LTE中RRC协议精讲专业版.docx
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LTE中RRC协议精讲专业版
RRC协议分析
1RRC结构框架图
1.1UE的状态和状态转移
1.1.1E-UTRAN中的状态
E-UTRAN中的RRC状态分为:
RRC_IDLE和RRC_CONNECTED
两种状态的定义和分别执行的动作:
RRC_IDLE
定义:
没有建立RRC连接。
动作:
1.高层提供的服务:
高层为UE配置特定的DRX.;
2.移动性控制:
由UE来控制UE的移动性;
3.UE执行的动作:
监听寻呼信道检测寻呼和系统信息的更改;如果UE是ETWS用户,则同时检测ETWS通知,如果UE是CMAS用户,则同时检测CMAS通知。
(CMAS:
商用手机预警系统);完成邻近小区测量和小区重选;获取系统信息。
RRC_CONNECTED
定义:
RRC连接建立
动作:
1.UE和网络之间的交互:
UE接收或传送单播数据;
2.在低层,UE将使用高层配置的特定的DRX;(Atlowerlayers,theUEmaybeconfiguredwithaUEspecificDRX.)
3.移动性控制:
由网络来控制UE的移动性,例如:
对于GERAN的切换使用的是可选网络援助的小区更改指令(NACC)。
4.UE执行的动作:
监听寻呼信道或系统信息块1,来检测系统信息的改变;如果UE是ETWS用户,则检测ETWS通知,如果UE是CMAS用户,则检测CMAS通知;监听与共享数据信道相关的控制信道,从而来决定是否为共享信道调度了数据;提供信道质量和反馈信息;获得系统信息;执行邻近小区测量以及测量报告。
图2-13GPP中E-UTRA状态和异RAT移动性过程
1.1.2UTRAN的状态
UTRAN无线资源管理的连接模式分为4种不同的状态:
CELL-DCH状态,CELL—FACH状态,CELLPCH状态以及URA-PCH状态。
空闲模式为UTRAN_Idle;
CELL-DCH,CELL-FACH,CELL-PCH,URA-PCH和UTRAN_Idle状态的定义:
CELL-DCH
Q)q_r8W
]c
`0CELL_DCH状态的基本特征是:
UE被分配了专用的物理信道。
在该状态下,除了上下行专用物理信道DPCH外,UE还可能被分配物理上下行共享信道PUSCH和/或PDSCH。
根据UTRAN的分配情况,UE可以使用专用传输信道DCH、上行共享传输信道USCH、下行共享传输信道DSCH,以及这些传输信道的组合。
UTRAN根据当前的激活信道集知道该UE已经处在小区识别等级上。
就是UE已经在某个小区驻留。
CELL-FACH
%SP5@V~.y?
0CELL_FACH状态的基本特征是:
UE与UTRAN之间不存在专用物理信道连接,UE在下行方向将连续监视FACH传输信道,而在上行方向可以使用公共或共享传输信道(如RACH),UE在任何时候都可以在相关传输信道上发起接入过程。
根据UTRAN的分配情况,UE在此状态下可以使用USCH或DSCH传输信道,UTRAN也可以根据UE最后一次执行的小区更新过程,知道UE当前所处的小区。
中国通信网-无限分享{j5n+q"o5PaY
如果UE选择了一个新的小区,UE将把当前的位置信息通过小区更新过程报告给UTRAN。
UTRAN也可以在FACH上直接给UE发送数据,而不必先发起寻呼。
UTRAN将把系统信息的变化通过相应的调度信息在FACH上及时地广播给UE,以便UE重新读取相应的系统信息。
URA-PCH
G*uocm7m2b%[qY0URA_PCH状态的基本特征是:
UE与UTRAN之间不存在专用物理信道连接,而且UE也不可以使用任何上行物理信道。
在该状态下,UE为节省功耗,可以使用DRX方式去监听PICH所指示的PCH信道。
UTRAN根据UE上次在CELL_FACH状态下执行的最后一次URA更新过程,知道UE当前所处的URA。
中国通信网-无限分享0GW(U0{{#L2R
如果UE需要发送上行数据(响应寻呼或者发起呼叫),必需先从URA_PCH状态转移到CELL_FACH状态。
在该状态下,RRC子层通过小区重选过程执行连接移动性管理。
UTRAN_Idle
在这种状态下,UE的所有连接在接入层都是关闭的,UE的识别通过非接入层标识(如IMSI、TMSI和P-TMSI)来区别。
UTRAN中没有为处于空闲模式的UE建立上下文,如果要寻址一个特定的UE,只能在一个小区内向所有的UE或向监听同一寻呼时段的多个UE发送寻呼消息。
1.1.3GERAN的状态
GERAN:
全称GSMEDGERadioAccessNetwork,是GSM/EDGE的无线接入部分。
EDGE是GPRS到第三代移动通信的过渡技术方案,在图中直接标识为GPRS。
GERAN中的状态分为:
连接模式和空闲模式,连接模式为:
GSM_Connected,GPRS模式
空闲模式:
GSM_Idle/GPRS_Idle模式。
两种状态的意义和执行的动作与E-UTRAN类似。
图2-2E-UTRA和CDMA2000之间的移动性过程
1.1.4CDMA2000
当进入3G时代,已经完成了HRPD和CDMA20001xRTT的兼容。
上图中将CDMA2000的电路交换和分组交换分开进行讨论。
CDMA20001xRTT主要承载话音业务。
HRPD完成高速数据的传输。
CDMA2000的状态:
1xRTTActive和HRPDActive即无线连接管理的连接模式;1xRTTDormant和HRPDIdle即空闲模式。
1.1.5不同RAT之间的状态转移
CELL-DCH,GERAN,E-UTRAN,CDMA2000和RRC_CONNECTED之间的切换:
对于处于RRC_CONNECTED的UE,由网络控制异RAT的移动性,定义相关的进程来支持切换和具有网络辅助更新功能的小区更改指令(CCO)。
从其他RAT切换到E-UTRAN:
图2-3成功切换到E-UTRA
切换的前提条件:
当其他的RATs上的SRBs和可能的DRBs已经建立,进行其他的无线技术到E-UTRA的切换进程。
从UTRAN到E-UTRAN的切换发生在UTRAN的完整性激活后。
在满足条件的前提下,E-UTRAN通过其他RAT发送RRCConnectionReconfiguration信息,同时E-UTRAN进行加密激活,建立SRB1,SRB2和一个或多个DRBs,例如:
至少要建立与默认EPS相关的DRBs。
当UE接收到RRCConnectionReconfiguration信息,如果能遵守此消息中的相关配置,则完成与之相关的配置,同时向网络发送RRCConnectionReconfigurationComplete信息作为响应。
当UE接收到RRCConnectionReconfiguration信息,而不能遵守里面的相关配置,则配置失败情况下的处理。
从E-UTRAN到其他RAT的切换:
图2-4成功从E-UTRA中迁移
这个进程发生的前提:
处于RRC_CONNECTED的UE可能接收到相关的测量报告或者来自MME的CS退避指示信息。
在接收到激活这个进程的相关信息后,E-UTRAN将向UE发送MobilityFromEUTRAComand信息,如果此信息中包含目标小区为UE配置的无线资源等信息,则此进程包含切换这个移动性。
如果此信息中包含信息的随即获取或目标小区的连接建立等信息,则此进程包含小区更改指令(仅仅针对GREAN)。
E-UTRANRRCIDLE,UTRAN_Idle和GSM_Idle/GPRS_Idle模式之间的重选
当UE已经驻留到一个小区,则启动小区重选过程以寻找到更合适的小区驻留,如果UE在与当前的RAT不同的其他网络上发现合适的小区,UE将重选到更合适的小区所在网络的小区上。
URA-PCH/URA-PCH到E-UTRANRRCIDLE的重选
当UE处于URA-PCH/URA-PCH时,需要通过小区重选来进行连接移动性管理到E-UTRAN小区的小区更改指令:
目的是在非E-UTRAN的RAT的控制下,完成UE从其他RAT小区到E-UTRAN小区的更改。
除过E-UTRAN的无线接入技术利用它的特定的进程,命令UE更改到E-UTRAN小区。
作为响应,高层将请求RRC的建立。
当完成切换后,在连接建立之前,UE处于E-UTRANRRCIDLE模式。
1.2RRC的服务和主要功能
1.2.1RRC的服务
(1)RRC向高层提供的服务:
--广播公共控制信息;
--在RRC_IDLE模式下给UE的通知,例如:
被叫;ETWS和CMAS的通知;
--传输专用控制信息,例如给一个特定的UE传输信息。
(2)RRC期待来自低层的服务:
--来自PDCP的服务:
完整性保护和加密;
--来自RLC的服务:
可靠的和顺序传输信息,无信息的重复应用,同时支持数据的分割和连接。
1.2.2RRC的主要功能
(1)系统信息的广播:
包含
--NAS公共信息;
--UE在RRC_IDLE下的信息,例如:
小区选择重选的参数,邻近小区信息;也用于UE在RRC_CONNECTED下的信息,例如:
公共信道配置信息;
--ETWS和CMAS通知。
(2)RRC连接控制:
包含
--寻呼;
--RRC连接的建立/修改/释放,例如:
UE标识(C-RNTI)分配/修改,SRB1和SRB2的建立/修改/释放;接入等级禁止;
--安全性激活的初始化,例如:
AS的完整性保护和加密的初始化配置。
--RRC连接移动性:
例如:
同频和异频切换;安全性处理,例如:
密匙/算法更改;网络节点间RRC内容信息的传输;
--DRB的建立/修改/释放;
--无线配置控制,例如:
ARQ配置的分配/修改,HARQ配置,DRX配置;
--QoS控制:
对于DL和UL的SPS配置的分配/修改;上行速率控制的参数分配/修改,例如:
优先级分配和每一个RB的优先的比特率;
--无线链路失败的恢复。
(3)Inter-RAT的移动性:
例如:
安全性激活;RRC内容信息的传输。
(4)测量配置和报告:
--测量的建立/修改/释放,例如:
同频,异频和Inter-RAT测量;
--测量间隔的建立和释放;
--测量报告。
(5)其他功能:
专用NAS信息和非3GPP专用信息的传输;UE无线接入能力信息的传输。
(6)常见的协议错误处理。
(7)支持自我配置和自我优化。
注意:
随机接入在MAC层被完成描述了,包括初始化功率评估。
2RRC空闲模式过程描述
2.1IDLE模式下的过程概览
——PLMN选择;
——小区选择和重选;
——位置登记;
——支持手动CSGID的选择。
UE在空闲模式下的主要任务分为PLMN选择、小区选择和重选、支持手动CSGID的选择以及位置登记。
UE开机将选择一个PLMN,同时选择一个属于该PLMN的合适小区进行驻留,如果遇到由NAS发起的支持手动CSGID的选择,那么优先选择CSGID相应的合适小区,解调该小区的控制信道,并通过该小区来使用网络资源。
当UE成功驻留在该小区后,就可接收系统信息和监视寻呼。
如果丢失覆盖或者发现更好的小区,则UE重选到更好的小区上,如果新的小区在不同的位置区,则需执行位置更新。
PLMN选择、小区选择和重选、支持手动CSGID的选择以及位置登记这些事件的关系如图3-1所示。
图3-1总体空闲模式过程
UE开机后,由非接入层选择一个PLMN。
对于选择的PLMN,相应的无线接入技术已经确定了。
非接入层提供一个等价的PLMN的列表,接入层利用这个列表进行小区选择和小区重选过程。
在选择小区的时候,UE尝试在所选的PLMN上寻找一个合适的小区,并在这个小区上进行正常业务。
另外,UE调整到它所选择小区的控制信道。
这个过程就叫做驻留到小区。
UE将在它所在小区的跟踪域内,通过非接入层的注册进程进行位置注册。
注册成功后,所选的PLMN(SPLMN)就成为已注册的PLMN(RPLMN)。
根据小区重选准则,如果UE发现一个更合适的小区,那么UE选择这个小区并在此小区驻留。
如果这个小区不属于UE最新的的已注册过的跟踪域,就要重新执行位置注册。
只有进行特殊业务的UE不需要进行位置注册。
如果有需要的话,UE将会周期性地搜索更高优先级的PLMN,如果NAS选择了高优先级的PLMN,UE还要在这个PLMN上选择合适的小区。
在登记的PLMN上,由NAS触发支持手动CSGID的搜索。
如果UE在登记的PLMN上丢失覆盖,无论UE以动态选择的方式选择了一个PLMN,还是获得了一个可用的PLMN的指示,UE进行手动PLMN的选择。
PLMN的选择
在UE中,AS应根据NAS的请求或自动地向NAS报告可用的PLMN。
在PLMN选择期间,基于优先级排序的PLMN标识列表,UE可以自动或手动地选择特定的PLMN。
PLMN标识列表中的每个PLMN由一个“PLMNidentity”来识别。
在广播信道上的系统消息中,UE能够在既定小区中接收一个或多个“PLMNidentity”。
在此以E-UTRA情形为例来说明:
PLMN的选择分为自动和手动两种情况。
自动方式就是UE的NAS提供一张按PLMN的优先级排序的列表给AS;手动方式就是UE将可用的PLMN呈现给用户,供用户手动选择PLMN。
无论是自动还是手动方式,PLMN的选择又可分两种情况,一种是USIM卡中存有先验信息(载频信息),另一种就是没有先验信息。
UE可以利用所存储的信息来优化PLMN的搜索,例如利用载波频率和之前收到的测量控制信元中的小区参数信息。
这就指是当USIM卡中存有先验信息的时候,NAS指示AS按照先验信息进行搜索。
UE只需在已知的频点上进行搜索,在这些频点上搜索最强的小区然后读取小区的系统信息(PLMNID等),以便确定小区属于那个PLMN。
如果UE在最强的小区上可以读到不止一个PLMNID,那么就要将这些读到的PLMN上报给NAS。
当无先验信息时,UE应扫描E-UTRA频段中的所有RF信道,来寻找可用的PLMN。
为了找到小区所属的PLMN,在每一载频上,UE应搜索最强的小区,并读取其系统信息。
以得到PLMN标识信息。
然后将搜索到的所有PLMN标识发送给NAS。
RRC指示物理层做相关的测量,并将结果周期性上报。
如果小区的参考信号接收功率RSRP不小于-110dbm,就将此小区的PLMN上报为高质量的PLMN,不需要上报RSRP的值;若小区的RSRP小于-110dbm,将此小区的PLMN上报为低质量的PLMN,并且附上相应的RSRP的值。
(-110dBm只针对E-UTRAN小区)PLMN的搜索可以根据NAS的请求而停止。
一旦UE选择了一个PLMN之后,将执行小区选择过程来选择一个属于该PLMN的合适小区,进行驻留。
PLMN选择(有先验信息)的流程图如下:
图3-2含先验信息的PLMN选择流程图
2.2小区选择和重选
RRCIDLE模式下的小区选择和重选如图3-3
图3-3RRC的小区选择和重选
UE将通过相关测量完成小区选择和重选。
NAS能够控制小区选择应在哪个RAT中执行,例如通过指示与所选PLMN相关联的RAT,并维护一个禁止登记区域的列表和一个等价PLMN的列表。
UE应根据空闲模式的测量和小区选择标准来选择一个合适的小区。
为了加速小区选择的进程,UE中可以存储多个RAT的信息。
驻留到一个小区后,UE应根据小区重选的准则有规律地搜索一个更好的小区。
如果发现了更好的小区,并经过评估发现这个小区是合适的小区,则会选择该小区。
小区的改变可能隐含着RAT的改变。
如果小区选择和重选导致了收到的系统信息的变化,应通知NAS。
2.2.1小区选择
当UE选择了PLMN后,就要开始在选择的PLMN上进行小区选择过程。
小区的选择也分为两种情况,一种是USIM卡中没有存储此PLMN的小区信息(初始小区选择),另一种就是USIM卡中有与所选PLMN相关的小区信息(存储信息小区选择)。
当USIM卡中存储了所选PLMN相关的小区信息时,UE只需在已知的频点上搜索小区。
在每个频点上,UE只需搜索最强的小区。
一旦发现了一个合适的小区,UE将选择该小区。
注意:
系统信息或专门信令提供的不同频率或RAT的优先级,在小区选择时不考虑。
2.2.1.1小区选择标准
适合驻留的小区满足下列S准则:
这里:
●Srxlev是小区选择的接收功率(需下面参数共同计算)
●仅当UE驻留在VPLMN小区的时候才用到Qrxlevminoffset。
●Qrxlevmin是小区要求的最小接收功率
●Qrxlevmeas是测得的小区的参考信号接收功率(RSRP)
●Pcompensation=max(PEMAX–PUMAX,0)
●Pemax是UE上行最大发射功率,Pumax是UE的最大射频输出功率(实际发射功率)。
当找到合适的小区后,UE就驻留到该小区,并调整到它的控制信道,并进行与小区重选相关的测量。
2.2.1.2小区选择的流程图
图3-4RRC空闲模式下小区选择的流程图
2.2.2小区重选
2.2.2.1常规小区重选
随着UE的移动以及无线环境的变化,当前UE驻留的小区可能变得不适合或者无法提供服务,为选择更合适的小区驻留,就需要进行小区重选。
对小区重选有几点需要注意:
——重选优先级的处理
——测量规范
——小区选择标准
——UE要接入小区的一些限制,
——UE状态的不同(常速,中速或高速移动状态)对Qhyst和Treselection的影响
这里的常规小区重选指的是在进行小区选择时不考虑CSG小区,因为在此种情况下,UE的允许CSG列表为空。
重选优先级的处理
服务小区的系统信息给出了邻近小区的列表,而对这些小区的评估是给予一定的优先级的。
这些优先级的信息一般由系统信息,RRC连接释放信息,或者在进行异系统的小区选择或重选时,由其他的RAT继承而来。
当以上的信息没有提供频率的优先级信息,则网络将应用专门的信令来提供。
当频率的优先级由专门的信令提供时,将忽略系统信息提供的优先级。
当UE处于任意小区驻留状态,则UE将只应用系统信息提供的优先级信息,特别情况下UE才保留专门信令提供的优先级信息。
当UE处于常规驻留状态,如果只有专门信令提供的优先级,则UE将会认为当前的频率的优先级是最低的。
(WhentheUEincampednormallystate,hasonlydedicatedprioritiesotherthanforthecurrentfrequency,theUEshallconsiderthecurrentfrequencytobethelowestpriorityfrequency(i.e.lowerthantheeightnetworkconfiguredvalues).)当UE驻留在一个合适的CSG小区,UE将认为当前的频率是优先级最高的。
以下情况下UE将删除专用信令提供的优先级:
1.UE进入RRC连接状态
2.维护专用信令优先级有效性的计时器T320超时
3.NAS请求选择PLMN
在不同RAT之间不支持相等优先级。
如果系统信息给出了E-UTRAN频率和异RAT频率,以及这些频率的优先级,那么UE只完成对这些频率的小区重选评估。
在进行小区重选时,UE将不考虑黑名单中的小区。
在专门信令优先级计数器T320的有效期内,UE将继承专门信令提供的优先级。
测量规范
当UE完成小区的常规驻留或是任意小区驻留后,将根据服务小区的系统信息所提供的邻近小区的列表和小区重选优先级开始对服务小区及相应的邻近小区进行周期性的测量。
具体触发对哪些小区的测量由系统信息广播的参数Sintrasearch,Snonintrasearch以及小区本身的接收值SServingCell来共同决定。
SServingCell是服务小区的Srxlev-value,计算公式如下:
计算出SServingCell后,综合Sintrasearch,Snonintrasearch就可以获得同频/异频的触发条件。
同频小区测量的触发条件为:
——如果服务小区提供了Sintrasearch并且SServingCell>Sintrasearch,UE不必进行同频测量。
——如果服务小区提供了Sintrasearch并且SServingCell<=Sintrasearch,或者服务小区没有提供Sintrasearch,UE需要进行同频测量。
——如果小区满足同频测量条件,UE将以Tmeasure,EUTRAN_Intra为周期对相应的同频小区进行周期性测量。
异频/异RATs小区测量的触发条件为:
高优先级的小区:
对于比服务小区优先级高的异频/异RATs小区,UE将无条件对这些小区进行周期性测量,测量的周期为Tmeasure,E-UTRAN_Inter。
同等或低优先级的小区:
对于和服务小区处于同等优先级或比服务小区优先级低的小区,
——如果服务小区提供了Snonintrasearch值并且SServingCell>Snonintrasearch,UE不必进行同等优先级或低优先级的E-UTRAN异频或异RAT频率小区的测量。
——如果SServingCell<=Snonintrasearch或者服务小区没有提供Snonintrasearch则UE将完成同等优先级或低优先级的异频或异RAT频率小区的测量。
当然在满足测量条件后,测量是以Tmeasure,E-UTRAN_Inter为周期进行的。
UE对服务小区的测量也是周期性进行的,测量的周期为DRX。
E-UTRAN异频、异RAT的小区重选标准
标准1:
在已被评估的某频率上,某小区的SnonServingCell,x值在小区重选时间间隔TreselectionRAT内大于Threshx,high。
重选到优先级高的异频或异RAT小区,要满足以下条件:
(1)异频或异RAT小区频率满足标准1
(2)UE驻留在当前小区超过1秒
重选到低优先级的异频或异RAT小区,要满足以下条件:
(1)在高优先级的E-UTRAN频率或异RAT频率上,没有小区满足标准1;同时,和服务小区同频或同等优先级的E-UTRAN频率上,没有小区满足标准1;
(2)在小区重选的时间间隔TreselectionRAT内,SServingCell
(3)UE在当前小区驻留时间超过1秒
其中SnonServingCell,x是被评估小区的Srxlev-value值。
TreselectionRAT是完成小区重选的时间间隔,中速和高速下是不同的,在后面部分详细讲述。
如果多个小区满足以上重选标准,UE将重选到一个处于优先级最高的频率,且排序最高的小区上。
E-UTRAN同频或同等优先级小区重选标准
服务小区排列标准Rs和临近小区排列标准Rn如下定义:
是在服务小区测得的RSRP值
是在邻小区测得的RSRP值
是为了防止小区重选的“乒乓效应”
服务小区和邻小区的偏移值
——对同频:
如果Qoffsets,n是确定的,则
等于Qoffsets,n;若不确定则取默认值0.
——对异
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