[LTE仕様書斜め読み]3GPP TS 36.300編(2)
2011.06.16
Updated by WirelessWire News編集部 on June 16, 2011, 18:00 pm JST
2011.06.16
Updated by WirelessWire News編集部 on June 16, 2011, 18:00 pm JST
(第1回はこちら)
第2回目は7章から10章までを説明します。
RRC層の役割はUEの制御であり、その機能には、報知情報、ページング、RRC接続制御、セキュリティ、無線ベアラ管理、移動性(ハンドオフなど)、QOSなどを含みます。UEの状態は「RRC_アイドル」と「RRC_接続」のたった2つを用いており、非常に簡潔です。例えていえば、RRC_アイドルは「待ち受け」状態、RRC_接続は「接続」状態に相当します。
E-UTRAN(eNB)とUEは、RRCメッセージをやりとりして、セッション処理を進めます。これらのメッセージと状態遷移については、3GPP TS 36.331 (RRC Protocol Specification)に詳しく説明してありますので、必要な方は参照してください。こちらです。今回はRRCの果す役割を簡単に説明します。
Non Access Stratumと呼ばれるメッセージ群があり、例えばUE<->MME間で認証を行う場合に、NASメッセージを使います。NASメッセージは、必要に応じてRRCメッセージと連結する場合があります。
eNBが報知するシステム情報には、以下の14種類があります。ネイバーとは、自セルの周辺セルを意味します。ホームeNBはいわゆる「フェムトセル」のことですが、説明は割愛します。
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eNBは、制御のため一時的に与えるID(Radio Network Temporary ID = RNTI)をUEに割り振ります。また、各eNBには、E-UTRAN Cell Global ID (ECGI)などのID番号が予め付与されています。
ARQは、レイヤ2での再送制御により、エラー訂正を行います。Hybrid ARQ (HARQ)はレイヤ1での配信保障機能です。
MACサブレイヤのハイブリッドARQには次の特徴があります。
UEから見た HARQフィードバック |
UEから見た PDCCH指示 |
UEの動作 |
---|---|---|
ACK or NACK | 新規送信 | PDCCH指示に従い新規送信する。 |
ACK or NACK | 再送 | PDCCH指示に従い再送する。(適応再送信) |
ACK | None | データをHARQバッファに保持し、PDCCHで指示されるまで送信しない。 |
NACK | None | 非適応的な再送 |
RLCサブレイヤのARQには次の特徴があります。
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通信中(RRC_接続)状態において、あるセル内から他セル内へ移動することをハンドオーバといいます。LTEシステムにおいては、同一周波数内のハンドオーバ、異なる周波数間のハンドオーバ、LTEから他のシステム(W-CDMAやCDMA2000)へのハンドオーバをサポートしています。
ハンドオーバの検出は、RS(Reference Signal)と呼ばれる下り信号の強度をUEが測定することが基本です。複数のRS信号を比較することにより、受信品質のより高いセルへハンドオーバすることができます。
他システムへのハンドオーバでは、まずUEがマルチ無線方式に対応している必要があります。UEは指示されたハンドオーバ候補のW-CDMAセルのコードパワーや、CDMA2000セルのパイロット信号強度などを測定し、結果をLTE eNBセルに報告します。LTEシステムでは、信号強度を評価し、ハンドオーバの必要性を判断します。ハンドオーバが必要と判定された場合、W-CDMAなどの3Gシステムへのハンドオーバを実施します。このように、異なるシステム間でのハンドオーバをinter-RAT(Radio Access Technology)ハンドオーバと呼んでいます。
ハンドオーバ前の制御セルをソースセル、ハンドオーバ後の制御セルをターゲットセルといいます。ハンドオーバ途中でも、UEが未確認の下りデータは、ソースセルからターゲットセルまでX2リンク(有線伝送です)を用いてフォワードすることができます。ハンドオーバ後に残りのデータを無線伝送することにより、ハンドオーバによるデータの欠落を最小限に留めることができます。
ECM-デタッチ状態からECM-登録状態へ、または、ECM-アイドル状態からECM-接続状態へ移行する際に、UEはセル選択処理を行います。UEはE-UTRA周波数をスキャンし、信号レベルの最強セルを選択します。同時にシステム情報メッセージで放送されるPLMN(公衆ランドモバイルネットワーク番号=事業者番号)を読み取ります。この処理により、「適切な」セルと「容認可能な」セルを選びます。
「適切な」セルとは、信号強度が基準を満たし、PLMNがマッチし、セルが規制中ではなく、ローミング時に禁止されているトラッキングエリアに属していないセルのことです。
「容認可能な」セルとは、信号強度が基準を満たし、規制中ではないセルのことです。
RRC_アイドル状態にあるUEは、セル再選択処理を行います。これは移動時に新たなセルを発見するためです。この時、E-UTRANは、ネイバー情報をUEに通知する必要はありません。UEは全PCIをスキャンしてネイバーセルを発見する能力があります。
他周波数のネイバーを発見するためには、UEにサーチすべき周波数を通知する必要があります。
周波数間の優先度(プライオリティ)が、システム情報メッセージによりUEに通知されます。
特別なセル再選択パラメータを通知するために、NCL (ネイバーセルリスト)をUEに通知することができます。
ある特定のセルを再選択させないために、ブラックリストを通知することができます。
接続状態の移動性制御をハンドオーバ(HO)といいます。これにはソース側でのHO実施の決断タイミング、ターゲット側での受け入れ準備、新しい無線リソースをUEに通知し、不要となったソース側リソースの解放処理を含みます。また、関連するノード間で未達データの転送をし、C-Plane,U-Planeのノードを更新します。
E-UTRANは、ネイバーセル情報をUEに通知する必要はありません。UEは全PCIをスキャンしてネイバーセルを発見する能力があります。
周波数間のサーチ、測定のために、最低でもキャリア周波数をUEに指示する必要があります。
特別な測定パラメータを通知するために、NCL (ネイバーセルリスト)をUEに通知することができます。
ある特別なセルを測定させないために、ブラックリストを通知することができます。
送受信ギャップが必要となるかどうかによって、ギャップアシスト型の測定と、ギャップ非アシスト型の測定に区分します。ギャップ非アシスト型とは、測定を行う際に、送受信ギャップを必要としない場合(例:同一周波数)をいい、ギャップアシスト型とは送受信ギャップを必要とする場合(例:単一受信機で周波数間のサーチ)をいいます。
RRC_接続状態の、同一周波数HOは、次のように動作します。
ターゲット側eNBからの情報の一部をハンドオーバコマンドに組み込み、ソース側eNBがUEに通知します。
HO準備のため、ソースeNBは必要な情報(例えば、E-RAB属性やRRCコンテクスト)をターゲットeNBに伝えます。
HO失敗時に備えて、元のeNBに復帰できるよう、ソースeNBとUEはC-RNTI番号を保持しています。
専用のRACHプリアンブルが使用できる場合、UEは、競合なし(Contention-Free)のRACH手順に従ってターゲットセルにアクセスします。使用できない場合は、競合ベース(Contention-Based)のRACH手順に従ってアクセスします。
ターゲットセルでのRACH手順が一定時間内に完了しない場合、UEは、最良セルで無線リンクの復帰処理を起動します。
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MMEまたはサービングGWの変更がない場合には、HOシナリオは次のようになります。
▼図10.1.2.1.1-1 MME/サービングGW内のHO
ECM接続状態にあるUEのE-UTRAN内のHOで、データロスを防ぐために、以下の原則をとります。
HO準備中に、ソースとターゲットeNB間でU-Planeトンネルを設定可能です。アップリンクとダウンリンクに一つづつ設定します。
HO実施中に、ソースとターゲットeNB間でデータ転送が可能です。実装方法は規定しません。ソースeNBのバッファにEPCからのデータが到達している限り転送可能です。
HO確認中に、ターゲットeNBはMMEに、パススイッチメッセージを送信します。MMEはユーザプレーン更新要求メッセージをサービングGWに送ります。これでU-Planeパスが、ソース側からターゲット側に切り替わります。
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サービングGWで、ダウンリンクパスが変更された後、ターゲットeNBには、転送パスからのダウンリンクパケットと、直接パスからのパケットが交錯して到達します。ターゲットeNBは、転送されたパケットを全てUEに送信した後、直接パスで受信したパケットを送信するべきですが、その方法は本標準の範囲外とします。
サービングGWはパス変更を行った直後に、一つ以上の「エンドマーカ」パケットを旧パスに送信しなければなりません。この「エンドマーカ」にはユーザデータは含まれません。これ以降は旧パスにはユーザパケットを送りません。
エンドマーカパケットがソースeNBに到達した場合、このパケットもターゲットeNBに転送します。
ターゲットeNBがエンドマーカを受信した場合、旧パスからの転送パケットが終了したことを意味します。S1の新パスを使ってユーザデータ送信を継続します。
通信中(RRC_接続)状態において、セルからの距離に応じ、eNBはUEの送信タイミングを調整します。eNBの受信タイミングに合うよう、UEの距離が遠い場合には、その分だけ「早めに」UEは送信を開始する必要があります。これをタイミングアドバンスといい、動作原理はW-CDMA方式と同じです。
UEが異なる周波数の信号を測定する場合、主となる通信周波数を一瞬離れることに注意する必要があります。この測定のため、メインの通信が一時的に途切れるのが普通です。これを測定ギャップと呼んでいます。
例えば1.5GHzのLTEキャリアで通信するUEが、800MHzのLTEキャリアにハンドオーバする場合を考えます。eNBからの指示により、UEは800MHzキャリアに移行し、RS信号強度を測定します。測定が終了次第、元の1.5GHzキャリアに復帰し、測定結果をeNBに報告します。この一連の過程をDL/ULのデータ送受信の必要のない期間中に行えば、特に送受信に欠損を与えることはありません。パケットスケジューラがこのようにバンド間測定をスケジュールする方法をギャップアシスト測定方式と呼んでいます。
UEがあるeNBにアクセスする場合、通常は「競合ベースのランダムアクセス手順」を使います。図10.1.5.1-1にシーケンスを示します。
「競合ベース」というのは、始めのRACHアクセスにおいて、アクセス許可なしに送信を開始してみることを言います。もし、eNBからレスポンスがない場合、UEは自律的に送信電力を上げ、再度トライします。
一方、「非競合ベース」のアクセスというのもあります。図10.1.5.2-1にアウトラインを示します。
HOコマンドを、ソースeNBから送信する場合です。
UEから見た、L1,L2/3間のランダムアクセス手順における相互関係モデルを図10.1.5.3-1に示します。ランダムアクセスプリアンブルの送信をL1に指示した後、L2/L3はACKが受信できたか、又はDTX(Discontinuous Transmission = 不連続送信)を検出したかの情報を受け取ります。ACKの場合、L2/3は、UL送信を開始するよう指示します。(初期アクセスの場合、RRC接続要求メッセージになります。)DTXの場合には、ランダムアクセスプリアンブルを再送します。
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無線障害が発生した場合、図10.1.6-1に示す2つのフェーズに分け、対処を行います。
表10.1.6-1に、RLFに関連する処理方法をまとめました。
ケース | 第1フェーズ | 第2フェーズ | T2タイマー満了 |
---|---|---|---|
UEは同セルに復帰 | 無線問題なしとして動作継続 | UE,eNB間の正常信号 により、動作回復 |
RRC_アイドル状態に戻る |
UEは異なるセルを選択 | N/A | UE,eNB間の正常信号 により、動作回復 |
RRC_アイドル状態に戻る |
UEは準備されたeNBを選択(注) | N/A | UE,eNB間の正常信号 により、動作回復 |
RRC_アイドル状態に戻る |
UEは準備されたeNB ではないセルを選択(注) |
N/A | RRC_アイドル状態に戻る | RRC_アイドル状態に戻る |
注:準備されたeNBとは、これ以前に実施されたハンドオフ準備フェーズでUEが認識したeNBを示す。
第2フェーズにおいて、UEが同セルに復帰するか、異なるセルを選択した場合、以下の手順を踏む必要があります。
===
GERAN/UTRAN/e-UTRAN間の相互にリディレクションが可能です。
RRC_アイドル状態のUEはセル再選択を行います。その原則は以下の通りです。
既存システム(GERANまたはUTRAN)への変更を最少にするため、以下の原則に従い、RAT間のハンドオーバを実施します。
ハンドオーバする前に実施するRF測定のパラメータは、E-UTRANで与えられます。RRC_接続状態では、RRCメッセージ(UTRAN測定制御メッセージなど)の指示に従います。
ターゲットの測定は、DRX/DTX期間中またはパケットスケジューラで指示された期間に行います。
UEが測定しなかればならない対象は、E-UTRA, UTRA, GSM, 非3GPP RAT(例:CDMA2000)、など多岐に渡ります。測定すべき周波数もまちまちです。このような異種(ヘテロジニアス)ネットワーク環境では、測定負荷を最少にする必要があります。
===
必要に応じ、既存サーキットスイッチ(CS)システムへ復帰することをCSフォールバックといいます。表10.2.5-1にCSフォールバックのオプションを示します。
ターゲットRAT | 解法 | リリース | UEの能力 | FGIインデクス |
---|---|---|---|---|
CSフォールバックでUMTSへ | RRC接続開放メッセージ (Sys Infoなしのリディレクション) |
Rel-8 | (NOTE 1) UMTSへのCSフォールバックをサポートするUEには必須。 |
|
RRC接続開放メッセージ (Sys Infoありのリディレクション) |
Rel-9 | (NOTE 1) e-RedirectionUTRA |
||
DRB(s)ありのPSハンドオーバ | Rel-8 | (NOTE 1) UMTSへのCSフォールバックをサポートするUEには必須。 |
FGI8, FGI22 | |
CSフォールバックでGSMへ | RRC接続開放メッセージ (Sys Infoなしのリディレクション) |
Rel-8 | (NOTE 2) GSMへのCSフォールバックをサポートするUEには必須。 |
|
RRC接続開放メッセージ (Sys Infoありのリディレクション) |
Rel-9 | (NOTE 2) e-RedirectionGERAN |
||
NACCなしのセルチェンジオーダ | Rel-8 | (NOTE 2) GSMへのCSフォールバックをサポートするUEには必須。 |
FGI10 | |
NACCありのセルチェンジオーダ | Rel-8 | (NOTE 2) GSMへのCSフォールバックをサポートするUEには必須。 |
FGI10 | |
PS handover | Rel-8 | (NOTE 2) interRAT-PS-HO-ToGERAN |
NOTE 1: UMTSへのCSフォールバック可能なUEは、UE能力メッセージに、そのサポートするUTRA FDD/TDD種別と、サポートするバンドリストを表示しなければならない。
NOTE 2: GSMへのCSフォールバック可能なUEは、UE能力メッセージに、そのサポートするGERAN種別と、サポートするバンドリストを表示しなければならない。
NOTE 3: これらのCSフォールバックを起動する前に、eNBの指示により、ターゲットセルまたは周波数をより正確に選択するためUEは電波測定を行ってもよい。
eNBはこれらのCSフォールバックを盲目的に起動してもよい。
「3GPPではない無線システム」とは、cdma2000システムに限定して議論を進めます。cdma2000方式は国内では、KDDIが商用運用中です。
UEがサポートできる無線アクセスシステムと、そのリリースバージョン、周波数バンド、送受信能力(同時受信の数など)を、U-UTRANに報告できるようになっていなければ
なりません。
===
eNBとMMEはリレーポイントとなり、cdma2000メッセージを、無変更で伝送します。適切なターゲットシステムノードを選択できるよう、ターゲットシステム特有の測定情報(ルートアップデートや、パイロット信号強度)をMMEはcdma2000システムに伝送します。このために、各eNBセルにはcdma2000 HPRDセクターID,または、cdma2000 1XRTT セクターID(通称cdma2000リファレンスセルID)がくくり付けられています。
UL情報伝送メッセージ(事前登録用)、ULハンドオーバ準備メッセージ(ハンドオーバ用)、DL情報伝送メッセージにより、cdma2000メッセージはカプセル化され、トンネル伝送されます。
▼図10.3.2.1-1 : ダウンリンク直接伝送
▼図10.3.2.1-2 : アップリンク直接伝送
S1-MMEインターフェイス上でも、無線区間と同様にトンネリングが実施されます。
このHRPDとは、EvDoシステム(KDDIのWINシステム)のことです。
E-UTRANからHRPDへのセルリセレクションまたはハンドオーバのため、UEはE-UTRANから送信されるシステム情報ブロック(SIB)をモニターします。HRPDシステム情報は、HRPDネイバー情報、CDMAタイミング情報、HRPD事前位置登録(プリレジスタレーション)情報を含みます。
HRPD事前位置登録(プリレジスタレーション)とは、セルリセレクションまたはハンドオーバ以前に、HRPDシステムに対し、位置登録を行っておくことを言います。UEからの事前位置登録メッセージは、RRC,S1-APメッセージ内ではトンネル化されてUEからMMEまで伝送され、そしてターゲットシステムまで伝送されます。
必要に応じ、UEは再登録を行い、HRPDに位置登録を行います。
「cdma2000 1xRTT」とは、cdmaシステム(KDDIの1xシステム)のことです。
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E-UTRANからcdma2000 1XRTTへのセルリセレクションまたはハンドオーバのため、UEはE-UTRANから送信されるシステム情報ブロック(SIB)をモニターします。1xRTTシステム情報は、1xRTTネイバー情報、CDMAタイミング情報、CSフォールバック情報を含みます。
例えば、UEが音声発信を行うか、音声着信に応答する場合、UEは1X CSフォールバック(FB)を起動します。まず、NAS信号を用いて、CSFB起動をMMEに伝えます。次にMMEは、eNBに1X CSFBが必要である旨を指示します。eNBは次の内の一つの手順を使い、1xCSFBを実施します。
表10.3.2.3.3-1に1x RTT CSフォールバックのオプションを示します。
ターゲットRAT | 解法 | リリース | UEの能力 | FGIインデクス |
---|---|---|---|---|
CSフォールバックで1xRTTへ | RRC接続開放メッセージ(リディレクションあり) | Rel-8 | (NOTE 1)1xRTTへのCSフォールバックをサポートするUEには必須。 | |
エンハンスド1xCSFB | Rel-9 | (NOTE 1)e-CSFB-1XRTT | ||
エンハンスド1xCSFB(同時HRPDハンドオーバあり) | Rel-9 | (NOTE 1) e-CSFB-ConcPS-Mob1XRTT, Support of HRPD, supportedBandListHRPD |
FGI12, FGI26 | |
デュアル受信機1xCSFB (リディレクションなしのRRC接続開放メッセージ) | Rel-9 | (NOTE 1)rx-Config1XRTT (set to 'dual') | ||
デュアル送受信機エンハンスド1xCSFB | Rel-10 | (NOTE 1)e-CSFB-1XRTT, rx-Config1XRTT (set to 'dual'), tx-Config1XRTT (set to 'dual') |
NOTE 1: 1xRTTへのCSフォールバック可能なUEは、UE能力メッセージに、そのサポートする1xRTT種別と、サポートするバンドリストを表示しなければならない。
NOTE 2: これらのCSフォールバックを起動する前に、 eNBの指示により、ターゲットセルまたは周波数をより正確に選択するためUEは電波測定を行ってもよい。
eNBはこれらのCSフォールバックを盲目的に起動してもよい。
UEの内部モデルです。
お疲れ様でした。次回は11章から説明します。
文・藤原 将道(ノキア シーメンス ネットワークス プリンシパルスタッフエンジニア)
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