TDDLTE基本信令流程指導(dǎo)書

1、tdd-lte 基本信令流程指導(dǎo)書tdd-lte基本信令流程指導(dǎo)書網(wǎng)版本日期作者審核修改記錄v1.02009-09-14初版目 錄1概述12tdd-lte網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述22.1epc與e-utran功能劃分32.2e-utran接口的通用協(xié)議模型42.3s1接口42.3.1s1接口的用戶平面52.3.2s1接口控制面52.4x2接口62.4.1x2接口用戶平面72.4.2x2接口控制平面73典型信令流程分析93.1開機(jī)附著流程93.2ue發(fā)起的service request流程103.3網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的paging流程113.4關(guān)機(jī)去附著113.5切換流程123.6空口rrc信令141 概述對信令的理

2、解和熟悉有助于在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化過程中定位問題，因此是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的必備能力。通常遇到問題，我們需要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)側(cè)（后臺信令跟蹤）和終端側(cè)兩邊的信令，共同分析。本文首先介紹了lte網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及各個接口；接著詳細(xì)描述了tdd-lte的空口的信令流程，希望對讀者學(xué)習(xí)lte有所幫助。2 tdd-lte網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述lte的系統(tǒng)架構(gòu)分成兩部分，包括演進(jìn)后的核心網(wǎng)epc（mme/s-gw）和演進(jìn)后的接入網(wǎng)e-utran。演進(jìn)后的系統(tǒng)僅存在分組交換域。lte接入網(wǎng)僅由演進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)b（evolved nodeb）組成，提供到ue的e-utra控制面與用戶面的協(xié)議終止點(diǎn)。enb之間通過x2接口進(jìn)行連接，并且在需要通信的兩個

3、不同enb之間總是會存在x2接口。lte接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間通過s1接口進(jìn)行連接，s1接口支持多多聯(lián)系方式。與3g網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，接入網(wǎng)僅包括enb一種邏輯節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加趨于扁平化。扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)降低了呼叫建立時延以及用戶數(shù)據(jù)的傳輸時延，也會降低opex與capex。由于enb與mme/s-gw之間具有靈活的連接（s1-flex），ue在移動過程中仍然可以駐留在相同的mme/s-gw上，有助于減少接口信令交互數(shù)量以及mme/s-gw的處理負(fù)荷。當(dāng)mme/s-gw與enb之間的連接路徑相當(dāng)長或進(jìn)行新的資源分配時，與ue連接的mme/s-gw也可能會改變。2.1 epc與e

4、-utran功能劃分與3g系統(tǒng)相比，由于重新定義了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)之間的功能劃分也隨之有所變化，需要重新明確以適應(yīng)新的架構(gòu)和lte的系統(tǒng)需求。針對lte的系統(tǒng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能劃分如下圖：enb功能：1） 無線資源管理相關(guān)的功能，包括無線承載控制、接納控制、連接移動性管理、上/下行動態(tài)資源分配/調(diào)度等；2） ip頭壓縮與用戶數(shù)據(jù)流加密；3） ue附著時的mme選擇；4） 提供到s-gw的用戶面數(shù)據(jù)的路由；5） 尋呼消息的調(diào)度與傳輸；6） 系統(tǒng)廣播信息的調(diào)度與傳輸；7） 測量與測量報(bào)告的配置。mme功能：1） 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；2） 安全

5、控制；3） 空閑狀態(tài)的移動性管理；4） sae承載控制；5） 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：1） 終止由于尋呼原因產(chǎn)生的用戶平面數(shù)據(jù)包；2） 支持由于ue移動性產(chǎn)生的用戶平面切換。2.2 e-utran接口的通用協(xié)議模型e-utran接口的通用協(xié)議模型如下圖所示，適用于e-utran相關(guān)的所有接口，即s1和x2接口。e-utran接口的通用協(xié)議模型繼承了utran接口的定義原則，即控制面和用戶面相分離，無線網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層相分離。繼續(xù)保持控制平面與用戶平面、無線網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)的獨(dú)立演進(jìn)，同時減少了lte系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)化工作的代價。2.3 s1接口s1接口是mme/s-g

6、w網(wǎng)關(guān)與enb之間的接口，s1接口與3g umts系統(tǒng)iu接口的不同之處在于，iu接口連接包括3g核心網(wǎng)的ps域和cs域，s1接口只支持ps域。2.3.1 s1接口的用戶平面用戶平面接口位于e-nodeb和s-gw之間，s1接口用戶平面（s1-up）的協(xié)議棧如下圖所示。s1-up的傳輸網(wǎng)絡(luò)層基于ip傳輸，udp/ip之上的gtp-u用來傳輸s-gw與enb之間的用戶平面pdu。gtp-u協(xié)議具備以下特點(diǎn)：1） gtp-u協(xié)議既可以基于ipv4/udp傳輸，也可以基于ipv6/udp傳輸；2） 隧道端點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通過ip地址和udp端口號進(jìn)行路由；3） udp頭與使用的ip版本無關(guān)，兩者獨(dú)立。s

7、1用戶面無線網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議功能：1） 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；2） 移動性過程中盡量減少數(shù)據(jù)的丟失；3） 錯誤處理機(jī)制；4） mbms支持功能；5） 分組丟失檢測機(jī)制；2.3.2 s1接口控制面s1控制平面接口位于e-nodeb和mme之間，傳輸網(wǎng)絡(luò)層是利用ip傳輸，這點(diǎn)類似于用戶平面；為了可靠的傳輸信令消息，在ip曾之上添加了sctp；應(yīng)用層的信令協(xié)議為s1-ap。s1接口控制面協(xié)議棧如下圖所示：s1控制面功能：1） sae承載服務(wù)管理功能（包括sae承載建立、修改和釋放）；2） s1 接口ue上下文釋放功能；3） lte_active狀態(tài)下ue的移動性管理功能（包

8、括intra-lte切換和inter-3gpp-rat切換）；4） s1接口的尋呼；5） nas信令傳輸功能；6） s1接口管理功能（包括復(fù)位、錯誤指示以及過載指示等）；7） 網(wǎng)絡(luò)共享功能；8） 漫游于區(qū)域限制支持功能；9） nas節(jié)點(diǎn)選擇功能；10） 初始上下文建立過程；11） s1接口的無線網(wǎng)絡(luò)層不提供流量控制和擁塞控制功能。2.4 x2接口x2接口是enb與enb之間的接口。x2接口的定義采用了與s1接口一致的原則，體現(xiàn)在x2接口的用戶平面協(xié)議結(jié)構(gòu)與控制平面協(xié)議結(jié)構(gòu)均與s1接口類似。2.4.1 x2接口用戶平面x2接口用戶平面提供enb之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。x2-up的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如下圖

9、所示，x2-up的傳輸網(wǎng)絡(luò)層基于ip傳輸，udp/ip協(xié)議之上采用gtp-u來傳輸enb之間的用戶面pdu。2.4.2 x2接口控制平面x2接口控制平面協(xié)議棧如下圖所示，lte系統(tǒng)x2接口的定義采用了與s1接口一致的原則，其傳輸網(wǎng)絡(luò)層控制平面ip層的上面也采用了sctp，為信令提供可靠的傳輸。應(yīng)用層信令協(xié)議表示為x2-ap。x2接口應(yīng)用層協(xié)議功能：1） 支持lte_active狀態(tài)下ue的lte接入系統(tǒng)內(nèi)的移動性管理功能；2） x2接口自身的管理功能，如錯誤指示等；3） 上行負(fù)荷管理功能。3 典型信令流程分析3.1 小區(qū)搜索小區(qū)搜索過程是ue和小區(qū)取得時間和頻率同步，并檢測小區(qū)id的過程。e-

10、utra系統(tǒng)的小區(qū)搜索過程與utra系統(tǒng)的主要區(qū)別是她能夠支持不同的系統(tǒng)帶寬（1.420mhz）。小區(qū)搜索通過若干下行信道實(shí)現(xiàn)，包括同步信道（sch）、廣播信道（bch）和下行參考信號（rs）。sch又分成主同步信道（psch）和輔同步信道（ssch），bch又分成主廣播信道（pbch）和動態(tài)廣播信道（dbch）。除pbch是以正式“信道”出現(xiàn)的；psch和ssch是純粹的l1信道，不用來傳送l2/l3控制信令，而只用于同步和小區(qū)搜索過程；dbch最終承載在下行共享傳輸信道（dl-sch），沒有獨(dú)立的信道。下圖為小區(qū)搜索流程：檢測psch（用于獲得5ms時鐘，并獲得小區(qū)id組內(nèi)的具體小區(qū)id）

11、檢測ssch（用于獲得無線幀時鐘、小區(qū)id組、bch天線配置）檢測下行參考信號（用于獲得bch天線配置，是否采用位移導(dǎo)頻）讀取bch（用于獲得其它小區(qū)信息）3.2 隨機(jī)接入流程隨機(jī)接入分為基于沖突的隨機(jī)接入和基于非沖突的隨機(jī)接入兩個流程。其區(qū)別為針對兩種流程其選擇隨機(jī)接入前綴的方式。前者為ue從基于沖突的隨機(jī)接入前綴中依照一定算法隨機(jī)選擇一個隨機(jī)前綴；后者是基站側(cè)通過下行專用信令給ue指派非沖突的隨機(jī)接入前綴。具體流程如下：基于沖突的隨機(jī)接入：1) ue在rach上發(fā)送隨機(jī)接入前綴；2) enb的mac層產(chǎn)生隨機(jī)接入響應(yīng)，并在dl-sch上發(fā)送；3) ue的rrc層產(chǎn)生rrc connecti

12、on request 并在映射到ul sch上的ccch邏輯信道上發(fā)送；4) rrc contention resolution 由enb的rrc層產(chǎn)生，并在映射到dl sch上的ccch or dcch(ffs)邏輯信道上發(fā)送?；诜菦_突的隨機(jī)接入1) enb 通過下行專用信令給ue指派非沖突的隨機(jī)接入前綴（non-contention random access preamble ），這個前綴不在bch上廣播的集合中。2) ue在rach上發(fā)送指派的隨機(jī)接入前綴。3) enb的mac層產(chǎn)生隨機(jī)接入響應(yīng)，并在dl-sch上發(fā)送。3.3 開機(jī)附著流程3.3.1 正常流程ue剛開機(jī)時，先進(jìn)行物理

13、下行同步，搜索測量進(jìn)行小區(qū)選擇，選擇到一個suitable或者acceptable小區(qū)后，駐留并進(jìn)行附著過程。附著流程圖如下：說明：1) 步驟15會建立rrc連接，步驟6、9會建立s1連接，完成這些過程即標(biāo)志著nas signalling connection建立完成，見24.301。2) 消息7的說明：ue剛開機(jī)第一次attach，使用的imsi，無identity過程；后續(xù)，如果有有效的guti，使用guti attach，核心網(wǎng)才會發(fā)起identity過程（為上下行直傳消息）。3) 消息1012的說明：如果消息9帶了ue radio capability ie，則enb不會發(fā)送uecap

14、abilityenquiry消息給ue，即沒有1012過程；否則會發(fā)送，ue上報(bào)無線能力信息后，enb再發(fā)ue capability info indication，給核心網(wǎng)上報(bào)ue的無線能力信息。 為了減少空口開銷，在idle下mme會保存ue radio capability信息，在initial context setup request消息會帶給enb，除非ue在執(zhí)行attach或者first tau following geran/utran attach or ue radio capability update tau過程（也就是這些過程mme不會帶ue radio capabi

15、lity信息給enb，并會把本地保存的ue radio capability信息刪除，enb會問ue要能力信息，并報(bào)給mme。注：ue radio capability update tau is only supported for changes of geran and utran radio capabilities in ecm-idle.）。 在connected下，enb會一直保存ue radio capability信息。 ue的e_utran無線能力信息如果發(fā)生改變，需要先detach，再attach。4) 發(fā)起ue上下文釋放（即2125）的條件：-enodeb-initia

16、ted with cause e.g. o&m intervention, unspecified failure, user inactivity, repeated rrc signalling integrity check failure, release due to ue generated signalling connection release, etc.; or- mme-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc.5) enb收到msg3以后，dcm給usm配置srb1，配置完后發(fā)送msg4給

17、ue；enb在發(fā)送rrcconnectionreconfiguration前，dcm先給usm配置drb/srb2等信息，配置完后發(fā)送rrcconnectionreconfiguration給ue，收到rrcconnectionreconfigurationcomplete后，控制面再通知用戶面資源可用。6) 消息1315的說明：enb發(fā)送完消息13，并不需要等收到消息14，就直接發(fā)送消息15。7) 如果發(fā)起imsi attach時，ue的imsi與另外一個ue的imsi重復(fù)，并且其他ue已經(jīng)attach，則核心網(wǎng)會釋放先前的ue。如果imsi中的mnc與核心網(wǎng)配置的不一致，則核心網(wǎng)會回復(fù)at

18、tach reject。8) 消息9的說明：該消息為mme向enb發(fā)起的初始上下文建立請求，請求enb建立承載資源，同時帶安全上下文，可能帶用戶無線能力、切換限制列表等參數(shù)。ue的安全能力參數(shù)是通過attach request消息帶給核心網(wǎng)的，核心網(wǎng)再通過該消息送給enb。ue的網(wǎng)絡(luò)能力（安全能力）信息改變的話，需要發(fā)起tau。3.3.2 異常流程3.3.2.1 rrc連接建立失敗3.3.2.2 核心網(wǎng)拒絕1) 如果是esm過程導(dǎo)致的拒絕（比如默認(rèn)承載建立失?。?，才會帶pdn connectivity reject消息；emm層拒絕，只有attach reject消息。2) 常見的拒絕原因有：

19、imsi中的mnc與核心網(wǎng)配置的不一致。3.3.2.3 enb未等到initial context setup request消息 3.3.2.4 rrc重配消息丟失或者沒收到rrc重配完成消息或者enb內(nèi)部配置ue的安全參數(shù)等失敗3.4 ue發(fā)起的service request流程3.4.1 正常流程ue在idle模式下，需要發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時，發(fā)起service request過程，流程圖如下： 3.4.2 異常流程3.4.2.1 rrc連接建立失敗處理同3.3.2.1。3.4.2.2 核心網(wǎng)拒絕3.4.2.3 enb未等到initial context setup request消息處理同3

20、.3.2.3， 區(qū)別在于service request過程失敗沒有重發(fā)。3.4.2.4 rrc重配消息丟失或者enb內(nèi)部配置ue的安全參數(shù)失敗或者沒有建立起來一個非gbr承載同3.3.2.4， 區(qū)別在于service request過程失敗沒有重發(fā)。3.4.2.5 enb建立專用承載失敗當(dāng)attach成功，建立一個專用承載后，如果rrc連接釋放進(jìn)入了idle，下次ue發(fā)起數(shù)據(jù)時會發(fā)起service request，該過程會為默認(rèn)承載和專用承載建立對應(yīng)的drb等參數(shù)。如果enb建立專用承載失敗，則回復(fù)給核心網(wǎng)initial context setup response，帶失敗列表，告知核心網(wǎng)專用

21、承載建立失敗，核心網(wǎng)會本地去激活該專用承載；同時rrcconnectionreconfiguration消息也不會帶該專用承載的drb，ue收到后發(fā)現(xiàn)該專用承載對應(yīng)的drb沒有建立起來，也會本地去激活該承載，這樣ue和核心網(wǎng)承載保持一致。流程圖同3.4.1正常流程。3.4.2.6 enb建立默認(rèn)承載失敗場景同上，當(dāng)建立的這個專用承載也為非gbr承載時，enb可能會成功建立該專用承載，而失敗建立默認(rèn)非gbr承載，這樣回復(fù)給核心網(wǎng)initial context setup response，帶失敗列表，核心網(wǎng)發(fā)現(xiàn)默認(rèn)承載建立失敗時，會本地detach該ue；同時rrcconnectionrecon

22、figuration消息也不會帶該默認(rèn)承載的drb，ue收到后發(fā)現(xiàn)默認(rèn)承載對應(yīng)的drb沒有建立起來，也會本地去激活該默認(rèn)承載，以及關(guān)聯(lián)的專用承載，從而本地detach（只有一個默認(rèn)承載時），這樣ue和核心網(wǎng)承載保持一致。流程圖如下：3.5 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的paging流程3.5.1 s_tmsi尋呼ue在idle模式下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要給該ue發(fā)送數(shù)據(jù)（業(yè)務(wù)或者信令）時，發(fā)起尋呼過程，流程圖如下：3.5.2 imsi尋呼當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生錯誤需要恢復(fù)時（例如s-tmsi不可用），可發(fā)起imsi尋呼，ue收到后執(zhí)行本地detach，然后再開始attach。3.6 tau流程當(dāng)ue進(jìn)入一個小區(qū)，該小區(qū)所屬tai不在u

23、e保存的tai list內(nèi)時，ue發(fā)起正常tau流程，分為idle和connected（即切換時）下。如果tau accept分配了一個新的guti，則ue需要回復(fù)tau complete，否則不用回復(fù)。3.6.1 正常流程3.6.1.1 idle下發(fā)起的idle下，如果有上行數(shù)據(jù)或者上行信令（與tau無關(guān)的）發(fā)送，ue可以在tau request消息中設(shè)置an active標(biāo)識，來請求建立用戶面資源，并且tau完成后保持nas信令連接。如果沒有設(shè)置active標(biāo)識，則tau完成后釋放nas信令連接。idle下發(fā)起的也可以帶eps bearer context status ie，如果ue帶該

24、ie，mme回復(fù)消息也帶該ie，雙方eps承載通過這個ie保持同步。 idle下發(fā)起的不設(shè)置active標(biāo)識的正常tau流程圖如下：3.6.1.2 connected下發(fā)起的說明：1）如果tau accept未分配一個新的guti，則無過程6、7；2）切換下發(fā)起的tau，完成后不會釋放nas信令連接；3）connected下發(fā)起的tau，不能帶active標(biāo)識。3.6.2 異常流程異常流程同3.4.2。3.7 去附著3.7.1 關(guān)機(jī)去附著ue關(guān)機(jī)時，需要發(fā)起去附著流程，來通知網(wǎng)絡(luò)釋放其保存的該ue的所有資源，流程圖如下：說明：1) idle和connected下發(fā)起的區(qū)別同上面tau的區(qū)別；2

25、) 如果是非關(guān)機(jī)去附著，則會收到mme的detach accept響應(yīng)消息和enb的rrc connection release消息。3.7.2 非關(guān)機(jī)去附著3.7.2.1 idle下發(fā)起的非關(guān)機(jī)去附著3.7.2.2 connected下發(fā)起的非關(guān)機(jī)去附著3.8 切換流程當(dāng)ue在connected模式下時，enodeb可以根據(jù)ue上報(bào)的測量信息來判決是否需要執(zhí)行切換，如果需要切換，則發(fā)送切換命令給ue，ue不區(qū)分切換是否改變了enodeb。非競爭切換流程圖如下：3.9 專用承載建立流程3.9.1 正常流程專用承載建立可以由ue或者mme主動發(fā)起，enb不能主動發(fā)起，并且只能在connected

26、下發(fā)起該流程。說明：1）如果是mme主動發(fā)起的承載建立流程，則無步驟1、2；2）ue發(fā)起的承載建立流程，核心網(wǎng)可以回復(fù)承載建立、修改流程；3）可以同時建立多個專用承載，但目前還不支持。3.9.2 異常流程3.9.2.1 核心網(wǎng)拒絕如果拒絕原因值是unknown eps bearer context，ue會本地去激活存在的默認(rèn)承載。3.9.2.2 enb本地建立失?。ê诵木W(wǎng)主動發(fā)起的建立）如果enb建立失敗，會回復(fù)e-rab setup response，帶失敗建立的承載列表，并帶原因值，核心網(wǎng)應(yīng)該根據(jù)原因值處理（目前enb的實(shí)現(xiàn)是： 如果enb本地建立失敗，即還沒有給ue發(fā)送rrc重配消息，這

27、時enb會發(fā)送nas non delivery indication給mme）。但目前核心網(wǎng)沒有查看原因值，都給ue下發(fā)了deactivate eps bearer context request消息（與協(xié)議不符），ue查找不到該承載，也回復(fù)deactivate eps bearer context accept。3.9.2.3 enb未等到rrc重配完成消息，回復(fù)失敗enb未收到rrc重配完成消息時，會給核心網(wǎng)發(fā)ue上下文釋放請求消息。3.9.2.4 ue nas層拒絕如果是ue的nas層拒絕，則核心網(wǎng)收到后會給enb發(fā)送e-rab釋放消息，來釋放剛剛建立的s1承載，此時不帶nas pdu。enb收到消息后，發(fā)rrc重配給ue來釋放剛建立的drb參數(shù)。3.9.2.5 上行直傳nas消息丟失說明：如果核心網(wǎng)沒有收到ue回復(fù)的nas消息，會重發(fā)請求消息，重發(fā)4次后，如果還沒收到應(yīng)答則放棄。3.10 專用承載修改流程3.10.1 正常流程專用承載修改可以由ue 、mme主動發(fā)起，不能由enb主動發(fā)起，只能在connected下發(fā)起該流程。流程圖如下：3.10.1.1 修