LTE典型信令流程

1、信令/數(shù)據(jù)流程）小區(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換）小區(qū)搜索小區(qū)搜索過程是UE和小區(qū)取得時間和頻率同步，并檢測小區(qū)ID的過程。 E-UTRA系統(tǒng)的小區(qū)搜索過程與UTRA系統(tǒng)的主要區(qū)別是其能夠支持不同的系統(tǒng)帶寬（1.420MHZ）。小區(qū)搜索通過若干下行信道實現(xiàn)，包括同步信道（SCH）、廣播信道（BCH）和下行參考信號（RS）。SCH又分成主同步信道（PSCH）和輔同步信道（SSCH），BCH又分成主廣播信道（PBCH）和動態(tài)廣播信道（DBCH）。右圖為小區(qū)搜索流程檢測PSCH（用于獲得5ms時鐘，并獲得小區(qū)ID組內(nèi)的具體小區(qū)ID）檢測S

2、SCH（用于獲得無線幀時鐘、小區(qū)ID組、BCH天線配置）檢測下行參考信號（用于獲得BCH天線配置，是否采用位移導頻）讀取BCH（用于獲得其它小區(qū)信息）系統(tǒng)廣播消息TD-LTE 系統(tǒng)的系統(tǒng)廣播消息主要由主信息塊MIB和系統(tǒng)信息塊SIB組成。 MIB主信息塊在固定的信道(PBCH)上發(fā)送，其中攜帶了保證 UE能夠接收到其他系統(tǒng)信息塊的相關(guān)參數(shù)。MIB 的傳輸周期固定為40ms，一個周期內(nèi)每10ms重傳相同內(nèi)容。MIB的傳輸固定在每個無線幀的子幀0，首次傳輸位于SFN mod 4 = 0的無線幀。主信息塊（MIB）攜帶的信息 :1.系統(tǒng)幀號（SFN，System Frame Number） 8bit

3、 使 UE 獲得系統(tǒng)的時間信息 2.下行系統(tǒng)帶寬 3bit， 使 UE 可以獲知接收帶寬 3.PHICH 配置信息 3bit 使 UE 獲得PDCCH 信道占用的控制符號，以讀取其他的系統(tǒng)廣播信息 SIB系統(tǒng)信息塊根據(jù)其內(nèi)容的不同以及 UE 獲得該信息的緊急程度進行了分類，相同目的、相同屬性的參數(shù)歸屬到同一類型的系統(tǒng)信息塊中。）小區(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換）隨機接入隨機接入分為基于競爭的隨機接入和基于非競爭的隨機接入兩個流程。其區(qū)別為針對兩種流程其選擇隨機接入前綴的方式。前者為UE從基于競爭的隨機接入前綴中依照一定算法隨機選擇一

4、個隨機前綴；后者是基站側(cè)通過下行專用信令給UE指派非競爭的隨機接入前綴。 UE 可以通過隨機接入過程實現(xiàn)兩個基本功能： 取得與eNodeB之間的上行同步； 申請上行資源。 隨機接入過程應用于以下6種場景： 從RRC_IDLE 狀態(tài)初始接入，即 RRC 連接建立； 無線鏈路失敗后初始接入，即RRC 連接重建； 切換； 下行數(shù)據(jù)到達且UE 空口處于上行失步狀態(tài)； 上行數(shù)據(jù)到達且UE 空口處于上行失步， 或者雖未失步但需要通過隨機接入申請上行資源； 輔助定位，網(wǎng)絡利用隨機接入獲取時間提前量（TA，Timing Advance）?；诟偁幍碾S機接入基于非競爭的隨機接入 UE在RACH上發(fā)送隨機接入前綴

5、； eNB的MAC層產(chǎn)生隨機接入響應，并在DL-SCH上發(fā)送； UE的RRC層產(chǎn)生RRC Connection Request(資源調(diào)度請求) 并在映射到UL SCH上的CCCH邏輯信道上發(fā)送； RRC Contention Resolution(競爭解決) 由eNB的RRC層產(chǎn)生，并在映射到DL SCH上的CCCH or DCCH(FFS)邏輯信道上發(fā)送。eNB通過下行專用信令給UE指派非沖突的隨機接入前綴（non-contention Random Access Preamble ），這個前綴不在BCH上廣播的集合中。 UE在RACH上發(fā)送指派的隨機接入前綴。 eNB的MAC層產(chǎn)生隨機接入

6、響應，并在DL-SCH上發(fā)送。）小區(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換）開機附著RRC連接建立 E-UTRAN采用該流程建立SRB1；該流程也被用于傳輸UE發(fā)給E-UTRAN的初始NAS專有信息/消息。建立S1連接步驟69會建立S1連接，完成這些過程即標志著NAS signalling connection建立完成。消息9的說明：該消息為MME向eNB發(fā)起的初始上下文建立請求，請求eNB建立承載資源，同時帶安全上下文，可能帶用戶無線能力、切換限制列表等參數(shù)。UE的安全能力參數(shù)是通過attach request消息帶給核心網(wǎng)的，核心網(wǎng)再通過

7、該消息送給eNB。UE的網(wǎng)絡能力（安全能力）信息改變的話，需要發(fā)起TAU。NAS消息手冊0741 attach req0742 attach accept0743 attach complt0744 attach reject0745 deattch req0746 deattach respond0755 identify0756 identify res (帶imsi號)0752 auth req (帶nas加密算法)0753 auth respond0754 auth rej0748 tau req0749 tau respond074b tau rej075d security075e

8、 security res (加密之后安全響應加密了，看不出是075e)UE能力消息1012的說明：如果消息9帶了UE Radio Capability IE，則eNB不會發(fā)送UECapabilityEnquiry消息給UE，即沒有1012過程；否則會發(fā)送，UE上報無線能力信息后，eNB再發(fā)UE Capability Info Indication，給核心網(wǎng)上報UE的無線能力信息。為了減少空口開銷，在IDLE下MME會保存UE Radio Capability信息，在INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息會帶給eNB。 如果UE改變了其無線接入能力，UE會請求上層發(fā)起必

9、要的NAS流程，以使用新的RRC連接更新UE無線接入能力信息。初始安全激活該流程的目的是在RRC連接建立時激活AS層安全。安全完保算法： Snow3G,AES和ZUC。RRC連接重配置消息1516為RRC連接重配置過程，其流程承載著RRC連接管理的大部分功能，包括信令數(shù)據(jù)承載管理、參數(shù)配置、切換執(zhí)行和測量控制等。GTSM消息O_MACRRC_SRB0_DATA rrcConnectionRequestO_RRCMAC_SRB0_DATA rrcConnectionSetupO_PDCPRRC_DATA_IND rrcConnectionSetupComplete（0741）O_RRCS1AP_

10、INIT_UE_MSGO_S1APRRC_DL_NAS_MSGO_RRCPDCP_DATA_REQ dlInformationTransfer（0752）O_PDCPRRC_DATA_IND ulInformationTransfer（0753）O_RRCPDCP_DATA_REQ （075d）O_PDCPRRC_DATA_IND （075e）O_S1APRRC_INIT_CONTEXT_SETUP_REQ （0742）O_RRCPDCP_DATA_REQ ueCapabilityEnquiry 不需要等到初始上下文建立請求才下發(fā)安全O_PDCPRRC_DATA_IND ueCapabilit

11、yInformationO_RRCS1AP_UE_CAPA_INFO_INDO_S1APMME_DATAREQ UECapabilityInfoIndicationO_RRCPDCP_DATA_REQ securityModeCommandO_PDCPRRC_DATA_IND securityModeCompleteO_RRCPDCP_DATA_REQ rrcConnectionReconfiguration（0742）O_PDCPRRC_DATA_IND rrcConnectionReconfigurationCompleteO_RRCS1AP_INIT_CONTEXT_SETUP_RSPO

12、_S1APMME_DATAREQO_PDCPRRC_DATA_IND （0743）異常流程 RRC連接建立失敗核心網(wǎng)拒絕 eNB未等到Initial context setup request消息 RRC重配消息丟失或者沒收到RRC重配完成消息或者eNB內(nèi)部配置UE的安全參數(shù)等失?。┬^(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換） service request UE在IDLE模式下，需要發(fā)送業(yè)務數(shù)據(jù)時，發(fā)起service request過程。尋呼過程可以由核心網(wǎng)觸發(fā)，用于通知某個 UE 接收尋呼請求，或者由 eNodeB觸發(fā)，用于通知系統(tǒng)信息更

13、新 。）小區(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換） paging UE在IDLE模式下，當網(wǎng)絡需要給該UE發(fā)送數(shù)據(jù)（業(yè)務或者信令）時，發(fā)起尋呼過程。）小區(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換定義：當移動臺由一個TA轉(zhuǎn)移到另一個TA時，必須在新的TA上重新進行位置登記已通知網(wǎng)絡更改它所儲存的移動臺位置信息。當UE進入一個小區(qū)，該小區(qū)所屬TAI不在UE保存的TAI list內(nèi)時，UE發(fā)起正常TAU流程，分為IDLE和CONNECTED（即切換時）下。 TAU的作用：在網(wǎng)絡登記新的用戶位置信息

14、；給用戶分配新的GUTI；使UE和MME的狀態(tài)由未注冊變?yōu)橐炎裕?IDLE態(tài)用戶可通過TAU過程請求建立用戶面資源。如果TAU accept分配了一個新的GUTI，則UE需要回復TAU complete，否則不用回復。TAC在SIB1中廣播。）TAUIDLE下發(fā)起的TAU IDLE下，如果有上行數(shù)據(jù)或者上行信令（與TAU無關(guān)的）發(fā)送，UE可以在TAU request消息中設(shè)置an active標識，來請求建立用戶面資源，并且TAU完成后保持NAS信令連接。如果沒有設(shè)置active標識，則TAU完成后釋放NAS信令連接。 IDLE下發(fā)起的也可以帶EPS bearer context statu

15、s IE，如果UE帶該IE，MME回復消息也帶該IE，雙方EPS承載通過這個IE保持同步。CONNECTED下發(fā)起的TAU說明：1）如果TAU accept未分配一個新的GUTI，則無過程6、7；2）切換下發(fā)起的TAU，完成后不會釋放NAS信令連接；3）CONNECTED下發(fā)起的TAU，不能帶active標識。）小區(qū)搜索）隨機接入）開機附著） service request） paging） TAU）切換當 UE處于連接狀態(tài)，網(wǎng)絡通過切換過程實現(xiàn)對UE 的移動性管理。UE 信道條件的改變可能會觸發(fā)切換，網(wǎng)絡由于負載均衡的目的也可能發(fā)起切換。 TD-LTE 系統(tǒng)中，切換涉及的網(wǎng)絡實體包括eNod

16、e B、MME和S-GW，涉及的協(xié)議包括空口的 36.331、接口的 36.413和36.423等。切換移動性測量控制平面流程用戶平面流程）切換S1切換X2切換按接口按接口按過程按過程當UE在CONNECTED模式下時，eNodeB可以根據(jù)UE上報的測量信息來判決是否需要執(zhí)行切換，如果需要切換，則發(fā)送切換命令給UE，UE不區(qū)分切換是否改變了eNodeB。interneteNBRB ControlConnection Mobility Cont.eNB MeasurementConfiguration & ProvisionDynamic Resource Allocation (Sch

17、eduler)PDCPPHYMMEServing GatewayS1MACInter Cell RRMRadio Admission ControlRLCE-UTRANEPCRRCMobility AnchoringSAE Bearer ControlIdle State Mobility HandlingNAS SecurityS1接口是MME/S-GW網(wǎng)關(guān)與eNB之間的接口，S1接口與3G UMTS系統(tǒng)Iu接口的不同之處在于，Iu接口連接包括3G核心網(wǎng)的PS域和CS域，S1接口只支持PS域。S1接口S1S1接口的用戶平面接口的用戶平面用戶平面接口位于E-NodeB和S-GW之間，S1接口用

18、戶平面（S1-UP）的協(xié)議棧如下圖所示。S1-UP的傳輸網(wǎng)絡層基于IP傳輸，UDP/IP之上的GTP-U用來傳輸S-GW與eNB之間的用戶平面PDU。S1S1接口控制面接口控制面 S1控制平面接口位于E-NodeB和MME之間，傳輸網(wǎng)絡層是利用IP傳輸，這點類似于用戶平面；為了可靠的傳輸信令消息，在IP曾之上添加了SCTP；應用層的信令協(xié)議為S1-AP。X2接口是eNB與eNB之間的接口。X2接口的定義采用了與S1接口一致的原則，體現(xiàn)在X2接口的用戶平面協(xié)議結(jié)構(gòu)與控制平面協(xié)議結(jié)構(gòu)均與S1接口類似。X2接口X2接口的用戶平面接口的用戶平面 X2接口用戶平面提供eNB之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸功能。X2-

19、UP的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如下圖所示，X2-UP的傳輸網(wǎng)絡層基于IP傳輸，UDP/IP協(xié)議之上采用GTP-U來傳輸eNB之間的用戶面PDU。X2接口控制面接口控制面 X2接口控制平面協(xié)議棧如下圖所示，LTE系統(tǒng)X2接口的定義采用了與S1接口一致的原則，其傳輸網(wǎng)絡層控制平面IP層的上面也采用了SCTP，為信令提供可靠的傳輸。應用層信令協(xié)議表示為X2-AP。X2切換流程圖切換準備2 UE被觸發(fā)發(fā)送測量報告，UE根據(jù)測量配置，進行測量上報；3 源eNB基于上報結(jié)果，根據(jù)自身的切換算法，進行切換判決；4 源eNB發(fā)給目標eNB一個切換請求消息，通過必要的信息準備目標側(cè)切換；5 接納控制：目標eNode B根據(jù)收

20、到的E-RAB QoS信息進行接納控制，以提高切換的成功率。接納控制要考慮預留相應的資源、C-RNTI以及分配專用隨機接入 Preamble 碼等。6 目標eNB準備L1/L2切換并發(fā)送切換請求應答給源eNB。該消息中包含一個RRC container，具體內(nèi)容是觸發(fā) UE進行切換的切換命令。源eNodeB對切換命令采用透傳的方式（不做任何修改），發(fā)送給 UE（該消息是發(fā)送給UE以執(zhí)行切換的RRC消息）。執(zhí)行切換 切換命令（攜帶了移動性控制信息的 RRC連接重配置消息）是由目標eNode B生成的，通過源 eNode B將其透傳給UE。源eNode B 對這條消息進行必要的加密和完整性保護。當

21、UE 收到該消息之后，就會利用該消息中的相關(guān)參數(shù)發(fā)起切換過程； 源eNB發(fā)送SN STATUS TRANSFER消息給目標eNB，傳輸PDCP狀態(tài)，保存申請的E-RABs的上行PDCP SN接收機狀態(tài)和下行PDCP SN發(fā)射機狀態(tài)（如RLC AM）； 接收了包括移動控制信息的RRC連接重配置消息之后，UE執(zhí)行與目標eNB的同步，UE從目標eNB得到特定的鑰匙并配置將要在目標小區(qū)內(nèi)使用的選擇的安全算法； 目標eNB使用上行分配和時間提前作為應答。切換完成11當UE成功接入目標小區(qū)后， UE發(fā)送RRC 連接重配置完成消息， 向目標 eNode B確認切換過程完成。目標 eNode B 通過接收 R

22、RC連接重配置完成消息，確認切換成功。至此，目標 eNode B可以開始向 UE發(fā)送數(shù)據(jù)；12 目標eNB發(fā)送PATH SWITCH消息給MME以告知UE已經(jīng)改變小區(qū)；13 MME發(fā)送更新用戶面請求消息給S-GW；14 服務小區(qū)轉(zhuǎn)換下行數(shù)據(jù)通路到目標eNB側(cè)；15 服務網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個更新用戶面應答消息給MME；16 MME確認包含PATH SWITCH ACKNOWLEDGE消息的PATH SWITCH消息；通過發(fā)送UE context釋放，目標eNB通知源eNB切換成功并由源eNB觸發(fā)資源釋放， *收到來自MME的PATH SWITCH ACKNOWLEDGE消息后，目標eNB發(fā)送18 一旦接

23、收到UE context釋放消息，源eNB可釋放與UE context關(guān)聯(lián)的無線和控制面相關(guān)資源。切換準備期間源eNB和目標eNB之間的用戶面隧道能夠建立。對于每個提供了數(shù)據(jù)前行的E-RAB上行數(shù)據(jù)前行和下行數(shù)據(jù)前行各有一個隧道建立 切換執(zhí)行期間用戶數(shù)據(jù)能從源eNB被遞交到目標eNB。這一遞交可以以一種依靠業(yè)務和調(diào)度特定執(zhí)行的方式完成 只要在源eNB側(cè)來自EPC的分組被接收或者源eNB的緩沖區(qū)未空，從源到目的eNB的下行用戶數(shù)據(jù)的前行按序完成 切換完成期間 目標eNB發(fā)送一個PATH SWITCH消息給MME以告知UE已經(jīng)獲得接入，MME發(fā)送一個USER PLANE UPDATE REQUES

24、T消息給服務網(wǎng)關(guān)，用戶面通路被服務網(wǎng)關(guān)從源eNB切換到目的eNB 只要在源eNB側(cè)來自服務網(wǎng)關(guān)的分組被接收或者源eNB緩沖區(qū)非空，源eNB就應該進行轉(zhuǎn)交用戶面數(shù)據(jù) 用戶面處理S1切換流程圖1. 源 eNode B對UE進行測量配置，UE的測量結(jié)果將用于輔助源 eNode B 進行切換判決； 2. UE根據(jù)測量配置，進行測量上報；3. 源eNode B 參考UE的測量上報結(jié)果，根據(jù)自身的切換算法，進行切換判決；4. 源eNodeB向MME發(fā)送Handover Required消息，主要包括MME/eNB UE S1AP ID, Target ID等消息；5. MME發(fā)送Handover Request消息給目標eNodeB，其中包括要建立的EPS承載的列表等內(nèi)容，每個EPS承載的信息包括SGW的地址，上行GTPU的在SGW側(cè)的TEID值，EPS 承載的QoS等。目標eNo