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TD-SCDMA 信令流程解读
(2006-10-10)
1、引言
对信令的理解和熟悉有助于在网络规划和优化过程中定位问题,因此是网络优化的必
备能力。通常遇到问题,我们需要结合 RNC 侧(后台信令跟踪)和终端侧(Pecker 跟踪、
路测仪显示)两者的信令,共同分析。
本文首先介绍了 UMTS 网络接口和 UE 状态的跃迁,是理解信令的基础;接着参考各
层的无线接口协议,并结合外场测试的情况,详细描述了 TD-SCDMA 系统中 Uu 接口、
Iub 接口、Iu 接口等在实现业务时的信令;最后针对网优中常见的掉话现象,结合异常信
令,做了详细分析,希望对读者有所帮助。
2、UMTS 网络结构概述
2.1 网络结构与接口
UMTS 与第二代移动通信系统在逻辑结构方面基本相同。从功能上看可以分成不同功
能的子网,包括核心网(CN)、无线接入网( UTRAN)和用户设备(UE)三部分组成。
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RNS
RNC
C
RNS
RN
CC
CC
C
核心网 CN
Node B
Node B
Iu
Iu
Iur
Iub
Iub
Iub
Iub
UTRAN
Node B
Node B
图 2-1 UMTS 网络结构图
CN——UMTS 的核心网 CN 是由 GSM 系统的 CN 演化而成,它具有与 GSM 系统相似
的结构。CN 通过 A 接口与 GSM 系统的 BSC 相连,通过 Iu 接口与 UTRAN 的 RNC 相连。
其中 Iu 接口又被分为连接到电路交换域的 Iu-CS,分组交换域的 Iu-PS,广播控制域的 Iu-
BC。CN 主要处理 UMTS 内部所有语音呼叫、数据连接和交换,以及与外部其它网络的连
接和路由选择。
UTRAN——UTRAN 完成所有与无线有关的功能。在 UTRAN 内部,第三代的无线网
络子系统(RNS:Radio Network Subsystem)和第二代的 BSS 地位相同。RNS 部分通过 Iu
接口与 CN 相连。RNS 包括无线网络控制器(RNC)和一个或多个 Node B。Node B 可以
处理一个或多个小区,并通过 Iub 接口与 RNC 相连。RNC 之间通过 Iur 进行信息交互,Iur
接口可以是 RNCs 之间物理上的直接连接,也可以靠通过任何合适传输网络的虚拟连接来
实现。每个 RNS 管理一组小区的资源。
UE——UE 是用户设备。图 2-1 中没有画出。
TD-SCDMA 系统的网络接口主要有 Uu 接口、Iub 接口、Iur 接口和 Iu 接口。
Uu 接口,即空中接口,是指移动终端和接入网之间的接口。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。
Iub 接口是 RNC 和 Node B 之间的接口,完成 RNC 和 Node B 之间的用户数据传送、用
户数据及信令的处理和 Node B 逻辑上的 O&M 等。
Iur 接口是两个 RNC 之间的逻辑接口,用来传送 RNC 之间的控制信令和用户数据。
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Iu 接口是连接 UTRAN 和 CN 的接口,也可以把它看成是 RNS 和核心网之间的一个参
考点。它将系统分成用于无线通信的 UTRAN 和负责处理交换、路由和业务控制的核心网
两部分。
需要注意的是,在 RNC 后台跟踪到的信令主要包括 Uu 口的 RRC 信令、Iu 口的
RANAP 信令和 Iub 口的 NBAP 信令,而在终端路侧设备处跟踪到的信令只包含 Uu 口信令。
2.2 协议状态
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。
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图 2-2 UE 状态和状态的跃迁
2.2.1 Idle 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。
2.2.2 CELL_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。
2.2.3 CELL_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。
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2.2.4 CELL_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。
2.2.5 URA_PCH 状态
URA_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。
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。
2.2.6 状态跃迁
(1)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。
(2)CELL_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
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