LTE信令流程解析課件

1、LTE空口協(xié)議及信令流程解析課程內(nèi)容LTE空口協(xié)議介紹開機(jī)附著/去附著UE發(fā)起Service Request流程尋呼流程TAU流程切換流程專用承載流程LTE系統(tǒng)架構(gòu)eNode B間的接口MME / S-GWMME / S-GWX2S1Mobility ManagementServing GatewayMME/SGW 與 eNode B的接口EPCE-UTRANEPSeNode BX2X2eNode BeNode BUuUEEvolved Packet System EPSEvolved Packet Core EPCLTE/SAE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)SGi S4 S3 S1-MME PCRFS7 S6

2、a HSSS10 UEGERAN UTRAN SGSN LTE-Uu E-UTRAN MMES11 S5 Serving Gateway PDN Gateway S1-U Operators IP Services(e.g. IMS, PSS etc.)Rx+ 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化 E-UTRAN只有一種 網(wǎng)元E-Node B 全I(xiàn)P 媒體面控制面分離 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通LTE網(wǎng)元功能MMEServing GWPDN GWE-Node B NAS信令以及安全性功能 3GPP接入網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性導(dǎo)致的CN節(jié)點(diǎn)間信令 空閑模式下UE跟蹤和可達(dá)性 漫游 鑒權(quán) 承載管理功能（包括專用承載的建立） 支持UE的移動(dòng)性切換

3、用戶面數(shù)據(jù)的功能 E-UTRAN空閑模式下行分組數(shù)據(jù)緩存和尋呼支持 數(shù)據(jù)包路由和轉(zhuǎn)發(fā)上下行傳輸層數(shù)據(jù)包標(biāo)記基于用戶的包過濾合法監(jiān)聽IP地址分配上下行傳輸層數(shù)據(jù)包標(biāo)記DHCPv4和DHCPv6（client、relay、server）具有現(xiàn)3GPP Node B全部和RNC大部分功能，包括：物理層功能MAC、RLC、PDCP功能RRC功能資源調(diào)度和無線資源管理無線接入控制移動(dòng)性管理LTE協(xié)議結(jié)構(gòu) 信令流數(shù)據(jù)流E-Node BPHYUEPHYMACRLCMACMMERLCNASNASRRCRRCPDCPPDCPAPPUDPGTPUIPS1APSCTPSGWIPUDPGTPUIPSCTPS1APX2

4、AP控制面協(xié)議架構(gòu)UEeNode-BMME控制面協(xié)議架構(gòu)UEeNode-BMMERRC 子層執(zhí)行的功能: 廣播 尋呼 鏈接管理 無線承載控制 移動(dòng)性UE測量上報(bào)和控制PDCP 子層執(zhí)行的功能: 加密和完整性保護(hù)NAS 子層執(zhí)行的功能: 認(rèn)證、鑒權(quán) 安全控制 Idle 模式移動(dòng)性處理 Idle 模式尋呼發(fā)起用戶面協(xié)議架構(gòu)UEeNode-BMMESAE Gateway用戶面協(xié)議架構(gòu)UEeNode-BMMESAE GatewayRLC 子層執(zhí)行的功能: PDU傳輸ARQ 包的組合和拆分PDCP 子層執(zhí)行的功能: 頭壓縮 加密MAC 子層執(zhí)行的功能: 調(diào)度 HARQ 邏輯信道優(yōu)先級(jí)處理 PDU組包和解

5、復(fù)用物理層(L1)執(zhí)行的功能： 無線接入功率控制 MIMOEPS承載業(yè)務(wù)架構(gòu)承載概念GBR/ Non-GBR 承載：在承載建立或修改過程中通過例如eNode B接納控制等功能永久分配專用網(wǎng)絡(luò)資源給某個(gè)保證比特速率（Guaranteed Bit Rate，GBR）的承載，可以確保該承載的比特速率。否則不能保證承載的速率不變則是一個(gè) Non-GBR 承載默認(rèn)承載（Default Bearer）：一種滿足默認(rèn)QOS的數(shù)據(jù)和信令的用戶承載，提供盡力而為的IP連接。默認(rèn)承載為Non-GBR 承載。默認(rèn)承載為UE接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)首先建立的承載，該承載在整個(gè)PDN連接周期都會(huì)存在，為UE提供到PDN的“永遠(yuǎn)在線”

6、的IP連接。專用承載：對(duì)某些特定業(yè)務(wù)所使用的SAE承載。一般情況下專用承載的QOS比默認(rèn)承載高，專用承載可以是GBR或Non-GBR 承載。連接概念Uu空口(X1)：UE與eNode B之間的空中接口。S1接口： eNode 與EPC之間的接口。UE-associated logical S1-connection：UE相關(guān)S1邏輯連接，對(duì)于某個(gè)UE-associated logical S1-connection在MME側(cè)用MME UE S1AP ID 標(biāo)識(shí)，在 eNB側(cè)用eNB UE S1AP ID 標(biāo)識(shí)，此連接可能在S1 UE context 建立之前存在。NAS signalling

7、connection：NAS信令連接，是UE與MME之間端到端的連接，NAS信令連接包括“LTE-Uu”空口的RRC連接和S1口的S1 AP連接。課程內(nèi)容LTE空口協(xié)議介紹開機(jī)附著/去附著UE發(fā)起Service Request流程尋呼流程TAU流程切換流程專用承載流程系統(tǒng)消息（36.331）系統(tǒng)消息的組成MasterInformationBlock(MIB)多個(gè)SystemInformationBlocks (SIBs)MIB承載于BCCH BCH P-BCH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配置信息）時(shí)域：緊鄰?fù)叫诺?，?0ms為周期

8、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)系統(tǒng)消息（36.331）SIBs除MIB以外的系統(tǒng)消息，包括SIB1-SIB12除SIB1以外，SIB2-SIB12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在每兩個(gè)無線幀（20ms）的子幀#5中重傳（SFN mod 2 = 0，SFN mod 8 0）一次，如果滿足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 DL-SCH

9、 PDSCH上SIB1的傳輸通過攜帶SI-RNTI（SI-RNTI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 念無線網(wǎng)系統(tǒng)消息LTE系統(tǒng)消息各系統(tǒng)消息作用基 本 概 念無線網(wǎng)系統(tǒng)消息系統(tǒng)消息功能說明系統(tǒng)消息信令流程系統(tǒng)消息獲取UE通過E-UTRAN廣播消息獲取AS和NAS系統(tǒng)消息此過程適用于RRC-IDLE和RRC_CONNECTED狀態(tài)開機(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E-UTRAN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 rece

10、iving a request from CDMA2000 upper layers upon exceeding the maximum validity duration (3h)基 本 概 念無線網(wǎng)系統(tǒng)消息開機(jī)附著Page 20隨機(jī)接入過程隨機(jī)接入的目的 獲取上行同步 獲取上行調(diào)度資源隨機(jī)接入場景 空閑模式下初始接入 無線鏈路失步后的RRC重建 切換到新小區(qū)上行失步狀態(tài)要進(jìn)行下行數(shù)傳上行失步狀態(tài)要進(jìn)行上行數(shù)傳兩種類型的隨機(jī)接入基于競爭的 (應(yīng)用于上述5種場景)基于非競爭的(只應(yīng)用于切換和下行數(shù)傳場景)Page 21Random Access Procedures (2) 基于競爭的隨機(jī)接

11、入 基于非競爭的隨機(jī)接入基于競爭和非競爭隨機(jī)接入過程的差別Preamble 選擇基于非競爭的隨機(jī)接入由網(wǎng)絡(luò)側(cè)指派基于競爭的隨機(jī)接入由UE隨機(jī)選擇競爭沖突風(fēng)險(xiǎn)基于非競爭: 網(wǎng)絡(luò)保證在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)沖突基于競爭：有沖突風(fēng)險(xiǎn)Page 22Preamble 和 PRACH Configuration Index 不同的隨機(jī)接入Preamble格式能支持不同的小區(qū)半徑PRACH 信道配置PRACH 配置原則PRACH的資源取決于小區(qū)半徑和小區(qū)帶寬. 在PRACH信道資源和接入、切換時(shí)延上取一個(gè)折中; 華為支持的配置:preamble 格式: 03PRACH 周期: 10ms, 5ms 隨機(jī)接入過程: 競

12、爭，非競爭 當(dāng)選擇了一種Preamble格式后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)配置PRACH格式PreambleFormatPRACH Cfg (10M/5M)PRACH Cfg (20M/15M)03,4,56,7,8119,20,2119,20,21235,36,3735,36,37351,52,5351,52,53RACH SlotRACH SlotPUCCHPUCCHPRACHFrame(10ms)RACH period (5ms)Preamble format 01ms6 RBsTimeFrequencyPUSCHPRACH CONFIGURATION INDEX = 6Page 24基本概念Signa

13、lling Radio Bearers (SRBs) are defined as Radio Bearers (RB) that are used only for the transmission of RRC and NAS messages.SRB0 is for RRC messages using the CCCH logical channel;SRB1 is for RRC messages as well as for NAS messages prior to the establishment of SRB2SRB2 is for NAS messages, SRB2 h

14、as a lower-priority than SRB1 and is always configured by E-UTRAN after security activationDRB: Data Radio Bearer默認(rèn)承載:UE attach之后，會(huì)建立默認(rèn)承載, A default bearer shall be a Non-GBR bearer專用承載： 除默認(rèn)承載之外的是專用承載，A dedicated bearer can either be a GBR or a Non-GBR bearer.RRC連接建立過程Purpose:建立SRB1.UE發(fā)送初始NAS層消息給網(wǎng)絡(luò)

15、Main IE:UE-identity (RRCConnectionRequest 和RRCConnectionSetup消息)establishmentCause (RRCConnectionRequest)radioResourceConfiguration for Only SRB1 (RRCConnectionSetup)selectedPLMN-Identity (RRCConnectionSetupComplete)nas-DedicatedInformation (RRCConnectionSetupComplete)對(duì)應(yīng)SRB:RRC連接建立完成消息承載在SRB1，其它消息走S

16、RB0。Page25Page 26RRC CONN SETUP REQPage 27RRC CONN SETUP Page 28RRC CONN SETUP CMP 開機(jī)附著NAS信令連接建立建立RRC連接 建S1連接Attach RequestRRCConnectionSetupComplete、InitialUEMessage把NAS消息Attach Request發(fā)送到EPC。InitialContextSetupRequest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(shí)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atta

17、ch request消息帶給核心網(wǎng)的，核心網(wǎng)再通過該消息送給eNB。UE Capability Enquiry如果消息InitialContextSetupRequest帶了UE Radio Capability IE，則eNB不會(huì)發(fā)送UECapabilityEnquiry消息給UE，否則會(huì)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。UECapability Enquiry帶如果消息InitialContextSetupRequest帶了UE Radio Capability IE，則eNB不會(huì)發(fā)送UECap

18、abilityEnquiry消息給UE。LTE中的密鑰體系密鑰體系Distribution of authentication dataAuth authentication vector四元組：RAND、AUTN、XRES、KASME3G：AV五元組：RAND、AUTN、XRES、CK、IK鑒權(quán)UE收到Authentication Request消息后，首先驗(yàn)證AUTN的新鮮性，如果驗(yàn)證通過，則完成了UE對(duì)MME的認(rèn)證，認(rèn)為接入的網(wǎng)絡(luò)是可信任的。USIM計(jì)算出RES。UE響應(yīng)包括RES的Authentication Response消息。MME檢查RES和XRES是否一致，如果一致，則完成了

19、MME對(duì)UE的認(rèn)證，認(rèn)為該UE是合法的。安全模式命令NAS層安全模式命令MME和UE兩端協(xié)商N(yùn)AS算法計(jì)算NAS完整性保護(hù)密鑰和加密密鑰AS層安全模式命令eNB和UE兩端協(xié)商AS算法計(jì)算NAS完整性保護(hù)密鑰和加密密鑰NAS安全模式命令MME根據(jù)UE上報(bào)的安全能力，選擇NAS層使用的加密算法和完整性保護(hù)算法。MME向UE發(fā)送NAS安全模式命令消息AS安全模式命令A(yù)S層安全模式命令過程由eNB發(fā)起發(fā)送Security Mode Command，該消息被完整性保護(hù)，發(fā)送該消息后，啟動(dòng)下行方向?qū)RC消息和用戶數(shù)據(jù)加密保護(hù)UE進(jìn)行完整性校驗(yàn)NAS信息發(fā)送UL Information Transfer(

20、UU)Uplink NAS Transport(S1)DL Information Transfer(UU)Downlink NAS Transport(S1)非關(guān)機(jī)去附著流程:RRC_IDLE（1）非關(guān)機(jī)去附著流程:RRC_IDLE（2）去附著流程: RRC_CONNECTED（非關(guān)機(jī)）非關(guān)機(jī)去附著，則會(huì)收到MME的Detach Accept響應(yīng)消息和eNB的RRC Connection Release消息.關(guān)機(jī)去附著流程附著/去附著跟蹤信令非關(guān)機(jī)去附著過程（RRC_CONNECTED）課程內(nèi)容LTE空口協(xié)議介紹開機(jī)附著/去附著UE發(fā)起Service Request流程尋呼流程TAU流程切換

21、流程專用承載流程UE發(fā)起的Service Request過程 UE發(fā)起的Service Request過程 課程內(nèi)容LTE空口協(xié)議介紹開機(jī)附著/去附著UE發(fā)起Service Request流程尋呼流程TAU流程切換流程專用承載流程尋呼流程 尋呼基本概念:DRX cycle: 在一個(gè)DRX周期中，UE只需要監(jiān)聽一次尋呼時(shí)機(jī) ，可以省電Paging Occasion (PO): 在尋呼時(shí)間(PO)的子幀中，系統(tǒng)可能下發(fā)尋呼消息. Paging Frame (PF) : 尋呼幀(PF)是一個(gè)無線幀，可能包含一個(gè)或多個(gè)尋呼時(shí)機(jī)nB: 指示在一個(gè)尋呼周期中尋呼時(shí)機(jī)的數(shù)目(在一個(gè)尋呼周期中，對(duì)于一個(gè)UE只

22、有一個(gè)尋呼時(shí)間，但對(duì)于小區(qū)而言，存在多個(gè)尋呼時(shí)機(jī))尋呼時(shí)機(jī)的幀號(hào)和子幀號(hào)計(jì)算 : 尋呼幀號(hào)計(jì)算: SFN mod T= (T div N)*(UE_ID mod N)Index i_s 通過查表可以得到尋呼子幀: i_s = floor(UE_ID/N) mod NsWhere, T : means the DRX cycle of the UE.nB: 4T, 2T, T, T/2, T/4, T/8, T/16, T/32.N : min (T, nB).Ns : max (1, nB/T).UE_ID: IMSI mod 1024.尋呼時(shí)機(jī)計(jì)算假設(shè):T = 64, (i.e. DRX周期

23、為 640ms)nB = 2T128, UE_ID = IMSI mod 1024 = 5;所以: N= min (T, nB)=T 64, Ns: max (1, nB/T)=2, T div N = 1, UE_ID mod N = 5PF:當(dāng)SFN5，645, , 當(dāng)SFN mod T= (T div N)*(UE_ID mod N)5;PO: i_s = (UE_ID/N) mod Ns = 0; 通過查下表可以得出Po為4號(hào)子幀:FrameSub-frame640ms012345601234567810ms9PFPONsPO when i_s=0PO when i_s=1PO whe

24、n i_s=2PO when i_s=319N/AN/AN/A249N/AN/A40459尋呼流程MME觸發(fā)尋呼尋呼流程MME觸發(fā)尋呼尋呼某個(gè)特定的用戶，觸發(fā)UE建立業(yè)務(wù)，由核心網(wǎng)發(fā)起，向UE所在TAC區(qū)的一個(gè)或多個(gè)基站下發(fā)尋呼消息S1口尋呼消息包含UE_ID,UE Paging ID、TAI、CN 域等信息eNodeB根據(jù)UE_ID信息計(jì)算用戶最近的PO并下發(fā)尋呼消息，等待時(shí)間和DRX周期相關(guān)。UE在每個(gè)尋呼時(shí)機(jī)監(jiān)聽尋呼消息:UE 在PDCCH監(jiān)聽P-RNTI的DL GRANTUE 讀取PDSCH中的尋呼消息UE 對(duì)比尋呼ID，響應(yīng)尋呼尋呼流程系統(tǒng)消息改變觸發(fā)尋呼和核心網(wǎng)無關(guān)，eNodeB在

25、更新系統(tǒng)消息時(shí)，通過群呼來通知UE:在每一個(gè)PO下發(fā)尋呼;最長可持續(xù)一個(gè)修改周期，最少為一個(gè)尋呼周期, 尋呼消息數(shù)目 = NB*ModifyPeriodCoeffUE在每個(gè)尋呼時(shí)機(jī)監(jiān)聽尋呼消息:UE 在PDCCH監(jiān)聽P-RNTI的DL GRANTUE 讀取PDSCH中的尋呼消息( systemInfoModification )UE 響應(yīng)尋呼，在下一個(gè)修改周期中讀取新的系統(tǒng)消息課程內(nèi)容LTE空口協(xié)議介紹開機(jī)附著/去附著UE發(fā)起Service Request流程尋呼流程TAU流程切換流程專用承載流程TAU流程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 requ

26、est消息中設(shè)置an “active”標(biāo)識(shí)，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(shí)，則TAU完成后釋放NAS信令連接。如果TAU accept分配了一個(gè)新的GUTI，則UE需要回復(fù)TAU complete，否則不用回復(fù)。TAU流程：RRC_IDLE不設(shè)置“active”標(biāo)識(shí)（1）TAU流程：RRC_IDLE不設(shè)置“active”標(biāo)識(shí)（2）TAU流程：RRC_IDLE不設(shè)置“active”標(biāo)識(shí)（3）TAU流程：RRC_IDLE設(shè)置“active”標(biāo)識(shí)（1）TAU流程：RRC_IDLE設(shè)置“active”標(biāo)識(shí)（2）TAU流程：RRC_IDLE設(shè)置

27、“active”標(biāo)識(shí)（3）TAU流程：RRC_CONNECTED發(fā)起的流程TAU流程：RRC_CONNECTED發(fā)起的流程課程內(nèi)容LTE空口協(xié)議介紹開機(jī)附著/去附著UE發(fā)起Service Request流程尋呼流程TAU流程切換流程專用承載流程切換LTE測量測量事件測量建立測量報(bào)告Intra-eNB HandOver：同一基站內(nèi)不同小區(qū)間切換流程Inter-eNB HandOver：不同基站間小區(qū)切換S1 Based Handover：基于S1接口切換流程X2 Based Handover：基于X2接口切換流程LTE測量測量事件A1事件：服務(wù)小區(qū)質(zhì)量高于一個(gè)絕對(duì)門限A2事件：服務(wù)小區(qū)質(zhì)量低于一個(gè)絕對(duì)門限A3事件：鄰區(qū)比服務(wù)小區(qū)質(zhì)量高于一個(gè)絕對(duì)門限，A4事件：鄰區(qū)質(zhì)量高于一個(gè)絕對(duì)門限A5事件：服務(wù)小區(qū)質(zhì)量低于一個(gè)絕對(duì)門限1，且鄰區(qū)質(zhì)量高于一個(gè)絕對(duì)門限2B1事件：異系統(tǒng)鄰區(qū)質(zhì)量高于一個(gè)絕對(duì)門限B2事件：服務(wù)小區(qū)質(zhì)量低于一個(gè)絕對(duì)門限1且異系統(tǒng)鄰區(qū)質(zhì)量高于一個(gè)絕對(duì)門限2LTE測量測量建立：RRC連接建立后，與承載UE上下文建立消息的第一次RRCConnection Reconfiguration消息一起下發(fā)Page 71同頻切換 同頻切換觸發(fā)過程（A3事件）Mn 鄰區(qū)測