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核心网coreEPCLTE
TD-LTE和FDD-LTE的问题
昨天国家终于发了4G拍照,三大运营商都是TD-LTE,怎么评价这个结果呢?
移动获得的是最好的频段,看样子,CMCC是要在4G上大干一场了。
对于普通的大众来讲,TD这个名词伴随了我们有10年了吧?
什么通信技术自主创新,TD是中国的创新的希望,李进良,李世鹤,陈卫,信威通信,大唐移动,TD-SCDMA产业联盟,电信研究院,展讯,联芯科技,重邮信科,xxxx...............等等词汇,铺天盖地,如雷贯耳............
对于普通大众来说,什么是2G,什么是3G,什么是4G.....想必这些专家又要大谈民族通信,空口技术,香农定理......最后大家又是云里雾里。
其实2G,3G,4G的区别是什么,有一个比较经典的比喻:
2G时代,我们可以看苍老师.txt;3G时代,我们可以看苍老师.jpg;4G时代,我们可以看苍老师.avi..............而至于5G时代,则是无论何时,无论何地,4k版的苍老师都将与大家同在(无处不在的网络覆盖,无处不在的一致性用户体验,没有断线,没有卡顿,没有延迟,4k版的苍老师随时在你身边)。
LTE系统同时也是一个TDD与FDD高度融合的系统,这一点上与3G时代的情形大不相同(WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000三个系统互不兼容)。
从整个端到端来看,终端方面目前TDD与FDD是共芯片的。
从基站设备看,TDD与FDD共平台,70%的软件共享,100%的基带硬件重用,80%的RF硬件重用。
从标准协议来看仅存在约10%的差异。
从核心网来看,TDD与FDD是融合的核心网。
下图给出了TDD/FDD-LTE之间的差异,从图中我们可以直观地看到,主要差异在物理层(L1),对于核心网来说,TDD和FDD的核心网完全一致。
至于TDD的核心技术是不是在中国?
TDD的主要专利集中在谁手上?
网上铺天盖地的宣传,爱立信,高通,大唐,CMCC,三星,NSN,北电,阿朗,interdigital,华为,中兴.............?
谁是真正的TD-LTEking?
大家所看到的,听到的,其实都不是真相。
LTE会话流程浅谈-----UE开机attach流程
LTE中UE开机需要和网络建立附着关系(attach),所谓附着是指:
手机用户需要注册到网络中才能获取相应的服务,无线通信中将这种注册被称作附着。
在LTE-EPC网络中,一个典型的终端附着网络的流程是这样的:
UE和基站完成上行同步后(eNodeB之间首先进行下行和上行同步,完成上行同步以后就可以发送消息到eNodeB,并且eNodeB可以正确解码出UE的消息内容----消息1到消息4就是上行同步的过程),就可以发送网络附着消息给基站(网络附着消息是一种NAS消息,包含在无线空口RRC消息中),需要指出的是基站并不解析附着请求消息,因为附着请求消息实际上是作为空口RRC消息的NASPDU包含在RRC消息体中的,怎么理解这句话呢?
我们可以认为NAS消息是核心网EPC系统中的MME需要的消息,而这种消息在无线空口(UE和eNodeB)之间传输的时候,是需要按照无线空口的协议进行包装(封装)的,好比chenjoy同学写了一本小说“大话核心网”,出版以后他打算邮寄一本给好朋友"家园副管09",但是两个人一个在深圳,一个在内地,chenjoy(好比是UE)于是找来了顺丰快递,顺丰收到这本书以后,把这本书装在顺丰的快递包装(空口RRC消息)里面,然后这本书通过飞机空运,终于到达了"家园副管09"的手上,一路上顺丰的快递员,货运飞机飞行员,他们都是不知道,也不关心我这部分的内容和名称什么的,只知道是个纸质物品(NAS消息),当"家园副管09"收到这个快递包装后(空口RRC消息),打开它(eNodeB从RRC消息中获取到NAS消息体)就看到了“大话核心网”这部书(NASPDU),由于工作时间很忙,而且这本书又属于朋友间的私人礼物,于是"家园副管09"打算拿回家欣赏,他把书放在了心爱的小背包中(通过initialUEmessage携带了Attachrequest),回家后,他从包中取出“大话核心网”(MME解析initialUEmessage),躺在床上,沉浸在核心网的前世今生中(解析attach请求内容)。
在无线网部分,LTE的attach与3G的类似,完成相同的功能;而在核心网部分,除荐权、身份验证、用户注册以外,LTE还包含默认承载的建立,而3G中没有。
正是因为存在默认承载建立的过程,因此MME收到initialuemessage以后(相当于收到附着请求后),需要同eNodeB,UE建立默认承载,所以图中的消息7(initialcontextsetuprequest)就是用来建立默认承载的。
而基站收到这个请求后,如果基站没有UE的能力信息,则需要通过消息8和消息9获取该消息,并通过消息10反馈给核心网MME。
前面已经说过,eNodeB和UE需要有加密的过程,保证后续消息的加密传输,因此eNB根据INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息中UE支持的安全信息,向UE发送SecurityModeCommand消息,进行安全激活。
消息11和消息12就是用来完成安全激活的过程。
完成安全激活以后,eNB根据INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息中的ERAB(前面已经讲过LTE-EPC中的几种承载的概念,E-RAB是指UE和SGW之间的承载,为避免流程图太复杂,这里只示意了MME,未给出MME后端SGW,PGW建立承载的信令过程)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;消息13和消息14就是完成的空口承载(Radiobearer)的建立过程。
消息15是消息7的响应消息,即eNB向MME发送INITIALCONTEXTSETUPRESPONSE响应消息,表明UE上下文建立完成;而消息16是UE向eNB发送的ULInformationTransfer消息,包含NAS层AttachComplete、ActivatedefaultEPSbearercontextaccept消息,消息16和消息17相当于是消息7中携带的NAS消息的确认消息,即eNB向MME发送上行直传UPLINKNASTRANSPORT消息,包含NAS层AttachComplete、ActivatedefaultEPSbearercontextaccept消息。
详细的每条信令的解释如下(有兴趣的可以关注一下):
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Attachrequest信息;
6.eNB选择MME,向MME发送INITIALUEMESSAGE消息,包含NAS层Attachrequest消息;
7.MME向eNB发送INITIALCONTEXTSETUPREQUEST消息,请求建立默认承载,包含NAS层AttachAccept、ActivatedefaultEPSbearercontextrequest消息;
8.eNB接收到INITIALCONTEXTSETUPREQUEST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UECAPABILITYINFOINDICATION消息,更新MME的UE能力信息;
11.eNB根据INITIALCONTEXTSETUPREQUEST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INITIALCONTEXTSETUPREQUEST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INITIALCONTEXTSETUPRESPONSE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AttachComplete、ActivatedefaultEPSbearercontextaccept消息;
17.eNB向MME发送上行直传UPLINKNASTRANSPORT消息,包含NAS层AttachComplete、ActivatedefaultEPSbearercontextaccept消息。
UE附着信令流程分解:
UE的附着,协议中是这样定义的,流程是非常复杂的,其实作为一种highlevel的理解,可以分割为几个部分进行理解。
第一部分:
核心网进行用户身份验证、荐权和该用户上次关机遗留承载的删除。
第二部分:
核心网建立默认承载,打通上行数据通道
第三部分:
打通上行数据通道,修改承载
UE去附着流程
既然有UE附着,那么相应地就有UE去附着。
UE的去附着的发起可以是UE主动发起,也可以是网络侧主动发起(MME或者HSS)发起。
好比是一个人离职,可以是某丝不满足于拿着白菜的钱操作白粉的心,周一大清早来到办公室,臭骂一通大小老板,然后潇洒而去(UE主动去附着);也可以是老板不满足该丝,拿着白粉的钱,干着白菜的事,于是周一大早,将该丝扫地出门(MME或者HSS发起去附着)。
UE主动发起的去附着流程如下图所示:
相关信令的解释如下:
1.处在RRC_CONNECTED态的UE进行Detach过程,向eNB发送ULNASTransfer消息,包含NAS层Detachrequest信息;
2.eNB向MME发送上行直传UPLINKNASTRANSPORT消息,包含NAS层Detachrequest信息;
3.MME向Serving-GW发送DeleteSessionRequest,以删除EPS承载;
4.Serving-GW向MME发送DeleteSessionResponse,以确认EPS承载删除;
5.MME向基站发送下行直传DOWNLINKNASTRANSPORT消息,包含NAS层Detachaccept消息;
6.eNB向UE发送DLInformationTransfer消息,包含NAS层Detachaccept消息;
7.MME向eNB发送UECONTEXTRELEASECOMMAND消息,请求eNB释放UE上下文信息;
8.eNB接收到UECONTEXTRELEASECOMMAND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UECONTEXTRELEASECOMPLETE消息进行响应。
LTE中UE附着流程的再回顾
前面已经从网元信令交互图的方式给出了UE附着的过程,这里给出另外highlevel的交互图,便于更好地进行理解。
UE附着的流程采用白话的方式可以这样理解:
LTE手机开机先注册到一个网络上,UE注册到网络的过程称为附着(Attach),在附着过程中将UE的有关信息登记到网络实体。
附着过程在UE和PGW间建立默认承载,以保证UE”永远在线”,同时为UE分配IP地址。
附着后UE的状态从EMM-Deregistered变为EMM-Registered,从ECM-IDLE变为ECM-Connected(即UE状态从未注册变为注册,由idle状态变成connect状态)。
在本节的交互图中,给出了MME和HSS交互的部分,值得指出的是HSS是一个数据库中心,保持了大量UE的业务签约信息,UE的身份信息,UE的状态信息等。
在UE初始附着的过程中,MME需要和HSS交互,获得UE的鉴权信息,并通过这些鉴权信息,完成UE和LTE网络的双向鉴权过程。
应该指出的是,传统的GSM网络中是没有终端对网络鉴权的过程,因此就出现了大量的伪基站干扰的问题,比如现在全国各地大量出现的群发垃圾短信,有些并不是通过运营商的运维的网络发送的,而是由部分流动的伪基站,通过干扰用户正常入网,从而使得用户接入到伪基站,达到群发垃圾短信的目的。
之所以这样的伪基站可以得逞,很大的原因是因为终端没有对网络的鉴权过程。
在LTE-EPC中,鉴权阶段,MME接收到HSS的鉴权信息(RAND、AUTH、XRES和K-ASME)以后将RAND和AUTH回送UE,UE返回RES,在MME中比较SRES和RES得知用户是否合法,完成对UE的鉴权。
LTE中UE去附着流程的再回顾
同UE附着相反,UE去附着过程就是UE在取消网络中的登记,即进行注销的过程,相应地UE状态从EMM-Registered到EMM-Deregistered,UE的上下文(所谓上下文是一种专业的说法,可以理解成UE相关的很多信息,如承载,UE在网络中的状态机等等吧)也从网络中删除。
当UE通过EUTRAN接入EPC网络时,有三种去附着的方式,分别是:
UE、MME、HSS发起的去附着。
UE发起的去附着过程可以是显式的或者隐式的。
显示的去附着,网络和UE明确的请求去附着,并互相用信令通知对方;隐式的去附着,网络去附着,但没有通知UE。
去附着过程和附着过程相反,因此相应的UE状态变化将是:
初始状态UE的初始状态为EMM-Registered&ECM-Connection;去附着后变为EMM-Deregistered&ECM-Idle。
UE发起的去附着过程:
MME发起的去附着过程:
(下图过程是MME显式去附着,如果是MME隐式去附着的话,则是MME上的隐式分离定时器超时之后,MME发起隐式去附着过程。
)
HSS发起的去附着过程:
(HSS发起去附着UE,此注销过程是由取消位置请求发起的。
)
专有承载流程
前面已经讲了在UE附着过程中会建立默认承载。
而默认承载一般都是用于承载一些低速率的基本业务,而为了满足用户高速的数据业务,相应的必须有专门的高速承载来保证。
专有承载的流程包括:
专有承载的建立,专有承载的修改,专有承载的释放三个部分。
值得指出的是专有承载的流程必须在UERRCCONNECTED态下执行,UE和EPC均可发起,eNB不可发起。
首先谈谈专有承载的建立流程:
一般来说,所谓信令流程的东西,都是相对比较深奥的东东,尽管它不是数学的变换,但是更多的是一些逻辑推导的东西,信令流程的东西,最终是要完成一个功能,因此设计的时候,如果考虑不完善,是完全有可能导致系统无法运作的,我们知道CT和IT在设计上有一个很大的区别,常说的是internet永远只有beta版,大意就是说在互联网的世界里,凡事都是先干了再说,错了再改,改了可能还有错,如此反复,一直迭代。
而CT不是这样的搞法,在通信网络的世界里,永远是先考虑清楚了,考虑完善,bug尽量少,反复验证保证99.99999-----%的可靠性了,才敢去上线运营,因为通信从诞生之初就是作为一种基础性的可靠服务存在的,因此总是想好了再做,强调顶层设计,是一种金字塔模型。
当然并不是说服务越可靠越好,事实证明不可靠的服务,对用户也是有巨大价值的,比如?
2013-12-1123:
58上传
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专业人士,可以看这里的流程解释(非专业人士,可以略过):
1-如果EPS系统配置了动态PCC策略,PCRF将发送PCRF-initialIPCANSessionModification消息给PGW;如果没有配置动态PCC策略,PGW将应用本地的Qos策略。
2-PGW基于Qos策略分配响应承载的Qos,并发送CreateBearerRequest消息给SGW,请求建立承载。
该消息携带了IMSI,bearerQos和LBI等,其中LBI(LinkedBearerID)参数时EPS默认承载的标示符。
3-SGW发送CreateBearerRequest消息给MME,如果此时UE处于ECM-IDLE空闲状态,MME将从步骤3开始触发网络侧发起服务流程,余下的步骤4-7将合并到服务请求流程中。
4-MME向eNodeB发送E-RABsetupRequest消息,要求建立S1承载。
该消息携带了NAS消息ActivateDedicatedEPSBearerContextRequest。
5.eNodeB将bearerQos匹配成RadioBearerQos,然后发送RRCConnectionReconfiguration(RadioBearerQos,SessionManagementRequest和EPSRBIdentity)消息给UE。
UE保存SessionManagementRequest中的信息,并通过LBI将转有承载连接到默认承载上。
UE使用uplinkpacketfilter(ULTFT)来决定业务数据流servicedataflow和无线承载radiobearer之间的匹配关系。
6-UE发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息给eNodeB,确认无线承载的激活。
7-eNodeB无线资源和S1资源分配完成后,向MME发送成功的E-RABsetupResponse消息。
8-UE发送DirectTransfer给eNodeB,里面携带了NAS消息ActivateDedicatedEPSBearerContextAccept,建立承载成功。
9-eNodeB发送UplinkNASTransport消息给MME,携带NAS消息给ActivateDedicatedEPSBearercontextAccept。
10-MME收到eNodeB和UE成功的响应后,向SGW发送成功的CreateBearerresponse消息,携带eNodeB的IP、TEID以及MME分配的BI参数。
11-SGW向PDNGW发送成功的CreateBearerResponse消息。
12-如果配置了动态PCC,PDNGW通知PCRF IP-CAN会话修改结束。
非专业人士,请看这里:
简答一点说,专业承载的建立过程是这样的:
1.PDN-GW根据QoS策略制定该EPS承载的QoS参数;
2.S-GW向eNB发送承载建立请求,包含(IMSI,QoS,TFT,TEID,LBI等)(反正就是写参数罗,看不懂也没有关系的。
);
3.MME向eNB发送E-RAB建立请求,包含E-RABID,QoS,S-GWTEID(反正就是写参数罗,看不懂也没有关系的。
);
4.eNB接收建立请求消息后,建立数据无线承载;
5.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。
上次的LTE核心网(EPC)似乎已经做了一段浅薄的叙述,这里简单把LTE的无线接入部分做个阐述吧。
个人能力所限,这部分可能不会太深入。
过程1:
小区搜索:
终端(手机)要和基站(eNodeB)建立通信链路,首先必须要进行小区搜索。
小区搜索是无线通信的关键步骤。
是UE与eNodeB建立通信链路的前提。
小区搜索主要是利用下行链路传输两种特殊信号:
SCH和BCH,其中SCH用于UE(手机)进行下行同步;而BCH用于UE获取小区相关的参数。
大致的小区搜索过程见下图所示:
(其中PSS叫做主同步信号,SSS叫做辅同步信号,PBCH是物理层广播信道,DBCH是动态广播信道)
对无线接入物理层不了解的人,大致了解以上过程就够了。
通过小区搜索,可以建立物理层的下行同步,下行同步完成后就可以正确接受基站发给终端(手机)的下行数据了。
对于小区搜索的详细过程,这里给出介绍,不熟悉无线的人,可以之际跳到随机接入的流程讲解部分。
小区搜索的理解:
(不熟悉的人可以不用关注,直接进入随机接入流程)
1.UE一开机,就会在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收数据并计算带宽RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication接收的信号强度指示),以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区(应该说只是可能),如果UE能保存上次关机时的频点和运营商信息,则开机后可能会先在上次驻留的小区上尝试驻留(可以理解成建立关联关系);如果没有先验信息,则很可能要全频段搜索,发现信号较强的频点,再去尝试驻留;
2.UE在这个中心频点周围收PSS(primarysynchronizationsignal)和SSS(secondarysynchronizationsignal)。
并由此确定5ms,10ms同步和CP,其中Cp是通过对SSS盲检测确定。
然后通过DL_RS进一步实现时间、频率同步,信道估计;再检查PBCH.获得MIB;
3.要完成小区搜索,仅仅接收PBCH是不够的,还需要接收SIB,即UE接收承载在PDSCH上的BCCH信息。
为此必须进行如下操作:
a)接收PCFICH,此时该信道的时频资源就是固定已知的了,可以接收并解析得到PDCCH的symbol数目;b)接收PHICH,根据PBCH中指示的配置信息接收PHICH;c)在控制区域内,除去PCFICH和PHICH的其他CCE上,搜索PDCCH并做译码;d)检测PDCCH的CRC中的RNTI,如果为SI-RNTI,则说明后面的PDSCH是一个SIB,于是接收PDSCH,译码后将SIB上报给高层协议栈;e)不断接收SIB,HLS会判断接收的系统消息是否足够,如果足够则停止接收SIB至此,小区搜索过程结束。
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