TD-SCDMA終端小區(qū)更新過程研究

1、TD-SCDMA終端小區(qū)更新過程研究一、引言    在GSM網(wǎng)絡(luò)中，移動性管理的功能由MS和NSS來處理；在UMTS網(wǎng)絡(luò)中，移動性管理的大部分功能由UE的非接入層和CN來執(zhí)行，同時還有一部分功能是由UTRAN中的RRC子層來執(zhí)行，因此對應(yīng)的UE接入層的RRC子層也必須具備相關(guān)的移動性管理功能。小區(qū)更新過程和URA更新過程就是RRC子層處理移動性管理功能中的兩個重要過程。    URA就是UTRAN注冊區(qū)域，可以包含若干個小區(qū)，是一個比小區(qū)范圍更大的概念。URA更新只能在URA_PCH狀態(tài)下執(zhí)行，網(wǎng)絡(luò)要求UE進(jìn)入URA_PCH的目的是讓

2、暫時無數(shù)據(jù)可發(fā)的UE（特別是高速移動的UE）不至于頻繁地發(fā)起小區(qū)重選，從而耗費網(wǎng)絡(luò)資源。URA更新過程和小區(qū)更新過程的作用和基本流程相似，只是觸發(fā)更新的范圍不一樣，本文重點研究的是TD-SCDMA終端RRC子層的小區(qū)更新過程，對URA更新過程不再單獨介紹。二、TD-SCDMA系統(tǒng)無線接口協(xié)議棧的分層結(jié)構(gòu)    在通用移動通信系統(tǒng)（UMTS）中，u接口（UE與UTRAN的接口）的協(xié)議棧按其功能和任務(wù)被分為三層，由下至上分別為：物理層（L1）、數(shù)據(jù)鏈路層（L2）和網(wǎng)絡(luò)層（L3）。數(shù)據(jù)鏈路層又被分為媒質(zhì)接入控制子層（MAC）、無線鏈路控制子層（RLC）、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議

3、子層（PDCP）和廣播多播控制子層（BMC）等四個子層。L3和RLC按其功能又可以分為控制平面（C平面）和用戶平面（U平面）。L2的BMC和PDCP子層只存在于U平面。網(wǎng)絡(luò)層在C平面上，由下至上又分為無線資源管理子層（RRC），移動性管理子層（MM）和連接性管理子層（CM）等三個子層。RRC子層負(fù)責(zé)處理UE和UTRAN之間在網(wǎng)絡(luò)層控制平面的信令，MM子層和CM子層是與核心網(wǎng)相聯(lián)系的。MM子層又分為MM和GMM兩個功能實體，MM實體支持CS域（電路交換域），GMM實體支持PS域（分組交換域）。Uu接口上的協(xié)議棧還可以按其信令和過程是否與接入有關(guān)分為接入層和非接入層。RRC子層以及RRC子層以下被

4、認(rèn)為是接入層，RRC子層以上則認(rèn)為是非接入層。三、TD-SCDMA終端的RRC子層    RRC子層在無線協(xié)議棧分層結(jié)構(gòu)中位于L3的最底層，屬于接入層。RRC子層主要完成無線資源控制和管理功能，并且還要兼管一部分移動性管理的功能，本文所介紹的小區(qū)更新過程就屬于RRC子層移動性管理功能中的一個重要過程。    根據(jù)是否建立了RRC連接，UE可以分別處于空閑模式和連接模式。而本文所述的小區(qū)更新過程就是在RRC連接模式下進(jìn)行的，對于RRC連接模式，存在四個不同的狀態(tài)。    (1CELL_DCH狀態(tài) 

5、   在此狀態(tài)下UE被分配了專用的物理信道，同時還可能分配了物理上行共享信道（PUSCH）或物理下行共享信道（PDSCH）。對于DCH信道，UTRAN可以應(yīng)用多種物理信道分配方案：永久的、基于時間的或是基于數(shù)據(jù)的。UE和UTRAN都可以使用傳輸格式組合指示（TFCI）來分別指示當(dāng)前的上行和下行數(shù)據(jù)速率。如果配置的傳輸格式集（TFS）不能滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)速率要求，則UTRAN將發(fā)起相應(yīng)的傳輸信道重配置過程。    (2CELL_FACH狀態(tài)    在此狀態(tài)下UE與UTRAN之間不存在專用的物理信道，UE在下行方向連續(xù)監(jiān)

6、視FACH傳輸信道，在上行方向可以使用公共或共享傳輸信道（RACH等），在任何時候UE可以在相關(guān)的信道上發(fā)起接入過程。UE可以處理BCCH、CCCH、DCCH上的RRC消息，如果UTRAN分配了共享信道（SHCCH），UE也可以處理在共享信道上傳輸?shù)南ⅰ４藭r，UE根據(jù)業(yè)務(wù)流量的大小進(jìn)行動態(tài)地選擇使用公共傳輸信道或是共享傳輸信道來發(fā)送用戶平面的數(shù)據(jù)：首先執(zhí)行一個到CELL_DCH狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，之后使用專用信道來進(jìn)行傳輸。(3CELL_PCH/URA_PCH狀態(tài)    在這兩個狀態(tài)下UE沒有被分配專用的物理信道，并且UE也不可以使用任何上行物理信道。在這兩個狀態(tài)下UE

7、的行為與在空閑模式IDL狀態(tài)下的行為相似。如果在此狀態(tài)下UE要和UTRAN通信則必須發(fā)起小區(qū)更新過程。四、小區(qū)更新過程的原因    小區(qū)更新過程在RRC連接模式下的任意一個狀態(tài)都有可能被觸發(fā)，觸發(fā)小區(qū)更新過程的原因共有七個，它們分別介紹如下。    1重新進(jìn)入服務(wù)區(qū)：當(dāng)UE處于CELL_FACH或CELL_PCH狀態(tài)時，在定時器T307或者T317超時前，UE已經(jīng)超出了服務(wù)區(qū)并又重新進(jìn)入服務(wù)區(qū)，UE將執(zhí)行原因值為“re-enteringservicearea”的小區(qū)更新過程以通知UTRAN。    2RL

8、C發(fā)生不可恢復(fù)的錯：在確認(rèn)模式RLC實體中，UE發(fā)現(xiàn)RLC無法恢復(fù)的錯誤，UE將執(zhí)行原因值為“RLCunrecoverableerror”的小區(qū)更新過程以通知UTRAN。    3周期性小區(qū)更新：當(dāng)UE找到一個合適的小區(qū)駐留并處于CELL_FACH或CELL_PCH狀態(tài)，且信息單元（IE）“UETimersandconstants in connected mode”中的T305不能設(shè)置為“infinity”，等待定時器T305超時，UE將執(zhí)行原因值為“periodical cell update”的小區(qū)更新過程以實現(xiàn)一種監(jiān)管機制。  

9、0; 4小區(qū)重選：當(dāng)UE處于CELL_PCH或者CELL_FACH狀態(tài)并執(zhí)行小區(qū)重選，或者當(dāng)UE處于CELL_FACH狀態(tài)且變量C_RNTI（CELL無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識）為空，UE將執(zhí)行原因值為“cellreselection”的小區(qū)更新過程去更新UTRAN中UE現(xiàn)在所駐留的當(dāng)前小區(qū)的參數(shù)。    5無線鏈路失?。嚎梢哉J(rèn)為是無線鏈路失敗的典型情況只有兩種，一種是當(dāng)UE在CELL_DCH狀態(tài)發(fā)生無線鏈路失?。涣硪环N就是當(dāng)“UE Capabiltiy Information”消息傳輸失敗時。若這兩種情況發(fā)生任意一種，UE都將執(zhí)行原因值為“Radio link failu

10、re”的小區(qū)更新過程。    6上行鏈路數(shù)據(jù)傳輸：當(dāng)UE處于CELL_PCH或者URA_PCH狀態(tài)時，如果UE要在上行鏈路上發(fā)送RLC數(shù)據(jù)PDU或控制PDU，并且用RB1或序號大于1的RB來承載，則UE將執(zhí)行原因值為“uplinkdatatransmission”的小區(qū)更新過程。    7響應(yīng)尋呼：UE處于URA_PCH或CELL_PCH狀態(tài)時，接收一條“PAGINGTYPE1”消息，該消息包含IE“pagingRecordList”,并選擇IE“utran-Identity”且保證該U-RNTI（UNTRAN無線網(wǎng)絡(luò)臨時標(biāo)識）與分配

11、給UE的U-RNTI一致，另外不包含IE“CN originated page to connected mode UE”, 若以上條件都滿足，UE則會發(fā)起原因為“utran -pagingResponse”的小區(qū)更新過程。五、小區(qū)更新過程的詳細(xì)流程    雖然觸發(fā)小區(qū)更新過程的原因有七個之多，但是不管觸發(fā)該過程的原因是什么，執(zhí)行小區(qū)更新過程的流程都是一樣的。小區(qū)更新過程的基本流程如圖1所示。圖1 小區(qū)更新過程的基本流程圖2 觸發(fā)的小區(qū)更新過程詳細(xì)流程一旦小區(qū)更新過程被觸發(fā)，首先停止監(jiān)管周期性小區(qū)更新過程的定時器（T305），另外不論此時UE處于RRC連接模式下的

12、什么狀態(tài)都將轉(zhuǎn)移到CELL_FACH狀態(tài)。在該狀態(tài)下，RRC會發(fā)送一條“CMAC_FCH_CONFIG_REQ”原語到MAC層去，使MAC進(jìn)入FCH狀態(tài)并配置FCH狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)。UE將在上行CCCH向UTRAN發(fā)送一個小區(qū)更新請求(CELLUPDATE消息。該消息的內(nèi)容包括小區(qū)更新的原因、U-RNTI值、可選的測量信息以及是否存在出錯原因等信息單元。小區(qū)更新的原因?qū)?yīng)于以上七個原因中的一個，U-RNTI值就為網(wǎng)絡(luò)為該UE分配的U-RNTI值。如果在組裝該消息的時候發(fā)現(xiàn)專門用于記錄消息出錯的變量PROTOCOL_ERROR_INDICATOR或FAILURE_INDICATOR的值為TRUE

13、，則在該消息IE“failurecause”中記錄下相應(yīng)的值。    CELLUPDATE消息被封裝在原語“CMAC_RANDOM_ACC_REQ”中由RRC發(fā)送到MAC層，接著由MAC子層來執(zhí)行上行同步和隨機接入過程。RRC發(fā)送完“CMAC_RANDOM_ACC_REQ”后就在下行信道上監(jiān)聽屬于自己的物理信息（由MAC子層提供，MAC把來自網(wǎng)絡(luò)的物理信息以原語CMAC_PHY_INFO_IND形式發(fā)送到RRC），若在規(guī)定時間內(nèi)收到正確的物理信息，表明上行同步建立完成，RRC將等待接收來自網(wǎng)絡(luò)的消息。    RRC在接收到原語“CMA

14、C_PHY_INFO_IND”之后就會開啟一個定時器（T302），若該定時器超時但UE仍未收到來自網(wǎng)絡(luò)的“CELLUPDATECONFIRM”消息，則轉(zhuǎn)作異常處理：如果此時重發(fā)次數(shù)沒有超過門限值（N302），UE將重新初始化小區(qū)更新過程；如果此時重發(fā)次數(shù)大于門限值則釋放RRC連接，進(jìn)入空閑。若在規(guī)定的時間內(nèi)UE接收到來自網(wǎng)絡(luò)的“CELLUPDATE CONFIRM”消息，RRC會停止T302計時。    UTRAN在收到CELLUPDATE請求后組裝小區(qū)更新證實（CELLUPDATECONFIRM）消息，CELL UPDATE CONFIRM可以通過下行DCCH發(fā)

15、送給UE，也可以通過下行CCCH發(fā)送給UE，區(qū)別僅在于出現(xiàn)SRNS重定位或者需要加密的情況下用DCCH，否則用CCCH。    CELLUPDATECONFIRM消息中的“狀態(tài)指示”字段可以指示UE的進(jìn)入狀態(tài)。如果UTRAN指示UE進(jìn)入CELL_DCH狀態(tài)，則該消息中必須包含一個專用物理傳輸信道。若UTRAN指示UE進(jìn)入CELL_FACH狀態(tài)，而如果此時消息中沒有分配新的C-RNTI，并且舊的C-RNTI已不存在，且如果重發(fā)次數(shù)沒有超過門限值（N302），UE將重發(fā)CELLUPDATE請求；如果重發(fā)次數(shù)超過了門限值，網(wǎng)絡(luò)將會釋放RRC連接。UTRAN還可以通過該消

16、息指示UE進(jìn)入URA_PCH或者CELL_PCH狀態(tài)，但進(jìn)入這兩個狀態(tài)必須包含IE“UTRAN DRX cycle length coefficient”，否則將把該消息當(dāng)作無效處理。該消息還可以包含釋放無線承載的IE，重配置無線承載的IE以及改變某些已經(jīng)存在的無線承載的某些屬性的IE。此外該消息還可以給UE分配一個新的U-RNTI和可用的傳輸信道、該傳輸信道的傳輸格式、每個CcTrCH中可用的傳輸信道格式組合集以及傳輸信道所對應(yīng)的物理信道的相關(guān)信息（包括時隙、編碼方式等信息）。     UE端接收到CELLUPDATECONFIRM消息后，根據(jù)消息的內(nèi)容配置MA

17、C子層，如果網(wǎng)絡(luò)要求UE進(jìn)入CELL_DCH狀態(tài)，則還需要物理層進(jìn)行收/發(fā)同步。若該同步過程失敗，UE會轉(zhuǎn)作失同步處理：UE會去做測量，根據(jù)測量值重選小區(qū)，選擇到合適的小區(qū)之后就會發(fā)原因為“Radio link failure”的小區(qū)更新過程；如果沒有找到合適的小區(qū)（UE此時丟失覆蓋），UE就會發(fā)起小區(qū)選擇過程。如果此同步過程成功，UE就根據(jù)CELL UPDATE CONFIRM 消息中包含的信息單元，決定是否發(fā)送響應(yīng)消息或者發(fā)送什么樣的響應(yīng)消息給UTRAN。UE將用AM RLC模式發(fā)送響應(yīng)消息給UTRAN。響應(yīng)消息被封裝在原語RLC_AM_DATA_REQ中由RRC發(fā)送給RLC，RRC在收到RLC的確認(rèn)之后（RLC_AM_DATA_CNF），就認(rèn)為該消息已經(jīng)發(fā)送出去了，小區(qū)更新過程結(jié)束。如果UTRAN不接受UE的小區(qū)更新請求，則在下行CCCH上發(fā)送一個RRC連接釋放(RRCCONNECTIONRELEASE消息，UE收到該消息后返回空閑狀態(tài)。  &#