TD-LTE技术原理与系统设计

王映民等.人邮2010

E-UTRAN

E-NodeB 无线资源管理承载路由到SGW IP头压缩加密 UE附着MME选择寻呼广播测量

EPC

SGW 移动性管理路由转发终止寻呼监听

MME NAS信令安全 SAE承载空闲鉴权漫游跟踪分发

http://lobert.iteye.com/blog/1927468

空口协议 Uu口

三层两面物理链路网络用户面控制面

链路层 MAC LLC PDCP 负责业务的加密，负责控制完整性和加密

网络层 RRC radio resource control 控制面的信令处理

物理层

下行：广播多播寻呼共享

上行：共离随机

数据链路层

MAC:逻辑到物理映射利用解利用 HARQ 优先级

RLC: 分段重组丢弃 ARQ

PDCP: 头压缩加密解密完整性

网络层

RRC 广播寻呼承载安全移动性测量

RRC功能：为NAS连接和信息，低层次提供参数配置，移动性管理和测量

RRC有两态：

•连接状态下，UE侧的RRC协议实体服从eNB的命令，网络通过专用信令和系统信息对UE进行控制；

•空闲状态下，UE按照协议制定的规则行事，网络通过系统信息对UE施加影响

连接状态要听话、空闲状态要自觉

•RRC_IDLE状态下执行

•广播消息的发送；
•通过非连续接收（DRX）来省电（与寻呼周期相关）；
•UE主导的移动性控制；
•UE监测寻呼信道，执行小区选择和小区重选，
•进行邻小区测量，获取系统信息

•

•RRC_CONNECTED状态下执行

–广播消息的发送，单播数据的收发；
–通过配置DRX来省电（与业务活跃性相关）；
–网络主导的移动性控制；
–UE监测与共享信道分配相关的控制信道；提供信道质量和反馈信息；
执行邻小区测量，获取系统信息

空闲状态：网络知道UE在某个Tracking Area List中

连接状态：网络知道UE在某个小区中

•Radio Bearer承载空口RRC信令和NAS信令

•S1 Bearer 承载eNB与MME间S1-AP信令

•NAS消息也可作为NAS PDU附带在RRC消息中发送

OFDMA cp: cyclic prefix

Time-division duplexing FDD CDMA/TDMA/

多天线 MIMO 预编码

初始拉入和同步

小区搜索 UE开机或切换需要对小区下行信号检测。同步时间频率，获取小区ID

物理层随机接入上行同步，

前导preamble GT guard time

DONT!!

TD-LTE基本过程

随机接入：上行同步　，　申请　上行资源

系统广播：　保证UE驻留，公共信息，空闲移动管理

寻呼：由核心触发或ENODE,通知接收或者更新，DRX discontinuous reception

移动性：空闲由小区选择重选，连接由网络层控制

idle : plmn public land mobile net . 小区重选，位置登记(NAS)　。　

切换：　切换的整体流程

小区间同步：　

无线资源管理RRM：用户调度，负荷，　

安全RNC:第一层AS和第二层NAS,加密性完整性，　

寻呼

•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

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

连结传输（上行

　调度请求（SR）：存在业务传输需求时，UE可通过网络侧配置的PUCCH资源发送SR 、或触发随机接入过程发送数据传输请求

　缓存状态报告（BSR）：当UE获得上行资源后，首先将自己的BSR上报给网络侧，以便基站了解数据量而合理分配资源

　数据传输：当UE进一步获得上行资源后，根据业务优先级在多种业务中分配上行资源，进而发送数据

•作用：

–Attach过程完成UE在网络的注册，完成核心网（EPC）对该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

1.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；

2.eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；

3.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；

4.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；

5.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；

6.eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层Attach request消息；

7.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；

8.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；

9.UE向eNB发送UECapabilityInformation消息，报告UE能力信息；

10.eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，更新MME的UE能力信息；

11.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；

12.UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；

13.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；

14.UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示资源配置完成；

15.eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成；

16.UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息；

17.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。

1.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；

2.eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Detach request信息；

3.MME向Serving-GW发送Delete Session Request，以删除EPS承载；

4.Serving-GW向MME发送Delete Session Response，以确认EPS承载删除；

5.MME向基站发送下行直传DOWNLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Detach accept消息；

6.eNB向UE发送DLInformationTransfer消息，包含NAS层Detach accept消息；

7.MME向eNB发送UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息，请求eNB释放UE上下文信息；

8.eNB接收到UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息，向UE发送RRCConnectionRelease消息，释放RRC连接；

9.eNB释放UE上下文信息，向MME发送UE CONTEXT RELEASE COMPLETE消息进行响应。

UE 发起去附着时原因有关机去附着和无EPS服务去附着。
MME发起去附着的情况是在建立一个紧急承载时进行的Attach后会跟随一个Detach过程，之后若UE进入正常的其他小区会进行重新Attach
HSS发起去附着的情况是UE已有一个紧急服务的承载，此时MME不能发起Detach过程，要去除不分配给紧急服务的承载时

TD-LTE 新特性

MBMS 多媒体广播多播

家庭基站

网络配置自优化

定位：

电路交换：

空口高层协议

用户面：资源分配传输

控制面：UE通信控制，产生的数据也经由用户面发送。

调度　　MAC

无线资源控制RRC

连接管理：

信令无线承载：　SRB0 连接建立 SRB1 承载NAS SRB2承载NAS

测量　：　连接状态下，　使用RRC连接配置过程，

网络功能与接口

X1口

S1接口控制面：eNodeB--MME

s1接口用户面：eNodeB--SGW

E-RAB "

上下文

切换

寻呼

NAS传输

E-RAB

•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-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 TEID

–eNB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。

寻呼的三种场景

UE处于IDLE态且网络侧有数据要发送给UE　

网络侧通知UE系统消息更新时　

网络侧通知UE当前有ETWS时

X2口

ADVANCED KEY TECH.

•整个TD-LTE系统由3部分组成：

–核心网（EPC, Evolved Packet Core ）

–接入网（eNodeB）

–用户设备（UE）

•EPC分为三部分：

–MME (Mobility Management Entity, 负责信令处理部分）

–S-GW (Serving Gateway , 负责本地网络用户数据处理部分）

–P-GW (PDN Gateway，负责用户数据包与其他网络的处理 )

•接入网（也称E-UTRAN）由eNodeB构成

•网络接口

–S1接口：eNodeB与EPC

–X2接口：eNodeB之间

–Uu接口：eNodeB与UE

总结：

一个完整的呼叫：

UE开机－小区搜索（时间同步、频率同步、获取小区ID)－空闲（PLMN、位置登记、小区测量重选）－发起链接RRC(建立、配置、释放）－eNodeB(MME选择，路由到S-GW,加密压缩，寻呼，广播，测量）－S1-MME(控制面：NAS信令，空闲，鉴权，跟踪，SAE承载，漫游）－S1-SGW(用户面：移动性管理，监听，路由转发，终止寻呼）

U: PDCP-RLC-MAC-PHY----------GTPU-UDP-IP------------IP-UDP-GTPU

C: NAS-RRC-U--------------RRC-S1AP-SCTP-IP----------IP-SCTP-S1AP-NAS

下行信道：PBCH广播（UE驻留，公共信息，空闲管理）PMCH多播（多播业务）PBSCH共享（数据）　PDCCH(下行控制信道,调度信令）　PCFICH（格式指示信道）PHICH(HARQ指示）

上行信道：PUCCH上行控制，PUSCH上行共享（数据）PRACH随机（同步，资源）