WCDMA RNC无线网络技术协议与信令流程Word文档格式.docx
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编号:
V1.0
编写说明
本系列培训教材是由中兴通讯移动事业部网规网优部组织编写的,主要用于内部员工培训,包括网规网优人员、技术支持人员和市场人员。
本系列培训教材共分两部分:
WCDMA基础篇、WCDMA网络规划篇。
基础篇主要介绍WCDMA的基础知识,包括WCDMA设备和WCDMA的关键技术等。
规划篇介绍WCDMA网规规划的全部内容,包括勘察、规划、仿真等。
目录
第一章RNC接口与协议5
1.1概述5
1.2Iu接口与协议7
1.2.1Iu-CS协议结构8
1.2.2Iu-PS协议结构9
1.2.3Iu-BC协议结构10
1.2.4RANAP协议10
1.2.5IuUP协议11
1.3Iur接口与协议13
1.3.1RNSAP协议14
1.3.2FP协议14
1.4Iub接口与协议15
1.4.1NBAP协议15
1.4.2FP协议16
1.5Uu接口与协议17
1.5.1MAC协议18
1.5.2RLC协议19
1.5.3PDCP协议21
1.5.4BMC协议22
1.5.5RRC协议23
第二章信令流程25
2.1RRC连接管理流程25
2.1.1RRC连接建立26
2.1.2RRC连接释放27
2.1.3RRC连接重建立28
2.1.4寻呼流程29
2.2测量管理和下行功控流程30
2.3RAB管理流程31
2.3.1RAB建立32
2.3.2RAB释放35
2.3.3RAB修改37
2.4前向切换流程38
2.5软切换流程40
2.6硬切换流程42
2.7系统间切换流程46
2.7.1CS域系统间切换46
2.7.2PS域系统间切换50
2.8Iu口控制面重定位流程52
第一章RNC接口与协议
1.1概述
RNC属于UTRAN(UMTS地面无线接入网络)的一部分,UTRAN无线接入网络包括一个或多个无线网络子系统(RNS),一个RNS由一个RNC和一个或多个NodeB构成。
RNC和NodeB之间通过Iub口相连,为了宏分集的需要,RNC之间也可通过Iur接口相连。
每个RNS负责管理所辖的小区等无线资源。
RNC在网络中的位置以及与周围网元之间的关系如图1.1-1所示,除了Iu-CS和Iu-PS外,每个RNC在Iu口上还可以和一个或多个广播短消息中心CBC相连,这个接口也称作Iu-BC接口,在图中省略没有画出。
图1.1-1UTRAN结构图
RNC无线网络控制器主要负责无线资源的管理。
它一面通过Iu接口同电路域和分组域核心网相连;
一面负责管理和控制NodeB,并负责空中接口与UE之间的L1以上的协议处理。
在无线接入网络中,它处于承上启下的关键地位。
在逻辑上,它和GSM中的BSC相对应。
对于RNC来说,它可以具有以下几种角色:
CRNC:
对于某个NodeB来说,直接控制它的RNC就是控制RNC(CRNC),CRNC负责所管理NodeB和小区的无线资源(码资源等)的分配,负责它们的接纳控制、负载控制和拥塞控制。
SRNC(服务RNC):
对于一个用户UE来说,当它与UTRAN之间处于连接状态时,负责Iu接口直接与CN连接的RNC即SRNC,SRNC保留有UE的上下文信息,同时负责与UE之间空中接口L1以上包括MAC、RLC、RRC等协议的处理,负责UE的切换决策、外环功率控制、无线接入承载参数到空中接口传输信道参数的映射等功能。
一个UE有且只有一个SRNC。
DRNC(DriftRNC):
当一个处于连接状态的UE,需要使用非SRNC控制的NodeB的小区资源以接入一个新的无线链路时,SRNC需要向控制该NodeB的RNC协商请求为UE分配无线链路资源。
这个RNC即DRNC,它帮助SRNC为连接中的UE分配和管理无线资源。
在网络结构中,它就好像提供了一个Iub口的延伸,在具体处理中,它不处理任何L2以上的协议,只是在所控制的NodeB和SRNC之间进行透明的数据转发。
这也是DRNC与SRNC之间相互区别的一个鲜明特征。
对于一个连接中的UE来说,它可以有零个,一个或多个DRNC,一个DRNC也可以向SRNC提供多条无线链路,一般来讲,为了节省地面传输资源,此时这些无线链路的分集和合并由DRNC负责。
UTRAN接口的协议模型如图1.1-2所示。
图1.1-2UTRAN接口模型
协议接口模型结构基于层面分离的思想。
水平上它分为传输网络层和无线网络层两层。
UTRAN协议中主要规定了无线网络层的标准和功能,而传输网络层主要使用其它标准的传输技术,在R99中传输网络层使用ATM技术,在R4、R5中,IP传输将被引入。
垂直面上,UTRAN的协议接口模型又可以分为控制面、用户面、传输网络控制面以及传输网络用户面。
控制面包含了UTRAN有关的控制信令,例如Iu口的RANAP,Iur口的RNSAP以及Iub口的NBAP这些应用部分协议,另外还有承载这些应用协议的信令承载,R99中一般使用ATM宽带信令,以后也可采用IP信令。
这些应用层协议主要用来为UE创建无线接入承载、无线承载、无线链路等用户数据传输所必须的资源。
用户面主要用于在UE和核心网之间转发话音、数据等用户数据,它主要包括各个接口上的帧协议处理,以及媒体访问控制、链路控制等工作。
传输网络控制面主要负责传输层的控制信令。
它不包含任何无线网络层的信息,它包含ALCAP协议以及承载它的信令承载协议。
传输网络控制面是联系控制面和用户面的纽带,它可以使控制面不关心用户面所使用的具体的传输协议,帮助保持无线网络层和传输网络层的独立性和无关性。
用户面的数据承载、应用协议的信令承载等也都属于传输网络用户面。
一般来讲,用户面的数据承载直接由传输网络控制面实时控制,而信令承载的控制则主要通过O&
M的配置。
1.2Iu接口与协议
图1.2-1Iu接口示意图
Iu接口是UTRAN与CN之间的接口,Iu口可以分为三类:
Iu-PS、Iu-CS以及Iu-BC。
Iu-PS是与分组域(PS)核心网之间的接口;
Iu-CS是与电路域(CS)核心网之间的接口;
Iu-BC是与广播域核心网之间的接口。
其中CN侧Iu-CS和Iu-PS既可以独立在不同的设备中,也可以组合在一个设备中。
无论CN是分离式还是组合式结构,RNC面向PS和CS域,在用户面有各自独立的用户数据连接,在控制面有各自独立的SCCP连接。
对于PS和CS域,每个RNC最多只能连接到一个CN接入点;
而对于BC域,每个RNC可以连接到多个接入点。
1.2.1Iu-CS协议结构
图1.2-2Iu-CS接口协议栈示意图
Iu-CS整个接口协议栈的结构如图1.2-2所示。
它的控制面、用户面、传输网络控制面共享ATM传输。
根据规范有关要求,Iu的物理层接口一般采用STM1,STM4和E1。
Iu-CS的控制面协议栈包括RANAP,它构筑在宽带七号信令之上。
各个协议层次依次为信令连接控制部分SCCP,消息传递部分MTP3B,信令ATM适配层。
信令ATM适配层又可进一步分为SSCF、SSCOP以及AAL5等几层。
其中SSCF除将SCCP映射到SSCOP外,还提供SAAL连接管理、链路状态以及远端处理器状态监视等功能;
SSCOP负责建立和释放连接,保证信令消息的可靠传输;
AAL5则将上层协议适配到底层ATM信元。
Iu-CS的传输网络控制面协议栈包括AAL2连接建立的信令协议Q.2630.1和Q.2150.1,它们也承载在宽带七号信令之上。
Iu-CS用户面协议栈包括Iu用户面协议和AAL2。
1.2.2Iu-PS协议结构
图1.2-3Iu-PS接口协议示意图
Iu-PS的接口协议与Iu口的类似,它包括控制面和用户面两个面,也都承载在ATM之上,物理层要求和Iu-CS相同。
Iu-PS的控制面协议栈与Iu-CS不同的是,将IP信令作为一种可以替换宽带七号信令的选择,IP信令包括M3UA,SCTP以及IP。
其中SCTP(StreamControlTransmissionProtocol)是IETF制定的用于在IP网上传递各种信令的协议栈,M3UA则提供了SCCP到SCTP的适配功能。
Iu-PS用户面协议栈包括一个透明的IuUP协议栈以及GTP-U加上IPOA。
GTP-U提供了在IP地址上复用多个用户的隧道功能。
对于Iu-PS来说,它不包括传输网络控制面,建立GTP隧道所需的IP地址等信息包含在RANAP的RAB指派消息中。
1.2.3Iu-BC协议结构
图1.2-4Iu-BC接口协议示意图
Iu-BC接口只有一个面,它主要包括SABP协议,承载在TCP之上。
SABP协议与GSM中BSC与CBC之间的接口协议基本相当,主要功能包括小区广播短消息的添加、删除以及状态查询等。
1.2.4RANAP协议
RANAP的主要功能包括全局控制和非全局控制两部分:
全局控制:
1)过载控制:
该项功能主要在CN和UTRAN之间互相传递相互之间的过载信息,以便对端控制流量,它主要用于控制信令过多引起的过载,例如控制面信令处理器过载、Iu接口信令链路过载等。
2)复位:
该项功能被CN和UTRAN用于在发生异常时,通知对方复位Iu接口相关的所有资源。
非全局控制:
1)RAB管理功能:
这项功能包括RAB建立、更改、删除。
在RAB建立的同时有可能因为无线接入资源紧张而需要进行排队和强拆。
2)重定位:
该项功能主要处理SRNS重定位、硬切换以及与GSM间的系统间切换等。
SRNS重定位指SRNS功能从SRNC到DRNC的转移,在转移前,所有的无线链路已经转移到了DRNC中,因此在SRNS重定位后,并不改变无线资源,也不中断用户的业务。
RNS之间的硬切换主要用于在SRNS功能向DRNS转移的同时,改变无线资源,并发生短暂的业务中断,这种切换和GSM的BSC间切换基本一致。
3)Iu接口信令管理:
包括Iu接口信令连接的建立和释放。
Iu接口信令连接的建立实际上借助于SCCP实现,因此在RANAP中并没有显示信令,但一些初始直传消息可能借助于SCCP的连接建立请求消息发送给CN。
4)数据流量报告:
出于计费的需要,在CN主动要求下或者在Iu接口连接释放的时候,RNC需要向CN报告没有成功发送的数据流量。
5)COMMONID功能:
该项功能用于CN通知UTRAN有关UE的IMSI等永久标识信息,以便UTRAN在组合寻呼时使用。
6)寻呼功能:
该功能用于CN寻呼一个处于空闲状态的UE,也就是寻呼被叫。
如果到该UE已经有其它CN域的连接存在,UTRAN可以使用组合寻呼功能,从专用信道寻呼该UE。
组合寻呼可以由CN进行控制使用还是不使用。
7)调用跟踪功能:
出于安全性等原因,CN可以使用这项功能要求UTRAN记录一个指定用户的所有活动。
8)信令直传功能:
该项功能用于透明传输UE和CN之间的非接入层NAS消息。
9)安全控制功能:
这项功能用于控制UTRAN是否进行消息完整性检查、信息加密,以及完整性检查和信息加密所使用的密钥和加密算法。
10)位置报告功能:
该项功能是位置服务所需要的功能,可以用于CN向UTRAN要求报告UE当前所处的位置。
1.2.5IuUP协议
IuUP协议的主要用途是在Iu接口传递RAB相关的数据。
IuUP协议的设计独立于具体的CN域。
IuUP协议包括两种模式,一种是透明模式,对时延不作特殊要求,协议不作任何处理。
一般用于分组域类似于Interactive和Background等实时性不强,延迟不作要求的业务;
另外一种是支持模式,支持模式下,一般预定义SDU的大小。
支持模式则主要用于Conversational以及Streaming类的业务。
在支持模式下,UP被用于SDU传输组合格式的协商、预定义大小的SDU的数据成帧、CRC校验、速率控制、传输时间调整等功能。
这些功能主要是为了应付实时业务的需要,目前一般被用于Iu-CS的AMR语音数据的传输。
预定义SDU大小支持模式下IuUP主要包括NAS特定功能、帧处理功能和过程控制功能。
1.NAS特定功能
(1)负责帧编号的一致性检查和负载的“有限操作”。
例如当帧号与时间无关时(此时TafficClass为Background或Interactive),如果检测到帧丢失,即在收到的按顺序排列的帧编号序列中发现了间隔,就应当报告给过程控制功能。
(2)负责检查和计算IuUP帧的有效负载部分的CRC。
(3)帧的质量分类处理。
(4)通过交换IuUP帧有效负载的Iu数据流块和上层交互。
需要时也做IuUP帧有效负载的填充和去除填充工作。
(5)为过程控制功能提供访问上层的服务。
2.过程控制功能
(1)初始化:
控制在预定义SDU长度的支持模式下需要的初始化信息交换的过程。
这些信息包括用到的RFCI集合,且持续到连接终止或下一次初始化过程开始。
这个过程也用来协商相关RAB请求的IuUP模式版本。
(2)速率控制:
在IuUP上控制可控速率范围内被许可的速率的过程。
这套(许可)速率集被RFCI指示符和在(适用时)下行链路上的发送间隔表示。
(3)时间校准:
控制穿越Iu、去RNC的下行数据链路时机的过程。
(4)错误事件处理:
控制在Iu上的、和错误状况检测有关的信息交换的过程。
3.帧处理功能
(1)负责对IuUP协议帧的不同部分执行装帧和拆帧。
(2)处理IuUP协议帧的不同部分,将控制域置上正确的值,包括对帧序号的处理等。
(3)确保帧的控制部分是语义正确的,负责和传输层交互,负责IuUP帧头的CRC检查,抛弃掉IuUP帧头部有CRC检查错误的帧。
1.3Iur接口与协议
图1.3-1Iur接口示意图
Iur接口的接口协议栈如图1.3-1所示。
它的接口协议栈同Iu口基本相同,它的主要作用是支持RNC之间的软切换。
RNSAP主要包括四种主要的功能,RNC之间的移动性管理功能、专用信道数据传输功能、公共信道数据传输功能以及全局资源管理功能。
RNC之间的移动性管理功能主要包括SRNC重定位、RNC之间的小区和UTRAN注册区的更新、RNC之间的寻呼、协议错误报告等功能。
专用信道数据传输主要用于在两个RNC之间传输专用信道数据。
它主要使用和Iub口一样的数据帧协议进行数据传输,并通过AAL2控制信令建立数据传输所需要的地面承载。
它的具体功能包括在DCH状态下为软硬切换建立更改和释放专用信道、建立和释放Iur口专用传输信道的建立和释放、SRNC和DRNC之间的DCH传输信道块的传输、DRNS的无线链路管理等。
公共信道数据传输功能包括建立和释放Iur口公共信道数据流传输所需的传输连接、MAC-d(SRNC)和MAC-c(DRNC)功能的分离(由DRNC负责下行数据传输的调度)、MAC-d(SRNC)和MAC-c(DRNC)之间的流量控制。
全局资源管理功能则包括RNC间小区测量信息的传递、RNC间的NodeB定时信息的传递等。
1.3.1RNSAP协议
RNSAP协议主要提供一个SRNC控制和管理CRNC及管辖下各NodeB控制通道的接口规范,其基本相当于NBAP协议在Iur口的延伸。
RNSAP协议的主要功能如下:
1.上下行信令传递。
2.无线链路建立、增加、删除、强拆等。
3.无线链路的同步和异步重配置。
4.跨Iur口的专用测量、报告等。
5.跨Iur口的下行功率控制。
6.公共信道资源建立、删除。
1.3.2FP协议
IurFP协议主要实现在Iur口上公共和共享信道数据和流控信息以及专用信道数据和控制帧的数据传输,它主要包括以下功能:
1.Iur口RACH信道数据的成帧与解帧。
2.Iur口FACH信道数据的成帧与解帧。
3.Iur口DSCH信道数据的成帧与解帧。
4.Iur口CPCH信道数据的成帧与解帧。
5.Iur口FACH信道流控信息的成帧与解帧。
6.Iur口DSCH信道流控信息的成帧与解帧。
7.Iur口DCH信道数据和控制帧的数据传输。
8.Iur口DCH信道数据的宏分集处理。
1.4Iub接口与协议
图1.4-1Iub接口示意图
Iub口的接口协议栈如上图所示。
它与其它接口协议栈的主要区别在于控制面信令承载以及传输网络控制面所用的信令承载采用了ATM的UNI信令,在这里NodeB代表了ATM协议中的用户概念。
1.4.1NBAP协议
图1.4-2Iub接口逻辑模型图
为了使运营商能够通过开放接口降低运营成本,UMTS协议中将Iub口也定义为了开放式接口。
由于一般情况下,基站的操作维护是由RNC或者BSC所控制,而操作维护往往和基站的具体物理实现相关,因此在GSM时代,Abis口基本上是不开放的,UMTS为了达到Iub口开放的目标,于是将与实现相关的操作维护和逻辑操作维护分开,并建立了如上图所示的Iub口逻辑模型。
在图1.4-2中,每个NodeB控制着若干个cell,保存着NodeB下有关的各个公共传输信道的属性信息以及呼叫状态下的通信上下文信息(一般对应着一个UE)。
在与RNC的接口上,它由控制端口、通信端口以及各种公共和专用传输信道传输端口。
一般通过某个通信端口控制的若干个NodeB的通信上下文相关的DCH,DSCH数据传输端口一起组成一个业务终结点。
这个控制端口可以和GSM的操作维护时隙相类比;
通信端口可以和GSM的LAPD时隙相对比;
其它信道端口则和GSM的其它业务时隙相类比。
NBAP协议的功能主要包括NodeB逻辑操作维护功能以及专用NBAP功能。
NodeB逻辑操作维护功能主要包括公用过程和全局过程,公用过程指小区、公共信道的建立、重配置和释放以及小区和NodeB相关的一些测量控制;
全局过程指故障管理功能,包括资源状况指示、资源的闭塞、解闭塞、复位等。
专用NBAP功能主要包括无线链路的增加、删除和重配置、无线链路相关测量的初始化和报告、无线链路故障管理等功能。
1.4.2FP协议
FP协议是应用于Iub口的帧协议,主要实现以下功能:
1.用户数据传输:
处理在FP上传输的用户数据和信令,处理数据的装帧、拆帧、发送、接收、CRC计算与校验,宏分集的处理等。
2.节点同步:
由于RNC和NodeB分别采用自己的时钟源,所以在无线链路建立之初,节点同步的工作主要是为了获得RNC和NodeB公共的时序参考,得到从RNC到NodeB之间的传输延迟而进行的操作。
3.传输信道同步:
该机制定义了在RNC和NodeB之间的帧传输同步。
提供了UTRAN和UE间的一个L2层公共帧编号(CFN)。
在无线链路建立之初,需要得到RNC上的时间和NodeB上CFN之间的对照关系,需要由RNC主动对NodeB进行同步,根据NodeB的返回帧确定定时关系。
4.时间调整:
由于RNC和NodeB分别采用自己的时钟源,以及在处理时由于不同业务的耗时不同导致RNC发出的数据不能落在NodeB的接收窗口内,导致RNC和NodeB之间要重新进行对CFN的调整,以及对RNC发送FP帧的发送时间的调整。
5.上行外环功控:
在WCDMA中,由于所有的用户都使用相同的频率同时发送信息,彼此之间相互干扰。
因为传播路径的不同,基站接收到靠近基站的用户发送的信号比远离基站的用户发射的信号强,因此远端的用户信号被近端的用户所覆盖。
为了消除这种远近效应,则必须进行功率控制。
外环功率控制是功率控制的一个步骤,它是靠FP帧传给NodeB的。
实现中FP通过计算收到的FP帧中TB块的错误率,调用控制面提供的外环功控算法,得到内环功控所需的SIRtarget,发送给NodeB,触发NodeB中的上行内环功控,使其调整UE的发射功率。
从而使RNC中收到的FP帧中的TB块的错误率达到要求。
6.DSCHTFCI信令:
因为PDSCH信道并不携带物理层的控制信息,而是由相对应的DPCCH携带,以指示PDSCH的传输格式;
所以其的TFCI要通过DSCHTFCI信令发送给NodeB。
7.无线接口参数更新:
无线接口参数更新主要用于根据具体物理信道上映射的传输信道TFC引起的速率变化,动态更新DPDCH与DPCCH上的TPCbit之间的POWEROFFSET,以尽量保证小区内功率的利用率。
1.5Uu接口与协议
图1.5-1Uu接口示意图
Uu接口的协议栈如图1.5-1所示。
空中接口由下至上协议栈依次为L1物理层协议、L2MAC、RLC、PDCP、BMC协议和L3RRC协议。
其中L1向MAC提供传输信道服务,传输信道主要定义为数据如何和以什么样的特征进行传输,例如传输的时间间隔、每个时间间隔内传输块的大小、多少等。
MAC向RLC提供逻辑信道服务,逻辑信道服务可以归结为传输何种类型的数据,因此它一般可以分成控制和业务两种大的类型。
RLC一般可以分成透明、无应答、应答三种模式,在控制面它向RRC提供信令无线承载服务;
在用户面它和PDCP一起提供业务无线承载服务并向BMC提供信息广播和多播所需的业务接入功能。
PDCP一般只存在于分组域,它主要用于将不同类型的网络层协议适配到无线接口,并通过头压缩等算法提高信道的利用率。
BMC主要用于在无线接口传递广播和多播信息。
在R99中唯一定义的广播服务,就是从GSM继承而来的小区广播短消息。
RRC协议主要用于向非接入层提供服务,例如用于将呼叫控制、会话管理、移动性管理等消息封装之后在控制接口传输,此外RRC还提供对以下各层协议的控制和管理功能。
1.5.1MAC协议
图1.5-2MAC-b示意图
图1.5-3MAC-c/MAC-d示意图
MAC-b实体处理广播信道BCH。
一般在UTRAN侧每个小区仅有一个。
MAC-c/sh实体处理公共和共享信道,例如PCH、FACH、RACH、CPCH、DSCH等。
MAC-d实体处理专用信道DCH,一般一个UE一个。
MAC的功能包括:
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