LTE主要信令和流程

URA_PCH
out of
in
service service
CELL_PCH
out of
in
service service
Cell reselection
Release RRC Connection
Establish RRC Connection
CELL_DCH
CELL_FACH
out of
in
service service
SRB1承载）
– RRCConnectionSetupComplete 和 RRCConnectionReconfiguration （由SRB1承载）
– 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
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-UTRA Connected
Mode
UTRA: Inter-RAT Handover
E-UTRA: inter-RAT Handover
TD-SCDMA
UTRA RRC Connected Mode
小区内UE标识（1）
标识类型
RA-RNTI
T-CRNTI
C-RNTI SPSCRNTI P-RNTI
SI-RNTI
应用场景
随机接入中用于指示接 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
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
• 协议流程的简化 • 更低的时延 • 更多的切换
Camping on a E-UTRAN cell1
Camping on a UTRAN cell1
Idle Mode
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
• 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
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
Radio Bearers Release
Radio Bearers Reconfiguration
RRC Connection Reconfiguration
Measurement Control
Transport Channel Reconfiguration
Physical Channel Reconfiguration
• 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
• 寻呼、系统信息的发送 • RRC连接和数据无线承载的建立、修改和释放 • UE和NAS间NAS消息的传递
根据RRC连接建立与否，划分为两个 RRC状态
---空闲状态（RRC_IDLE） ---连接状态（RRC_CONNECTED)
(FDD only)
RACH
FACH USCH DSCH HS-DSCH DCH
Transport Channels
(TDD only)
PCCH BCCH CCCH DCCH DTCH
Downlink Logical channels
CCCH DCCH DTCH
Uplink Logical channels
• 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：
NAS消息种类见附录
– ULInformationTransfer 和 DLInformationTransfer （由SRB2承载，SRB2未建立时由
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
（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
• 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
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
UL-SCH
Uplink Transport channels
• 更少的协议状态 • 协议结构大大简化，只有一个 MAC实体
LTE控制面RRC层介绍
• 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
• 广播消息的发送；
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
• 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
空闲状态：网络知道UE在某个Tracking
• RRC_CONNECTED状态下执行
Area List中 连接状态：网络知道UE在某个小区中
– 广播消息的发送，单播数据的收发；
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）
– 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)
Less than 100msec
End-to-end Service
EPS Bearer
External Bearer
E-RAB
Radio Bearer
S1 Bearer
S5/S8 Bearer
Radio
S1
S5/S8
Gi
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
• 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
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
• 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
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
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
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
– 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
Release RRC Connection
Establish RRC Connection
Release RRC Connection
Establish RRC Connection
• 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；
• 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
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
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
• 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
• IDLE状态下：小区选择和重选
RRC信令可以分为两类 ---系统广播信息（公共的） ---专用信令（针对某个UE的)