1、WCDMA无线网络基本信令流程,WCDMA技术原理系列胶片,王 戬 中兴通讯移动网规网优部 Mobile: 13482358569 E-mail: wang.jian_,UTRAN网络结构和接口概述 UTRAN接口协议和功能 端到端的呼叫处理流程,3,CN,UTRAN,UE,UMTS系统结构,UTRAN：UMTS陆地无线接入网 CN：核心网 UE：用户设备,Iu,Uu,4,RNS,RNS,Node B,Node B,Node B,Node B,RNC,CN,RNC,Iu,Iu,UTRAN体系结构,5,物理层,信令承载,ALCAP,应用协议,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面
2、,数据流,数据承载,信令承载,传输网络用户面,传输网络用户面,UTRAN接口通用协议模型,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、甚至一个平面内的所有层可以改变。,N B A P,R A N A P,R N S A P,A T M,I P,I P O A,Iu UP,FP,MAC RLC PDCP,A T M,I P O A,A T M,I P,I P O A,6,端到端业务,UMTS承载业务,外部承载业务,TE/MT 本地承载业务,物理承载业务,UTRA FDD/TDD业务,骨干网业务,Iu 承载业务,无线承载业务（RB）,无线接入承载业务（RAB）,
3、核心网承载业务,TE,CN网关,UTRAN,MT,TE,CN IuEDGE结点,UMTS,UMTS承载业务的体系结构,UTRAN网络结构和接口概述 UTRAN接口协议和功能 端到端的呼叫处理流程,8,Radio Network c-plane protocol,RNC,CN,Node B,UE,RNC,RANAP,RNSAP,NBAP,RRC,NBAP：Node B Application Part RANAP: Radio Access Network Application Part RNSAP: Radio Network Subsystem Application Part RRC:
4、Radio Resource Control,9,Node B,RNC,RNC,CS Domain,PS Domain,BC Domain,Node B,Node B,Node B,UTRAN,Core Network (CN),“Iu-CS”,“Iu-PS”,“Iu-BC”,Iu接口,Iu接口逻辑结构,10,Physical Layer,ATM,AAL 5,AAL 5,SSCF-NNI,SSCOP,Q.2150.1,AAL 2,Q.2630.1,RANAP,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面,Iu UP Protocol Layer,MTP3b,SCCP,SSCF-NNI
5、,SSCOP,MTP3b,传输网络用户面,传输网络用户面,Iu接口综述Iu-CS协议结构,11,Physical Layer,ATM,AAL 5,SSCF-NNI,SSCOP,RANAP,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面,Iu UP Protocol Layer,MTP3-B,SCTP,IP,SCCP,传输网络用户面,传输网络用户面,Physical Layer,ATM,AAL 5,UDP,IP,GTP-U,M3UA,Iu接口综述Iu-PS协议结构,12,Physical Layer,SABP协议层,无线网络层,传输网络层,SA 广播面,传输网络用户面,Iu接口综述Iu-
6、BC协议结构,IP,TCP,ATM,Data Link,13,Iu接口功能,移动性管理功能 位置区报告 SRNS Relocation RNC间硬切换和系统间切换 无线接入承载（RAB）管理功能 RAB的建立、更改、释放 Iu数据传输 正常数据传输 异常数据传输 UECN连接信息的透明传输,寻呼（Paging） Iu释放 过载控制 安全模式控制 公共UE ID（IMSI）的管理 Iu信令跟踪管理 Iu接口异常管理 CBS（Cell Broadcast Service）控制,14,Physical Layer,ATM,AAL 5,AAL 5,SSCF-UNI,SSCOP,STC(Q.2150.1
7、),AAL 2,ALCAP(Q.2630.1),RNSAP,无线网络层,传输网络层,控制面,传输网络控制面,用户面,Iur数据流,MTP3-B,SCTP,IP,M3UA,SCCP,SSCF-UNI,SSCOP,MTP3-B,SCTP,IP,M3UA,传输网络用户面,传输网络用户面,Iur协议结构,15,Iur接口功能（1）,支持RNC间移动性的基本功能 支持SRNC relocation RNC 间的 Cell Update和 URA Update RNC间寻呼 报告协议错误 专用信道功能 切换时，在DRNC中建立，更改，释放专用信道 Iur接口上DCH传输块的传输 通过专用测量报告过程和过滤
8、控制管理DRNS中的无线链路 RL的管理，压缩模式的管理,16,Iur接口功能（2）,公共信道功能 Iur接口上公共传输信道的建立，删除 分解SRNC（MAC-d）和DRNC（MAC-c）之间的MAC层 MAC-d和MAC-c之间的流控 全局资源管理 RNC间的小区信息和测量信息的传输 控制器间定位参数的传输 RNC间Node B定时信息传输,17,Physical Layer,ATM,AALType 5,AAL Type5,SSCF-UNI,SSCOP,Q.2150.2,SSCF-UNI,SSCOP,AAL Type2,Q.2630.1,NBAP,无线网络层,传输网络层,无线网络控制面,传输
9、网络控制面,用户面,Iub协议结构,ALCAP,18,Iub接口功能,公共功能 公共传输信道管理 Iub公共信道数据传输 Node B逻辑O&M（小区配置，故障管理，闭塞等维护功能） 系统信息管理 公共测量 资源核查 异常管理 定时和同步管理,专用功能 专用传输信道管理 无线链路（RL）监控 专用测量管理 定时和同步管理 上行外环功控 Iub专用数据传输 下行功率漂移的平衡 压缩模式控制,19,Uu接口协议结构,非接入层（NAS）,20,信令流程分类,非接入层： RRC和RANAP层之上的MM、SM、CC、SMS等称为非接入层。 接入层： RRC和RANAP层及其以下的协议层称为接入层 非接入
10、层的信令流程：只有UE和CN需要处理的信令流程，对于无线接入网络RNC、NodeB来说该非接入层信令是透传的。主要包括移动性管理（MM），电路域的呼叫控制，分组域的移动性管理、分组域的会话管理。 TMSI再分配流程 位置更新 PDP上下文 激活 鉴权加密 接入层： RNC、NodeB需要处理的信令 RRC连接建立流程、 UE和CN之间的信令建立流程、 RAB建立流程、 呼叫释放流程 切换流程 SRNS重定位流程 接入层的流程都是一些底层的流程，通过它们，为上层的非接入信令流程搭建底层的承载。,21,GPRS 分组传输 Mode,GSM 连接 Mode,Camping on a UTRAN ce
11、ll,Camping on a GSM/GPRS cell,GPRS Packet Idle Mode,out of service,in service,out of service,in service,out of service,in service,空闲Mode,UTRA连接Mode,CELL_FACH,CELL_DCH,URA_PCH,CELL_PCH,Release RRC Connection,Establish RRC Connection,Release RRC Connection,Establish RRC Connection,Cell Reselection,Rel
12、ease of temporary block flow,Initiation of temporary block flow,Release RR Connection,Establish RR Connection,GSM: Hand over,UTRA: Inter-RAT Hand over,RRC状态及其迁移图,UTRAN网络结构和接口概述 UTRAN接口协议和功能 端到端的呼叫处理流程,23,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,24,
13、空闲模式下的UE,PLMN列表，按优先级排列。选择最高优先级的PLMN。 RPLMNHPLMN其他PLMN,25,手机开机后需要知道的信息,（1）最强小区 （2）时隙边界 （3）帧边界,（4）主扰码 （5）广播信道的相关广播,26,第一步：选择小区和时隙同步（主同步信道）,移动台首先搜索主同步信道（P-SCH）的主同步码（PSC），与信号最强的基站取得时隙同步。因为所有的小区都使用同一个码字作自己的主同步码。这一步可利用匹配滤波器匹配基本同步码Cpsc来实现，也可用相关器实现 。,27,下行扰码编号规则,总共218-1个下行扰码，协议选用8192个扰码，分为512个扰码组，每组1个主扰码 主扰
14、码组进一步分为64个主扰码组，每组8个主扰码,0号扰码组（group）,63号扰码组（group）, ,28,第二步：帧同步和确定扰码组（辅同步信道),协议定义16个辅同步码，按照15个时隙映射成64个辅同步扰码序列，每个辅同步序列对应一个主扰码组,29,第三步 确定扰码号,CPICH是预先定义的符号序列 扩频因子为256 (Cch,256,0) 采用主扰码进行加扰 UE根据确定的扰码组中的8个主扰码对CPICH进行解码，解码正确的主扰码即为该小区的主扰码,30,第四步 解码P-CCPCH信道获得广播消息,P-CCPCH包括当前的SFN和系统广播消息 P-CCPCH的扩频因子为256 (Cch
15、,256,1) P-CCPCH用主扰码加扰 UE可以用主扰码对P-CCPCH承载的BCH信道进行解码，获得系统广播,31,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,32,UE发起随机接入,33,CS位置更新过程,UE,RNS,CN,Iu口释放,RRC连接释放,建立RRC连接,位置更新,34,建立RRC连接,UE,Node B,SRNC,2.分配RNTI L1和L2参数,1. RRC Connection Request,5. ALCAP建立并同步,3.
16、 NBAP: RL Setup Request,7. RRC Connection Setup Complete,6. RRC Connection Setup,4. NBAP: RL Setup Response,CN,位置更新,Iu 口释放,RRC连接释放,35,位置更新,UE,RNC,CN,1. INITIAL DIRECT TRANSFER (LOCATION UPDATE REQUEST),4. DOWNLINK DIRECT TRANSFER(LOCATION UPDATE Accept),2. 鉴权和加密,3. 位置更新,RRC连接建立,Iu 口释放,RRC连接释放,5. UPL
17、INK DIRECT TRANSFER(TMIS Reallocation Complete),36,1.1 Send Authentication Info,4. Security Mode Command,5. Security Mode Complete,6. Security Mode Complete,3.Security Mode Control,鉴权和安全模式,UE,RNS,MSC Server/VLR,1. Authentication Request,2. Authentication Response,HLR,2.1 Send Authentication Info Ack
18、,37,Iu口释放,UE,RNC,CN,RRC连接建立,RRC连接释放,位置更新,1. Iu Release Command,2. Iu Release Complete,38,RRC连接释放,UE,Node B,SRNC,1. RRC Connection RELEASE,5. ALCAP释放,3. NBAP: RL DELETION Request,CN,位置更新,Iu 口释放,RRC连接建立,1. RRC Connection Complete,4. NBAP: RL DELETION Response,39,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建
19、立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,40,UE工作模式转换示意图,RRC connection,这些状态存在于UTRAN和UE，对CN是透明的,搜索网络(PLMN) “驻扎”小区,侦听paging channel 小区重选,不占用专用物理信道,专用信道 RB传输业务,41,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,42,手机发起呼叫的步骤,43,UE,RNS,CN,呼叫建立,建立R
20、RC连接,建立与CN的信令链路,手机发起呼叫的步骤,鉴权加密,44,1. RRC Initial Direct Transfer,建立与CN的信令链路,UE,SRNC,CN,3. SCCP CC(Success),2. RANAP Initial UE Message SCCP Connect Request,RRC连接建立,鉴权加密,呼叫建立,45,1. RRC Initial Direct Transfer,建立与CN的信令链路,UE,RNC,CN,3. SCCP CJ(Failure),2. RANAP Initial UE Message SCCP Connect Request,RR
21、C连接建立,RRC连接释放,46,4. Security Mode Complete,3.Security Mode Control,鉴权和安全模式,UE,RNS,CN,1. Downlink Direct Transfer (Authentication Request),2. Uplink Direct Transfer (Authentication Response),RRC连接建立,建立与CN的信令链路,呼叫建立,47,呼叫建立,UE,RNS,CN,2. Downlink Direct Transfer (Call Proceeding),RRC连接建立,1. Uplink Dire
22、ct Transfer (Call setup),3.RAB建立,4. Downlink Direct Transfer (Alerting),5. Downlink Direct Transfer (Connect),6. Uplink Direct Transfer (Connect Acknowledge),开始通话,建立与CN的信令链路,鉴权加密,48,3. RL Reconfigure Prepare,RAB建立过程,UE,Node B,SRNC,1. RAB Assignment Request,4. RL Reconfigure Ready,CN,2. ALCAP建立并同步,5.
23、 ALCAP建立并同步,6. RL Reconfigure Commit,7. RRC RB Setup,8. RRC RB Setup Complete,9. RAB Assignment Response,49,8. ISUP IAM,UE主叫,UE,RNS,MSC,被叫MSC,1. RRC连接建立,6. RRC DT(Call Proceeding),3. RRC DT(CM Service Request),2. CN信令链路建立,4. 鉴权和安全模式,5. RRC DT(Setup),7. RAB建立,10. ISUP ACM,11. RRC DT(Alert),12. ISUP A
24、NM,13. RRC DT(Connect),14. RRC DT(Connect ACK),15. 通话过程,9. CN承载建立,50,UE被叫,1. ISUP IAM,UE,RNS,被叫MSC,主叫MSC,4. RRC连接建立,8. RRC DT(Setup),6. RRC DT(Paging Response),5. CN信令链路建立,7. 鉴权和安全模式,9. RRC DT(Call Confirm),10. RAB建立,2. Paging,3. Paging,11. RRC DT(Alerting),12. ISUP ACM,13. RRC DT(Connected),14. ISU
25、P ANM,16. 通话过程,15. RRC DT(Connect ACK),51,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,52,切换的分类,软切换： 同一个NodeB不同扇区间的更软切换 同一个RNC不同NodeB间的软切换 有Iur接口的跨RNC间的的软切换 硬切换 不同载频间的硬切换 同一载频下的硬切换（强制性硬切换） 系统间硬切换（如与GSM之间） 不同模式间硬切换（如FDD与TDD之间）,53,切换的分类,软切换： 同一个NodeB不同扇区
26、间的更软切换 同一个RNC不同NodeB间的软切换 有Iur接口的跨RNC间的的软切换 硬切换 不同载频间的硬切换 同一载频下的硬切换（强制性硬切换） 系统间硬切换（如与GSM之间） 不同模式间硬切换（如FDD与TDD之间）,54,切换的基本流程,2.UE根据测量控制命令开启相应测量,4.UTRAN根据测量报告进行切换判决,6.UE根据切换命令执行切换,55,切换流程,UTRAN通过发送一个测量控制消息（MEASUREMENT CONTROL）启动一个UE的测量。 测量控制命令可分为频内测量控制命令、频间测量控制命令、系统间测量控制命令、内部测量控制命令、业务测量控制命令 测量控制消息应该指定
27、UE测量结果的测量类型、上报方式、测量的对象、测量的物理量、上报的物理量、一些测量控制参数等。,测量控制命令的内容（1）,56,切换的基本流程,MEASUREMENT CONTROL-object list 中为需要测量的小区列表，包括需要测量的小区扰码等 MEASUREMENT CONTROL-measurement quantity中为测量物理量，测量量可为Ec/Io、Ec或RSSI，由后台设置,测量控制消息的内容（2）,57,切换的基本流程,MEASUREMENT CONTROL-reporting quantuty 中定义了UE测量后需要上报的测量小区及测量结果 MEASUREMENT
28、 CONTROL-reporting criteria 中定义了事件触发的相关参数，当满足该参数时UE需要上报相应的事件,测量控制消息的内容（3）,58,切换的基本流程,UE通过使用测量报告（MEASUREMENT REPORT）消息向UTRAN报告测量结果。 上报的测量结果应该按照（MEASUREMENT CONTROL）消息指定的内容进行,测量报告消息的内容,59,切换的基本流程,UTRAN根据UE上报的测量结果，使用一定的策略算法、进行初始的切换判决，确定需要切换的小区。然后对需要被加入激活集的小区进行接纳和负荷控制，确定需要被加入激活集的小区。 UTRAN向手机下发Physical C
29、hannel Reconfiguration、 Transport Channel reconfiguration、Radio Bearer Reconfiguration、 ActiveSet Update,切换执行,60,频内测量的事件,频内测量事件,61,WCDMA软切换/更软切换,Cell 1,Connected,CPICH 1,CPICH 2,CPICH 3,测量量 (Ec/Io 或 Ec),Time,62,2. Radio Link Addition Response,1. Radio Link Addition Request,更软切换信令流程,UE,Node B,RNC,NBA
30、P,NBAP,NBAP,NBAP,RRC,RRC,3. Active Set Update,RRC,RRC,4. Active Set Update Complete,RRC,RRC,3. Active Set Update,RRC,RRC,4. Active Set Update Complete,2. Radio Link Deletion Response,1. Radio Link Deletion Request,NBAP,NBAP,NBAP,NBAP,63,Decision to setup new RL,7. DCCH : Active Set Update Complete,6
31、.DCCH: Active Set Update Command,NBAP,1. Radio Link Setup Request,NBAP,NBAP,2. Radio Link Setup Response,NBAP,Start RX description,DCH-FP,4. Downlink Synchronisation,DCH-FP,DCH-FP,5.Uplink Synchronisation,DCH-FP,Start TX description,RRC,RRC,RRC,RRC,当新小区的信号质量好于一个门限时，增加这个小区的链路,软切换增加链路（Inter RNC）,UE,No
32、de B New,RNC,3. ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup,64,Decision to delete RL,2. DCCH : Active Set Update Complete,1.DCCH: Active Set Update Command,RRC,RRC,RRC,RRC,软切换删除链路（Intra RNC）,UE,Node B New,RNC,NBAP,3. Radio Link Delete Request,NBAP,NBAP,4. Radio Link Delete Response,NBAP,Stop RX and TX,6.
33、ALCAP Iub Data Transport Bearer Release,当原小区的信号质量弱于一个门限时，删除这个小区的链路,65,2. DCCH : Active Set Update Complete,1.DCCH: Active Set Update Command,软切换删除链路（Intra RNC）,UE,SNode B,SRNC,3. Radio Link Delete Request,4. Radio Link Delete Response,6. ALCAP Iub Data Transport Bearer Release,DNode B,DRNC,66,软切换流程（
34、跨RNC软加）,67,硬切换流程（跨RNC通过Iur接口）,68,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,69,前向切换,RRC连接移动性管理中，前向切换是其中的一部分。前向切换分为小区更新和URA更新，主要用于当UE位置发生改变时及时更新UTRAN侧关于UE的信息，还可以监视RRC的连接、切换RRC的连接状态，另外还有错误通报和传递信息的作用。不管是小区更新还是URA更新，更新过程均是由UE主动发起的 UTRAN位置登记更新和小区更新过程用于以下几
35、个主要目的 重新进入 URA_PCH或CELL_PCH状态的服务区域后通知UTRAN； 通知UTRAN关于在确认模式RLC实体上一条RLC不可恢复的错误； 在CELL_FACH或CELL_PCH或URA_PCH状态下作为一个监管机制，定期进行小区更新；,70,小区更新流程,小区更新过程，基本流程,伴随UTRAN移动性信息更新的小区更新过程,伴随物理信道重配置的小区更新过程,小区更新过程，失败情况,71,UE呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,72,U
36、E呼叫过程,开机 搜索小区,位置更新,待机,RRC 连接建立,NAS 连接建立,切换,小区 URA更新,信道 重配置,RB RAB修改,RAB建立,RRC 连接释放,主叫/被叫 发起,73,从CELL_FACH到CELL_DCH状态,74,RRC连接释放,UE,NodeB,SRNC,1. RRC：RRC CONNECTION RELEASE,2. RRC：RRC CONNECTION RELEASE COMPLETE,3. RL DELETION,4. RL DELETION RESPONSE,5. ALCAP释放,75,总结,主要介绍了WCDMA无线侧的各个接口协议和基本信令流程 课程一开始先介绍了UTRAN的网络结构，然后介绍了UTRAN侧的各个接口协议和功能，然后对空中接口Uu口的信道种类和关系做了描述，紧接着介绍了物理层的业务数据流的处理，最后介绍了UE在静止和移动状态下进行业务的一些基本流程。,谢 谢,真诚携手，共创未来,
