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LTE中的RRC协议研究


L T E中声刍RR C协议研究:l:
郎为民,王逢东
(解放军通信指挥学院,武汉430010)



要:

L11E无线接口协议的作用是建立、重新配置和释放无线承栽,它能够为传输EPS承载提供各种方法。描 述了UE的状态与状态转换。包括E—UTP,.AN状态与&AT状态间的移动与信令无线承载(S

KB),同时 介绍了系统信息广播、寻呼、KKC连接、无线承栽的建立、切换、CS/善-音回落、uE能力转移,以及 处理一般错误的工作流程。

关键词:

L1飞;KLC:E—UTRAN;信令无线承栽(SRB);cs语音回落

中图分类号:TNgl5,TN92

文献标志码:B

文章编号:1672—6200(2010)02-0034—04

1引言

状态下,上层可以配置与U E有关的DR X,且移动性是由U E控 制的。

无线资源控制(RRC)消息是UE和E—UTRAN之间交换控 制信息的重要组成部分。与UTRAN中的RRC实体相比,通过减 少消息数目和消息中的冗余信息,E—U TR
A N中的R R C实体大大

在RRC—CONNECTE嗽下,UE将数据传送给网络,并从

网络接收数据。为了实现此项功能.U E要监控与共享数据信道有 关的控制信道,以决定是否调度数据,并为eNodeB提供信道质量 和反馈信息。同时,在这种状态下,基于eNodeB提供的配置,UE 可以完成邻近蜂窝测量和测量结果报告。与UTRAN系统相比,在 RRC-CONNECTED状态下,UE能够从BCCH获取系统信息。低
层可以配置与U E有关的DR X,且移动性(即切换)是由网络控制 的。

简化。RRC采用与WCDMA相同的协议语言——抽象语法记法l (ASN。1),因为它能够促进不同版本标准之问的演进,这些版本 标准有ASN.1规定的扩展能力。X2和S1接u消息编码时,也要用
到ASN.1.



UE的状态与状态转换

2.1

E-UTRAN状态与RAT间的状态移动性 图l给出了E-UTRAN、UTRAN和GSM/EDGE无线接入网

与UTRAN(WCDMA)相反,E—UTRAN中的UE(包
含与R


(GERAN)之间的移动性支持。由于UTRAN的CELLFACH状 态持续时间特别短,因而它不支持直接从UTRAN 状态到E-UTRAN RRC状态的转换。 2.2信令无线承载(SRB) SRB是特殊无线承载,它仅用于传送RRC消息和NAS消息。
目前,定义了3种信令无线承载(SRB):SRB0、SRBI丰nSRB2。
CELL_FACH

T之间)状态也大大简化。它只有两种状态,即R R C—

CONNECTED和RRCADLE,取决干l乇RC连接是否建立。 在RRC—IDLE状态下,UE监控寻呼信道,检测输入呼叫, 获取系统信息,完成邻近蜂窝测量和蜂窝选择(重选)。在这种


奉国家自然科学基金资助项目(arT(嗍)
万方数据

日㈣惭I蝴№嚼

SRB0适用于通过CCCH传送的RRC消息,如RRC连接建立或无

第2期

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◆技术论坛◆

码、蜂窝标识等).用于蜂窝选择的信息(如蜂窝要求的最低接
UTRAN :

E—UTRAN

GERAN

收电平和偏移),P-Max、频带指示,调度信息、TDD配置、SI-

Window长度和回咖m

Information Value Tag。

除SIBl之外,其他的SIB都包含在SI(调度信息)消息中, 每条SI消息在时域窗口(1ipSI-Window),且针对不同消.g的si- Window不重叠。SI-Window的长度在SIBI中定义,}{j时下所有
接释放

SIffl息都适用。图2给出了UE如何发现SIB的每个Sl消息,以读取
sIB。

图1

E--LffRAN

RRC状态和3GPP系统之间的状态转换

线链路失败期间的消息。举例来说,下面的消息是通过SRB0传 输的:RRC连接请求消息、RRC连接建立消息、RRC连接拒绝 消息,RRC连接重建请求消息,RRC连接重建消息、RRC连 接重建拒绝消息。SRBl:一旦RRC连接建立,SRBl用于传送 通过DCCH传送的RRC消息和NAS消息,直至安全功能激活。 SRB2:一旦安全功能激活,NtISRB2建立,NAS消息可以通过 SRB2传输,而RRC消息仍然通过SRBl传输。SRB2的优先级比
SRBl低。 3.2寻呼 3 图2 SI消息的获取过程

RRC功能与信令流程

寻呼消息的目标是找到处于RRCADLE模式的UE,实现移动 呼叫终止。同时,寻呼消息也可用于通知处在RRCADLE和RRC—

RR

C协议层提供如下功能:系统信息广播,寻呼?U E和

CONNECTED模式的UE,系统信息将发生变化,或者ETWS通知

PUTRAN之间RRC连接的建立,维护和释放l安全功能(包括
密钥管理),点到点无线承载的建立、配置、维护和释放,切换,


消息将在SIBl蛔糊B1l中传送。
由于U E可以利用处于空闲状态的D R X来降低功耗,因 而U E应当能够计算出何时唤醒DRX,以及何时检查正确的

E蜂窝选择和重选以及控制U E蜂窝的选择和莺选;eNodeB之间

的上下文转移,网络与UE之间NAS直接消息传输,UE能力转移, 通用协议错误处理,对自配置和自优化的支持。 3.1系统信息广播 系统信息既包括与非接入层(NAS)有关的信息,也包括与 接入层(Access Stratum,AS)有关的信息。基于信息的特性和使 用情况,系统信息元分组,形成主信息块(MIB)和不同的系统信
息块(SIB)。

子帧。为了做到这一点,当UE从SIB2接收到必要信息,并用 于计算时,U E需要存储默认寻呼周期和寻呼组数。S—TMSI (SAE临时移动用户标识)或者IMsI可以寻呼uE,其中
S-TMSI是由MME分配的临时UE ID。在Release

8中,未考

虑IMEI寻呼。
3.3

RRC连接的建立
RR

C连接建立过程如图3所示。连接建立:过程是由来自U E

由于MIB是最重要的信息块,因而MIB每40 ms通过BCH传 输,且在40 ms内重复传输。第一次传输的MIB在第。个-子帧中SFN
mod

NAS层的请求触发的。触发原因有多种,如移动发起呼叫,N AS 信令传输或寻呼响应传输。因此,RR C连接是在U E和eNodeB之 间建立的,甘此时SRBI已建立。如果网络过载,勋JeNodeB可以合 理地设置SI B2中的访问等禁止参数级和/或使用等待计时器来拒绝 RRC连接建立的请求。 如果UE具有一个合法的S—TMSI,则UE将其包含在RRC连 接请求消息中。另外,u E还包含有加bit的随机值。由于受消息 长度的限制。在RRC连接请求消息中,只定义了5种连接原因,

4=O处凋度。UE得到MIB,并对SCH解码。MIB包含一个

下行链路系统带宽、物理HARQ指示信道(PHICH)配置和一个 系统帧号(SFN)。
采用固定模式调度SIBl,周期为80 ms,且在80 ms内蕈复调

度。第一次传送的SIBl在第5个子帧中SFN

mod

8=O处调度。

SIBI包含了与蜂窝接入有关的信息(如PLMN标识列表,跟踪区代

万方数据

‰蒯舢岫删姗妇蛔四.

配置有关,其中无线资源配置信息元组又位于RRC连接藿 新配置信息中。当R
R C连接重新配置信息用于建立一个新

的数据无线承载(DRB)时,相应的N AS消息也包含在该 消息中。 3.5切换 对于LTE内部切换来说。源eNodeB和目标eNodeB都 在LTE系统中,含有移动性控制(包括切换所需的参数) 的RRC连接重新配置消息可以用作一条切换命令。当源 eNodeB和目标eNodeB之间存在X2接口时,源eNodeB通 过X2接1:I向目标eNodeB发送切换请求消息,以完成目标蜂 窝的准备。目标eN odeB负责构建R


C连接重新配置消息,

并将其包含在切换请求确认消息中,通过x2接u发送给源 eNodeB,如图5所示。
图3 RRC连接建立过程

即紧急情况,高优先级访问、移动终止访问、移动发起信令和移 动发起数据。NASJ]臣务请求消息是在RRC连接建立完成消息中传
送的。


源eNodeB


FI标eNodeB

SIBl最多可以广播6个PLMN标识(它有利于实现网络 共享),U E从中选择一个标识,并在R


C连接建立完成消

息中报告。如果U E已经在某个MME处注册,贝UU E也可以将 注册过的MME标识包含在RRC连接建立完成消息中。然后,
当SI-flex已配置,且启动了Sl连接建立过程后,舞l|eNodeB

就可以发现/选择正确的M M E(它存储了U E空闲模式上下 文)。完成RRC连接过程后,UE转入RRC—CONNECTED 状态。 3.4无线承载的建立
RR

C连接的首新配置过程如图4所示,用于维护和修改无线承

载和释放数据无线承载,IiPSRB无法通过RRC连接重新配置过程来
释放。 图5 eNodeB之间切换的过程


一DCCtl:RRC连接苇新配霞


DCCH:RRC连接莺新配置完成 图4 RRc连接重新配置过程

3.6

CS语音回落 由于初始LTE部署可能不支持语音业务,3GPP同意

提供一种方法,来为GERAN或UTRAN提供CS语音业 务。对于CS语音回落来说,可以使用PS切换,蜂窝改变
次序和R R C释放等方法,且由eN od eB来决定实际使用

的方法。在Release

8中,3GPP决定向UTRAN系统CS

语音回落时,只能采用PS切换方法。向GERAN系统CS 语音回落时,应当考虑采用PS切换方法和具有网络支持 (NACC)功能的蜂窝改变次序方法(即提供一些与目标 无线资源配置信息元组中定义的参数主要与无线承载的 蜂窝相关的系统信息来加速蜂窝选择过程)。这两种方法分

口c锄汹M嗍t删触姆 万方数据

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别如图6和图7所示。

eNodeB

燮缴
BSS


MME
FIj指示)


MSC

NAS:Exl 一Service晴求(Cj B

FB指示) DCCll:UF能力询问

Sl:初始上二下j :建立请求(cs

…一.瀚蠹……’
DCCll:EUTRA

移动性命令
(CC0。SI/PGll

DCCll:UF能力信息
NAS:-眦务请 求(M(增i音呼叫) CSu婀叫建市

访|.u】H标RAT

图8

UE能力转移过程

图6具有蜂窝改变次序功能的cs语音回落

他过程的错误处理。举例来说,当RR C连接重新西己置消息包含一 个ASN.1错误或完整性保护失效,lquE将启动RRC连接重建过

9望望
eNodcB RSS/RNC NAS:I :)(t—SeⅣice请j :(CS


MME


MSC



程,如图9所示。但对于其他故障响应消息未定义的错误情况,
U E可能会忽略。同样,R R C连接重建过程用于从无线链路故障

MSC

FB指示)

中恢复过来。

测量

Sl:初始f: 卜文建市请求 (CS】 。B指示)
PS

HO准备

【)CCII!IiU7I’Rp

移动性命令 (针对PS HO) 访问}{

标RAT


CS呼叫埭青

CCCII:RRC连接重建请求

图7

cs语音回落的切换



CCCH:RRC连接蟊建

3.7

UE能力转移 UE可以通过NA斟肖,995J:NAS UE能力直接转移给MME,在初

CCCH:RRC连接霍建完成

始UE上下文建立期间,NAS消息是转发给eNodeB的。由于UE
图9 RRC连接的重建过程

能力除了LTE能力之外,还可能包括UTRAN和GERAN能力, 因而信息量町能相当大。为了降低空中接口在由RRC-IDLE模 式到RRC—CONNECTED模式过渡期间的开销,MME还要存储
UE

AS能力,并在初始UE上下文建立期间,提供给eNodeB。 作者简介: 郎为民,男,j 976年生,

在RRC—IDLE或MME不具备合法的UE AS能力期间,如果UE AS能力发生了变化,MME将无法在初始UE上下文建立期间提
供UE AS能力,eNodeB将直接从UE处获取UE AS能力,如图8 所示。

学,获工学博士学位,解放军通信指挥学院装备管理运用

2—05

年毕业于华中科技大{l|

3.8一般错误处理
在UTRAN RRC中,关于DCCH消息中各种错误的处理情况

…研究方向为下一代网络、射频识剐和信息安全。 强 Ⅲ 王逢东.男,1975年生,2005年毕业于通信指挥学引
…院,获硕士学位,解放军通信指挥学院装备管理运用教研|l| ㈨室讲师,研究方向为下一代网络和装备管理。 Ⅲ

已经规定得比较全面了。但是,对于LTE来说,目前还不希望由于 规定网络错误(,女IIASN.1错误)情况处置而提高了复杂性。这样, 在标准中jl规定了针对特别重要过程的错误处理,而没有规定其



巡釜=二==二二二二三二;—二二二二二二二=二=;二茹-;=受茧峭=二二=;=二==:兰岁

0 收稿日期:201一 05 一1 1



万方数据

踟艄鼬№a舭t捌砌舯蛔团

LTE中的RRC协议研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 郎为民, 王逢东, LANG Wei-min, WANG Feng-dong 解放军通信指挥学院,武汉,430010 通信管理与技术 COMMUNICATIONS MANAGEMENT AND TECHNOLOGY 2010(2)

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