LTE RRC協定

RRC字層擁有諸多功能,包括非接入層(NAS)相關係統信息的廣播,接入層(AS)相關係統信息的廣播,尋呼,建立、維護和釋放UE與E-UTRAN之間的RRC連線,包括UE與E-UTRAN之間臨時標識的分配和用於RRC連線的信令無線承載的配置,密鑰管理的安全功能,建立、配置、維護和釋放點對點的無線承載等等,RRC層即無線資源控制層。

功能

RRC子層的主要服務和功能包括以下內容。

(1)非接入層(NAS)相關係統信息的廣播,接入層(AS)相關係統信息的廣播。

(2)尋呼。

(3)建立、維護和釋放UE與E-UTRAN之間的RRC連線,包括UE與E-UTRAN之間臨時標識的分配和用於RRC連線的信令無線承載的配置。

(4)包括密鑰管理的安全功能。

(5)建立、配置、維護和釋放點對點的無線承載。

(6)移動性功能包括:UE測量上報和對小區間、RAT間移動性上報的控制;切換;UE小區選擇和重選,以及對小區選擇和重選的控制;切換時上下文的轉移。

(7)MBMS業務的通知,MBMS無線承載的建立、配置和維護。

(8)QoS管理功能。

(9)NAS訊息的傳輸等。

2.1過程描述

UMTS系統中定義了許多系統信息塊,目的之一是在RRC_IDLE和RRC連線模式下具有不同的系統信息塊。LTE中的狀態管理比較簡單(只有RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態),傳輸信道的個數也有所降低,這樣配置就有所減少。另外,UMTS認為刪除的一些功能在LTE中也不再存在。因此LTE中的系統信息塊相對較少。

系統信息在整個小區內廣播,供RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態下的UE獲取非接入層和接入層的信息。

系統信息被分為主信息塊(MasterInformationBlock,MIB)和一些系統信息塊(SystemInformationBlock,SIB),MIB包括有限個數的最基本和最常用的參數,在BCH上傳送。SystemInformationBlockType1(SIB1)作為一條單獨的訊息在DL-SCH上傳輸,不映射到任何SI訊息中。除SIB1外的其他SIB承載在SystemInformation(SI)訊息中,SIB到SI訊息的映射由SIB1中的調度信息靈活配置。限制是:每個SIB只包含在一條SI訊息中,只有具有相同調度要求(周期)的SIB才能被映射到同一條SI訊息中,SystemInformationBlockType2(SIB2)總被映射到SIB1調度信息中對應於SI訊息列表第一個條目的SI訊息中。可能有多條SI訊息以相同的周期傳送。MIB映射到BCCH,在BCH上傳送;SIB1和SI訊息映射到BCCH,在DL-SCH上傳送,通過SI-RNTI(系統信息RNTI)來定址。

系統信息過程如圖1所示。

LTE RRC協定 LTE RRC協定

圖1系統信息

2.2系統信息的調度

MIB採用周期為40ms的固定調度,在40ms內重複傳送。第一次傳送MIB是在SFNmod4=0的無線幀的#0子幀,在其他所有無線幀的#0子幀重複傳送。

SIB1採用周期為80ms的固定調度,在80ms內重複傳送。第一次傳送SIB1是在SFNmod8=0的無線幀的#5子幀,在其他所有SFNmod2=0的無線幀的#5子幀重複傳送。

SI訊息在周期性出現的時間窗內傳送(稱為SI-windows),採用動態調度。SIB1中配置SI-window的長度和SI訊息的傳送周期,所有SI的SI-window的長度都相同。每個SI訊息與一個SI-window關聯,不同SI訊息的SI-window不重疊。也就是說,一個SI-window內,只傳送對應的SI,初始傳輸和重傳都在一個時間窗內進行。在SI-window內,相應的SI訊息可以在任何子幀被多次傳送,除了MBSFN子幀、TDD上行子幀、以及SFNmod2=0的無線幀的#5子幀。

SI訊息的調度如下所示。

(1)對於SI訊息,確定SI訊息列表條目順序對應的n在SIB1中的調度信息配置。

(2)確定整數值x=(n–1)×w,w是si-WindowLength。

(3)SI-window從下一個SFNmodT=FLOOR(x/10)的無線幀的子幀#a開始,其中a=xmod10,T是相關SI訊息的si-Periodicity。

從公式也可以看出,SI窗不重疊,且SI窗在無線幀級別(如果SI-window<10ms,則在子幀級別)上沒有間隔,如圖2所示。

從SI-window的開始,UE使用SI-RNTI接收DL-SCH信道,直到SI-window結束(SI-window的絕對時間長度由si-WindowLength給出),或者直到UE收到SI訊息。不包括如下的子幀。

LTE RRC協定 LTE RRC協定

圖2系統信息調度示意圖

(1)SFNmod2=0的無線幀的#5子幀。

(2)任何MBSFN子幀。

(3)TDD中任何上行子幀。

如果在SI-window結束時還沒有收到SI訊息,就在該SI訊息相關的下一個SI-window時刻重複接收。

注意:只有當所有SI都在SFNmod2=0的無線幀的子幀#5之前調度時,E-UTRAN才會配置一個1ms的SI-window。

2.3系統信息的有效性和改變通知(非ETWS)

系統信息(非ETWS)的改變只發生在特定無線幀,採用修改周期的概念。相同內容的系統信息在一個修改周期內可以多次傳送,由它們各自的調度定義。修改周期邊界由SFN值定義,SFNmod修改周期=0。修改周期相關係數在SIB2中的RadioResourceConfigCommon里配置。

當網路改變系統信息時,首先在整個修改周期通知UE。在下一個修改周期,網路傳送更新後的系統信息。圖3指示了系統信息修改的一般原則,不同顏色的方塊代表不同的系統信息。一旦接收到改變指示,UE就知道當前系統信息只在下個修改周期邊界之前有效。在這個邊界後,UE將獲取新的系統信息,如圖3所示。

LTE RRC協定 LTE RRC協定

圖3系統信息改變

1.通過尋呼指示系統信息改變

尋呼訊息用於通知RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態下的UE系統信息改變。RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態下的UE監控PDCCH上是否有P-RNTI,如果發現,則UE讀取相應的尋呼訊息,看尋呼訊息是否包含了系統信息改變指示。如果UE收到的尋呼訊息包含systemInfoModification,UE就知道系統信息在下個修改周期邊界會改變。

為了能夠在一個修改周期內多次重複傳送修改指示,修改周期應當和尋呼周期有一定關係。經過討論,BCCH修改周期由尋呼周期決定,BCCHmodificationperiod=pagingperiod×N。其中,pagingperiod是系統信息中廣播的defaultpagingperiod和UEspecificpagingcycle的最小值;N是系統信息中廣播的modificationPeriodCoeff。

流程如下所述。

(1)eNB在一個修改周期過程中的所有尋呼時刻傳送尋呼訊息。

(2)修改周期邊界後,eNB開始傳送更新的系統信息。

(3)UE收到尋呼訊息,指示在下個修改周期重讀系統信息。

2.Valuetag

SIB1包括一個valuetag,指示SI訊息是否發生了變化。UE可以使用這個值,例如在重新進入網路覆蓋時,來驗證以前獲取的SI訊息是否還有效。

如果SIB1中包括的valuetag與存儲的不一樣,UE認為除了SIB10和SIB11之外的所有存儲的系統信息都無效。

3.系統信息的有效時間

3小時。3小時後刪除所有存儲的系統信息。

2.4UE檢查系統信息改變的方法

UE通過以下方法來驗證獲取的系統信息的有效性。

(1)在到達修改周期邊界後,UE檢查SIB1中的valuetag。

(2)沒收到尋呼時,UE在一個修改周期內至少嘗試modificationPeriodCoeff次,看是否找到systemInfoModification指示。

如果在一個修改周期內,UE沒有收到尋呼訊息,UE可以認為在下個修改周期內系統信息沒有改變。如果由於已過尋呼時刻而丟失了尋呼訊息,UE可以在修改周期邊界後檢查valuetag。

對於IDLE模式下的UE,根據自己的尋呼周期來監控尋呼訊息中是否包含改變通知,在一個修改周期內查找modificationPeriodCoeff次。通過在修改周期內的多個尋呼時刻讀取,來保證改變通知的可靠接收,即使偶爾丟失一個P-RNTI,UE也能收到改變通知。

對於CONNECTED模式的UE,允許監控任何尋呼時刻,來確保讀取尋呼訊息不會影響UE的DRX和電池消耗。UE搜尋modificationPeriodCoeff次P-RNTI來保證改變指示接收的可靠性。網路配置連線模式的DRX時,可以使尋呼子幀出現在on-duration周期內,這樣,連線模式的UE就無需額外醒來。如果UE檢查了modificationPeriodCoeff次後,仍未收到尋呼,則UE可以認為系統信息沒有改變。如果在一個修改周期內收到一條尋呼訊息,可以從systemInfoModification是否出現來推斷在下一個修改周期系統信息是否改變,不需再檢查相同修改周期內接下來的尋呼。

2.5ETWS的指示

ETWS(地震和海嘯預警系統)包括:

(1)基本通知;

(2)輔助通知。

ETWS基本通知或ETWS輔助通知可以在任何時間點出現。採用尋呼訊息來通知RRC_IDLE和RRC_CONNECTED狀態下具有ETWS能力的UE,出現ETWS基本通知或輔助通知。如果UE收到了包括etws-Indication的尋呼訊息,它應當根據SIB1中的調度信息來接收ETWS基本通知或ETWS輔助通知。

ETWS基本通知包含在SIB10中,ETWS輔助通知包含在SIB11中。可以採用分段來傳遞輔助通知。對於一個小區中給出的輔助通知的傳送,分段是固定的。

對於ETWS,eNB收到MME發來的基本通知訊息後,立即更新系統信息,傳送尋呼訊息給UE。UE一收到尋呼訊息,就立刻重讀SIB1,找到SIB10和SIB11的調度位置,讀取SIB10和SIB11。也就是說,對於ETWS基本通知和輔助通知,不再使用修改周期。

2.6系統信息的獲取

UE在如下情況採用系統信息獲取流程:選擇(如開機)和重選小區、切換完成之後、從其他RAT進入E-UTRA後、重新進入覆蓋、接收到系統信息已改變的通知、收到指示出現ETWS通知和系統信息超過最長有效期。系統信息獲取過程覆蓋所有存儲的系統信息,系統信息不使用增量配置,如果系統信息中沒有出現某個域,UE不會繼續使用該域,除非在其他地方明確規定。

UE所要求的系統信息如下。

(1)RRC_IDLE模式下:MIB、SIB1、SIB2和SIB8(取決於對相關接入技術的支持)。

(2)RRC-CONNECTED模式下:MIB、SIB1、SIB2和SIB8(取決於對CDMA2000的支持)。

UE的系統信息獲取方式如下。

(1)如果流程由系統信息改變通知觸發,UE應從收到改變通知的修改周期之後下一個修改周期起始,獲取要求的系統信息。

(2)如果流程由ETWS基本通知觸發,UE立即開始獲取ETWS基本通知,即不等待下個修改周期開始。

(3)如果UE在RRC_IDLE狀態下進入一個小區,且UE沒有存儲RRC_IDLE狀態下所要求的該小區有效系統信息,UE應獲取RRC_IDLE狀態下所要求的系統信息。

(4)UE成功切換到一個小區後,如果UE沒有存儲RRC_CONNECTED狀態下所要求的該小區有效系統信息,則UE獲取RRC_CONNECTED狀態下所要求的系統信息。在獲取到相關係統信息時,丟棄以前收到的專用訊息中的相應無線資源配置信息。

(5)cdma2000上層如果要求,UE應獲取SIB8。

(6)直到UE具有MIB、SIB1和SIB2的有效版本,才初始化RRC連線建立或RRC連線重建流程。

UE可以立刻套用收到的SIB,不需要等所有SI訊息都收齊才套用一個系統信息塊。如果UE處於RRC_IDLE狀態,且UE認為無法獲得MIB、SIB1或SIB2,則UE認為小區被禁止。

UE通過解碼PDCCH上的SI-RNTI,獲取詳細的時域調度(和其他信息,例如頻域調度、採用的傳輸格式)信息。

採用單一的SI-RNTI來定址SIB1以及所有SI訊息,PDCCH不指明傳送哪條SI訊息或SIB1。

連線控制

3.1RRC連線控制

RRC連線包括SRB1的建立。E-UTRAN在完成S1連線的建立之前,也就是從EPC收到UE上下文信息之前,完成RRC連線建立。因此,在RRC連線的初始階段,安全沒有被激活。在這個初始階段,E-UTRAN可以配置UE執行測量上報,不過,UE只在安全被激活時才接收切換訊息。

一從EPC接收到UE上下文,E-UTRAN就使用初始安全激活過程,激活安全(加密和完整性保護)。激活安全的RRC訊息(命令和成功回響)被完整性保護,不過加密只在過程完成之後才啟動。也就是說,用於激活安全的回響訊息沒有被加密,而接下來的訊息(比如用於建立SRB2和DRB)既被完整性保護又被加密。

在初始化初始安全激活過程之後,E-UTRAN初始化SRB2和DRB的建立,即E-UTRAN可以在收到UE發出的初始安全激活確認之前,就初始化SRB2和DRB的建立。在任何情況下,E-UTRAN都會對用於建立SRB2和DRB的RRC連線重配置訊息套用加密和完整性保護。如果初始安全激活和/或無線承載建立失敗,E-UTRAN應當釋放RRC連線(即安全激活和DRB建立被一個聯合的S1過程觸發,不支持部分的成功)。

對SRB2和DRB,從一開始安全就總是被激活,也就是說,E-UTRAN不會在激活安全之前建立這些承載。

RRC連線的釋放由E-UTRAN初始化。這個過程可以被用於重定向UE到另一個頻率或RAT。在異常情況下,UE可以中止RRC連線,即UE不通知E-UTRAN就移動到RRC_IDLE。

3.2RRC連線建立

此流程的目的是建立RRC連線,包括SRB1的建立。此流程也用於傳送從UE到E-UTRAN的初始NAS專用信息/訊息。當UE在RRC_IDLE狀態下,上層要求建立RRC連線時,UE初始化此流程。E-UTRAN在這個過程中只建立SRB1。RRC連線成功過程如圖4所示,網路拒絕過程如圖5所示。

LTE RRC協定 LTE RRC協定

圖4RRC連線建立,成功過程

LTE RRC協定 LTE RRC協定

圖5RRC連線建立,網路拒絕

測量

4.1過程描述

UE按照E-UTRAN提供的測量配置上報測量信息。E-UTRAN通過專用信令為RRC_CONNECTED狀態下的UE提供所採用的測量配置,通過RRC連線重配置訊息,如圖6所示。

LTE RRC協定 LTE RRC協定

圖6RRC連線重配置,成功過程

UE可以被要求執行以下類型的測量。

(1)同頻測量:測量服務小區的下行載波頻率。

(2)異頻測量:測量與服務小區下行載波頻率不同的頻率。

(3)不同RAT的測量:UTRA頻率。

(4)不同RAT的測量:GERAN頻率。

(5)不同RAT測量:cdma2000HRPD或1xRTT頻率。

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