TDSCDMA基本信令流程Word下载.docx
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2005-3-10
V0.20
补充第2章概述内容；
将状态跃迁内容合并到3.1节；
补充路由区更新内容；
2005-3-14
V0.3
根据评审意见修订；
添加了在HCS下的小区重选机制；
修订了不同NB间硬切换的AAL2释放目标。
2005-3-16
IUSV1.0.0
通过文档评审
2）文档审核记录
审核人
职务
胡金玲
评审组长
3）文档发行范围
分发单位
说明
目录
1引言4
1.1编写目的4
1.2预期读者和阅读建议4
1.3参考资料4
1.4缩写术语4
2概述6
3基本信令流程10
3.1UE的状态与寻呼流程10
3.1.1UE状态10
3.1.2寻呼流程12
3.2空闲模式下的UE14
3.2.1概述14
3.2.2PLMN的选择和重选16
3.2.3小区选择和重选17
3.2.4位置登记22
3.3无线资源管理流程23
3.3.1RRC连接建立流程23
3.3.2NAS信令建立流程25
3.3.3RAB建立流程26
3.3.4小区/URA更新32
3.3.5测量控制38
3.3.6切换流程40
3.4电路域移动性管理流程50
3.4.1位置更新50
3.4.2IMSI分离53
3.4.3鉴权流程53
3.4.4安全模式控制54
3.4.5完整性保护55
3.4.6TMSI重分配58
3.5分组域移动性管理流程58
3.5.1GPRS附着流程58
3.5.2GPRS分离流程60
3.5.3安全流程62
3.5.4路由区更新流程62
3.6呼叫控制65
3.6.1UE发起呼叫流程65
3.6.2UE被呼流程71
3.6.3呼叫重建74
3.6.4呼叫释放流程74
3.7分组域会话管理79
3.7.1PDPContext激活流程79
3.7.2PDPContext去激活功能85
1
引言
1.1编写目的
本文概要描述了TD-SCDMA系统的业务信令流程，帮助读者了解Uu接口、Iub接口、Iu接口等在实现业务时的信令。
1.2预期读者和阅读建议
本文供网络规划人员、网络优化人员、工程人员、测试人员、维护人员等做参考。
要求读者预先阅读《TD-SCDMA系统结构》、《TD-SCDMA无线网络结构》等文档。
第2章简要描述TD-SCDMA系统结构，各部分网元的功能等。
此章节的更详细介绍请参阅《TD-SCDMA系统结构》、《TD-SCDMA无线网络结构》等文档。
第3章是本文档的核心内容，介绍了基本的信令流程，包括电路域移动性管理流程、分组域呼叫流程、分组域会话管理等内容。
1.3参考资料
【1】3GPPTS25.331:
"
RRCProtocolSpecification"
【2】3GPPTS25.922:
Radioresourcemanagementstrategies"
【3】3GPP
TS25.931:
UTRANFunctions,ExamplesonSignallingProcedures"
【4】3GPPTR21.905:
Vocabularyfor3GPPSpecifications"
【5】TD-SCDMA网络结构刘畅
【6】CS呼叫流程陈勇
【7】PS呼叫流程李德、张旺
【8】TD-SCDMA第三代移动通信系统标准李世鹤人民邮电出版社
【9】TD-SCDMA第三代移动通信系统、信令及实现李小文等人民邮电出版社
【10】WCDMA系统基本原理
1.4缩写术语
AALATMAdaptationLayer
AAL2ATMAdaptationLayertype2
AAL5ATMAdaptationLayertype5
ACKAcknowledgement
AMAcknowledgedMode
AMRAdaptiveMultiRate
ATMAsynchronousTransferMode
BCCHBroadcastControlChannel
BLERBlockErrorRatio
CNCoreNetwork
DCCHDedicatedControlChannel
DCHDedicatedChannel
DPCHDedicatedPhysicalChannel
DRXDiscontinuousReception
DTXDiscontinuousTransmission
FACHForwardAccessChannel
FPFrameProtocol
GGSNGatewayGPRSSupportNode
GMMGPRSMobilityManagement
GTPGPRSTunnelingProtocol
GTP-UGPRSTunnellingProtocolforUserPlane
HPLMNHomePublicLandMobileNetwork
IMSIInternationalMobileSubscriberIdentity
LACLocationAreaCode
LAILocationAreaIdentity
MSMobileStation
MTPMessageTransferPart
MTP3-BMessageTransferPartlevel3
NBAPNodeBApplicationPart
P-CCPCHPrimaryCommonControlPhysicalChannel
PCHPagingChannel
PDPPacketDataProtocol
PICHPageIndicatorChannel
PLMNPublicLandMobileNetwork
QoSQualityofService
RARoutingArea
RACHRandomAccessChannel
RANRadioAccessNetwork
RANAPRadioAccessNetworkApplicationPart
RNCRadioNetworkController
RPLMNRegisteredPublicLandMobileNetwork
RRCRadioResourceControl
SAALSignallingATMAdaptationLayer
SGSNServingGPRSSupportNode
SSCOPServiceSpecificConnectionOrientedProtocol
UEUserEquipment
UMTSUniversalMobileTelecommunicationsSystem
URANUMTSRadioAccessNetwork
USIMUniversalSubscriberIdentityModule
2
概述
UMTS（UniversalMobileTelecommunicationSystem）通用移动通信系统与第二代移动通信系统在逻辑结构方面基本相同。
如果从功能上看，可以分成一些不同功能的子网（subnetwork）,主要包括核心网（CoreNetwork，CN）和无线接入网（RadioAccessNetwork，RAN）两部分。
核心网主要处理UMTS系统内部所有的话音呼叫、数据连接和交换，以及与外部其它网络的连接和路由选择。
无线接入网完成所有与无线有关的功能。
这两个子网与用户终端设备（UserEquipment，UE）一起构成了完整的UMTS系统，其结构如图2.1所示。
图中UTRAN（UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）执行RAN的功能，它与核心网CN之间的接口为Iu（电路域的Iu-CS接口，分组域的Iu-PS接口、以及广播域的Iu-BC），与用户终端设备UE之间的接口为Uu。
在UTRAN内部，NodeB与RNC之间的接口为Iub接口，RNC与RNC之间的接口为Iur接口。
图2.1UMTS网络单元构成示意图
Iu接口的协议栈在纵向分为两个平面，控制平面和用户平面，在横向分为两个层次，无线网络层和传输网络层。
RANAP和IuUP协议层分别为无线网络层上Iu接口上的控制面协议和用户面协议。
Iu接口的无线网络信令由无线接入网络应用部分RANAP和业务域广播协议SABP构成，RANAP和SABP协议构成处理CN和UTRAN之间所有程序的机制。
RANAP可以透明地在CN和UE之间传送消息而不需要UTRAN解释和处理。
根据CN节点所处的域不同Iu接口协议栈又分为面向电路交换域和面向分组交换域两种。
结构如图2-2和图2-3所示。
面向电路交换域在传输网络层是采用直接通过AAL2或AAL5映射到ATM的形式，而面向分组交换域在传输网络层则是采取IPoverATM的形式。
图2.2Iu-CS协议结构图
图2.3Iu-PS协议结构图
Iub接口主要用来传送与信令相关的无线应用、Iub的各种DCH、RACH、FACH、DSCH、USCH、PCH等数据流。
图2.4Iub接口协议结构图
Uu接口的协议主要是用来建立、重新配置和释放各种3G移动通信无线承载业务的。
不同的Uu接口协议使用各自的无线传输技术（RTT）,第三代移动通信的主流标准TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000，它们的主要区别就是体现在空中接口的无线传输技术上。
TD-SCDMA终端通过空中接口（Uu接口）与无线接入网设备连接。
Uu接口主要用来传输用户数据、或是相关信令，对应分为用户平面和控制平面。
Uu接口从协议的角度可分为以下三个协议层：
物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3）。
其中，L2层又可分为媒质接入控制（MAC）、无线链路控制（RLC）、分组数据聚合协议（PDCP）和广播/多播控制（BMC）。
L3层包括RRC和NAS，L3层分为控制平面和用户平面。
图2.5Uu接口控制平面协议结构
图2.6Uu接口用户平面协议结构
3基本信令流程
3.1UE的状态与寻呼流程
3.1.1UE状态
UE有两种基本运行模式：
空闲模式和连接模式。
UE开机后停留在空闲模式下。
通过非接入层表示，如：
IMSI，P-TMSI，TMSI等标识来区分。
UTRAN不保留空闲模式下的UE信息。
仅能够寻呼LAC区中的所有UE或同一寻呼时刻的所有UE。
当UE完成RRC连接建立后，才会从空闲模式转移到连接模式，CELL-FACH或CELL-DCH。
当RRC连接释放后UE从连接模式到空闲模式。
UE连接模式共有四种状态：
CELL-PCH，URA-PCH，CELL-FACH，CELL-DCH。
图3.1UE状态跃迁示意图
3.1.1.1Idle状态
UE开机后，在一个小区中读取系统消息，监听寻呼信息，处于Idle状态。
在Idle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。
3.1.1.2CELL_DCH状态
CELL_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。
3.1.1.3CELL_FACH状态
CELL_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。
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。
3.1.1.4CELL_PCH状态
CELL_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小区更新过程，知道UE当前所处的小区。
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CELL_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。
3.1.1.5URA_PCH状态
URA_PCH状态的基本特征是：
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。
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。
3.1.1.6空闲模式与连接模式的跃迁
在UE发起RRC连接请求后，UE从空闲模式转移到连接模式下的CELL_DCH状态或者CELL_FACH状态。
如果连接建立失败，则返回空闲模式。
在UE发起释放RRC连接请求后，UE从从CELL_DCH状态或者CELL_FACH状态下转移到空闲模式。
3.1.1.7CELL_DCH状态与CELL_FACH状态的跃迁
UE可以在CELL_FACH状态下通过建立一个专用物理信道而进入CELL_DCH状态。
而处于CELL_DCH状态的UE也可以通过释放所有的专用物理信道而进入CELL_FACH状态。
3.1.1.8CELL_DCH状态与CELL_PCH（URA_PCH）状态的跃迁
CELL_DCH状态下的UE执行重配置过程，根据来自UTRAN的指示，可以进入CELL_PCH状态或者URA_PCH状态。
但是，处于CELL_PCH状态或者URA_PCH状态的UE不能直接跃迁到CELL_DCH状态，必需先跃迁到CELL_FACH状态。
3.1.1.9CELL_FACH状态与CELL_PCH（URA_PCH）状态的跃迁
处于CELL_PCH（URA_PCH）状态下的UE，如果小区（URA）重选时选择了一个新的URA小区，则UE将跃迁到CELL_FACH状态，并在新的小区发起小区（URA）更新过程。
在小区（URA）更新过程完成后，如果UTRAN和UE都没有数据要发送，则UE将回到CELL_PCH（URA_PCH）状态。
3.1.2寻呼流程
与固定通信不一样，移动通信中的通信终端位置是不固定的。
为了建立一次呼叫，核心网（CN）通过Iu接口向UTRAN发送寻呼信息，UTRAN通过Uu接口上的寻呼过程发送给
UE，使被寻呼的UE发起与CN的信令连接建立过程。
当UTRAN收到某个CN域（CS域或PS域）的寻呼消息时，首先判断UE是否与另一个CN域建立了信令连接，如果没有建立信令连接，那么UTRAN只能知道UE当前所在的服务区，并通过寻呼控制信道将寻呼消息发送给UE，这就是PAGINGTYPE1消息。
如果已经建立信令连接，在CELL-DCH或CELL-FACH状态下，UTRAN就可以知道UE当前活动属于那种信道上并通过专用控制信道将寻呼消息发送给UE，这就是PAGINGTYPE2消息。
根据UE所处的状态，寻呼可以分为以下两种类型。
3.1.2.1寻呼IDLE模式或PCH状态下的UE
该过程用于在寻呼控制信道（PCCH）上给选定的处于空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态下的UE传输寻呼信息。
寻呼过程通常有以下几个功能：
网络高层（核心网）可能要求寻呼，发起呼叫或建立信令连接。
这种寻呼请求通过Iu接口来自核心网；
UTRAN能在CELL_PCH或URA_PCH状态下启动对一个UE的寻呼以触发小区更新过程或通知在空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态下的UE读取更新的系统信息。
触发条件：
寻呼类型1由UTRAN发起，UE中的处理过程由接收到的消息触发。
1.用于CS域连接
Ø
流程图
图3.2
流程说明
在PAGINGTYPE1消息中，包括被寻呼的UE的识别符：
IMSI或TMSI；
CNdomainidentity=CS；
不包含IE“BCCHmodification”；
PAGINGArea=LAorNone。
UE在收到PAGINGTYPE1消息后，向UTRAN发送RRCCONNECTIONREQUEST消息，以建立和UTRAN之间的RRC连接；
2.用于PS域连接
图3.3
UMTS中，PS域的PAGING消息是由网络侧请求建立一个PS域的信令连接或者网络侧提示移动台再次进行attach（如果必要，由于网络失败的原因），如果终端没有进行GPRS附着，终端将会不理睬收到的PS域PAGING消息。
PAGING消息包括：
被寻呼的UE的标识符：
P-TMSI,IMSI；
CNdomainidentity=PS；
PAGINGArea=RA。
UE在收到PAGINGTYPE1消息后，向UTRAN发送RRCCONNECTIONREQUEST消息，以建立和UTRAN之间的RRC连接。
3.用于系统消息更新
图3.4
PAGINGTYPE1消息由UTRAN发起，用于指示系统消息的更新，在PAGINGTYPE1消息IE“BCCHmodificationinformation”中指示系统消息的更新；
UE在收到PAGINGTYPE1消息后，读取更新的系统消息。
3.1.2.2寻呼处于连接模式下的UE
该过程用于寻呼处于连接模式CELL_DCH或CELL_FACH状态的某个UE。
寻呼类型2由UTRAN发起，UE被动接收。
图3.5
UTRAN在DCCH信道上发送PAGINGTYPE2消息，其中包含：
寻呼UE的“PAGINGRecordTypeIdentifier”；
CNdomainidentity=CS.UE在接收到“PAGINGTYPE2”消息后，在上行DCCH信道上发送“INITIALDIRECTTRANSFER”消息。
3.2空闲模式下的UE
3.2.1概述
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/重选和位置登记三种。
这三个过程之间关系如图4-2-1。
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（LocationUpdate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。
当UE驻留在小区中，并登记成功后，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，这个规则会在后面进行详述。
当UE重选小区，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就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LocationUpdate或者Attach不成功，UE就要进行PLMN重选。
图3.6IDLE模式下的UE
3.2.2PLMN的选择和重选
PLMN选择和重选的目的是选择一个可用的（能够提供正常业务的）、最好的PLMN。
在UE中会维护一个PLMN列表，这些列表将PLMN按照优先级排列，然后从高优先级向下搜索，找到的自然是最高级的可用的PLMN。
另外PLMN选择和重选的模式有两种：
自动和手动。
自动选择/重选就是UE按照PLMN的优先级顺序自动的选择/重选一个PLMN，手动选择/重选就是将当前的所有可用网络呈现给用户，由用户选择一个PLMN。
一般情况下都采用自动模式进行PLMN选择。
在UE的PLMN列表中RPLMN（registeredPLMN）优先级最高，RPLMN就是上次UE注册成功的PLMN，在上次注册成功后，UE将信息保存在了USIM中。
在USIM中，UE记录了位置区识别号LAI（=MCC+M
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