WCDMA基本信令流程

1、WCDMAWCDMA无线基本信令流程无线基本信令流程技术研究部技术研究部 朱佳佳朱佳佳2一一二二信令基础信令基础基本呼叫流程基本呼叫流程内容提要内容提要3UMTS接口通用协议模型接口通用协议模型物理层物理层信令承载信令承载ALCAP应用协议应用协议无线网络层无线网络层传输网络层传输网络层 控制面控制面 传输网络控制面传输网络控制面用户面用户面数据流数据流数据承载数据承载信令承载信令承载 传输网络用户面传输网络用户面 传输网络用户面传输网络用户面接口协议结构的原则是层与平面在逻辑上相互独立，如果需要，在将来的接口协议结构的原则是层与平面在逻辑上相互独立，如果需要，在将来的协议版本协议层、甚至一个

2、平面内的所有层可以改变。协议版本协议层、甚至一个平面内的所有层可以改变。NBAPRANAPRNSAPATMIPIPOAIuUPFPMAC RLC PDCPATMIPOAATMIPIPOA4NBAPL1L1MACRLCRRCMM/GMMCCSMNBAPTransport LayerTransport LayerTransport LayerMACRLCRRCRANAPRANAPMM/GMMCCSMUuUENode BRNCCNIubIuTransport LayerUMTS控制面协议栈控制面协议栈非接入层主要功能包括位置区非接入层主要功能包括位置区/路由区更新、路由区更新、PDP上下文上下文 激

3、活、激活、鉴权鉴权加密等加密等接入层是接入层是RNC、NodeB需要处理的信令，主要功能包括需要处理的信令，主要功能包括RRC连接建立、连接建立、UE和核心网之间的信令建立、和核心网之间的信令建立、RAB建立、呼叫释放、切换等建立、呼叫释放、切换等5移动台工作模式移动台工作模式UEUE存在着两个基本的运行模式：空闲模式和连接模式。存在着两个基本的运行模式：空闲模式和连接模式。u 空闲模式：UE与网络之间不存在RRC连接。u连接模式：UE与网络之间存在RRC连接 判别UE处于空闲模式或是连接模式的标准：UE与网络之间是否存在RRC连接。6UE工作模式工作模式 CELL_DCH状态u 连接模式：U

4、E与UMTS之间存在RRC连接。l在上下行给UE分配了一个专用物理信道；l根据UE当前的激活集可以知道UE所在的小区； CELL_FACH状态l网络没有给UE分配专用信道资源lUE连续监听一个下行FACH信道；l上行方向上UE分配一个公共信道进行数据传输(一般是随机接入信道)；l网络知道UE所在的具体小区7UE工作模式工作模式 CELL_PCH状态状态l网络没有为UE分配专用信道，不能有任何上行的活动。lUE使用非连续接收(DRX)技术来省电l网络知道UE所在的小区 URA_PCH状态状态l没有为UE分配专用信道，不能有任何上行的活动。lUE使用非连续接收(DRX)技术来省电l网络知道UE所在

5、URA区域，其中URA区域是一个或者多个小区组合的逻辑概念8UE的业务状态转换的业务状态转换驻留在UTRAN小区Cell_DCHCell_FACHCell_PCHURA_PCH连接模式GSM 连接模式GPRS 连接模式驻留在GSM/GPRS小区系统间切换小区重选空闲模式RRC连接建立RRC连接释放p UE在空闲模式下，通过在空闲模式下，通过RRC连接，能直接进入连接，能直接进入CELL_DCH或者或者Cell_FACH状态，不能直接进入状态，不能直接进入URA_PCH和和CELL_PCH状态状态p CELL_DCH状态下，是可以直接进入状态下，是可以直接进入CELL_FACH、CELL_PCH

6、/URA_PCH状态状态p URA_PCH状态和状态和CELL_PCH状态不能直接迁移到状态不能直接迁移到CELL_DCH状态，必须通过状态，必须通过CELL_FACH状态中转状态中转9一一二二信令基础信令基础基本呼叫流程基本呼叫流程内容提要内容提要10呼叫整体流程呼叫整体流程开机开机搜索小区搜索小区位置更新位置更新待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫11UE在空闲模式的动作在空闲模式的动作n进行小区的选择和重选，依据是什么？n进行小区重选时，需要测量邻小区的信号，邻

7、区信息从哪里得到？n可能进行随机接入过程，随机接入过程的初始参数从哪里得到？n空闲模式和连接模式的一些关键的定时器信息、DRX周期等参数从哪里得到？12系统广播消息流程系统广播消息流程UEUtranSystemInformationBlock Type1SystemInformationBlock Type3-SystemInformationBlock Type11SystemInformationBlock Type513呼叫整体流程呼叫整体流程位置登记位置登记待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立

8、连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索14RRC连接建立前的随机接入过程连接建立前的随机接入过程消息内容？UE以较小初始的发射功率向基站发送前导序列，如果基站没有回应的话，间隔一定时间，功率按一定步长增大发送，直到收到基站下行AICH确认15RRC建立流程建立流程Initial UE identity, Establishment cause1. RRC Connection Request UENode-BRNCRRCRRCUL/DL SF code , UL/DL scrambling code, power control info 6. RRC Connecti

9、on Setup RRCRRCIntegrity information, ciphering information,UE Capability7. RRC Connection Setup Complete RRCRRC2. Allocate RNTI Select L1 and L2 parametersNBAPNBAP3. RL Setup Request -NBAPNBAP4. RL Setup Response -5. ALCAP 建立和同步如果RRC连接建立在专用信道上16呼叫整体流程呼叫整体流程位置登记位置登记待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区

10、URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索17直传消息流程直传消息流程UECNSRNC Node-BRANAPRANAP1. Direct TransferCN Domain Indicator, NAS PDURRCRRC2. Downlink Direct Transfer NAS messageRANAPRANAP2. Direct TransferCN Domain Indicator, NAS PDURRCRRC1. Uplink Direct Transfer CN node indicator, N

11、AS messageRRCRRCInitial Direct Transfer CN node indicator, NAS messageRANAPRANAPInitial UE MessageSCCP:Connection requestCN Domain Indicator, NAS PDUSCCPSCCPCC(success)初始化直传消息下行直传上行直传184. Security Mode Complete3.Security Mode Control鉴权和安全模式鉴权和安全模式UERNSCN1. Downlink Direct Transfer (Authentication Re

12、quest)2. Uplink Direct Transfer (Authentication Response)RRC连接建立连接建立初始化直传消息建立与初始化直传消息建立与CN的信令链路的信令链路呼叫建立呼叫建立19呼叫建立呼叫建立UERNSCN2. Downlink Direct Transfer (Call Proceeding)RRC连接建立连接建立1. Uplink Direct Transfer (Call setup)3.RAB建立建立4. Downlink Direct Transfer (Alerting)5. Downlink Direct Transfer (Conne

13、ct)6. Uplink Direct Transfer (Connect Acknowledge)开始通话开始通话建立与建立与CN的信令链路的信令链路鉴权加密鉴权加密语音业务：无线和核心网控制面通道打通20呼叫整体流程呼叫整体流程位置更新位置更新待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新信道信道重配置重配置RBRAB修改修改RAB建立建立RRC连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索21 RAB的建立流程的建立流程UECNRNC Node-BRANAPRANAP1. RAB Assignment RequestTraffic cl

14、ass, MBR, GBR, THP/ARP2. ALCAP Iu Data Transport Bearer Setup3. Radio Link Recongration procedureRRCRRC5. Radio Bearer SetupDL OVSF Code,UL SF,Max UL Power,BLER Target for DL Power ControlRRCRRC6. Radio Bearer Setup Complete -RANAPRANAP7. RAB Assignment Response-4. ALCAP Iub Data Transport Bearer Se

15、tupRAB指用户面的承载，用于UE和CN之间传送语音、数据、多媒体等业务信息。22n根据RAB建立前RRC连接状态与RAB建立后RRC连接状态，可以将RAB的建立流程分成以下三种情况：DCH-DCH:RAB建立前RRC连接建立在DCH上，RAB建立后RRC连接还是建立在DCH上；CCH-DCH:RAB建立前RRC建立CCH，RAB建立后RRC连接建立在DCH；CCH-CCH:RAB建立前RRC使用CCH，RAB建立后RRC使用CCH。RAB的建立流程的建立流程23DCH-DCH的的RAB建立建立n UE当前的RRC状态为DCH时，指配的RAB只能建立在DCH上。根据无线链路重配置情况，RAB

16、建立流程又可分为两种情况：同步重配置无线链路异步重配置无线链路n二者的区别在于NodeB与UE接收到SRNC下发的配置消息后，能否立即启用新的配置参数 24同步同步DCH-DCH的的RAB建立建立n在这种情况下，需要SRNC、NodeB与UE之间同步重配置无线链路。同步过程如下：NodeB在接收到SRNC下发的重配置无线链路消息后，不能立即启用新的配置参数，而是准备好相应的无线资源，等待接收到SRNC下发的重配置执行消息，从消息中获取SRNC规定的同步时间；UE在接收到SRNC下发的配置消息后，也不能立即启用新的配置参数，而是从消息中获取SRNC规定的同步时间；在SRNC规定的同步时刻，Nod

17、eB与UE同时启用新的配置参数。25同步同步DCH-DCH的的RAB建立信令建立信令nDCH-DCH同步重配置无线链路RAB建立流程如图UESRNCNBAP6.NodeBNBAPRRCRRCRRCRRCNBAPNBAP8.RADIO BEARER SETUP COMPLETE3.RADIO LINK RECONFIGURATIONPREPARE (Synchronised)4. RADIO LINK RECONFIGURATION READY (Synchronised)5.ALCAPSetup and synchronizationRADIO BEARER SETUPCNRANAPRANAP

18、1. RAB ASSIGNMENT REQUEST2.ALCAP setupRANAPRANAP9. RAB ASSIGNMENT RESPONSENBAPNBAP7. RADIO LINK RECONFIGURATION COMMIT (Synchronised)26RAB建立流程建立流程(DCH-DCH,异步异步)UESRNCNBAP6.NodeBNBAPRRCRRCRRCRRCNBAPNBAP7.RADIO BEARER SETUP COMPLETE3. RADIO LINK RECONFIGURATION REQUEST4. RADIO LINK RECONFIGURATIONRESP

19、ONSE5.ALCAPSetup and synchronizationRADIO BEARER SETUPCNRANAPRANAP1. RAB ASSIGNMENT REQUEST2.ALCAP setupRANAPRANAP8. RAB ASSIGNMENT RESPONSENodeB与UE在接收到SRNC下发的配置消息后，将立即启用新的配置参数。27CCH-DCHn 当当RRCRRC连接建立在连接建立在CCHCCH时，时，RNCRNC根据根据RABRAB指配消息中的指配消息中的QoSQoS参参数，可以将指配的数，可以将指配的RABRAB建立在建立在DCHDCH上。此时需要将上。此时需要将

20、RRCRRC连接状态连接状态从从CCHCCH改变为改变为DCHDCH。UESRNCNBAP6.NodeBNBAPRRCRRCRRCRRCNBAPNBAP7.RADIO BEARER SETUP COMPLETE3.4.5.ALCAPSetup and synchronizationRADIO BEARER SETUPCNRANAPRANAP1. RABASSIGNMENT REQUEST2. ALCAP setupRANAPRANAP8. RAB ASSIGNMENT RESPONSERADIO LINK SETUP REQUESTRADIO LINK SETUP RESPONSE28CCH-

21、CCHUESRNC3.NodeBRRCRRCRRCRRC4.RADIO BEARER SETUP COMPLETERADIO BEARER SETUPCNRANAPRANAP1. RAB ASSIGNMENT REQUEST2.ALCAPsetupRANAPRANAP5. RAB ASSIGNMENT RESPONSE29呼叫建立呼叫建立-主叫主叫UERNSCN2. Downlink Direct Transfer (Call Proceeding)RRC连接建立连接建立1. Uplink Direct Transfer (Call setup)3.RAB建立建立4. Downlink Dir

22、ect Transfer (Alerting)5. Downlink Direct Transfer (Connect)6. Uplink Direct Transfer (Connect Acknowledge)开始通话开始通话初始化直传消息建立与初始化直传消息建立与CN的信令链路的信令链路鉴权加密鉴权加密被叫摘机30UE被叫被叫UERNS被叫被叫MSC3. RRC连接建立连接建立6. RRC DT(Setup)4 CN信令链路建立信令链路建立5. 鉴权和安全模式鉴权和安全模式7. RRC DT(Call Confirm)8. RAB建立建立1. Paging 2. Paging 9. RR

23、C DT(Alerting)10. RRC DT(Connected)12. 通话过程通话过程11. RRC DT(Connect ACK)31CS 呼叫端到端流程呼叫端到端流程32PS 呼叫流程呼叫流程33呼叫整体流程呼叫整体流程位置更新位置更新待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立RAB/RRC连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索34RAB修改流程修改流程n当UE业务切换或速率调整时，CN将重配置业务信道以支持业务QoS的改变，RAB修改用于完成该过程。n与RAB建立和释放

24、过程对应，可以将RAB的修改流程分成以下四种情况：DCH-DCH，修改RAB前RRC使用DCH，修改后RRC使用DCH；CCH-CCH，修改RAB前RRC使用CCH，修改后RRC使用CCH；CCH-DCH，修改RAB前RRC使用CCH，修改后RRC使用DCH；DCH-CCH，修改RAB前RRC使用DCH，修改后RRC使用CCH。nRAB的修改实际上是用户面业务的参数，如速率等发生改变。35RAB修改流程修改流程n这里只介绍DCH-DCH RAB修改情况，其它情况可以类推。n 与RAB建立过程类似，DCH-DCH RAB修改可以分为以下两种情况：同步重配置无线链路异步重配置无线链路n这里只介绍同

25、步配置无线链路RAB修改情况。DCH-DCH同步重配置无线链路RAB修改流程如图所示。36RAB修改流程修改流程NBAPUENodeBServing RNSServingRNCCNRRCRRCNBAPNBAP 5.RADIO LINK RECONFIGURATION READYNBAP7.RADIO LINK ECONFIGURATION COMMITRRCRRCIu DataRANAPRANAP9. RAB ASSIGNMENT RESPONSERANAPRANAP1. RAB ASSIGNMENT REQUESTNBAPNBAP 4.RADIO LINK RECONFIGURATION P

26、REPARE2. Select L1, L2 and Transport Bearer parameterse.g. for Radio Bearerreconfiguration.)3. ALCAP Iu Data Transport Bearer ModifyModify ALCAPIub Data Transport Bearer ModifyActualizing Radio Bearer modification (e.g. Apply new transport format set)6.DCCH: RADIO BEARER RECONFIGURATION8 .DCCH: RADI

27、O BEARER RECONFIGURATION COMPLETE37呼叫整体流程呼叫整体流程位置更新位置更新待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立RAB/RRC连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索38呼叫释放呼叫释放n 呼叫释放流程分为两种类型：UE主动发起的释放核心网发起的释放但最终的资源释放过程都是由CN发起的。nCN决定进行呼叫释放后，向SRNC发送Iu释放命令消息IU RELEASE COMMAND。SRNC收到该释放命令后，过程如下：进行Iu信令连接的释放；进行Iu

28、接口用户面传输承载的释放；进行RRC连接的释放。39呼叫释放呼叫释放-RAB释放释放nRAB释放也是CN发起由UMTS完成的功能，同样，可以将RAB的释放流程分成以下三种情况：DCH-DCH，释放RAB前RRC使用DCH，释放后RRC使用DCH；CCH-CCH，释放RAB前RRC使用CCH，释放后RRC使用CCH；DCH-CCH，释放RAB前RRC使用DCH，释放后RRC使用CCH。n这里只介绍DCH-DCH RAB释放情况，其它情况可以类推。与RAB建立过程类似，在无线接口上，DCH-DCH RAB释放可以分为以下两种情况：同步重配置无线链路异步重配置无线链路n这里只介绍同步配置无线链路RA

29、B释放情况，异步重配置无线链路RAB释放情况，可以根据Iub接口异步重配置无线链路过程类推。40呼叫释放呼叫释放-RAB释放释放UENodeBServing RNSServingRNCCNRRCRRC6.DCCH : RADIO BEARER RELEASE COMPLETENBAPNBAP3.RADIO LINK RECONFIGURATION READYNBAPNBAP5.RADIO LINK RECONFIGURATION COMMITRRCRRCDCCH 4:RADIO BEARER RELEASE Apply new transport format set ALCAP Iub Da

30、ta Transport Bearer ReleaseRANAPRANAP1 RAB ASSIGNMENT REQUESTReleaseNBAPNBAP2RADIO LINK RECONFIGURATION PRPAREDCH DeletionRANAPRANAP8. RAB ASSIGNMENT RESPONSE7. ALCAP Iu Data Transport Bearer Releasenot required towards PSdomain41呼叫释放呼叫释放-RRC连接释放连接释放nRAB释放后，SRNC会判断系统中是否还存在由相同RRC承载的RAB。如果RRC承载的全部RAB已

31、全部被释放，则释放RRC连接。nRRC连接释放就是释放UE和UTRAN之间的信令链路以及全部无线承载，经过RRC连接释放过程，无线接口上将释放所有与UE相关的信令连接。n根据RRC连接所占用的资源情况，可进一步划分为两类：释放建立在专用信道上的RRC连接、释放建立在公共信道上的RRC连接 42释放建立在专用信道上的释放建立在专用信道上的RRC连接连接UESRNCNodeBNBAPNBAPNBAPNBAP1.RRC CONNECTION RELEASE3. RADIO LINK DELETION REQUESTRRCRRC2.RRC CONNECTION RELEASE COMPLETERRCR

32、RC4. RADIO LINK DELETION RESPONSE5.ALCAPRelease释放建立在公共信道上的RRC连接无3、4、543语音业务释放流程语音业务释放流程44呼叫整体流程呼叫整体流程位置更新位置更新待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立RRC连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索45切换的分类切换的分类n软切换：软切换：n同一个同一个NodeB不同扇区间的更软不同扇区间的更软切换切换n同一个同一个RNC不同不同NodeB间的软切间的软切换换 n有有Iur接口的

33、跨接口的跨RNC间的的软切换间的的软切换 n硬切换硬切换n不同载频间的硬切换不同载频间的硬切换n同一载频下的硬切换（强制性硬同一载频下的硬切换（强制性硬切换）切换）n系统间硬切换（如与系统间硬切换（如与GSM之间）之间）n不同模式间硬切换（如不同模式间硬切换（如FDD与与TDD之间）之间）NodeB 3Cell 4SRNCDRNCNodeB 2Cell 2Cell 3NodeB 1Cell 1UMTS Carrier 1BTS 1Cell 1BSCGSM/GPRS Softer HOSoft HOSoft HO inter -RNC2G to 3G HHO3G to 2G HHO更软切换RNC

34、内的软切换2G到3G的系统间切换图例图例UMTS Carrier xInter-Frequency HHORNC间的软切换3G到2G的系统间切换异频硬切换46切换的基本流程切换的基本流程1.1.测量控制命令测量控制命令3.3.测量报告测量报告5.5.切换命令切换命令2.UE2.UE根据测量控制命根据测量控制命令开启相应测量令开启相应测量4.UTRAN4.UTRAN根据测量报根据测量报告进行切换判决告进行切换判决6.UE6.UE根据切换命令执根据切换命令执行切换行切换47UENode-B SRNCRRCRRC1. Measurement ControlNBAPNBAP4. RL Setup Re

35、quest -RRCRRC7. Active Set Update Complete NBAPNBAP5. RL Setup Response -3. Decision to setup new RL软切换无线链路增加软切换无线链路增加RRCRRC6. Active Set Update RRCRRC2. Measurement Report(一般是A)RRCRRC. Measurement Control48UENode-B SRNCRRCRRC1. Measurement ControlNBAPNBAP6. RL deletion Request -RRCRRC5. Active Set

36、Update Complete NBAPNBAP7. RL deletion Response -3. Decision to delete old RL软切换无线链路删除软切换无线链路删除RRCRRC4. Active Set Update RRCRRC2. Measurement Report(一般是B)RRCRRC. Measurement Control49UENode-B SRNCRRCRRC1. Measurement ControlRRCRRC6. Active Set Update Complete 3. Decision to setup new RLand delete o

37、ld RL软切换无线链路替换软切换无线链路替换RRCRRC5. Active Set Update RRCRRC2. Measurement Report(一般是C)RRCRRC8. Measurement Control4. Radio Link Setup procedure7. Radio Link deletion procedure50呼叫整体流程呼叫整体流程位置更新位置更新待机待机RRC连接建立连接建立NAS连接建立连接建立切换切换小区小区URA更新更新状态转换状态转换RBRAB修改修改RAB建立建立RRC连接释放连接释放主叫主叫/被叫被叫开机、小区开机、小区搜索搜索51UENod

38、e-B SRNCNBAPNBAP4. RL deletion Request -RRCRRC3. Radio Bearer/Physical Channel Reconfigration completeNBAPNBAP5. RL deletion Response -1.决定转换到 CELL_FACH状态状态迁移流程状态迁移流程CELL_DCH-CELL_FACHRRCRRC2 . Radio Bearer/Physical Channel Reconfigration 6. ALCAP传输承载 释放52UENode-B SRNCNBAPNBAP2. RL setup Request -RRCRRC6. Radio Bearer /Physical Channel Reconfigration CompleteNBAPNBAP3. RL setup Response -1.决定转换到 CELL_DCH状态状态迁移流程状态迁移流程CELL_FACH-CELL_DCHRRCRRC5 . Radio Bearer/Physical Channel Reconfigration 4. ALCAP 传输承载建立53UENode-B SRNCNBAPNBAP3. RL Reconfigration Prepare RRCRRC7. Physical Channel Reco