08 W网规高培-接入过程分析.ppt

,WCDMARNO接入过程分析,前言,接入过程是WCDMA通信环节中很重要的一环，该部分的性能指标也是WCDMA系统中关键的一个指标。深刻理解接入过程对于进行WCDMA网络优化工作十分必要，本文档概要介绍了接入过程的各个步骤，及其信令和性能的分析，帮助使用者熟悉WCDMA的接入过程。,课程目标,接入的主要过程接入过程的消息接入过程性能指标,学习完本课程，您将能够熟悉：,参考资料,3GPP25.211定义了传输信道（RACH）和物理信道（PRACH），以及接入信道的帧结构和物理层定时关系；3GPP25.213定义了接入信道前缀码的调制和消息部分（数据和控制）的扩频调制，定义了前缀码，扰码和扩频码；3GPP25.214定义了接入过程。,课程内容,T,第一章接入的主要过程第二章接入过程的消息第三章接入过程的性能,第一章接入的主要过程,第一节接入过程的定义第二节小区搜索第三节小区选择与重选第四节随机接入,接入过程的定义,UE有两种基本的运行模式：空闲模式和连接模式。上电开始，UE就停留在空闲模式下，通过非接入层标识如IMSI、TMSI或P-TMSI等标志来区分。当UE完成RRC连接建立时，UE才从空闲模式转移到连接模式的CELL_FACH或CELL_DCH状态下。当RRC连接释放时，UE从连接模式转移到空闲模式。,接入过程的定义,从接入层看，接入过程就是指UE由空闲模式转移到连接模式的过程，包括：小区搜索、接收小区系统信息广播、小区选择和小区重选、随机接入这四个基本过程。当UE处于连接模式，就可以进行位置登记、业务申请，鉴权等非接入层的活动。,第一章接入的主要过程,第一节接入过程的定义第二节小区搜索第三节小区选择与重选第四节随机接入,小区搜索过程,UE无关于UTRA载频的信息。在这样的情况下，UE将扫描所有UTRA频段内的所有频点，以便找到在所选PLMN下的一个适合驻留的小区。在每个载频下，UE仅需要搜索信号最强的小区。UE存储有UTRA载频、小区参数信息。在这样的情况下，UE直接尝试该小区是否可以驻留，如果不行，就只能扫描所有UTRA频段内的所有频点，以便找到在所选PLMN下的一个适合驻留的小区。,小区搜索步骤,Step1：时隙同步UE使用PrimarySCH进行时隙同步Step2：帧同步和扰码组识别帧同步通过SecondarySCH实现，确定扰码组Step3：小区主扰码识别UE按照符号相关，找到相关结果最大的一个扰码，确定主扰码,第一章接入的主要过程,第一节接入过程的定义第二节小区搜索第三节小区选择与重选第四节随机接入,小区选择与重选,UE搜索到小区后，就会根据系统信息内容判断当前的PLMN是否适合，如果适合就进行小区测量，根据S准则判断当前小区是否适合驻留，这就是小区选择的过程。如果当前小区不满足S准则，就开始PLMN选择和小区重选的过程。,小区选择,触发条件PLMN选择判断准则,小区选择,UE在以下情况发起小区选择：UE开机从连接模式回到空闲模式连接模式过程中，如失去小区信息根据测量控制系统消息提供的小区列表进行小区重选，没有找到可正常驻留的小区（TS25.133）,小区选择,PLMN选择UE从PCCPCH读取广播信道的系统消息；MIB的调度信息（schedulinginformation）是已知的，即为SIB_POS=0，SIB_REP=8。UE在SFN=0,8,16,.的无线帧(radioframe)中就可以读到MIB。在SYSTEMINFORMATION消息中，如果此消息是发送在BCH（PCCPCH）上的，消息的第一个域就是SFNprime，它的值就是这个传输块（transportblock）对应的起始SFN。读到MIB后，UE就可以判断当前找到的PLMN是否就是要找的PLMN，因为在MIB中有PLMNidentity域；如果是，UE就根据MIB中包含的其他SIB的调度信息（schedulinginformation）；如果不是，UE只好再找下一个频率，又要从头开始这个过程。,小区选择,判断准则UE读SIB3，取得“Cellselectionandre-selectioninfo”，读取Qqualmin、Qrxlevmin/Maximum、allowedULTXpower（UE_TXPWR_MAX_RACH）；S准则：Srxlev0ANDSqual0其中：,小区选择,判断准则如果满足S准则，则UE认为此小区即为一个suitablecell，驻留下来，并读其他所需要的系统信息，随后UE将发起位置登记过程。如果不满足S准则，UE读SIB11，获取同频/异频邻区信息，测得邻区的Qqualmeas和Qrxlevmeas，算出邻区的Squal和Srxlev，并判断邻区是否满足S准则。如果没有一个小区满足S准则，则认为没有覆盖，UE就会继续PLMN选择和重选过程。,小区重选,触发条件测量规则判断准则,小区重选,UE在空闲模式下，要随时监测当前小区和邻区的信号质量，以选择一个最好的小区提供服务，这就是小区重选过程（cellreselection）。触发条件空闲模式时间触发（当前服务小区质量低于同频测量门限）；空闲模式下，连续Nserv个DRX内服务小区不满足S准则；当UE检测到处于“非服务区”；,小区重选,测量规则不采用分层结构（HCS）同频测量如果SxSintrasearch，UE无需启动同频测量如果SxSintersearch，UE无需启动异频测量如果SxSsearchRATm，UE无需对系统“m”的测量如果SxQhcsn或者如果HCS_PRIOn=HCS_PRIO并且对于TDD小区和邻近小区，如果测量值选择为CPICHRSCPQmap,nQmap,s+Qoffset1s,n对于FDD小区和邻近小区，如果测量值选择为CPICHEc/NoQmeas_LEV,nQmeas_LEV,s+Qoffset2s,n其他类型小区：Qmap,nQmap,s+Qoffset1s,n如果以上条件不满足了，Tn应该立即停止计数，并且只有在Tn计数期间TQn才有效，否则TQn应当置零。,第一章接入的主要过程,第一节接入过程的定义第二节小区搜索第三节小区选择与重选第四节随机接入,随机接入,随机接入是移动台向系统请求接入，收到系统的响应并分配接入信道的过程。该过程发生在移动台开机进行附着，关机进行分离，位置区更新，路由区更新，执行任何业务的信令连接建立过程中。,随机接入,随机接入信道随机接入过程,随机接入,随机接入信道随机接入信道的传输采用基于带有快速捕获指示的时隙ALOHA方式，移动台可以在一个预定义的时间偏置开始传输，表示为接入时隙，每两个10ms无线帧组成一个20ms接入帧，分成15个接入时隙，间隔为5120个码片（时间是1.332ms），接入时隙上的定时信息和捕获指示如下图所示。,随机接入,随机接入的10ms的消息被分作15个时隙，每个时隙的长度是2560个码片。每个时隙包括两个部分，一个是数据部分，RACH传输信道映射到这部分；另一个是控制部分，用来传送L1控制信息。数据和控制部分是码复用并行发射传输的。一个10ms消息部分由一个无线帧组成，而一个20ms的消息部分由两个连续的10ms无线帧组成。消息部分的长度可以由使用的签名和/或接入时隙决定，这是由高层配置的。,随机接入,下行AICH被分成下行接入时隙，每个接入时隙长为5120个码片。下行接入时隙与PCCPCH在时间上对齐。上行PRACH被分成上行接入时隙，每个接入时隙为5120个码片。第n个上行接入时隙是在UE接收到第n个下行接入时隙（其中n0，1，14）之前p-a个码片时开始传输的。下行捕获指示的发射仅在下行接入时隙的开始处进行。PRACH/AICH的定时关系见下图所示。,随机接入,前缀码到前缀码的距离p-p应大于或等于最小前缀码到前缀码距离p-p,min，即：p-pp-p,min。定义如下：当AICH_Transmission_Timing设为0时，有：p-p,min=15360chips(3accessslots)p-a=7680chipsp-m=15360chips(3accessslots)当AICH_Transmission_Timing设为1时，有：p-p,min=20480chips(4accessslots)p-a=12800chipsp-m=20480chips(4accessslots)参数AICH_Transmission_Timing是由高层通过信令方式给出的,随机接入,随机接入过程当UE的物理层收到来自MAC子层的PHY-DATA-REQ原语请求后，就启动物理随机接入过程。【参见3GPPTS25.321协议】UE在需要发起物理随机接入时，按照如下步骤操作：Step1：根据给定的ASC，确定可用的RACH接入子信道集合，以及下一个完整接入时隙集合中可用的上行接入时隙集合，从中随机选择一个上行接入时隙（等概率选择）。Step2：根据给定的ASC，从签名集合中随机选择接入所用签名（等概率选择）。Step3：设定PRACH前缀码重传计数器初值为Preamble_Retrans_Max。Step4：设定参数CommandedPreamblePower为Preamble_Initial_Power。,随机接入,Step5：UE使用选定的上行接入时隙、签名和前缀码发射功率来发射前缀码。如果参数CommandedPreamblePower超过最大允许值，设定preamble的发射功率为最大允许发射功率。如果参数CommandedPreamblePower低于需要的最小值，就设定Preamble的发射功率为当前计算的值，该值可能大于、小于、等于CommandedPreamblePower。否则设定Preamble的发射功率为CommandedPreamblePower。Step6：UE等待NodeB返回一个针对所用签名的确认信号，如果在与发射前缀码所用上行接入时隙号相同的下行接入时隙上，UE没有检测到+1或者-1的捕获指示，UE会随机选择下一个可用上行接入时隙，根据功率攀升因子Pp-m增加CommandedPreamblePower，将前缀码重置计数器减一。如果CommandedPreamblePower大于最大允许功率6dB，UE上报层1状态（“NoackonAICH”）给MAC层，然后退出物理随机接入过程；如果重传计数器值大于0，重复步骤6；否则上报层1状态（“NoackonAICH”）给MAC层，然后退出物理随机接入过程。,随机接入,Step7：UE如果收到-1的捕获指示，将层1状态（“NackonAICHreceived”）上报给MAC层，然后退出物理随机接入过程。Step8：UE如果收到+1的捕获指示，根据AICH_Transmission_Timing的值，在距离最后一次发射前缀码3个或者4个上行接入时隙后发射随机接入消息部分。,随机接入,下面给出接入子信道和接入时隙集合定义，举例如下：,随机接入,接入时隙集合定义（以上下行接入时隙固定差p-a为7680chips例）：,课程内容,T,第一章接入的主要过程第二章接入过程的消息第三章接入过程的性能,第二章接入过程的消息,第一节系统广播消息第二节RRC连接消息,系统广播消息,系统信息结构系统信息广播过程系统信息的更新系统消息块IE说明,系统广播消息,系统信息结构系统信息元（IE）是在SIB中广播的，相同特征的系统信息元组合成为SIB。系统信息的组织就象一棵树，如下图示；主信息块作为一个小区里的大量SIB的基准，包括了SIB的时序信息；上一级的SIB对下一级的块也起到相同的作用。,系统广播消息,系统信息广播过程处于IDLE、CELL_PCH/URA_PCH/CELL_FACH下的UE在BCH传输信道上读取系统信息；如果UE接收到的寻呼类型1消息中指示系统信息改变，UE应重新读取系统信息；CELL_DCH下不读取系统消息，CELL_FACH下通过系统信息更新指示告诉UE去读系统消息；根据协议，系统信息消息在BCCH上传送系统信息块，而BCCH可以映射到BCH或FACH上，因此系统信息消息的大小就要符合BCH或FACH的传输块大小。,系统广播消息,系统信息的更新系统信息更新过程目的在于NodeB能够正确应用BCCH上的调度及包含系统信息分段内容。使用valuetag修改SIB如果SIB在主信息块或上级SIB中包括一个“valuetag”，UTRAN通过更新“valuetag”并下发来通知UE系统消息的更新，UE通过检查“valuetag”是否变化来决定是否更新系统消息；不使用valuetag修改系统信息当UE获得的SIB中没有valuetag时，启动一个定时器，其数值等于SIB的重复周期（SIB_REP）；当定时器超时后，该SIB所传送的信息被认为无效，则在使用系统IE包含的值之前，UE获取新的SIB。,系统广播消息,系统消息块IE说明限于篇幅，此处只列举部分主要系统消息块的IE。MIB：通过比较得到的MIB一个标志，UE可以知道是否更新UE原来保存的MIB信息。包含了接入网络的一些基本信息，例如：PLMN信息，MNC和MCC。包含SB1、SB2、SIB1.等其他SIB的调度信息。其中SB1和SB2的调度信息必须放在MIB里，其余SIB的调度信息可以放在SB1或SB2里。SIB1：NAS信息CNDOMAIN信息：T3212；UE在连接模式下的定时器和计数器常数，T314、T315等；UE在空闲模式下的各种定时器常数，T300，T312等；,系统广播消息,SIB2:URAIdentityList（URA标识列表）；SIB3：CellIdentity（小区标识）；CellSelectReselectInfo（小区选择和重选信息）；CellAccessRestriction（小区接入限制及接入等级）；SIB5：PICH-PowerOffset（寻呼指示信道的功率偏移）。AICH-PowerOffset（捕获指示信道的功率偏移）。PrimaryCCPCH-Info：tx-DiversityIndicatorforFDDPRACH-SystemInformationList：SCCPCH-SystemInformationList：CBS-DRX-Level1Information,系统广播消息,SIB7:UL-Interference：上行干扰信息（-110-70）Prach-Information-SIB5-List：Prach-Information-SIB6-List,optional：ExpirationTimeFactor：更新周期；SIB11：FACHmeasurementoccasioninfo；Measurementcontrolsysteminformation；SIB18：IdlemodePLMNidentities；ConnectedmodePLMNidentities；,第二章接入过程的消息,第一节系统广播消息第二节RRC连接消息,RRC连接消息,UE要接受网络服务，必须首先建立RRC连接，如下图所示；然后再利用该接入层连接与核心网进行非接入层的信令交互。由于UTRAN可以决定接入UE的初始连接状态（CELL_FACH或CELL_DCH），也就是说DCCH映射的公共传输信道不同，对应的RRC流程也不相同。,RRC连接消息,RRC_CONNECTION_REQUESTRRC_CONNECTION_SETUP&RRC_CONNECTION_SETUP_COMPLETE,RRC连接消息,RRC_CONNECTION_REQUESTUEinformationelementsInitialUEidentity：TMSI、PTMSI、IMSI、IMEI信息，按优先级选择一个UE标识填写；Establishmentcause：发起RRC连接建立的原因，有OriginatingConversationalCall、TerminatingStreamingCall、Inter-RATcellre-selection、Registration，Detach，OriginatingHighPrioritySignalling、TerminatingLowPrioritySignalling等等；Protocolerrorindicator：协议错误指示，有Messagetypenon-existentornotimplemented，Messagenotcompatiblewithreceiverstate等等；MeasurementinformationelementsMeasuredresultsonRACH：上报对SIB11中指定的同频小区（监视集）的测量结果，内容包括小区主扰码和导频Ec/No的质量；,RRC连接消息,RRC连接消息,RRC_CONNECTION_SETUP&RRC_CONNECTION_SETUP_COMPLETE当DCCH映射在公共信道（RACH/FACH）时，RRC连接（SRB）就不需要建立无线链路，但是业务建立（TRB）时，由于DTCH映射在专用信道（DCH），因而会建立无线链路，RRC连接也会重新建立在专用信道上；当DCCH映射在专用信道（DCH）时，RRC连接（SRB）需要建立无线链路，在业务建立（TRB）时，因为DTCH也要映射在专用信道（DCH），会增加DCH.，从而导致无线链路重配置。对这两种情况，UE发起的RRC连接请求消息都是相同的，下面给出了这两种情况下的RRC连接建立消息信元的说明。,RRC连接消息,RRC连接建立后UE处于CELL_FACH状态,RRC连接消息,RRCCONNECTIONSETUP消息信元如下：UEInformationElements：UE在接收这条消息时，会比较该信元中所带的标识是否与自己的一致，不一致则丢弃该消息，一致就读取UTRAN在rrcStateIndication中指定UE处于连接模式的状态。如果包含频点信息，则会根据连接模式下小区重选规则，选择一个适合驻留的小区。RBInformationElements：目前4个信令RB信元中，SRB1用于传输非确认模式（RLCUM）的消息，SRB2用于传输确认模式（RLCAM）的消息，SRB3和SRB4用于传输确认模式（RLCAM）的NAS层直传消息。TrCHInformationElements：上图中ulAddReconfTransChInfoList、dlAddReconfTransChInfoList，这部分消息内容无效，因为RACH和FACH在小区建立的时候已经建立好，填充仅是为了消息对齐。maxAllowedULTXPower：表示UE最大发射功率，如图配置为24dBm。,RRC连接消息,RRC连接消息,RRCCONNECTIONSETUPCOMPLETE消息信元：UEInformationElements：包含用于触发加密和完整性保护的STARTCS或者STARTPS值。Otherinformationelements：包含UE的无线接入能力信息，其中有UE的射频能力（UE的发射能力和上下行频点间隔）、异系统接入能力、加密和完整性保护算法支持能力，测量能力（上下行是否支持压缩模式测量）等等。,RRC连接消息,RRC连接建立后UE处于CELL_DCH状态,RRC连接消息,RRCCONNECTIONSETUP消息信元：UEInformationElements：如果是CELL_DCH，则进入25.214协议所介绍的同步过程。下行同步包括两个阶段；第一阶段是在专用信道初始建立后的160ms之内，物理层不会上报“Outofsync”消息，但是会对“insync”状态进行判断；第二阶段是在专用信道建立了160ms以后，物理层将会根据实际检测结果上报“Outofsync”和“insync”消息。在下行同步之后，UE在ULDPCCH发送“pcpreamble”个帧后，ULDPDCH开始发送数据，SRB上的信令经过“SRBDelay”个帧后才开始在ULDPDCH上传送。上行是由NODE-B作判断的，同样需要在每个无线帧对上行所有的无线链路集合的同步状态进行检测。RBInformationElements：与RRC建立在FACH在类似，不同的是在RBMappingInfo中的逻辑信道映射为DCH。TrCHInformationElements：图中ulCommonTransChInfo、ulAddReconfTransChInfoList、dlCommonTransChInfo、dlAddReconfTransChInfoList，包含TFC、TF、dlDCHBler信息。,RRC连接消息,PhyCHinformationelements：上下行频点信息，以便于UE可以进行连接模式下在同频小区中进行小区重选。maxAllowedULTXPower：UE最大发射功率，如图配置为19dBm。Uplinkradioresources：包含ULDPCCH同步时用的pcpreamble、SRBdelay、上行功控算法以及ULDPCCH的功率偏置、扰码、扩频因子、TFCI、打孔极限。Downlinkradioresources：包含DLDPCH的功控模式、TFCI、扩频因子、DTX的插入方法（目前都是Fixed）、DLRL的主扰码、信道码。,RRC连接消息,RRCCONNECTIONSETUPCOMPLETE消息如图所示：,课程内容,T,第一章接入的主要过程第二章接入过程的消息第三章接入过程的性能,接入过程的性能,第一节性能指标第二节影响性能的因素,接入过程的性能指标,CN：接入成功率和接续时延；接入成功率是指UE的NAS层主动发起呼叫或因接收寻呼而被动接入网络的成功率。接续时延是指从接入到业务连接建立的时间。RAN：RRC连接建立的成功率、小区搜索和选择的时间、随机接入的速度；,接入过程的性能,第一节性能指标第二节影响性能的因素,影响接入性能的因素,Tcell的设置邻区列表Doppler频移用户分布地物的差异,影响接入性能的因素,Tcell的设置Tcell用来定义一个小区的SCH、CPICH和下行扰码的发射起始时间与BFN的相对时延。它的主要目的是防止同一NodeB下不同小区发射的从同步信道（SSCH）产生交叠。如果相同，就可能对UE在小区搜索中帧同步和扰码组识别产生影响。小区Tcell的分辨率为256chip，Tcell可以设置的范围为：09。,影响接入性能的因素,邻区列表如果在系统消息广播中，主小区的相邻小区比较多，那么UE就需要较长