1、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,LTE协议和网络架构简介,1,LTE主要无线信令流程,2,LTE端到端业务建立/释放相关流程,3,LTE高层协议相关的增强,4,主要内容,LTE协议和网络架构简介,1,LTE主要无线信令流程,2,LTE端到端业务建立/释放相关流程,3,LTE高层协议相关的增强,4,LTE的需求和目标,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 Sintrasearch时，UE自行决定是否进行同频测量 当服务小区Srxl
2、ev Snonintrasearch时，UE自行决定是否进行异频测量 当服务小区Srxlev Threshx,high在一段时间(Treselection-EUTRA)内， Snonservingcell 一直好于该阈值 (Threshx,high)低优先级小区重选判决准则当同时满足以下条件，UE重选至低优先级的异频小区UE驻留在当前小区超过1s 高优先级和同优先级频率层上没有其它合适的小区Sservingcell Threshx,low在一段时间(Treselection-EUTRA)内， Snonservingcell,x 一直好于该阈值(Threshx,low),优先级不同的异频小区重选
3、判决,重选判决准则-2 基于R准则,R准则,根据R值计算结果，对于重选优先级等于当前服务载频的邻小区，若：邻小区Rn大于服务小区Rs，并持续Treselection，同时UE已在当前服务小区驻留超过1s以上，则触发向邻小区的重选流程,服务小区Cell Rank(R值) Rs = Qmeas,s + Qhyst候选小区Cell Rank(R值) Rt = Qmeas,t - Qoffset,同频小区及同优先级异频小区重选判决,TAU概述,TA和TAI,TAU的定义,当移动台由一个TA移动到另一个TA时，必须在新的TA上重新进行位置登记以通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息，这个过程就是跟踪区
4、更新(Tracking Area Update,TAU),TAU概述,为了确认移动台的位置，LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区(Tracking Area, TA) TA功能与3G的位置区(LA)和路由区(RA)类似，是LTE系统中位置更新和寻呼的基本单位。TA用TA码(Tracking Area Code, TAC)标识，一个TA可包含一个或多个小区，TAC在这些小区的SIB1中广播与LAC、RAC类似，网络运营时用TAI作为TA的唯一标识，TAI由MCC、MNC和TAC组成，共计6字节,TA和TAI的定义,TA和TAI,UE在附着时，MME会为UE分配一组TA list（长度116）并发
5、送给UE保存，当需要寻呼UE时，网络会在TA list所包含的小区内向UE发送寻呼消息。,TAI LIST的定义,通过合理规划TA，设置合适TAI LIST的长度和内容，通过不断调整可以实现寻呼和位置更新的一个相对平衡，进而获得较优的网络性能,TAI LIST长度为898字节，分为三种类型，最多可包含16个TAIsUE附着时，MME通过ATTACH ACCEPT或TAU ACCEPT消息为UE分配一组TAI(TAI list) 当需要寻呼UE时，网络在TAI list所包含的所有小区内向UE发送寻呼UE收到TAI LIST后保存在本地，移动过程中只要进入的新TA的TAI包含在TA LIST中，
6、UE都无需发起TAU过程,TAI LIST,TAI LIST类型表,TAU概述,TAU分类,UE状态不同空闲态TAU连接态TAU更新内容不同非联合TAU更新TAI LIST联合TAU更新TAI LIST + LAU,TAU的应用场景,当前TA不在UE的TAI list里周期性TAU表明UE Alive；网络配置， IDLE或连接态均强制执行从服务区外返回服务区时，且周期性TAU到期，立刻执行MME负载均衡时，可要求UE发起TAUECM-IDLE状态下UE的GERAN和UTRAN Radio能力发生变化从UTRAN PMM Connected或GPRS READY状态通过小区重选进入E-UTRA
7、N时,TAU过程,在网络登记新的用户位置信息进入新的TA，其TAI不在UE存储的TAI LIST内给用户分配新的GUTI核心网在同一个MME pool用GUTI唯一标识一个UE。若TAU过程中更换了MME pool，则核心网会在TAU ACCEPT消息中携带新GUTI 分配给UE使UE和MME的状态由EMM-DEREGISTERED变为EMM-REGISTEREDUE短暂进入无服务区后回到覆盖区，信号恢复，且周期性TAU到期IDLE态用户可通过TAU过程请求建立用户面资源IDLE下发起TAU过程时，如果有上行数据或者上行信令(与TAU无关的)发送，UE可以在TAU request消息中设置an
8、 “active”标识，来请求建立用户面资源，并且在TAU完成后保持NAS信令连接 连接态不可设置该标识,TAU的作用,IDLE TAU流程-1,TAU Request中含ACTIVE标识，用户完成TAU后可继续进行数据业务传输,IDLE TAU流程-2,TAU Request中不含ACTIVE标识，TAU完成后释放连接,CONNECTED-TAU流程,连接态TAU流程若TAU accept未分配新GUTI，无过程6、7连接态TAU完成后，不释放NAS信令连接,连接建立及重配置流程,UE,eNB,MME,寻呼消息,连接建立请求,连接建立,连接建立完成（NAS）,初始终端消息（NAS）,初始终端
9、上下文建立请求,初始终端上下文建立相应,安全模式命令,安全模式完成,重配置请求,重配置完成,连接建立流程：当处于空闲状态的UE希望发起一个业务、或需要更新TA时、或响应寻呼时，触发该流程,连接重配置流程：承担着RRC连接管理的大部分功能，包括信令/数据承载管理、参数配置、切换执行、测量控制等,由网络向空闲态或连接态的UE发起Paging消息会在UE注册的所有小区发送（TA范围内）核心网触发：通知UE接收寻呼请求（被叫，数据推送）eNodeB触发：通知系统消息更新以及通知UE接收ETWS等信息,寻呼主要流程,在S1AP接口消息中，MME对eNB发paging消息，每个paging消息携带一个被寻
10、呼UE信息eNB读取Paging消息中的TA列表，并在其下属于该列表内的小区进行空口寻呼若之前UE已将DRX消息通过NAS告诉MME，则MME会将该信息通过paging消息告诉eNB,空口进行寻呼消息的传输时，eNB将具有相同寻呼时机的UE寻呼内容汇总在一条寻呼消息里寻呼消息被映射到PCCH逻辑信道中，并根据UE的DRX周期在PDSCH上发送,寻呼的发送,寻呼消息的读取,UE寻呼消息的接收遵循DRX的原则UE根据DRX周期在特定时刻根据P-RNTI读取PDCCHUE根据PDCCH的指示读取相应PDSCH，并将解码的数据通过寻呼传输信道（PCH）传到MAC层。PCH传输块中包含被寻呼UE标识（I
11、MSI或S-TMSI），若未在PCH上找到自己的 标识，UE再次进入DRX状态3G中UE也遵循DRX周期读取寻呼消息，但有专用的寻呼信道PICH和PCH,寻呼的读取,无线子帧的寻呼模式,FDD,TDD,随机接入过程,申请上行资源与eNodeB间的上行时间同步从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始接入和TAU更新无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区在RRC-CONNE
12、CTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位需要，网络利用随机接入获取时间提前量（TA: Timing Advance）,竞争接入过程,非竞争接入过程,随机接入实现的基本功能,随机接入的使用场景,基于竞争的随机接入（2-1）,UE随机选择preamble码发起Msg1：发送Preamble码eNB可以选择64个Preamble码中 的部分或全部用于竞争接入Msg1承载于PRACH上Msg2：随机接入响应Msg2由eNB的MAC层组织，并由 DL_SCH承载一条Msg2可同时响应多个UE的随 机接入请求eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA
13、-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资源、临时C-RNTI等Msg3：第一次调度传输UE在接收Msg2后，在其分配的上行资源上传输Msg3,基于竞争的随机接入过程2-1,基于竞争的随机接入过程2-2,基于竞争的随机接入（2-2）,针对不同的场景，Msg3包含不同的内容初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI上/下行数据到达：传输UE的C-R
14、NTIMsg4：竞争解决,基于非竞争的随机接入,UE根据eNB的指示，在指定的PRACH上使用指定的Preamble码发起随机接入Msg0：随机接入指示对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通过PDCCH通知UE,Msg1：发送Preamble码UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指定的Preamble码发起随机接入Msg2：随机接入响应Msg2与竞争机制的格式与内容完全一样，可以响应多个UE发送的Msg1,基于非竞争的随机接入过程,连接态下UE的数据传输过程,数据通信又可以分为上行数据传输、下行业务传输。下面以上行业务到达为例，介绍数据发送的过程
15、,连接态下UE的测量以及切换过程,注：网络侧各种测量和切换参数的配置、基站的切换算法等都是各厂家的实现算法，是影响产品性能的重要因素,切换完成阶段,切换执行阶段,切换准备阶段,测量概述,测量流程介绍,RRC_IDLE状态下，UE的测量参数信息通过E-UTRAN的广播获得RRC_CONNECTED状态下，E-UTRAN通过专属信令向UE下发测量配置（measurement configuration）信息，如RRCConnectionReconfiguration消息中可携带UE可执行的测量类型同频测量：测量与当前服务小区下行频点相同的邻小区下行频点异频测量：测量与当前服务小区下行频点不同的下行
16、频点（同小区或邻小区）与UTRA的系统间测量与GERAN的系统间测量与CDMA2000 HRPD或CDMA2000 1xRTT的系统间测量,测量下达,IDLE态，网络侧通过系统消息告知UE需要进行的测量及其参数SIB4：下发同频邻区测量信息（邻区列表）SIB5：下发异频邻区测量信息（邻区列表）SIB6：下发UTRAN邻区信息SIB7：下发GERAN邻区信息SIB8：下发CDMA2000邻区信息连接态，网络侧通过RRC重配消息中携带 MeasConfig 信元给UE下发测量配置该信元中携带测量对象和测量上报标准,测量配置下发,测量报告上报,IDLE态下，UE不上报，仅做小区重选；连接态下UE进行
17、测量上报事件触发一次上报触发事件有A1A5，B1，B2上报次数为一次UE忽略上报间隔配置周期性上报触发类型为周期，包含上报CGI、上报最强小区、SON目的上报最强小区如果上报目的为“上报CGI”或上报“SON目的上报最强小区”，则上报次数为1事件触发周期上报（事件触发上报与周期性上报的结合）触发事件有A1A5，B1，B2上报次数为多次上报间隔配置有效,测量上报,主要内容,LTE协议和网络架构简介,1,LTE端到端业务建立/释放相关流程,3,LTE主要无线信令流程,2,LTE高层协议相关的增强,4,Attach和Detach过程,作用：Attach过程完成UE在网络的注册，完成核心网（EPC）对
18、该UE默认承载的建立Detach过程完成UE在网络侧的注销和所有EPS承载的删除Attach说明：LTE中，Attach伴随着核心网处默认承载的建立Detach说明：UE/MME/SGSN/HSS均可发起detach过程若网络侧长时间没有获得UE的信息，则会发起隐式的Detach过程，即核心网将该UE的所有承载释放而不通知UE,Attach与Detach过程,UE开机Attach过程,Attach信令流程E-UTRAN部分,在无线网部分，LTE的attach与3G的类似，完成相同的功能而在核心网部分，除荐权、身份验证、用户注册以外，LTE还包含默认承载的建立，而3G中没有,Attach过程说明
19、,处在RRC_IDLE态的UE进行Attach过程，首先发起随机接入过程，即MSG1消息；eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；UE收到随机接入响应后，根据MSG2的TA调整上行发送时机，向eNB发送RRCConnectionRequest消息；eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承载信息和无线资源配置信息；UE完成SRB1承载和无线资源配置，向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS层Attach request信息；eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE
20、消息，包含NAS层Attach request消息；MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，请求建立默认承载，包含NAS层Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息；eNB接收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，如果不包含UE能力信息，则eNB向UE发送UECapabilityEnquiry消息，查询UE能力；UE向eNB发送UECapabilityInformation消息，报告UE能力信息；eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO
21、 INDICATION消息，更新MME的UE能力信息；eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE发送 SecurityModeCommand消息，进行安全激活；UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配置，建立SRB2、DRB（包括默认承载）等；UE向eNB发送RRCConnectionRec
22、onfigurationComplete消息，表示资源配置完成；eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成；UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息；eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息。,Attach流程说
23、明,Connected UE initiated Detach,Detach信令流程连接态UE发起,Connected UE initiated Detach说明,处在RRC_CONNECTED态的UE进行Detach过程，向eNB发送UL NAS Transfer消息，包含NAS层Detach request信息；eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Detach request信息；MME向Serving-GW发送Delete Session Request，以删除EPS承载；Serving-GW向MME发送Delete Session Res
24、ponse，以确认EPS承载删除；MME向基站发送下行直传DOWNLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Detach accept消息；eNB向UE发送DLInformationTransfer消息，包含NAS层Detach accept消息；MME向eNB发送UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息，请求eNB释放UE上下文信息；eNB接收到UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息，向UE发送RRCConnectionRelease消息，释放RRC连接；eNB释放UE上下文信息，向MME发送UE CONTEXT RELEASE COMPLETE
25、消息进行响应。,连接态UE发起Detach流程说明,MME-initiated Detach,MME发起的Detach过程与UE发起的类似，只是Detach Request由MME发起,Detach信令流程连接态MME发起,HSS-initiated Detach,Service Request 概述,Service Request过程,作用当UE无RRC连接且有上行数据发起需求时当UE处于ECM IDLE态且有下行数据达到时在S1接口上建立S1承载，在Uu接口上建立数据无线承载说明当UE发起service request时，需先发起随机接入过程Service Request由RRC Conn
26、ection Setup Comlete携带上去当下行数据达到时，网络侧先对UE进行寻呼，随后UE发起随机接入过程，并发起service request过程UE发起service request相当于主叫过程下行数据达到发起的service request相当于被叫接入,UE triggered Service Request,主叫、被叫均需发起该过程,Network Triggered Service Request,被叫业务，网络通过Paging引发UE发起该过程,E-RAB建立过程,作用：为专用承载分配资源为默认承载分配资源过程：PDN-GW根据QoS策略制定该EPS承载的QoS参数S-
27、GW向eNB发送承载建立请求，包含（IMSI, QoS, TFT, TEID, LBI等）MME向eNB发送E-RAB建立请求，包含E-RAB ID,QoS,S-GW TEIDeNB接收建立请求消息后，建立数据无线承载eNB返回E-RAB建立响应消息，E-RAB建立列表信息中包含成功建立的承载信息，E-RAB建立失败列表消息中包含没有成功建立的承载消息说明：必须在UE RRC CONNECTED态下执行UE和EPC均可发起，eNB不可发起UE发起时，EPC仅将其作为参考，有权接受或拒绝。当EPC接受时，可回复承载建立、修改流程。而在3G中，数据业务的PDP激活流程由UE发起。,E-RAB建立概
28、述,PDN GW发起的E-RAB建立流程,UE为ECM IDLE态时，第三步触发由网络发起的service request过程,E-RAB修改过程,E-RAB修改概述,作用E-RAB修改过程由MME发起，用于修改已经建立承载的配置过程P-GW发起承载修改请求，S-GW将其发给MMEMME向eNB发送E-RAB修改请求消息，修改一个或多个承载，E-RAB修改列表信息包含每个承载的QoSeNB接收到E-RAB修改请求消息后，修改数据无线承载eNB返回E-RAB修改响应消息， E-RAB修改列表信息中包含成功修改的承载信息，E-RAB修改失败列表消息中包含没有成功修改的承载消息说明必须在CONNEC
29、TED态下执行UE和EPC均可发起，eNB不可发起UE发起时，EPC可回复承载建立、修改、释放流程分为修改Qos和不修改Qos两种类型,PDN GW发起E-RAB修改流程（修改QoS）,修改E-RAB的Qos,PDN GW发起E-RAB修改流程（不修改QoS）,不修改E-RAB的Qos,E-RAB释放概述,E-RAB释放过程,PDN GW和MME均可发起对E-RAB的释放流程对于PDN GW发起的承载释放，可释放专用承载或该PDN地址下的所有承载对于MME发起的承载释放，可释放某一专用承载，但不能释放该PDN下的默认承载过程无论P-GW或MME发起的释放过程，MME向eNB发送E-RAB释放命令消息，释放一个或多个承载的SI和Uu接口资源eNB接收到E-RAB释放命令消息后，释放每一个承载的S1接口资源,Uu接口上的资源和数据无线承载说明UE或MME均可发起对PDN连接释放的请求，此时可以删除该PDN下的专用承载（不包括默认承载）,
