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6、WCDMA信令流程


WCDMA信令流程

中兴通讯学院

课程目标
学完本课程,您将能够:
? 掌握业务数据处理流程
? 掌握端到端的呼叫处理过程

课程内容

无线网络流程 呼叫及切换信令流程

无线网络流程

UE的工作模式

/>?

UE有两种基本的运行模式:
? 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;
? 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-PCH

无线网络流程

UE在空闲模式下的状态

?

手机加电后,进入IDLE状态。

?

在空闲模式下,UE使用IMSI、TMSI以及P-TMSI等非接
入层标识作为标识。

? ?

UTRAN没有任何有关关于单个空闲模式UE的信息。
UE进行小区选择,不断进行小区重选选择最合适的小 区进行驻留。

无线网络流程

UE在连接模式下的状态

?

Cell-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
?

Cell-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。

无线网络流程

UE在连接模式下的状态
?

Cell-PCH
? UE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。
?

URA-PCH
? UE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。

无线网络流程

RRC状态及其迁移图
UTRA连接Mode
UTRA: Inter-RAT Hand over GSM: Hand over

URA_PCH
out of service in service

CELL_PCH
out of service in service

GSM 连接 Mode

CELL_DCH

CELL_FACH
out of service in service

GPRS 分组传输 Mode
Cell Reselection Release of temporary block flow Release RR Connection Initiation of temporary block flow Establish RR Connection

Release RRC Connection

Establish RRC Connection

Release RRC Connection

Establish RRC Connection

GPRS Packet Idle Mode Camping on a UTRAN cell 空闲Mode Camping on a GSM/GPRS cell

无线网络流程

UE的RRC状态迁移(1)
——从IDLE状态进行迁移
URA_PCH CELL_PCH

?
CELL_DCH CELL_FACH

RRC建立连接,进入CELL_FACH或 CELL_DCH 状态

?
IDLE

RRC建立信令承载 网络侧根据具体情况,指示UE进入 专用信道 (DCH),或者进入PCH状态 (DRX),或者释放RRC连接回到IDLE状

?
DEAD

RRC状态迁移示意

态。

无线网络流程

UE的RRC状态迁移(2)
——CELL_FACH状态
URA_PCH CELL_PCH

?

核心网的消息通过RRC信令承载

?
CELL_DCH CELL_FACH

UE在FACH上接收下行消息
UE在RACH(PRACH)信道上发送上行 消息

?

IDLE

?
DEAD

处于CELL_FACH状态
? UE不占用专用物理信道 ? 下行侦听FACH(S-CCPCH) ? 上行占用公共信道 (PRACH) 或者共

RRC状态迁移示意

享信道

无线网络流程

UE的RRC状态迁移(3)
——CELL_DCH状态
URA_PCH CELL_PCH

?
?

UE通过专用信道与网络通信
UE在DCH 上接收下行消息 UE在DCH 上发送上行消息

CELL_DCH

CELL_FACH

?

?
IDLE

进行分组业务的数据传输时,由于业务 的特性,在某些时间段,可能没有业务 流量,网络侧将指示UE迁移到 URA_PCH或CELL_PCH状态
处于CELL_DCH状态
? 上下行都占用一条专用物理信道

DEAD

?

RRC状态迁移示意

(DPDCH和DPCCH)

无线网络流程

UE的RRC状态迁移(4)
——CELL_PCH和URA_PCH状态
URA_PCH CELL_PCH

? ?

可以节省系统资源 此时UE没有激活的上行链路

CELL_DCH

CELL_FACH

?

寻呼消息将使UE重新进入 CELL_FACH/CELL_DCH状态
在CELL_PCH状态下,若UE要进行小区更 新,就会转移到CELL_FACH状态,完成更 新后重新回到CELL_PCH状态 在URA_PCH状态下,当URA改变时,也同 样会转移到CELL_FACH状态完成更新后, UE重新回到URA_PCH。

IDLE

?

DEAD

RRC状态迁移示意

?

无线网络流程

基本概念(一)
?
?

几个概念:UTRAN, NAS, RAB
UTRAN:
? 为非接入层(NAS)提供无线接入承载RAB的建立、维护、释放

等服务,以屏蔽NAS对无线接入层特性的关注。
?

NAS-Non Access Stratrum
? 可以是当手机需要发起一个业务时,由终端自身发起,也可

以是手机响应CN发起的寻呼而发起。
? UE通过RNC建立与CN的信令连接,用于UE和CN之间NAS消息

的交互,比如业务请求、位置更新、鉴权等。
? UE和CN之间交互的信令,对于RNC而言,都是直传消息。 ? RNC在收到第一条消息时,即Initial Direct Transfer消息,将建

立与CN之间的信令连接。

无线网络流程

基本概念(二)
?
? ?

?

?

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。

无线网络流程

基本概念(三)
?

RAB-Radio Access Bearer
? 整个UTRAN(包括RNC、Node B一直到UE)为完成某一个业务向上层

提供的包括各层协议实体在内相互连接而形成的传输通路,它在实现 上映射到Iux承载、RB以及RL等。

无线网络流程

UE呼叫过程

开机

搜索小区

切换

小区 URA更新

⑧ ②
位置更新 信道 重配置 RB RAB修改


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

驻留流程

?

UE开机后或在漫游中,它的首要任务就是找到网络并

和网络取得联系,以获得网络的服务。因此空闲模式
下UE的行为对于UE是至关重要的。UE在空闲模式下的 行为可以分为PLMN选择/重选,小区的选择/重选和位 置更新三种

无线网络流程

PLMN选择/重选
?

PLMN选择/重选:
? 当UE开机后,首先应该选择一个PLMN,一般来说,这个

PLMN是用户和运营商签约时确定的,由运营商指定。当选中 了一个PLMN后,就开始选择属于这个PLMN的小区,找到一

个这样的符合驻留条件的小区后,UE就驻留在这个小区,并
继续监测小区的系统消息广播中的该小区的邻小区,从中选 择一个信号最好的小区,驻留下来。接着UE会发起位置登记

过程(Location Update或者Attach),用以通知网络侧自己的
状态,成功后UE就成功的驻留在这个小区中了。驻留的作用 有4个:使UE可以接收PLMN广播的系统信息;可以在小区内 发起随机接入过程;可以接收网络的寻呼;可以接收小区广 播业务。

无线网络流程

小区选择/重选
?

小区选择/重选:
? 当PLMN选定之后,就要进行小区选择,目的是选择属于这个PLMN

中信号最好的小区。首先,如果UE存有这个PLMN的一些相关信息, 比如频率,扰码等,UE就会首先使用这些信息进行小区重搜。这样

就可以较快的找到网络,因为大多数情况下,UE都是在同一个地点
关机和开机,比如晚上关机,早晨开机等等。这些信息保存在SIM 卡中。随着UE的移动,当前小区和临近小区的信号强度都在不断变 化。UE就要选择一个最合适的小区,这就是小区重选过程。这个最 合适的小区不一定是当前信号最好的小区,举例来说,如果一个UE 处在一个小区的边缘,又在这两个小区间来回走,恰好这两个小区 又是属于不同的位置区LA或路由区RA。这样UE就要不停的发起位

置更新,既浪费了网络资源,又浪费了UE的能量。因此在小区中选
择哪个小区是有规则的.

无线网络流程

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。

?

RPLMN>HPLMN >其他PLMN

无线网络流程

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

无线网络流程

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 。
Slot #0 Primary SCH Secondary SCH acp acs
i,0

Slot #1 acp acs
i,1

Slot #14 acp acs
i,14

256 chips 2560 chips One 10 ms SCH radio frame

无线网络流程

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 主扰码组进一步分为64个主扰码组,每组8个主扰码 63号扰码组(group) 511号扰码集 8176 8177

……
0号扰码组(group)

8191

8176:主扰码 510号扰码集 7号扰码集 8177:辅扰码 …112 8160 8160:主扰码 8176:主扰码 … 1号扰码集(set) 504号扰码集 113 8177:辅扰码 8161 8161:辅扰码 … 8191:辅扰码 16 16:主扰码 8064 8064:主扰码 … … 0号扰码集(set) 17 17:辅扰码 8065 8065:辅扰码 127 8175 8175:辅扰码 8191:辅扰码 0 0:主扰码 … … 1 1:辅扰码 31 31:辅扰码 8079 8079:辅扰码 … 15 15:辅扰码

无线网络流程

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

无线网络流程

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

无线网络流程

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,256,1)

? ?

P-CCPCH用主扰码加扰 UE可以用主扰码对PCCPCH承载的BCH信道进 行解码,获得系统广播

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换

小区 URA更新

⑧ ②
位置更新 信道 重配置 RB RAB修改


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

位置更新
位置更新:
? 当UE开机后,在进行了PLMN和小区选择之后, UE就会发起

?

开机位置更新过程。
? 当UE重选小区时,选择了另外一个小区后,通过读取该小区

的系统信息广播,如果UE发现这个小区属于另外一个位置区
LA或路由区RA,UE也要发起位置更新过程,以通知网络最 新的UE的位置信息。如果Location Update或者Attach不成功,

UE就要进行PLMN重选。

无线网络流程

CS注册过程
UE
建立RRC连接

RNS

CN

位置更新

Iu口释放

RRC连接释放

无线网络流程

UE发起随机接入

无线网络流程

建立RRC连接
UE Node B
1. RRC Connection Request
2.分配RNTI L1和L2参数 3. NBAP: RL Setup Request 4. NBAP: RL Setup Response 5. ALCAP建立并同步 6. RRC Connection Setup 7. RRC Connection Setup Complete

SRNC

CN

位置更新
Iu 口释放 RRC连接释放

无线网络流程

位置更新过程
UE RNS
建立RRC连接 建立CN信令连接 Location Update Request 鉴权和安全模式 MAP Update Location MAP_Cancel_Location MAP Cancel Location ACK MAP_Insert _Subscriber_Data MAP_Insert _Subscriber_Data_ACK Location Update Confirm ACK TMSI_Allocation_Complete 释放无线信道 释放CN信令连接 MAP_Update _Location_ACK

MSC Server/VLR

PVLR

HLR

无线网络流程

鉴权和安全模式
UE RNS MSC Server/VLR HLR

1. Authentication Request

1.1 Send Authentication Info
2. Authentication Response 2.1 Send Authentication Info Ack

3.Security Mode Control 4. Security Mode Command

5. Security Mode Complete

6. Security Mode Complete

无线网络流程

Iu口释放
UE
RRC连接建立 位置更新

RNC

CN

1. Iu Release Command 2. Iu Release Complete

RRC连接释放

无线网络流程

RRC连接释放
UE Node B
RRC连接建立

SRNC

CN

位置更新
Iu 口释放

1. RRC Connection RELEASE 2. RRC Connection RELEASE Complete

3. NBAP: RL DELETION Request 4. NBAP: RL DELETION Response 5. ALCAP释放

无线网络流程

位置区更新信令流程
?

包括:RRC连接建立->位置更新(包含鉴权过程和安全 模式) ->TMSI重分配->Iu释放->RRC连接释放

无线网络流程

PS附着过程
UE

NodeB (1)UL-CCCH:RRC Connection Request

RNC

CN

(2)C_NBAP:Rdaio Link Setup Request (3)C_NBAP:Radio Link Setup Response (4)ALCAP:ERQ (5)ALCAP:ECF (6)DCCH_FP:Downlink SYNC (7)DCCH_FP:Uplink SYNC (8)DL_CCCH:RRC Connection Setup (9)UL_DCCH:RRC Connection Setup Complete (10)D_NBAP:Radio Link Restore Indication (11)UL_DCCH:Initial Direct Transfer (Attach Req) (12)Initial UE Message (Attach Req) (13)Direct Transfer (Attach Accept)

用户面传输承载的建立

(14)DL_DCCH:Downlink Direct Transfer (Attach Accept)

无线网络流程

路由区更新信令流程
?

包括:RRC连接建立->路由区更新(包含鉴权过程和安全模式) > Iu释放->RRC连接释放。

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换 小区 URA更新

⑧ ②
位置更新 信道 重配置 RB RAB修改


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

UE工作模式转换示意图
RRC connection
URA_PCH CELL_PCH

CELL_DCH

CELL_FACH

?专用信道 ?RB传输业务

?不占用专用 物理信道

IDLE

?侦听paging channel ?小区重选 ?搜索网络(PLMN) ?“驻扎”小区

DEAD

这些状态存在于UTRAN和UE,对CN是透明的

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换 小区 URA更新

⑧ ②
位置更新 信道 重配置 RB RAB修改


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

手机发起呼叫的步骤

无线网络流程

手机发起呼叫的步骤
UE
建立RRC连接

RNS

CN

建立与CN的信令链路

鉴权加密

呼叫建立

无线网络流程

建立RRC连接
UE Node B
1. RRC Connection Request 2.分配RNTI L1和L2参数 3. NBAP: RL Setup Request 4. NBAP: RL Setup Response 5. ALCAP建立并同步 6. RRC Connection Setup 7. RRC Connection Setup Complete

SRNC

无线网络流程

建立与CN的信令链路
UE
RRC连接建立

SRNC

CN

1. RRC Initial Direct Transfer 2. RANAP Initial UE Message SCCP Connect Request 3. SCCP CC(Success)

鉴权加密 呼叫建立

无线网络流程

建立与CN的信令链路(失败)
UE
RRC连接建立

RNC

CN

1. RRC Initial Direct Transfer 2. RANAP Initial UE Message SCCP Connect Request 3. SCCP CJ(Failure)

RRC连接释放

无线网络流程

鉴权和安全模式
UE
RRC连接建立 建立与CN的信令链路 1. Downlink Direct Transfer (Authentication Request)

RNS

CN

2. Uplink Direct Transfer (Authentication Response)
3.Security Mode Control 4. Security Mode Complete

呼叫建立

无线网络流程

呼叫建立
UE
RRC连接建立 建立与CN的信令链路 鉴权加密 1. Uplink Direct Transfer (Call setup) 2. Downlink Direct Transfer (Call Proceeding)

RNS

CN

3.RAB建立 4. Downlink Direct Transfer (Alerting)

5. Downlink Direct Transfer (Connect)
6. Uplink Direct Transfer (Connect Acknowledge) 开始通话

无线网络流程

RAB建立过程
UE Node B SRNC
1. RANAP RAB Assignment Request
2. ALCAP建立并同步 3. NBAP RL Reconfigure Prepare 4. NBAP RL Reconfigure Ready 5. ALCAP建立并同步 6. NBAP RL Reconfigure Commit 7. RRC RB Setup 8. RRC RB Setup Complete 9. RANAP RAB Assignment Response

MSC

无线网络流程

UE被叫
UE RNS
2. Paging 3. Paging 4. RRC连接建立 5. CN信令链路建立 6. RRC DT(Paging Response)

被叫MSC
1. ISUP IAM

主叫MSC

7. 鉴权和安全模式 8. RRC DT(Setup)
9. RRC DT(Call Confirm) 10. RAB建立 11. RRC DT(Alerting) 13. RRC DT(Connected) 15. RRC DT(Connect ACK) 16. 通话过程 12. ISUP ACM 14. ISUP ANM

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换

小区 URA更新

⑧ ②
位置更新 信道 重配置 RB RAB修改


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

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
?

UMTS Carrier x

UMTS Carrier 1 SRNC

InterFrequency HHO

DRNC
2G to 3G HHO

GSM/ GPRS
BSC

NodeB 2 NodeB 1 NodeB 3

硬切换
? 不同载频间的硬切换 ? 同一载频下的硬切换(强

BTS 1 Cell 2Cell 3 Cell 1 Cell 4 Cell 1

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)

Softer HO

Soft HO

Soft HO inter -RNC

3G to 2G HHO

图例
更软切换 RNC内的软切换 2G到3G的系统间切 换 RNC间的软切换 3G到2G的系统间切换 异频硬切换

无线网络流程

更/软切换增益与代价
?

软切换增益:
? 最优的快速闭环功率控制(MS总是与最强的小区保持连接) ? 无缝切换不需要无线承载中断 ? MS移动到小区边界区域,并且从单一小区不能获得足够的接收电平

的情况下,从多个小区获得宏分集
? 接收信号在NodeB(更软HO)和RNC(软HO)合并获得宏分集增

益提高了上行信号质量,降低了移动台所需发射功率。
?

软切换的代价:
? NodeB额外的Rake接收机信道

? 额外的DL信道码
? 额外的DL功率 ? MS额外的Rake接收机信道 ? NodeB和RNC之间额外的传输链路(RNC内部软切换) ? S-RNC和D-RNC之间额外的传输链路(RNC间软切换)

无线网络流程

切换的基本流程

无线网络流程

切换的基本流程

4.UTRAN根据测量报 告进行切换判决 2.UE根据测量控制 命令开启相应测量

6.UE根据切换命 令执行切换

无线网络流程

更软切换信令流程
UE Node B
1. Radio Link Addition Request
NBAP NBAP

RNC

2. Radio Link Addition Response
NBAP NBAP

RRC RRC

3. Active Set Update 4. Active Set Update Complete

RRC RRC

3. Active Set Update
RRC RRC RRC

4. Active Set Update Complete
1. Radio Link Deletion Request
NBAP

RRC NBAP

2. Radio Link Deletion Response
NBAP NBAP

无线网络流程

软切换—增加链路
UE

Node B New
当新小区的信号质 量好于一个门限时, 增加这个小区的链 NBAP 路
Start RX description NBAP

RNC

Decision to setup new RL

1. Radio Link Setup Request

NBAP

2. Radio Link Setup Response 3. ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup

NBAP

DCH-FP DCH-FP Start TX description

4. Downlink Synchronisation 5.Uplink Synchronisation

DCH-FP DCH-FP

RRC
RRC

6.DCCH: Active Set Update Command 7. DCCH : Active Set Update Complete

RRC
RRC

无线网络流程

软切换—删除链路
UE Node B New RNC

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
RRC

Decision to delete RL

1.DCCH: Active Set Update Command 2. DCCH : Active Set Update Complete 3. Radio Link Delete Request

RRC

RRC

RRC

NBAP
Stop RX and TX NBAP

NBAP

4. Radio Link Delete Response

NBAP

5. ALCAP Iub Data Transport Bearer Release

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换

小区
URA更新

⑧ ②
位置更新 信道 重配置

RB RAB修改


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

小区/URA更新
?

RRC连接移动性管理中,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

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换

小区 URA更新 RB
RAB修改

⑧ ②
位置更新

信道
重配置


待机


RRC 连接释放


RAB建立


主叫/被叫 发起


RRC 连接建立


NAS 连接建立

无线网络流程

DCH-DCH传输信道重配
UE Node B Drift RNS Node B Serving RNS Drift RNC Serving RNC CN RNSAP NBAP 2. Radio Link Reconfiguration Prepare NBAP NBAP 3. Radio Link Reconfiguration Prepare NBAP 1. Radio Link Reconfiguration Prepare RNSAP

NBAP

4. Radio Link Reconfiguration Ready NBAP 5. Radio Link Reconfiguration Ready RNSAP RNSAP NBAP 6. Radio Link Reconfiguration Ready NBAP

7. ALCAP Iub Data Transport Bearer Set-up

ALCAP Iur Bearer Set-up

8. ALCAP Iub Data Transport Bearer Set-up 9. Radio Link Reconfiguration Commit RNSAP

RNSAP NBAP 10. Radio Link Reconfiguration Commit

NBAP NBAP 11. Radio Link Reconfiguration Commit NBAP

RRC

12. DCCH : Transport Channel Reconfiguration RRC 13. DCCH : Transport Channel Reconfiguration Complete RRC

RRC

14. ALCAP Iub Data Transport Bearer Release

ALCAP Iur Bearer Release

15. ALCAP Iub Data Transport Bearer Release

无线网络流程

UE呼叫过程

开机 搜索小区 切换 小区 URA更新 RB RAB修改

⑧ ②
位置更新 信道 重配置


待机




RRC

连接释放

RAB建立



主叫/被叫 发起



RRC 连接建立



NAS 连接建立

无线网络流程

RRC连接释放
UE NodeB S RNC

1. RRC:RRC CONNE CTION RE AS LE E 2. RRC:RRC CONNE CTION RE AS COMP TE LE E LE 3. RL DE TION LE 4. RL DE TION RE P LE S ONS E
5. ALCAP 释放

课程内容

无线网络流程 呼叫及切换信令流程

呼叫及切换信令流程

呼叫流程
UE
Node B
Paging (RRC) RRC connection setup request RRC connection setup NAS message interaction (service request)
RL setup request RL setup response RB setup RAB assignment request

RNC
Paging (RANAP)

CN

RB setup completion
RAB assignment response

呼叫及切换信令流程

呼叫流程
?

第一步,寻呼过程。
? 首先介绍一下寻呼类型:RNC在处理CN的寻呼消息时,根据判断UE是否

存在寻呼域之外的其它CN域信令连接,以及UE所处的模式和状态,区分 两种类型的寻呼:Paging Type 1和Paging Type 2。
? 如果被寻呼的UE不存在其它的CN域信令连接,则UTRAN通过PCCH信道下

发送Paging Type 1(第一类寻呼消息);如果被寻呼的UE存在其它的CN域
信令连接,且该UE处于CELL_PCH或者URA_PCH状态,则UTRAN通过PCCH 信道下发送Paging Type 1(第一类寻呼消息)。
? 如果被寻呼的UE已经存在其它的CN域信令连接,且被寻呼的UE处于

CELL_DCH或者CELL_FACH状态,则UTRAN通过已经存在连接的DCCH信道 下发送Paging Type 2(第二类寻呼消息)。对于这种通过DCCH信道发送第 二类寻呼消息的过程,也叫做专用寻呼过程。UE接收并读取Paging Type 2

中的内容,并把寻呼原因及寻呼记录种类标识等信息上报给本侧非接入层
后结束寻呼过程,不影响UE侧正在进行的其它RRC进程。

呼叫及切换信令流程

寻呼过程

?

如果网络要寻呼处于空闲状态、CELL_PCH或者URA_PCH状态的UE,首 先由CN 通过Iu接口调用RANAP 消息 Paging发送给RNC,在特定区域(包 括一个或多个RNC)内寻呼某个UE。主要参数:CN Domain Indicator,

Permanent NAS UE Identity, Temporary UE Identity, Paging Cause。为了增加
UE接收到寻呼的机会,UTRAN对一个寻呼消息会进行多次重复发送,重 复次数由系统设定,网优不可见。另外,UTRAN通过在一个PAGING TYPE 1消息中为每个UE设置一个PAGING RECORD来实现在同一个寻呼时

机同时寻呼多个UE。

呼叫及切换信令流程

寻呼过程
?

RNC收到寻呼请求后,在PCCH上向UE发起寻呼类型1消息来寻呼

特定UE。PCCH对应的传输信道是PCH。通常PCH被分成一个个PCH
块,以实现终端对寻呼消息的非连续接收(DRX)。最后UE通过 Uu口检测到从RNC来的对自己的寻呼消息PAGING TYPE 1,则发起 RRC信令连接建立过程。此后再进行NAS消息的传输。
?

通过Paging Type 1寻呼到被叫UE以后,被叫信令流程同主叫。

呼叫及切换信令流程

呼叫流程
?

第二步,建立RRC连接。
? RRC连接是UE与UTRAN的RRC协议层之间建立的一种双向点到点的

连接,在UE与UTRAN之间传输无线网络信令。UE处于空闲模式下, 当UE的非接入层要求建立信令连接时,UE将发起RRC建立请求。
? 起呼时,首先由UE的RRC接收到非接入层的请求发送RRC连接建立

请求消息给UTRAN,在该消息中包含被叫UE号码,业务类型等。 UTRAN接收到该消息后,根据网络情况分配无线资源,并在RRC CONNECTION SETUP消息中发送给UE,UE将根据消息配置各协议层 参数,同时返回确认消息。

呼叫及切换信令流程

RRC的建立信令流程

呼叫及切换信令流程

RRC的建立信令流程

?

1.UE没有专用信道资源,于是在CCCH(RACH,随机接入信道)

上向RNC发送RRC Connection Request消息,发起RRC连接建立过
程。当SRNC收到RRC建立请求以后,SRNC根据RRC建立的原因 及系统资源状态,判断是否允许接入,如果允许,则为RRC连接

分配RNTI和L1、L2资源,分别调用无线链路建立的NBAP过程、
ALCAP Iub数据传输承载建立过程和上、下行同步过程。UE被分 配了无线网络临时标识(RNTI)后,UTRAN可以使用RNTI来寻呼

特定的UE,UE也可以使用RNTI来发起随机接入过程。

呼叫及切换信令流程

RRC的建立信令流程
?

2.RNC准备建立RRC连接,分配建立RRC连接所需要的资源,并 发送一条Radio Link Setup Request消息给Node B,请求NODEB分配 RRC连接所需的特定无线链路资源,NODEB收到消息后,将保留 必要的资源,并根据消息中给出的参数配置新的无线链路。

?

3.Node B根据Radio Link Setup Request消息的参数,来建立NodeB 的上、下行无线链路,配置成功后,在新的物理信道上准备接收 UE消息,并给RNC发送一条Radio Link Setup Response响应消息。

?

4. RNC通过ALCAP协议,建立Iub数据传输承载。Iub数据传输承
载通过AAL2的绑定标识与DCH绑定在一起。建立Iub数据传输承 载需要Node B确认。

呼叫及切换信令流程

RRC的建立信令流程
?

5.通过Downlink Synchronisation 和Uplink Synchronisation.控制帧,

Node B 与RNC为Iub数据传输承载建立同步。此后Node B开始DL发
送。
?

6.虽然Iub上DCH的资源都准备好了,但是此时UE并不知道,所

以RNC在CCCH上向NodeB发送RRC Connection Setup 消息给UE,
告知UE相关参数。
?

7. UE收到SRNC发送的RRC Connection Setup后,根据消息中给定 的参数来配置物理层,NodeB成功建立DCH链路,然后在DCCH上 发送RRC Connection Setup Complete 消息给RNC。

呼叫及切换信令流程

呼叫流程
?

第三步,Iu信令连接的建立。
? IU口信令流程是在UE与UTRAN之间的RRC连接建立成功后,UE发起的。IU信

令连接建立了UE与CN之间的信令通路。 UE将向CN发送业务请求。此时UE 的RRC发送INITIAL DIRECT TRANSFER消息,在该消息中包含非接入层的信息 (CM SERVICE REQUEST)。
? 在UTRAN中,非接入层信令是通过上下行直接传输信令透明传输的,RNC不

做任何处理。UE发送到CN的消息,通过上行直传(Uplink Direct Transfer) 发送到RNC, RNC接收到该消息后, 通过RANAP发送INITIAL UE MESSAGE, 作为直传消息(Direct Transfer)将UE的非接入层消息透明转发给CN,在该

消息发送的同时建立Iu信令连接。CN发送给UE的消息也通过直传消息发送
到RNC,RNC将其转化为下行直传消息(Downlink Direct Transfer)发送到UE。
? 在Iu信令连接建立后,UE和CN之间的非接入层消息传输使用DOWNLINK

DIRECT TRANSFER和UPLINK DIRECT TRANSFER消息进行。

呼叫及切换信令流程

初始上下行直传

呼叫及切换信令流程

初始上下行直传
?

8.UE完成了RRC连接后,已经建立了专用信道DCH。接下去UE

需要与CN交互信息(这就是非接入层的信令交互), 这条消息
封装在RRC消息Initial Direct Transfer内,UE在DCCH上给RNC发送 一条 Initial Direct Transfer消息。
?

9 . RNC接受到UE的初始直传消息后,初始到CN的信令连接,通
过IU口向CN发送SCCP连接请求消息(CR),RNC发送一条Initial UE Message消息给CN。

通过初始直接传输过程后,可使用该信令连接传输UE和CN之间的NAS消息。

呼叫及切换信令流程

初始上下行直传
?

10.如果CN准备接受连接请求,则向RNC回SCCP连接证实消息

(CC),SCCP连接建立成功。CN发送RANAP 消息 Direct Transfer
到 RNC。RNC收到该消息,确认信令连接建立成功。
?

11.CN通过直传消息向UE发送Authentication Request,对UE进行

鉴权。RNC 发送RRC Downlink Direct Transfer 消息给 UE。
?

12.UE发送RRC Uplink Direct Transfer Message给RNC。

呼叫及切换信令流程

初始上下行直传
?

鉴权的过程是可选的,也是通过直传消息来完成的。

呼叫及切换信令流程

初始上下行直传
?

当UE与CN之间的信令建立好后,CN需要对UE进行安

全模式控制,其中包含加密和完整性保护。

呼叫及切换信令流程

初始上下行直传
?

上行和下行的直接传输过程,NAS要求传输数据。见 信令流程中绿色框

呼叫及切换信令流程

呼叫流程
第四步,RAB的建立。
? RAB是指用户面的承载,用于UE和CN之间传送语音、数据及多

媒体业务,UE首先完成RRC建立,才能建立RAB。RAB的建立是

由CN发起,UTRAN执行的一个过程。UE业务请求被网络接收后,
CN将根据业务情况分配无线接入承载(RAB)。同时在空中接 口将建立相应的无线承载(RB)。RAB建立的过程即是CN为具 体业务分配资源的过程。

呼叫及切换信令流程

RAB建立过程

呼叫及切换信令流程

RAB建立过程
?

1、 CN向RNC发送RANAP 消息 Radio Access Bearer Assignment Request ,发起RAB建立过程。

?

2、NC接受到RAB建立请求后,通过ALCAP协议建立Iu数据传输承 载,并利用AAL2绑定标识将Iu数据传输承载和无线接入承载绑定 在一起。(对于PS域不要求执行该过程。)

该步骤在在信令跟踪里看不到。如果信令跟踪到Radio Access
Bearer Assignment Request后,看不到下一条信令RL链路重配置准

备(Radio Link Reconfiguration Prepare),说明IU口的AAL2链路或
ALCAP有问题。

呼叫及切换信令流程

RAB建立过程
?

3、 RNC要求其Node B准备在已有的无线链路上增加一条(或多

条)承载RAB的专用传输信道(DCH)(Radio Link
Reconfiguration Prepare)。
?

4、 Node B分配相应的资源,然后向所属的SRNC发送Radio Link Reconfiguration Ready消息,通知SRNC无线链路重配置准备完毕。

?

5、 RNC通过ALCAP协议建立Iub接口的用户面数据传输承载,并 利用AAL2绑定标识将Iub数据传输承载绑定到DCH。

?

6、 NODEB和SRNC通过交换DCH帧来完成上、下行同步。Node B 和RNC通过Downlink Synchronisation 和 Uplink Synchronistion DCH-

FP帧为Iub数据传输承载建立同步关系。

呼叫及切换信令流程

RAB建立过程
?

7、 RNC向Node B发送NBAP消息Radio Link Reconfiguration Commit, NODEB和UE从此消息中获取同步时刻,启用新的配置参数。 8、 RNC向UE发送RRC消息Radio Bearer Setup。RL进行重配后,UE

?

和NODEB间进行一个同步,同步后NodeB向RNC上报一个RL
Restore。
?

9、 UE执行完RB建立后,UE发送RRC消息Radio Bearer Setup

Complete 给RNC。
?

10、 SRNC接受到无线承载建立完成消息后,RNC发送RANAP消息 Radio Access Bearer Assignment Response 给CN,结束RAB建立过程。

至此RAB建立完成,之后进行上行和下行的直接传输过程,振铃后, 摘机进行通话

呼叫及切换信令流程

完整的起呼信令流程

呼叫及切换信令流程

呼叫流程

?

第五步,释放过程
? 主叫与被叫的释放流程相同,包括Iu连接的释放和RRC连接的释放。
? 释放流程包括:释放请求->Iu释放->RRC连接释放。 ? 释放请求分为两种类型:UE发起的释放和CN发起的释放。

呼叫及切换信令流程

UE发起释放的流程

呼叫及切换信令流程

Iu释放信令流程

呼叫及切换信令流程

Iu释放信令流程
?

1. CN通过给RNC发送RANAP消息Iu Release Command消息发起专

用信道的释放过程。主要参数:释放原因,比如 "Successful
Relocation", "Normal Release", "Release due to UTRAN Generated Reason", "Relocation Cancelled", "No Remaining RAB"。
?

2. RNC在收到Iu Release Command 消息后,释放到IU口的信令连 接,并且通过ALCAP协议释放Iu承载,但不会等UTRAN将所有的 资源和信令释放后,就直接给CN回送RANAP消息Iu Release Complete消息。 3. CN与RNC通过ALCAP协议释放Iu承载。

?

呼叫及切换信令流程

RRC连接释放过程
?

4. RRC释放就是释放UE和UTRAN之间的信令链路及所有的无线承载

呼叫及切换信令流程

RRC连接释放过程
?

5. RNC向UE发送RRC消息RRC Connection Release来释放该RRC连接。 主要参数:释放原因。 6. UE向RNC回送RRC消息RRC Connection Release Complete,以此确 认RRC连接的释放。此消息为非确认模式的,因此会收到多条。 7. RNC向Node B发送NBAP消息Radio Link Deletion,删除NodeB中的 无线链路资源。 8. Node B 资源释放完成后,向RNC回送NBAP消息Radio Link Deletion Response。 9. RNC通过ALCAP协议释放与NodeB之间Iub口用户面传输承载,至 此呼叫释放流程结束。

?

?

?

?

呼叫及切换信令流程

同一RNC不同Node B间的软切换

UE

NODE B1

NODE B2

RNC

RADIO LINK SETUP REQUEST RADIO LINK SETUP RESPONSE ACTIVE SET UPDATE ACTIVE SET UPDATE COMPLETE RADIO LINK DELETION REQUEST RADIO LINK DELETION RESPONSE

呼叫及切换信令流程

跨Iur口的软切换
UE SNODE B DNODE B SRNC DRNC

RADIO LINK SETUP REQUEST RADIO LINK SETUP REQUEST RADIO LINK SETUP RESPONSE RADIO LINK SETUP RESPONSE ACTIVE SET UPDATE ACTIVE SET UPDATE COMPLETE RADIO LINK DELETION REQUEST RADIO LINK DELETION RESPONSE

呼叫及切换信令流程

软切换-增加无线链路
UE Node B Drift RNS Drift RNC Serving RNC Decision to setup new RL 1. Radio Link Setup Request

RNSAP NBAP 2. Radio Link Setup Request NBAP

RNSAP

Start RX description 3. Radio Link Setup Response NBAP

NBAP 4. Radio Link Setup Response

RNSAP

RNSAP

5. ALCAP Iub Bearer Setup

ALCAP Iur Bearer Setup

6. Downlink Synchronisation DCH-FP DCH-FP

DCH-FP

7. Uplink Synchronisation

DCH-FP

Start TX description 8. DCCH : Active Set Update RRC [Radio Link Addition] 9. DCCH : Active Set Update Complete RRC RRC RRC

呼叫及切换信令流程

软切换-删除无线链路
UE Node B Drift RNS Drift RNC Serving RNC

Decision to delete old RL

1. DCCH : Active Set Update RRC [Radio Link Deletion] 2. DCCH : Active Set Update Complete RRC RRC 3. Radio Link Deletion Request RNSAP RNSAP NBAP 4. Radio Link Deletion Request NBAP RRC

Stop RX and TX 5. Radio Link Deletion Response

NBAP

NBAP 6. Radio Link Deletion Response RNSAP RNSAP

7. ALCAP Iub Bearer Release

ALCAP Iur Bearer Release

呼叫及切换信令流程

软切换-同时增加删除无线链路
UE Node B Drift RNS Node B Serving RNS Drift RNC Serving RNC Decision to setup new RL and release old RL

RNSAP NBAP Start RX description NBAP 3. Radio Link Setup Response NBAP RNSAP 2. Radio Link Setup Request NBAP

1. Radio Link Setup Request

RNSAP

4. Radio Link Setup Response

RNSAP

5. ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup

ALCAP Iur Bearer Setup

DCH-FP

6. Downlink Synchronisation

DCH-FP

DCH-FP

7. Uplink Synchronisation

DCH-FP

Start TX description 8. DCCH : Active Set Update Command RRC [Radio Link Addition & Deletion] 9. DCCH : Active Set Update Complete RRC

RRC

RRC

NBAP

10. Radio Link Deletion Request

NBAP

Stop RX and TX

NBAP

11. Radio Link Release Response

NBAP

12. ALCAP Iub Data Transport Bearer Release

呼叫及切换信令流程

同一RNC不同频点的硬切换
UE NODE B1 NODE B2 RNC

RADIO LINK SETUP REQUEST RADIO LINK SETUP RESPONSE PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION COMPLETE RADIO LINK DELETION REQUEST RADIO LINK DELETION RESPONSE

呼叫及切换信令流程

RNC间硬切换伴随着重定位
UE SNODE B DNODE B SRNC DRNC RELOCATION REQUIRED RELOCATION REQUEST RADIO LINK SETUP REQUEST RADIO LINK SETUP RESPONSE RELOCATION REQUEST ACKNOWLEDGE RELOCATION COMMAND PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION RADIO LINK RESTORE INDICATION RELOCATION DETECT PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION COMPLETE RELOCATION COMPLETE IU RELEASE COMMAND IU RELEASE COMPLETE RADIO LINK DELETION REQUEST RADIO LINK DELETION RESPONSE CN

呼叫及切换信令流程

系统间切换3G->2G
UE NODE B SRNC CN BSC

RELOCATION REQUIRED HANDOVER REQUEST HANDOVER RESPONSE RELOCATION COMMAND HANDOVER FROM UTRAN COMMAND HANDOVER COMPLETE HANDOVER DETECT HANDOVER COMPLETE IU RELEASE COMMAND IU RELEASE COMPLETE RADIO LINK DELETION REQUEST RADIO LINK DELETION RESPONSE

呼叫及切换信令流程

主叫流程(1)

Initial UE Identity, Establishment cause, Initial UE Capability Cell id, Transport Format Set, Transport Format Combination Set, frequency, UL scrambling code, Power control information

Transport layer addressing information

ALCAP协议发起Iub口数据传输承载的建立

Iub口数据传输承载的同步

Initial UE Identity, Transport Format Set, frequency, Transport Format Combination Set, Power control information。

呼叫及切换信令流程

主叫流程(2)

Service Request、Location Update Request

RNC到CN的信令连接,建立在SCCP上

呼叫及切换信令流程

主叫流程(3)

Call Setup

RAB参数

用户面传输承载建立

Transport Format Set, Transport Format Combination Set, Power control information

Transport layer addressing information

呼叫及切换信令流程

主叫流程(4)

ALCAP协议发起Iub数据传输承载的建立

通过交换DCH帧协议的数据帧

Transport Format Set, Transport Format Combination Set

呼叫及切换信令流程

主叫流程(5)

呼叫及切换信令流程

主叫流程(6)

ALCAP协议释放Iu口数据传输承载

ALCAP协议释放Iub数据传输承载


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