【正文】 LTE信令流程 演講人 :李泉 日期： 20231031 第 2 頁(yè) 主要內(nèi)容 ? 基本概念 ? 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) ? 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) ? 接口功能 ? 無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)消息 ? UE的工作模式與狀態(tài) ? 無(wú)線承載的分類(lèi) ? UE標(biāo)識(shí) ? 無(wú)線網(wǎng)基本信令流程 ? 隨機(jī)接入 ? 尋呼 ? RRC連接建立、重配、重建立、釋放 ? 測(cè)量 ? 端到端業(yè)務(wù)建立 /釋放相關(guān)流程 ? Attach流程 ? Detach流程 ? Service Request過(guò)程 ? 專(zhuān)用承載建立流程 ` ? 專(zhuān)用承載修改流程 ? 專(zhuān)用承載釋放流程 ? 移動(dòng)性管理 ? TAU ? 切換 ? 小區(qū)重選 ? 附錄 第 3 頁(yè) EUTRAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) LTE主要 3GPP規(guī)范見(jiàn)附錄 基 本 概 念 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 第 4 頁(yè) 網(wǎng)絡(luò)實(shí)體 ? 整個(gè) TDLTE系統(tǒng)由 3部分組成： ? 核心網(wǎng) （ EPC, Evolved Packet Core ） ? 接入網(wǎng) （ eNodeB） ? 用戶(hù)設(shè)備 （ UE） ? EPC分為三部分： ? MME (Mobility Management Entity, 負(fù)責(zé)信令處理部分） ? SGW (Serving Gateway , 負(fù)責(zé)本地網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)數(shù)據(jù)處理部分） ? PGW (PDN Gateway，負(fù)責(zé)用戶(hù)數(shù)據(jù)包與其他網(wǎng)絡(luò)的處理 ) ? 接入網(wǎng)（也稱(chēng) EUTRAN）由 eNodeB構(gòu)成 ? 網(wǎng)絡(luò)接口 ? S1接口： eNodeB與 EPC ? X2接口： eNodeB之間 ? Uu接口： eNodeB與 UE NOTE: 和 UMTS相比，由于 NodeB 和 RNC 融合為網(wǎng)元 eNodeB,所以 TDLTE少了 Iub接口。X2接口類(lèi)似于 Iur接口， S1接口類(lèi)似于 Iu接口 基 本 概 念 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)體 第 5 頁(yè) EPC與 EUTRAN功能劃分 基 本 概 念 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) EPC EUTRAN 第 6 頁(yè) EPC與 EUTRAN功能簡(jiǎn)述 ? eNB功能： ? 無(wú)線資源管理相關(guān)的功能，包括 無(wú)線承載控制 、接納控制、連接移動(dòng)性管理、上 /下行動(dòng)態(tài)資源分配 /調(diào)度等； ? IP頭壓縮與用戶(hù)數(shù)據(jù)流加密； PDCP ? UE附著時(shí)的 MME選擇； ? 提供到 SGW的用戶(hù)面數(shù)據(jù)的路由； ? 尋呼消息的調(diào)度與傳輸； ? 系統(tǒng)廣播信息的調(diào)度與傳輸； ? 測(cè)量與測(cè)量報(bào)告的配臵。 ? MME功能： ? 尋呼消息分發(fā)， MME負(fù)責(zé)將尋呼消息按照一定的原則分發(fā)到相關(guān)的 eNB； ? 安全控制； ? 空閑狀態(tài)的移動(dòng)性管理； ? EPC承載控制 ； ? 非接入層信令的加密與完整性保護(hù)。 ? 服務(wù)網(wǎng)關(guān)功能： ? 終止由于尋呼原因產(chǎn)生的用戶(hù)平面數(shù)據(jù)包； ? 支持由于 UE移動(dòng)性產(chǎn)生的用戶(hù)平面切換。 ? PDN網(wǎng)關(guān)功能： ? 用戶(hù)數(shù)據(jù)包的過(guò)濾和檢查 ? 用戶(hù) IP分配 基 本 概 念 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 功能概述 第 7 頁(yè) 網(wǎng)元間控制面整體協(xié)議棧 ? 沒(méi)有 RNC，空中接口的控制平面（ RRC）功能由 eNB進(jìn)行管理和控制 ? Mac匹配上層數(shù)據(jù)與物理層傳輸能力；調(diào)度，保證 QOS參數(shù)，優(yōu)先級(jí)分配 ? PDCP完全確知，頭壓縮、加解密功能 ? RLC對(duì)上層數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和重組，有 mac層通知， ARQ ? SCTP在 IP層之外增加額外保證，保證數(shù)據(jù)安全，因?yàn)?IP針對(duì)有線傳輸 基 本 概 念 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 控制面協(xié)議棧 SCT P L2 L1 IP L2 L1 IP SCT P S1 MME e Nod e B MME S1 AP S1 AP NAS M AC L1 RLC PDC P UE RRC M AC L1 RLC PDC P RRC L T E Uu NAS Rel a y 第 8 頁(yè) 網(wǎng)元間用戶(hù)面整體協(xié)議棧 ? 用戶(hù)面和控制面協(xié)議棧均包含 PHY,MAC,RLC和 PDCP層，控制面向上還包含 RRC層和NAS層 ? 沒(méi)有了 RNC，空中接口的用戶(hù)平面（ MAC/RLC）功能由 eNB進(jìn)行管理和控制 ? GTPU 加上用戶(hù)標(biāo)識(shí)，對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)包增加移動(dòng)性管理功能（ SGW） 基 本 概 念 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 用戶(hù)面協(xié)議棧 第 9 頁(yè) 用戶(hù)面協(xié)議內(nèi)部的關(guān)系 層 2協(xié)議架構(gòu)（ DL） 層 2協(xié)議架構(gòu)（ UL） 邏輯信道、傳輸信道和物理信道映射關(guān)系見(jiàn)附錄 基 本 概 念 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 第 10 頁(yè) Uu口控制面協(xié)議棧 ? 控制平面 RRC協(xié)議數(shù)據(jù)的加解密和完整性保護(hù)功能，在 LTE中交由 PDCP層完成 ? RRC子層主要承擔(dān)廣播、無(wú)線接口尋呼、RRC連接管理、無(wú)線承載控制、移動(dòng)性管理、UE測(cè)量上報(bào)和控制等功能 ? 僅存在一個(gè) MAC實(shí)體； 對(duì)應(yīng)物理共享信道 基 本 概 念 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) LTE控制面 e N BP H YU EP H YM A CR L CM A CM M ER L CN A S N A SR R C R R CP D C P P D C P? 3G中控制平面不存在PDCP協(xié)議棧，由 RLC層提供無(wú)線信令承載 SRB ? RLC層依然提供 TM/UM /AM三種傳輸模式 ? 3G中 UM/AM傳輸模式下的加密由 RLC層實(shí)現(xiàn)，TM模式 下的加密由MAC層實(shí)現(xiàn) ? 3G中含有多個(gè) MAC實(shí)體： MACb, MACc/sh, MACd, MAChs 與 3G的異同 第 11 頁(yè) Uu口用戶(hù)面協(xié)議棧 ? 安全方面的功能，用戶(hù)面的加密和解密功能由PDCP子層完成 ? 僅存在一個(gè) MAC實(shí)體 基 本 概 念 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) LTE用戶(hù)面 ? 3G中 PDCP層僅用于承載 PS業(yè)務(wù)，廣播和多播業(yè)務(wù)由 BMC層協(xié)議承載 ? 3G中用戶(hù)數(shù)據(jù)的加密和解密由 RLC和 MAC層完成 ? 3G中含有多個(gè) MAC實(shí)體： MACb, MACc/sh, MACd, MAChs ? RLC層依然提供 TM/UM /AM三種傳輸模式 與 3G的異同 e N BP H YU EP H YM A CR L CM A CP D C PP D C PR L C第 12 頁(yè) LTE接口通用模型 EUTRAN接口通用協(xié)議模型 ? 適用于 EUTRAN相關(guān)的所有接口，即 S1和 X2接口 ? 控制面和用戶(hù)面相分離，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層相分離 ? 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層：實(shí)現(xiàn) EUTRAN的通信功能 ? 傳輸網(wǎng)絡(luò)層：采用 IP傳輸技術(shù)對(duì)用戶(hù)面和控制面數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸 基 本 概 念 接口功能 第 13 頁(yè) S1接口協(xié)議棧 ? UDP/IP之上的 GTPU用來(lái)傳輸 SGW與eNB之間的用戶(hù)平面 PDU ? S1用戶(hù)面主要功能為 : ? 在 S1接口目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中指示數(shù)據(jù)分組所屬的 SAE接入承載； ? 移動(dòng)性過(guò)程中盡量減少數(shù)據(jù)的丟失； ? 錯(cuò)誤處理機(jī)制； ? MBMS支持功能； ? 分組丟失檢測(cè)機(jī)制； ? 控制層為了可靠的傳輸信令消息，在 IP層之上添加了 SCTP ? S1控制面主要功能： ? EPC承載服務(wù)管理功能； ? S1 接口 UE上下文釋放功能； ? ACTIVE狀態(tài)下 UE的移動(dòng)性管理功能； ? S1接口的尋呼； ? NAS信令傳輸功能； ? 漫游于區(qū)域限制支持功能； ? NAS節(jié)點(diǎn)選擇功能； ? 初始上下文建立過(guò)程； 基 本 概 念 接口功能 S1接口 第 14 頁(yè) X2接口協(xié)議棧 ? X2接口用戶(hù)面提供 eNB之間的用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸功能 ? X2U接口協(xié)議棧與 S1U接口協(xié)議棧完全相同 ? LTE系統(tǒng) X2接口的定義采用了與 S1接口一致的原則 ? X2接口應(yīng)用層協(xié)議主要功能： ? 支持 LTE_ACTIVE狀態(tài)下 UE的 LTE接入系統(tǒng)內(nèi)的移動(dòng)性管理功能； ? X2接口自身的管理功能，如錯(cuò)誤指示、X2接口的建立與復(fù)位，更新 X2接口配置數(shù)據(jù)等； ? 負(fù)荷管理功能。 基 本 概 念 接口功能 X2接口 第 15 頁(yè) 3G IuPS接口通用模型 與 3G IuPS接口協(xié)議架構(gòu)比較 ? 控制面：在 Release 99中，采用 7號(hào)信令系統(tǒng)協(xié)議承載信令；在 Release 5之后的版本，控制信令直接用 IP承載； ? 用戶(hù)面： Release 99 PS域，分組數(shù)據(jù)量在一個(gè)或多個(gè) AAL5永久虛電路上復(fù)用；在 Release 5之后，直接采用 IP傳輸，與 LTE架構(gòu)相同； 基 本 概 念 接口功能 第 16 頁(yè) 系統(tǒng)消息（ ） ? 系統(tǒng)消息的組成 ? MasterInformationBlock(MIB) ? 多個(gè) SystemInformationBlocks (SIBs) ? MIB ? 承載于 BCCH → BCH → PBCH上 ? 包括有限個(gè)用以讀取其他小區(qū)信息的最重要、最常用的傳輸參數(shù)（ 系統(tǒng)帶寬，系統(tǒng)幀號(hào)， PHICH配臵信息 ） ? 時(shí)域：緊鄰?fù)叫诺?，?10ms為周期重傳 4次 ? 頻域：位于系統(tǒng)帶寬中央的 72個(gè)子載波 基 本 概 念 無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)消息 LTE系統(tǒng)消息 PBCH時(shí)域映射結(jié)構(gòu) PBCH頻域映射結(jié)構(gòu) 第 17 頁(yè) 系統(tǒng)消息（ ） ? SIBs ? 除 MIB以外的系統(tǒng)消息，包括 SIB1SIB12 ? 除 SIB1以外， SIB2SIB12均由 SI (System Information)承載 ? SIB1是除 MIB外最重要的系統(tǒng)消息，固定以 20ms為周期重傳 4次，即SIB1在每?jī)蓚€(gè)無(wú)線幀（ 20ms）的子幀 5中重傳（ SFN mod 2 = 0， SFN mod 8 ≠ 0）一次，如果滿(mǎn)足 SFN mod 8 = 0時(shí)， SIB1的內(nèi)容可能改變，新傳一次。 ? SIB1和所有 SI消息均傳輸在 BCCH → DLSCH → PDSCH上 ? SIB1的傳輸通過(guò)攜帶 SIRNTI（ SIRNTI每個(gè)小區(qū)都是相同的）的PDCCH調(diào)度完成 ? SIB1中的 SchedulingInfoList攜帶所有 SI的調(diào)度信息，接收 SIB1以后，即可接收其他 SI消息 基 本 概 念 無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)消息 LTE系統(tǒng)消息 第 18 頁(yè) 各系統(tǒng)消息作用 基 本 概 念 無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)消息 系統(tǒng)消息功能說(shuō)明 第 19 頁(yè) 系統(tǒng)消息信令流程 系統(tǒng)消息獲取 ? UE通過(guò) EUTRAN廣播消息獲取 AS和 NAS系統(tǒng)消息 ? 此過(guò)程適用于 RRCIDLE和 RRC_CONNECTED狀態(tài) ? 開(kāi)機(jī)選網(wǎng)和小區(qū)重選時(shí) ? 切換完成或從另一個(gè) RAT切換到 EUTRAN時(shí) ? 重新返回覆蓋區(qū)域時(shí) ? 當(dāng)系統(tǒng)消息改變時(shí) ? 當(dāng)出現(xiàn)接收 ETWS指示時(shí) ? upon receiving a request from CDMA2023 upper layers ? upon exceeding the maximum validity duration (3h) E UT R A N M a s ter I n fo r ma tion Blo ck UE S ys temI n fo r ma tion Blo ckTyp e1 S ys temI n fo r ma tion 基 本 概 念 無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)消息 第 20 頁(yè) 3GPP各狀態(tài)間轉(zhuǎn)換 當(dāng)存在 RRC連接時(shí)， UE處于 RRC連接狀態(tài)，否則為 RRC IDLE狀態(tài) TS Ha ndove r C E L L _P C H URA_P C H C E L L _DCH UTRA_ I dle E UTRA R R C _CONN ECTED E UTRA R R C _I D L E GSM _ I dle/GPR S P a c ke t_ I dle GPR S P a c ke t tra nsfe r mod e GSM _Con ne c ted Ha ndove r R e se lec ti on R e se lec ti on R e se lec ti on C onne