RRC 连接建立 8. SN Status Tranfer 切换执行 Data Forwarding 9. RRCConnectionReconfigurationCo mplete (Handover Confirm ) Buffered DL Data

UL/DL Data

切换准备 切换执行 信令流程

UL Data

基于X2口的切换-2
移动性管理 切换

两个eNB之间切换,MME不变
UE Source eNB Target eNB MME Source S-GW Target S-GW

10. Path Switch Request 切换完成 11. (Create Bearer Request) Update bearer w/ P-GW 12. (Create Bearer Response) UL/DL Data 13. Path Switch Request Ack

切换完成 信令流程

Timer

14. UE Context Release

UL Data 15. (Delete Bearer Request) 16. (Delete Bearer Response)

EndMarker

17. Tracking Area Update procedure (partly)

基于S1接口的切换-1
移动性管理 切换

两个eNB之间的切换 同时完成与eNB建立S1接口承载的两个MME的切换,即跨MME的切换
其他基于S1接口切换的应用场景:SON FEMETO没有X2接口,也基于S1接口进行切换

切换命令同eNB内部切换,携带的信息内容也一致
UE Source eNB Target eNB Source MME UL/DL Data 2. S1AP: Handover Required 3. (Forward Relocation Request)
4. 建立上行承载 (T S-GW/P-GW)

Target MME

Source S-GW

Target S-GW

1. (Measure and Report)

切换准备 信令流程

(Create Bearer Request) (Create Bearer Response)

切换准备

5. S1AP: Handover Request 6. S1AP: Handover Request Ack
7. 建立转发承载 (T S-GW/S S-GW)

(Create Bearer Request) (Create Bearer Response)

8. (Forward Relocation Response)
9. 建立转发承载 (T S-GW/S S-GW)

(Create Bearer Request) (Create Bearer Response)

10. S1AP: Handover Command 下行数据直 DL Data 接转发

DL Data

下行数据非直 接转发

基于S1接口的切换-2
移动性管理 切换
UE Source eNB Target eNB Source MME Target MME Source S-GW Target S-GW

11. RRCConnectionReconfiguration (Handover Command) 12. Random Access and RRC连接建立 切换执行 13. S1AP: eNB Status Tranfer 14. (PDCP STATUS TRANSFER)

16. RRCConnectionReconfigurationComplete (Handover Confirm) DL Data UL Data

15. S1AP: MME Status Tranfer

切换完成

UL Data 17. S1AP: Handover Notify 18. (Forward Relocation Complete) 19. (Forward Relocation Complete Ack) 20. 更新下行承载 (T S-GW/P-GW) (Update Bearer Request) (Update Bearer Response)

切换执行 切换完成 信令流程

Timer

DL Data

DL Data

21. Tracking Area Update procedure (partly) S1AP: UE CONTEXT RELEASE COMMAND 22. 释放源侧 S1AP: UE CONTEXT RELEASE COMPLETE 资源 (Delete Bearer Request) (Delete Bearer Response)

小区重选概述
移动性管理 小区重选

概念和分类
小区重选(cell reselection)指UE在空闲模式下通过监测邻区和当前小区的 信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号质量及 电平满足S准则且满足一定重选判决准则时,终端将接入该小区驻留。 UE驻留到合适的LTE小区停留1s后,就可以进行小区重选的过程 小区重选过程包括测量和重选两部分过程,终端根据网络配臵的相关参数, 在满足条件时发起相应的流程

系统内小区测量及重选
同频小区测量、重选 异频小区测量、重选 系统间小区测量及重选 LTE中,SIB3-SIB8全部为重选相关信息

重选优先级
移动性管理 小区重选

重选优先级
与2/3G网络不同,LTE系统中引入了重选优先级的概念
在LTE系统,网络可配臵不同频点或频率组的优先级,通过广播在系统消息中告 诉UE,对应参数为cellReselectionPriority,取值为(0….7) 优先级配臵单位是频点,因此在相同载频的不同小区具有相同的优先级 通过配臵各频点的优先级,网络能更方便地引导终端重选到高优先级的小区驻留 达到均衡网络负荷、提升资源利用率,保障UE信号质量等作用

重选优先级也可以通过RRCConnectionRelease消息告诉UE,此时UE忽略 广播消息中的优先级信息,以该信息为准
网络能主动引导UE进行系统间小区重选,完成CS域话音呼叫等
消息块 所在域 对应载频

SIB3
SIB5 SIB6 SIB7 SIB8

cellReselectionServingFreqinfo
interFreqCarrierFreqLIst carrierFreqListUTRA-TDD carrierFreqListUTRA-FDD carrierFreqsinfoList.commoninfo parametersHRPD..physCellIdList

当前载频,即服务小区载频
某个E-UTRA异频载频 某个UTRA-TDD载频 某个UTRA-FDD载频 某个GERAN载频 某个CDMA2000载频

重选测量启动准则
移动性管理 小区重选

重选测量启动准则
UE成功驻留后,将持续进行本小区测量。RRC层根据RSRP测量结果计算 Srxlev,并将其与Sintrasearch和Snonintrasearch比较,作为是否启动邻区测量 的判决条件 对于重选优先级高于服务小区的载频,UE始终对其测量 对于重选优先级等于或者低于服务小区的载频
同频:当服务小区Srxlev > Sintrasearch时,UE自行决定是否进行同频测量
当服务小区Srxlev <= Sintrasearch或系统消息中Sintrasearch为空时 ,UE必须 进行同频测量 异频: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 <= Snonintrasearch或系统消息中Snonintrasearch为空时 , UE必须进行异频测量
参数名 Srxlev Snonintrasearch 单位 dB dB 意义 Cell selection RX level value 小区接收电平 小区重选的异频测量启动门限,该值越大,异频测量启动越快

Sintrasearch

dB

小区重选的同频测量触发门限,该值越大,同频测量启动越快

重选判决准则-1 基于优先级
移动性管理 小区重选

优先级不同的异频小区重选判决
高优先级小区重选判决准则
当同时满足以下条件,UE重选至高优先级的异频小区
UE在当前小区驻留超过1s 高优先级邻区的Snonservingcell > 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
当同时满足以下条件,UE重选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 < Threshserving,low 低优先级邻区的Snonservingcell,x > Threshx,low 在一段时间(Treselection-EUTRA)内, Snonservingcell,x 一直好于该阈值(Threshx,low) 参数名
Threshserving,low Threshx,high Threshx,low Treselection-EUTRA

单位 dB dB dB S

意义 小区满足选择或重选条件的最小接收功率级别值 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 一般设臵为高于Threshserving,low,

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 一般设臵为高于Threshserving,high
该参数指示了优先级不同的LTE小区重选的定时器时长,用于避免乒乓效应

重选判决准则-2 基于R准则
移动性管理 小区重选

同频小区及同优先级异频小区重选判决

R准则

服务小区Cell Rank(R值) Rs = Qmeas,s + Qhyst 候选小区Cell Rank(R值) Rt = Qmeas,t - Qoffset

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

参数名 Qmeas,s Qmeas,t QHyst

单位 dBm dBm dB

意义 UE测量到的服务小区RSRP实际值 UE测量到的邻小区RSRP实际值 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

Qoffsets

dB

被测邻小区的偏移值:包括不同小区间的偏移Qoffsets’t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 设臵不同偏臵,影响排队结果,以控制重选的方向

Treselection

S

该参数指示了同优先级小区重选的定时器时长,用于避免乒乓效应

附录:LTE主要规范
物理层规范 36.2XX 高层规范 36.3XX 接口规范 36.4XX 物理层规范 TS Physical layer:General 36.201 description TS Physical channels and 36.211 modulation TS Multiplexing and 36.212 channel coding TS Physical layer 36.213 procedures TS Physical layer: 36.214 Measurements 物理层综述协议,讲述物理层在协议结构中的位臵和作用,物 理层4个规范的主要内容和相关关系 射频规范 36.1XX 终端一致性规范 36.5XX

主要描述了物理层信道和调制方法,包括物理信道的定义、结 构、帧格式,下行OFDM和上行SC-FDMA描述,预编码设计, 定时关系等内容
描述传输信道和控制信道的数据处理,包括复用、交织、速率 匹配,信道编码,层1/层2控制信息编码 描述物理层过程特性,包括同步,功率控制,随机接入,上下 行共享信道相关过程等 描述物理层测量特性,包括UE和E-UTRAN的物理层测量,测 量结果上报,切换测量和空闲模式测量等

附录:LTE主要规范
高层协议规范 TS 36.300 Overall description 无线接口协议框架总体描述,包括E-UTRAN协议框架,各 功能实体功能划分,无线接口协议栈,物理层框架描述, 空口高层协议框架描述,RRC服务和功能等 MAC层描述,包括MAC层框架,MAC实体功能,MAC过 程,MAC PDU格式和定义 RLC层描述,包括RLC层框架,RLC实体功能,RLC过程 ,RLC PDU格式和定义 PDCP层描述,包括PDCP层框架,PDCP实体功能, PDCP过程,PDCP PDU格式和定义 RRC层描述,包括RRC层框架,RRC层对上下层提供的服 务,RRC过程,RRC测量,系统消息定义,连接控制等 接口系列规范 TS 36.401 Architecture description TS 36.413 TS 36.423 E-UTRAN整体架构和整体功能描述,包括E-UTRAN框架结 构,信令和数据传输的逻辑划分,用户面和控制面协议等

TS 36.321 MAC protocol specification
TS 36.322 RLC protocol specification TS 36.323 PDCP specification

TS 36.331 RRC protocol specification

S1 AP(Application protocol)
X2 AP(Application protocol)

S1接口应用协议,是S1接口最主要的协议,包括S1接口信 令过程,S1AP功能,S1AP过程,S1AP消息
X2接口应用协议,是X2接口最主要的协议,包括X2接口信 令过程,X2AP功能,X2AP过程,X2AP消息

附录:逻辑信道与传输信道的映射关系
上、下行逻辑信道到传输信道的映射
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH MCCH MTCH

Downlink Logical channels

PCH

BCH

DL-SCH

MCH

Downlink Transport channels

CCCH

DCCH

DTCH

Uplink Logical channels

RACH

UL-SCH

Uplink Transport channels

附录:传输信道和物理信道的映射关系
上、下行传输信道到物理信道的映射
BCH MCH PCH DL-SCH

Downlink Transport channels

PBCH

PMCH

PDSCH

PDCCH

Downlink Physical channels

UL-SCH

RACH

Uplink Transport channels

PUSCH

PRACH

PUCCH

Uplink Physical channels

附录:LTE信道映射

附录:SRB0承载的消息
消息含义 The RRCConnectionReestablishment message is used to resolve RRC Connection Reestablishment contention and to re-establish SRB1. The RRCConnectionReestablishmentReject message is used to RRC Connection Reestablishment Reject indicate the rejection of an RRC connection reestablishment request. The RRCConnectionReestablishmentRequest message is used to RRC Connection Reestablishment Request request the reestablishment of an RRC connection. The RRCConnectionReject message is used to reject the RRC RRC Connection Reject connection establishment. The RRCConnectionRequest message is used to request the RRC Connection Request establishment of an RRC connection. The RRCConnectionSetup message is used to establish SRB1. RRC Connection Setup 消息名

附录:SRB1承载的消息(1)
消息名
CounterCheck

消息含义

The CounterCheck message is used by the E-UTRAN to indicate the current COUNT MSB values associated to each DRB and to request the UE to compare these to its COUNT MSB values and to report the comparison results to E-UTRAN CounterCheckRespons The CounterCheckResponse message is used by the UE to respond to a CounterCheck message. e The CSFBParametersRequestCDMA2000 message is used by the UE to obtain the CDMA2000 1xRTT CSFBParameters Parameters from the network. The UE needs these parameters to generate the CDMA2000 1xRTT RequestCDMA2000 Registration message used to register with the CDMA2000 1xRTT Network which is required to support CSFB to CDMA2000 1xRTT. The CSFBParametersResponseCDMA2000 message is used to provide the CDMA2000 1xRTT CSFBParameters Parameters to the UE so the UE can register with the CDMA2000 1xRTT Network to support CSFB to ResponseCDMA2000 CDMA2000 1xRTT. The HandoverFromEUTRAPreparationRequest message is used to trigger the handover preparation HandoverFromEUTRA procedure with a CDMA2000 RAT. This message is also used to trigger a tunneled preparation procedure PreparationRequest with a CDMA2000 1xRTT RAT to obtain traffic channel resources for the enhanced CS fallback to (CDMA2000) CDMA2000 1xRTT, which may also involve a concurrent preparation for handover to CDMA2000 HRPD. MeasurementReport MobilityFromEUTRA Command The MeasurementReport message is used for the indication of measurement results. The MobilityFromEUTRACommand message is used to command handover or a cell change from E-UTRA to another RAT (3GPP or non-3GPP), or enhanced CS fallback to CDMA2000 1xRTT. The ProximityIndication message is used to indicate that the UE is entering or leaving the proximity of one ProximityIndication or more cells whose CSG IDs are in the UEs CSG whitelist. The RRCConnectionReconfiguration message is the command to modify an RRC connection. It may RRCConnection convey information for measurement configuration, mobility control, radio resource configuration Reconfiguration (including RBs, MAC main configuration and physical channel configuration) including any associated dedicated NAS information and security configuration. RRCConnectionReconf The RRCConnectionReconfigurationComplete message is used to confirm the successful completion of igurationComplete an RRC connection reconfiguration

附录: SRB1承载的消息(2)
消息名
RRCConnection ReestablishmentComplete RRCConnectionRelease RRCConnectionSetup Complete SecurityModeCommand SecurityModeComplete SecurityModeFailure UECapabilityEnquiry

消息含义
The RRCConnectionReestablishmentComplete message is used to confirm the successful completion of an RRC connection reestablishment. The RRCConnectionRelease message is used to command the release of an RRC connection. The RRCConnectionSetupComplete message is used to confirm the successful completion of an RRC connection establishment. The SecurityModeCommand message is used to command the activation of AS security. The SecurityModeComplete message is used to confirm the successful completion of a security mode command. The SecurityModeFailure message is used to indicate an unsuccessful completion of a security mode command. The UECapabilityEnquiry message is used to request the transfer of UE radio access capabilities for E-UTRA as well as for other RATs. The UECapabilityInformation message is used to transfer of UE radio access capabilities requested by the E-UTRAN The UEInformationRequest is the command used by E-UTRAN to retrieve information from the UE. The UEInformationResponse message is used by the UE to transfer the information requested by the E-UTRAN. The ULHandoverPreparationTransfer message is used for the uplink transfer of handover related CDMA2000 information when requested by the higher layers. The DLInformationTransfer message is used for the downlink transfer of dedicated NAS information. The ULInformationTransfer message is used for the uplink transfer of dedicated NAS information.

UECapabilityInformation
UEInformationRequest UEInformationResponse ULHandoverPreparation Transfer (CDMA2000) (DLInformationTransfer) (ULInformationTransfer)

附录: SRB2承载的消息
消息名
DLInformationTransfer ULInformationTransfer

消息含义
The DLInformationTransfer message is used for the downlink transfer of dedicated NAS information. The ULInformationTransfer message is used for the uplink transfer of dedicated NAS information.

附录: NAS消息的传递
RRCConnectionSetupComplete(Initial NAS message)

ATTACH REQUEST(包含pdn连接) DETACH REQUEST(空闲态下UE发起的detach) TRACKING AREA UPDATE REQUEST(空闲态下UE发起) SERVICE REQUEST
ULInformationTransfer GUTI REALLOCATION COMPLETE AUTHENTICATION RESPONSE AUTHENTICATION FAILURE SECURITY MODE COMPLETE SECURITY MODE REJECT IDENTITY RESPONSE ATTACH COMPLETE DETACH REQUEST(连接态下UE发起的detach) DETACH ACCEPT(核心网发起的detach) TRACKING AREA UPDATE REQUEST(连接态下UE发起) TRACKING AREA UPDATE COMPLETE ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT ACCEPT ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REJECT ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT ACCEPT ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REJECT MODIFY EPS BEARER CONTEXT ACCEPT MODIFY EPS BEARER CONTEXT REJECT DEACTIVATE EPS BEARER CONTEXT ACCEPT PDN CONNECTIVITY REQUEST PDN DISCONNECT REQUEST BEARER RESOURCE ALLOCATION REQUEST BEARER RESOURCE MODIFICATION REQUEST

RRCConnectionReconfiguration ATTACH ACCEPT TRACKING AREA UPDATE ACCEPT(看有没有业务建立) ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REQUEST ACTIVATE DEDICATED EPS BEARER CONTEXT REQUEST The MODIFY EPS BEARER CONTEXT REQUEST DEACTIVATE EPS BEARER CONTEXT REQUEST DLInformationTransfer

GUTI REALLOCATION COMMAND AUTHENTICATION REQUEST AUTHENTICATION REJECT SECURITY MODE COMMAND IDENTITY REQUEST ATTACH REJECT DETACH REQUEST(连接态下核心网发起的detach) DETACH ACCEPT(UE发起的detach) TRACKING AREA UPDATING REJECT TRACKING AREA UPDATE ACCEPT(看有没有业务建立) SERVICE REJECT MODIFY EPS BEARER CONTEXT REQUEST(只修改TFT) PDN CONNECTIVITY REJECT PDN DISCONNECT REJECT BEARER RESOURCE ALLOCATION REJECT BEARER RESOURCE MODIFICATION REJECT

TAI LIST TYPE
TYPE1
8 0

type of list = “000”
5 4 3 2 1 Number of elements MCC digit 1 MCC digit 3 MNC digit 1 TAC 1 TAC 1 (continued) … … TAC k TAC k (continued)

TYPE3
8 0

type of list = “010”

表中TACs属于同一个PLMN ,但值不连续
7 6 Type of list MCC digit 2 MNC digit 3 MNC digit 2

表中TAIs属于不同的PLMN ,值也是连续的
7 6 5 4 3 2 1 Type of list Number of elements MCC digit 2 MCC digit 1 MNC digit 3 MCC digit 3 MNC digit 2 MNC digit 1 TAC 1 TAC 1 (continued) MCC digit 2 MCC digit 1 MNC digit 3 MCC digit 3 MNC digit 2 MNC digit 1 TAC 2 TAC 2 (continued) … … MCC digit 2 MCC digit 1 MNC digit 3 MCC digit 3 MNC digit 2 MNC digit 1 TAC k TAC k (continued)

TYPE2
8 0 7 6 Type of list MCC digit 2 MNC digit 3 MNC digit 2

type of list = “001”
4 3 2 1 Number of elements MCC digit 1 MCC digit 3 MNC digit 1 TAC 1 TAC 1 (continued) 5

表中TACs属于同一个PLMN ,值也是连续的

谢谢!


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