LTE主要信令和流程课件(PPT 86页)

• 由于传输信道数量的减少， LTE中只包含两个协议状 态，相对于3G大大简化
• 3G中只有在CELL_DCH 才发生切换，其它状态都 支持UE自主的移动性；
• 协议流程的简化 • 更低的时延 • 更多的切换
C am ping on a E -U TR AN cell1
C am ping on a U TR AN cell1
Measurement Control
Transport Channel Reconfiguration
Physical Channel Reconfiguration
LTE承载概念介绍
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
CELL_DCH
CELL_FACH
out of service
in service
Release RRC C o n n e c tio n
Establish RRC C o n n e c tio n
Release RRC C o n n e c tio n
Establish RRC C o n n e c tio n
L2/RLC
Logical Channels
L2/MAC
Transport Channels
L1
控制平面
TD-LTE
• TD-SCDMA中，RRC/PDCP/RLC和部分MAC实体位于RNC中，部分 MAC实体位于NodeB中；
• LTE中RRC/PDCP/RLC/MAC都位于eNB中
LTE空中接口Layer 2概述
简化的网络架构
• TD-SCDMA和TD-LTE网络架构比较
TD-SCDMA
TD-LTE
LTE采用了更为扁平的网络架 构，不再有RNC，原来RNC的 功能合并到了eNB中
• 更小的时延 • 更低的网络节点和接口复杂度 • 不再支持宏分集/软切换
LTE各节点功能简介
MME / S-GW
MME / S-GW
• 广播消息的发送；
• 通过非连续接收（DRX）来省电（与寻呼周期相关）；
• UE主导的移动性控制；
• UE监测寻呼信道，执行小区选择和小区重选，获取系统信息
• 进行邻小区测量
• RRC_CONNECTED状态下执行
空闲状态：网络知道UE在某个Tracking Area List中 连接状态：网络知道UE在某个小区中
网络控制终端的移动性
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可以根据网络配置进行DRX
• TD-SCDMA和TD-LTE协议栈比较
TD-SCDMA
C-plane signalling
U-plane information
RRC
control PDCP
PDCP
L3
Radio Bearers
用户平面
L2/PDCP
BMC
L2/BMC
RLC RLC RLC
RLC
RLC
RLC RLC RLC
MAC PHY
LTE主要信令和流程
中国移动研究院 无线技术研究所
主要内容
1
LTE协议和网络架构简介
2
LTE主要无线信令流程
3
LTE端到端业务建立/释放相关流程
4
LTE高层协议相关的增强
主要内容
1
LTE协议和网络架构简介
2
LTE主要无线信令流程
3
LTE端到端业务建立/释放相关流程
4
LTE高层协议相关的增强
LTE的需求和目标
TD-LTE
传输信道和逻辑信道
• TD-SCDMA与TD-LTE逻辑信道/传输信道比较
BCCH- PCCHSAP SAP
DCCHSAP
CCCH- SHCCH- CTCH-
SAP SAP
SAP
(TDD only)
DTCHSAP
MAC SAPs
TD-SCDMA （网络侧）
TD-LTE
BCH PCH
CPCH
Radio
S1S5/S8Gi来自承载内容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
每种SRB可承载信令内容见附录
– 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
• NAS消息通过四条RRC消息传递：
NAS消息种类见附录
– ULInformationTransfer 和 DLInformationTransfer （由SRB2承载，SRB2未建立时由
SRB1承载）
– RRCConnectionSetupComplete 和 RRCConnectionReconfiguration （由SRB1承载）
Idle M ode
RRC信令结构的简化
• TD-LTE相比TD-SCDMA控制信令简化的例子
TD-SCDMA
TD-LTE
Radio Bearers Setup
Radio Bearers Release
Radio Bearers Reconfiguration
RRC Connection Reconfiguration
（eNodeB）
– 用户设备 （UE）
• EPC分为三部分：
– MME
(Mobility Management Entity, 负责信令处理部分）
– S-GW
(Serving Gateway , 负责本地网络用户数据处理部分）
– P-GW
(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
Less than 100msec
Camped-state (idle)
RRC协议状态的比较
• TD-SCDMA与TD-LTE协议状态比较
TD-LTE
E -U T R A C o n n e c te d
Mode
UTRA: In te r-R A T Handover
E -U T R A : in te r-R A T Handover
• 从功能和服务的角度看L2
PDCP
ROHC Security
ROHC Security
Radio Bearers
ROHC Security
ROHC Security
• 从数据单元的角度看L2
RLC MAC
Segm. ARQ etc
...
Segm. ARQ etc
Segm. ARQ etc
...
Segm. ARQ etc
S1
S1
S1
S1
Uu eNB UE
X2
X2 eNB
X2
eNB
• E-UTRAN只有eNB一个节点
• LTE TDD/FDD网络功能异同
无差异 轻微差异 主要差异
LTE网络实体介绍
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
• 网络接口
– S1接口：eNodeB与EPC – X2接口：eNodeB之间
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
– Uu接口：eNodeB与UE
空中接口协议栈
control control control control
• 为低层协议实体提供参数配置
• 无线配置控制（物理层和L2配置等）
• 小区公共参数和用户特定参数
• QoS管理（如semi-persistent scheduling和rate control的配置等）
•
负责UE移动性管理相关的测量、控制等
RRC信令可以分为两类 ---系统广播信息（公共的）
• IDLE状态下：小区选择和重选
L2数据处理流程
• TD-SCDMA与TD-LTE数据处理流程比较
TD-SCDMA
• TD-S中，RLC层将SDU固定切割成很小的 块，由MAC根据信道状况再进行切割级联
• TD-LTE中，由于RLC层也位于eNB中，可 按照信道状况动态进行切割和级联；MAC 层不再具有切割和级联功能
• 各层更好地适应无线信道变化 • 更低的处理复杂度和开销
Logical Channels
Scheduling / Priority Handling
BCCH PCCH
Multiplexing UE1 HARQ
Multiplexing UEn
Transport Channels
HARQ
下行层2结构
• Radio Bearers与Logical channels一一对应 • MAC子层负责将多个Logical channels复用到一个Transport channel（TB）
LTE控制面RRC层介绍
• RRC协议的功能可划分为三大类：
• 对NAS层提供连接管理、消息传递
根据RRC连接建立与否，划分为两个
• 寻呼、系统信息的发送
RRC状态
• RRC连接和数据无线承载的建立、修改和释放 ---空闲状态（RRC_IDLE）
• UE和NAS间NAS消息的传递
---连接状态（RRC_CONNECTED)
TD-SCDMA
UTRA RRC Connected M ode
URA_PCH
out of service
in service
CELL_PCH
out of service
in service
Cell reselection
Release RR C C o n n e c tio n
Establish RR C C o n n e c tio n
(FDD only)
RACH
FACH USCH DSCH HS-DSCH DCH
Transport Channels
(TDD only)
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH
Downlink Logical channels
CCCH DCCH DTCH
U plink Logical channels
• 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<5ms（IP层以下、系统空载）
• 更灵活的频谱使用 • 简化的网络体系架构 • 无缝切换（包括不同的无线接入技术之间） • 合理的终端功耗
– 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
– 广播消息的发送，单播数据的收发；
– 通过配置DRX来省电（与业务活跃性相关）；
– 网络主导的移动性控制；
– UE监测与共享信道分配相关的控制信道；提供信道质量和反馈信息；执行邻小区 测量，获取系统信息
Less than 50msec
Active (Cell_DCH)
Dormant (Cell_PCH)
• 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
PCH
BCH
DL-SCH
由于没有CS域，LTE上下行都只 有共享信道，不再有专用信道； 传输信道的数量大大减少
Downlink Transport channels
RACH
U L-SC H
U plink Transport channels
• 更少的协议状态 • 协议结构大大简化，只有一个 MAC实体
---专用信令（针对某个UE的)
• CONNECTED状态下：切换
• 连接状态下，UE侧的RRC协议实体服从eNB的命令，网络通过专用信令和系统信 息对UE进行控制；
• 空闲状态下，UE按照协议制定的规则行事，网络通过系统信息对UE施加影响
连接状态要听话、空闲状态要自觉
LTE的RRC协议状态
• RRC_IDLE状态下执行
– RRCConnectionSetupComplete（只携带NAS的初始直传消息）
UE各状态说明
RRC状态
状态 RRC_IDLE
RRC_CONNECTED
行为 PLMN选择 NAS配置的DRX过程 系统信息广播和寻呼
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 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