WCDMA无线网络信令流程讲义

1、WCDMA无线网络信令流程无线网络信令流程课程目标课程目标l了解了解UTRAN的网络结构的网络结构l了解了解UTRAN的一些基本概念的一些基本概念l了解无线侧的基本信令流程了解无线侧的基本信令流程学习完本课程，您将能够：学习完本课程，您将能够：课程内容课程内容T第一章第一章 UTRAN网络结构和协议栈网络结构和协议栈第二章第二章 UTRAN基本概念基本概念第三章第三章 基本信令流程基本信令流程UTRANUMTS Terrestrial Radio Access NetworkCNCore NetworkUEUser EquipmentIuUTRANUEUu CNUMTS体系体系结构结构RNSR

2、NCRNSRNCCore NetworkNode BNode BNode BNode BIuIuIurIubIubIubIubUTRAN体系结构体系结构 UU协议结构协议结构L3controlcontrolcontrolcontrolLogicalChannelsTransportChannelsC-plane signallingU-plane informationPHYL2/MACL1RLCDCNtGCL2/RLC MACRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCDuplication avoidanceUuS boundaryBMCL2/BMCcontrolPDCPPDCPL2/PDC

3、PDCNtGCRadioBearersRRC Iu-CS域协议结构域协议结构Q.2150.1Q.2630.1RANAPIu UP ProtocolLayerTransportNetworkLayerPhysical LayerTransportUserNetworkPlaneControl PlaneUser PlaneTransportUserNetworkPlaneTransport NetworkControl PlaneRadioNetworkLayerATMSSCOPAAL5SSCOPSSCF-NNIAAL2AAL5MTP3bMTP3bSCCPSSCF-NNIIu-PS域协议结构域协

4、议结构SSCF-NNISSCOPAAL5IPSCTPSCCPSSCF-NNIMTP3-BM3UARANAPIu UP ProtocolLayerTransportNetworkLayerPhysical LayerTransportUserNetworkPlaneControl PlaneUser PlaneTransportUserNetworkPlaneTransport NetworkControl PlaneRadioNetworkLayerATMAAL5IPUDPGTP-UPhysical LayerATMIub接口协议结构接口协议结构Node BApplication Part(N

5、BAP)AAL Type 2ALCAPTransportLayerPhysical LayerRadioNetworkLayerRadio NetworkControl PlaneTransportNetworkControl PlaneDCH FPRACH FPATMDSCH FPAAL Type 5User PlaneSSCF-UNISSCOPAAL Type 5SSCF-UNISSCOPQ.2630.1Q.2150.2FACH FPPCH FPUSCH FPCPCH FP Iur接口协议结构接口协议结构SSCF-NNISSCOPMTP3-BAAL5IPSCTPSCCPAAL5SSCF-N

6、NISTC (Q.2150.1)RNSAPIur DataStream(s)TransportNetworkLayerPhysical LayerTransportUserNetworkPlaneControl PlaneUser PlaneTransportUserNetworkPlaneTransport NetworkControl PlaneRadioNetworkLayerATMALCAP(Q.2630.1)AAL2SSCF-NNISSCOPMTP3-BIPSCTPSSCF-NNIM3UAM3UA思考题思考题lUTRAN网络具有哪些接口？本章小结本章小结l本章主要介绍了UTRAN网络

7、的结构和协议栈。课程内容课程内容T第一章第一章 UTRAN网络结构和协议栈网络结构和协议栈第二章第二章 UTRAN基本概念基本概念第三章第三章 基本信令流程基本信令流程UE的工作模式的工作模式lUE有两种基本的运行模式：空闲模式和连接模式l空闲模式：UE处于待机状态，没有业务的存在，UE和UTRAN之间没有连接，UTRAN内没有任何有关此UE的信息；通过非接入层标识如IMSI、TMSI或P-TMSI等标志来区分UE； l连接模式：当UE完成RRC连接建立时，UE才从空闲模式转移到连接模式；在连接模式下，UE有4种状态： Cell-DCH, Cell-FACH, Cell-PCH, URA-PC

8、HUE在连接模式下的状态在连接模式下的状态lCell-DCH： UE处于激活状态，正在利用自己专用的信道进行通信，上下行都具有专用信道，UTRAN准确的知道UE所位于的小区中lCell-FACH UE处于激活状态，但是上下行都只有少量的数据需要传输，不需要为此UE分配专用的信道，下行的数据在FACH上传输，上行在RACH上传输，下行需要随时监听FACH上是否有自己的信息，UTRAN准确的知道UE所位于的小区，保留了UE所使用的资源，所处的状态等信息。UE在连接模式下的状态在连接模式下的状态lCell-PCHUE上下行都没有数据传送，需要监听PICH，以便收听寻呼，因此UE此时进入非连续接收，可

9、有效的节电。UTRAN准确的知道UE所位于的小区，这样， UE所位于的小区变化后，UTRAN需要更新UE的小区信息。lURA-PCHUE上下行都没有数据传送，需要监听PICH，进入非连续接收， UTRAN只知道UE所位于的URA（UTRAN Registration Area，一个URA包含多个小区），也就是说，UTRAN只在UE位于的URA发生变化后才更新其位置信息，这样更加节约了资源，减少了信令。CELL_DCHCELL_FACHCELL_PCHURA_PCHIDLEDEAD- 搜索网络(PLMN)- “驻扎”小区(camp on)- 侦听paging channel- 小区重选- 专用信

10、道- Radio bearers传输业务- 高层信令触发 (CN)- 减少活动，DRX，节电RRC connection这些状态只用与这些状态只用与UTRAN与与UE，对对CN来说，这些状态是透明来说，这些状态是透明的的 UE状态示意图状态示意图Serving RNC与与Drift RNCCNSRNCDRNCIuIurl在WCDMA系统中，由于Iur接口的引入而产生了SRNC/DRNC的概念。l SRNC和DRNC都是对于某一个具体的UE来说的,是逻辑上的一个概念。l 简单的说，对于某一个UE来说，其与CN之间的连接中，直接与CN相连，并对UE的所有资源进行控制的RNC叫该UE的SRNC。l

11、UE与CN之间的连接中，与CN没有连接，仅为UE提供资源的RNC叫该UE的DRNC。l 处于连接状态的UE必须而且只能有一个SRNC，可以有0个或者多个DRNCCRNCCRNCIubNode BCellCellCellNode B.CNIulCRNC是对于某一个Node B(或者Cell)来说的l直接和某Node B相连接，对该Node B资源的使用进行控制的RNC叫该Node B的Control RNCl一个Node B有且只能有一个CRNClCRNC对其控制的所有Node B的资源进行合理的分配和使用Source RNC与与Target RNCCNCNSource RNCTargetRNC

12、ServingRNCIuIuIurRNClSRNS Relocation就是将某个UE的SRNC的角色由一个RNC转到另外一个 RNC的过程.l SRNS Relocation前，该UE的SRNC (Serving RNC)叫Source RNC， 即将承担SRNC角色的目标RNC叫Target RNC.l Source RNC和Target RNC是在一次SRNS Relocation过程中对于不同RNC的称谓.本章小结本章小结l本章重点介绍了UTRAN的一些基本概念。课程内容课程内容T第一章第一章 UTRAN网络结构和协议栈网络结构和协议栈第二章第二章 UTRAN基本概念基本概念第三章第三

13、章 基本信令流程基本信令流程第三章第三章 基本信令流程基本信令流程网络侧启动1、初始化设备 2、进行系统广播第一步手机开机1、小区选择2、位置登记3、等待呼叫第二步被呼第三步RRC连接建立第四步NAS信令连接建立第五步RAB建立1、同步建立2、异步建立第六步RAB/RB修改第六步传输信道重配置第六步物理信道重配置第六步软/硬切换第六步URA更新第六步小区更新第六步与GSM之间切换第七步RRC连接释放第八步重新待机1、小区选择2、等待呼叫呼叫总体流程呼叫总体流程第三章第三章 基本信令流程基本信令流程. 3.BCCH:System Information1.System Information U

14、pdate RequestUENode BRNCCNNBAPNBAPRRCRRC. 4.BCCH:System InformationRRCRRC 5.BCCH:System InformationRRCRRC. 2.System Information Update ResponseNBAPNBAP系统信息广播流程系统信息广播流程第三章第三章 基本信令流程基本信令流程UESRNCRRC: RRC CONNECTION REQUESTRRC: RRC CONNECTION SETUPRRC: RRC CONNECTION SETUP COMPLETENodeBUE为登记发起为登记发起RRC连接

15、建立，连接建立，SRNC决定在公共信道上建立决定在公共信道上建立RRC连接，连接，并且使用已经配置好的公共信道资源。并且使用已经配置好的公共信道资源。RRC建立流程建立流程(CCH)UESRNCCNRRC：INITIAL DIRECT TRANSFERRANAP: INITIAL UE MESSAGERRC：DTRANAP：DTRANAP：DTRRC：DTUE与与CN之间交换之间交换DT消息，如鉴权、连接建立、位置登记等。消息，如鉴权、连接建立、位置登记等。NAS信令建立流程信令建立流程UENodeBSRNCI U RELEASE CO M M AN DI U RELEASE CO M PLE

16、TERRC：RRC CO N N ECTI O N RELEASERRC：RRC CO N N ECTI O N RELEASE CO M PLETECNUE在登记过程中，没有使用专用的用户面资源，直接释放信令链路。在登记过程中，没有使用专用的用户面资源，直接释放信令链路。登记过程结束。登记过程结束。RRC释放流程释放流程(CCH)第三章第三章 基本信令流程基本信令流程CNSRNCUERANAP：PAGINGRRC：PAGING TYPE 1CN发送寻呼消息，指定发送寻呼消息，指定UE与寻呼区（与寻呼区（CN负责寻呼消息的重发）。负责寻呼消息的重发）。SRNC根据根据UE的状态发送相应的寻呼消

17、息。的状态发送相应的寻呼消息。寻呼流程寻呼流程(空闲状态空闲状态)CN发送寻呼消息，指定发送寻呼消息，指定UE与寻呼区（与寻呼区（CN负责寻呼消息的重发）。负责寻呼消息的重发）。SRNC根据根据UE的状态发送相应的寻呼消息。的状态发送相应的寻呼消息。UEServingRNCCNRRCRRC2. DCCH : PagingRANAPRANAP1. Paging寻呼流程寻呼流程(连接模式连接模式)UESRNCRRC: RRC CO N N ECTI O N REQ UESTRRC: RRC CO N N ECTI O N SETUPRRC: RRC CO N N ECTI O N SETUP CO

18、 M PLETENodeBRL SESETUP REQ UESTRL SETUP RESPO N SEALCAP建立、同步UE在在CCCH信道发送信道发送RRC建立请求消息，带有建立请求消息，带有UE标志、能力、原因；标志、能力、原因；SRNC如果条件满足，首先根据需求配置好如果条件满足，首先根据需求配置好NodeB，并建立与并建立与NodeB的通的通路；路；然后在然后在CCCH信道发送信道发送RRC连接建立消息，并等候连接建立消息，并等候UE从从DCCH的响应。的响应。RRC建立流程建立流程(DCH)当当SRNC决定在公共信道上建立决定在公共信道上建立RRC连接的时候，就不需要再配置连接的时

19、候，就不需要再配置NodeB并建立并建立SRNC与与NodeB之间的数据承载了，因为都已经建立好了。之间的数据承载了，因为都已经建立好了。UESRN CRRC: RRC CO N N ECTI O N REQ UESTRRC: RRC CO N N ECTI O N SETUPRRC: RRC CO N N ECTI O N SETUP CO M PLETEN odeBRRC建立流程建立流程(CCCH)UESRNCCNRRC：INITIAL DIRECT TRANSFERRANAP: INITIAL UE MESSAGERRC：DTRANAP：DTRANAP：DTRRC：DTUE与与CN之间交

20、换之间交换DT消息，如鉴权、业务请求、连接建立等。消息，如鉴权、业务请求、连接建立等。NAS信令建立流程信令建立流程UESRNCNodeBCN RAB ASSIGNMENT REQUESTALC AP建立RL RECONFIG PRERL RECONFIG READYALCAP建立、同步RRC：RB SETUPRRC：RB SETUP COMPLETERAB ASSIGNMENT RESPONSERL RECONFIG COMMITIu接口上的接口上的ALCAP建立过程有多次，允许同时建立多条用户面的建立过程有多次，允许同时建立多条用户面的RAB；用户面建立完毕后，用户面建立完毕后，UE进入通

21、话过程。进入通话过程。RAB建立流程建立流程(DCH-DCH,同步同步)UESRNCNodeBCNRAB ASSIGNMENT REQUESTALCAP建立RL RECONFIG REQRL RECONFIG RESPALCAP建立、同步RRC：RB SETUPRRC：RB SETUP COMPLETERAB ASSIGNMENT RESPONSERAB建立流程建立流程(DCH-DCH,异步异步)U ESRN CN odeBC NRAN AP: RAB ASSI G N M EN T REQ UESTALC AP建立RRC：RB SETUPRRC：RB SETUP CO M PLETERAN

22、AP：RAB ASSI G N M EN T RESPO N SERAB建立流程建立流程(RA/FA-RA/FA)RAN AP: RAB ASSI G N M EN T REQ UESTALCAP建立RRC：RB SETUPRRC：RB SETUP CO M PLETERAN AP：RAB ASSI G N M EN T RESPO N SERL SETUP REQRL SETUP RESPALC AP建立、同步RAB建立流程建立流程(RA/FA-DCH)UENodeBSRNCRL RECONFIG PREPARERL RECONFIG READYRL RECONFIG COMMITRB RE

23、CONFIGRB RECONFIG COMPLETEALCAP建立、同步ALCAP释放CNRAB ASSIGNMENT REQALCAP建立RAB ASSIGNMENT RESPALCAP释放RAB修改流程修改流程UENodeBSRNCRL RECONFIG PREPARERL RECONFIG READYRL RECONFIG COMMITTRANSPORT CHANNEL RECONFIGTRANSPORT CHANNEL RECONFIG COMPLETEALCAP建立、同步ALCAP释放传输信道重配置流程传输信道重配置流程UENodeBSRNCRL RECONFIG PREPARERL

24、 RECONFIG READYRL RECONFIG COMMITPHYSICAL CHANNEL RECONFIGPHYSICAL CHANNEL RECONFIG COMPLETE物理信道重配置流程物理信道重配置流程软切换宏分集：Macro diversity is a operation state in which a User Equipment simultaneously has radio links with two or more UTRAN access points for the sole aim of improving quality of the radio c

25、onnection or providing seamless活动集：“Active Set” Set of radio links simultaneously involved in a specific communication service between an User Equipment and a UTRAN access point软切换相关概念软切换相关概念Node BRNC软切换流程示意图软切换流程示意图同频 不同码 Rake 接受/分集合并Node BRNC软切换流程示意图软切换流程示意图同频 不同码RNC分集合并Node BRNC软切换流程示意图软切换流程示意图同频

26、 不同码SRNC分集合并，DRNC透传Node BServing RNCDrift RNC软切换流程示意图软切换流程示意图(SRNC-DRNC)Node BServing RNCRNC软切换流程示意图软切换流程示意图(SRN迁移迁移)软切换前软切换前软切换后软切换后软切换示意图CNSRNCNodeBNodeBCNSRNCNodeBNodeBCNSRNCNodeBNodeB软切换中软切换中软切换流程示意图（软切换流程示意图（RNC内）内）Decision to setupnew RL7. DCCH : Active Set Update Complete 6.DCCH: Active Set U

27、pdate CommandUENode B(new)SRNCNBAP1. Radio Link Setup RequestNBAPNBAP2. Radio Link Setup ResponseNBAP3 ALCAP Iub Data Transport Bearer SetupStart RX descriptionDCH-FP4. Downlink SynchronisationDCH-FPDCH-FP5.Uplink SynchronisationDCH-FPStart RX descriptionRRCRRCRRCRRC软切换流程（软切换流程（RNC内内add branch）Decis

28、ion to deletea RL2. DCCH : Active Set Update Complete 1.DCCH: Active Set Update CommandUENode B(old)SRNCNBAP3. Radio Link Deletion RequestNBAPNBAP4. Radio Link Deletion ResponseNBAPRRCRRCRRCRRCStop RX and Tx5 ALCAP Iub Transport Bearer release软切换流程（软切换流程（RNC内内del branch）软切换前软切换前软切换后软切换后无线链路同时增加与删除CN

29、SRNCRNCNodeBNodeBNodeBCNSRNCRNCNodeBNodeBNodeB软切换流程示意图（跨软切换流程示意图（跨RNC）7. Uplink SynchronisationRNSAPRNSAP1. Radio Link Setup RequestStart TX descriptionRNSAPRNSAP4. Radio Link SetupResponseNBAPNBAP2. Radio Link Setup RequestNBAPNBAP3. Radio Link Setup ResponseStart RX descriptionDecision to setupnew

30、 RL andrelease old RLNBAP 10. Radio Link Deletion RequestNBAPNBAP11. Radio Link Release ResponseStop RX and TX12. ALCAP Iub Data Transport Bearer ReleaseRRCRRC9. DCCH : Active Set Update CompleteRRCRRC 8. DCCH: Active Set Update CommandRadio Link Addition & DeletionNBAPUENode BDrift RNSNode BSer

31、ving RNSDrift RNCServing RNCALCAP Iur Bearer Setup5. ALCAP Iub Data Transport Bearer SetupDCH-FPDCH-FPDCH-FPDCH-FP6. Downlink Synchronisation软切换流程（跨软切换流程（跨RNC）硬切换前硬切换前硬切换后硬切换后无线链路不能够同时保存无线链路不能够同时保存CNSRNCNodeBNodeBCNSRNCNodeBNodeB硬切换流程示意图（硬切换流程示意图（RNC内）内）UENode BSourceNode BTargetSRNC8. DCCH : Physic

32、al Channel Reconfiguration Complete6.DCCH : Physical Channel Reconfiguration1. Radio Link Setup Request2. Radio Link Setup Response9. Radio Link Deletion Request10. Radio Link Deletion Response3 ALCAP ub Data Transport Bearer Setup7. Radio Link Failure IndicationRRCRRCNBAPNBAPNBAPRRCRRCNBAPNBAPNBAPN

33、BAPDecide to handoverStart RxStart TxDCH-FP4. Downlink SynchronisationDCH-FPDCH-FP5.Uplink SynchronisationDCH-FPNBAPNBAPNBAP11. ALCAP Iub Data Transport Bearer Release硬切换流程（硬切换流程（RNC内）内）硬切换前硬切换前硬切换后硬切换后无线链路不能够同时保存无线链路不能够同时保存CNSRNCRNCNodeBNodeBCNSRNCRNCNodeBNodeB硬切换流程示意图（跨硬切换流程示意图（跨RNC）RNSAPRNSAP1. R

34、adio Link Setup RequestUENode B SourceNode BTargetRNCSourceRNCTargetSRNCRRCRRC10. DCCH : Physical Channel Reconfiguration CompleteRRC7.DCCH : Physical Channel ReconfigurationRRC6. ALCAP Iur Data Transport Bearer Setup NBAPNBAP2. Radio Link Setup RequestNBAPNBAP3. Radio Link Setup ResponseNBAPNBAP12.

35、 Radio Link Deletion RequestNBAPNBAP13. Radio Link Deletion Response4. ALCAP ub Data Transport Bearer Setup14. ALCAP Iub Data Transport Bearer ReleaseRNSAPRNSAP15. Radio Link Deletion Response16. ALCAP Iur Data Transport Bearer ReleaseRNSAP5. RL Setup Response RNSAPRNSAP11. Radio Link Deletion Reque

36、stRNSAPNBAPNBAP8. Radio Link Failure IndicationRNSAPRNSAP9. Radio Link Failure Indication硬切换流程（跨硬切换流程（跨RNC通过通过 Iur接口）接口）UENodeBSRNCCNIU RELEASE COMMANDIU RELEASE COMPLETEALCAP释放RRC：RRC CONNECTION RELEASERRC：RRC CONNECTION RELEASE COMPLETERL DELETIONRL DELETION RESPONSEALCAP释放释放过程一般由释放过程一般由CN发起；当然在发起

37、；当然在UE异常情况下，异常情况下，SRNC也可以请求释放。也可以请求释放。首先释放首先释放UE的连接，然后再释放与的连接，然后再释放与NodeB的连接。的连接。RRC释放，就是呼叫的结束。释放，就是呼叫的结束。RRC释放流程（释放流程（DCH）当释放使用公共信道的当释放使用公共信道的UE时，可以发现时，可以发现SRNC只要直接释放只要直接释放UE就可以了，就可以了，而无需释放而无需释放NodeB的资源，当然也没有数据承载释放。的资源，当然也没有数据承载释放。U EN odeBSRN CC NI U RELEASE CO M M AN DI U RELEASE CO M PLETEALC AP

38、释放RRC：RRC CO N N ECTI O N RELEASERRC：RRC CO N N ECTI O N RELEASE CO M PLETERRC释放流程（释放流程（CCCH）第三章第三章 基本信令流程基本信令流程l小区更新流程lURA更新流程l系统间切换流程lSRNC Relocation流程连接移动性管理流程连接移动性管理流程l前向切换前向切换（Forward Handover）是UE发起的切换，包括CELL UPDATE和URA UPDATE过程。其中，URA UPDATE过程只用于处于URA_PCH状态的UE进行URA 重选，以及检查RRC连接是否正常。l对于CELL_FAC

39、H和CELL_PCH状态的UE 小区重选 处于SA(Service Area)，定时器T305超时（此定时器在广播的系统信息中定义）l对于CELL_PCH和URA_PCH状态的UE需要上传数据时（进入CELL_FACH状态）当在PCCH上接收到寻呼消息时，发起小区更新 CELL UPDATE过程还可用来重建RLC实体不可恢复的错误（丢失连接），以及监视RRC连接的状态。前向切换前向切换UEDRNCSourceDRNCTargetSRNCRNSAPRNSAP8. Common Transp. Channel Resources ReleaseRNSAPRNSAP2. Uplink Signall

40、ing TransferIndicationRNSAP3. Common Transp. Channel ResourcesInitialization RequestRNSAPRRC1. CCCH: Cell UpdateRRC-relayRRC6. DCCH: Cell Update ConfirmRRCRRC7. DCCH: RNTI Relocation CompleteRRCRNSAPRNSAP4. Common Transp. Channel Resourcesinitialization Response5. ALCAP Iur bearer setup小区更新流程小区更新流程U

41、ETargetRNC5.CCCH: URA Update ConfirmSourceRNC2.Uplink Signalling Transfer IndicationServingRNCnew C-RNTI,D-RNTI, UL message1.CCCH: URA UpdateU-RNTI, URA update causeRRC-relayRRC3. Decision Not toperform SRNSrelocation RRCRRC-relayRNSAPRNSAP4. Downlink Signalling Transfer RequestRNSAPRNSAPURA更新流程更新流程

42、MAP/EMAP/E2. PrepareHandoverBSSMAPBSSMAP4. Handover Reuqest AckRANAPRANAP13. Iu ReleaseCompleteBSSMAPBSSMAP3. Handover RequestMAP/EMAP/E5. Prepare Handover ResponseRANAPRANAP6. Relocation CommandBSSMAPBSSMAP8. Handover DetectBSSMAPBSSMAP10. Handover CompleteMAP/EMAP/E11. Send End Signal RequestMAP/E

43、 MAP/E14. Send End Signal ResponseRANAPRANAP1. Relocation RequiredUENode BRNCServingCNMSCBSCBTSRRC7. DCCH : Inter-System Handover CommandRRCRR9. Handover CompleteRRRANAPRANAP12. Iu Release Command硬切换流程（硬切换流程（UMTS-GSM）RANAPRANAP3. RelocationRequestBSSMAPBSSMAP1. HandoverRequiiedRANAPRANAP4. Relocatio

44、nRequest AckMAP/EMAP/E5. Prepare HandoverResponseMAP/EMAP/E2. PrepareHandoverBSSMAPBSSMAP6. HandoverCommandMAP/EMAP/E11. Send End SignalRequestBSSMAPBSSMAP12. ClearCommandBSSMAPBSSMAP13. ClearCompleteRANAPRANAP10. Relocation CompleteUENode BRNCTargetCNMSCBSCBTSMAP/EMAP/E14. Send End SignalResponseRRC9. DCCH : Handover CompleteRRCRR7. Handover CommandRRRANAPRANAP8. Reloc