LTE開機附著信令過程

1、LTE 開機附著信令過程UE開機附著過程是TD-LTE技術(shù)中的重要內(nèi)容，是進行正常通信的必不可少的環(huán)節(jié)。文章分析了UE開機到附著成功的流程，具體包括PLMN選擇、小區(qū)選擇和UE附著。文章依次分析了這三個過程，重點在于對UE附著信令流程的分析，并提出了附著信令流程中可能存在的異常情況及其處理。一.引言LTE( Long Term Evolution )系統(tǒng)作為通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)技術(shù)的長期演進項目，以其高峰值速率、高頻譜效率及低延遲等優(yōu)勢成為了近年來各個通信企業(yè)的研究熱點課題。其中，UE開機的信令流程作為相互通信首要環(huán)節(jié)，其重要性和必要性就是不言而喻的。目前，對于PLMN選擇和小區(qū)選擇兩

2、個過程的正常和異常情況處理的研究已經(jīng)比較成熟了。基于此，本文對于PLMN選擇和小區(qū)選擇過程通過RRC子狀態(tài)劃分與RRC子狀態(tài)轉(zhuǎn)變相結(jié)合的方式來進行必要的論述，重點在于最后附著過程的正常和異常情況的分析。根據(jù)協(xié)議TS36.331，LTE把UE的RRC狀態(tài)簡化為RRC_IDLE（空閑狀態(tài)）和RRC_CONNECT（連接狀態(tài)）兩個狀態(tài)。但是，本文為了對開機流程的模塊化設(shè)計，對兩個流程進行了進一步的劃分：RRC_IDLE （空閑狀態(tài)）細分為NUL（空狀態(tài)）和IDL（空閑狀態(tài)）兩個子狀態(tài)， RRC_CONNECT（連接狀態(tài)）細分為ACC（隨機接入）,CON（連接狀態(tài)）和HO（切換）三個子狀態(tài)。RRC的子

3、狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖。二. UE狀態(tài)和狀態(tài)的轉(zhuǎn)移1.當UE剛開機或者異常原因?qū)е滤罊C重啟時，UE處于NUL狀態(tài)。2.UE開始進行PLMN選擇，在從已選PLMN中選擇一個合適的小區(qū)進行駐留，同時取得與EUTRAN的下行同步，能夠正常的接收系統(tǒng)消息、尋呼消息以及緊急呼叫等，此時，UE進入IDL狀態(tài)。3.UE開始進行初始附著過程，首先，UE通過隨機接入過程向EUTRAN發(fā)送EPS附著請求，UE進入ACC狀態(tài)。4.當UE與EUTRAN完成隨機接入過程并取得上行同步，并且UE對AS（接入網(wǎng)）中PDCP、RLC、MAC和DSP進行連接配置后，UE進入CON狀態(tài)。5.通過NAS安全過程和AS安全過程完成UE的初始附

4、著。二. UE狀態(tài)和狀態(tài)的轉(zhuǎn)移二. PLMN選擇-圖示二. PLMN選擇-流程PLMN的選擇分為自動和手動兩種情況。自動方式就是UE的NAS提供一張按PLMN的優(yōu)先級排序的列表給AS；手動方式就是UE將可用的PLMN呈現(xiàn)給用戶，供用戶手動選擇PLMN。無論是自動還是手動方式，PLMN又可分兩種情況，一種是USIM卡中存有先驗信息（載頻信息），另一種就是沒有先驗信息。當USIM卡中存有先驗信息的時候，NAS指示AS按照先驗信息進行搜索。UE只需在已知的頻點上進行搜索，在這些頻點上搜索信號最強的小區(qū)然后讀取小區(qū)的系統(tǒng)信息（PLMN ID等），以便確定小區(qū)屬于那個PLMN。如果UE在最強的小區(qū)上可以

5、讀到不止一個PLMN ID,那么就要將這些讀到的PLMN上報給NAS。RRC指示物理層做測量，并將結(jié)果上報。如果小區(qū)的參考信號接收功率RSRP不小于-110db，就將此小區(qū)的PLMN上報為高質(zhì)量的PLMN，不需要上報RSRP的值；若小區(qū)的RSRP小于-110db，就要上報此小區(qū)的PLMN為低質(zhì)量的PLMN給NAS，并且附上相應(yīng)的RSRP的值。（-110dBm只針對E-UTRAN小區(qū)）。當USIM卡中無先驗信息時，具體步驟和以上類似，只是開始的時候UE要進行全頻段的搜索。找到信號最強的小區(qū)后讀取系統(tǒng)信息，做測量，并上報PLMN。二. 小區(qū)選擇當選擇了PLMN 后，就要選擇此PLMN的小區(qū)。小區(qū)的

6、選擇也分為兩種情況，一種是USIM卡中沒有存儲此PLMN 的小區(qū)信息（初始小區(qū)選擇），另一種就是USIM卡中有與所選PLMN相關(guān)的小區(qū)信息（存儲信息小區(qū)選擇）。當USIM卡中存儲了所選PLMN 相關(guān)的小區(qū)信息時，UE只需在已知的頻點上搜索小區(qū)。在每個頻點上，UE只要搜索信號最強的小區(qū)。這里涉及到了物理層的相關(guān)過程。主要步驟是：檢測PSCH(用于獲得5ms時鐘)，檢測SSCH（用于獲得無線時鐘，小區(qū)ID組，BCH天線配置），檢測下行參考信號（用于獲得小區(qū)ID），讀取BCH（用于獲得小區(qū)信息）。小區(qū)選擇的S準則：Srxlev大于0，Srxlev=Qrelevmeas-(Qrxlevmin+Qrxl

7、evmin_offset)-PcompensationSrxlev：是小區(qū)選擇的接收功率Qrxlevmin：是小區(qū)要求的最小接收功率Qrxlevmeas： 是測得的小區(qū)的參考信號接收功率（RSRP）Pcompensation=max（PEMAX PUMAX, 0）Pemax：是UE上行最大發(fā)射功率(系統(tǒng)消息廣播)PUMAX：是UE的最大射頻輸出功率僅當UE駐留在VPLMN(受訪PLMN)小區(qū)的時候才用到Qrxlevmin_offset。只有小區(qū)的S值大于0，才能當作候選的小區(qū)。當找到合適的小區(qū)后，UE就駐留到該小區(qū)(如果讀到的系統(tǒng)消息里包含CSG(close subscribe group)

8、Indication，且該IE的值為true，則UE只能接入到小區(qū)的CSG ID和UE存儲的候選小區(qū)列表（white list）相匹配的小區(qū)，調(diào)整到它的控制信道，并進行與小區(qū)重選相關(guān)的測量。二. UE附著-圖示RA是路由區(qū)碼，TA是跟蹤區(qū)碼，LA是位置區(qū)碼二. UE附著-流程UE附著到EUTRAN中時，要建立一個默認的EPS承載，該承載使UE獲得一個“總是在線”的IP連接，UE附著過程的正常MSC（消息序列圖）。(1)UE開機后按照上文所述首先選擇一個PLMN和合適的小區(qū)，接受系統(tǒng)信息，為附著做好準備。(2)步驟15的說明：建立RRC連接，在RRC連接配置完成消息中攜帶高層的附著請求消息。附著

9、請求消息中包括：UE的IMSI、PDN連接類型、附著類型、NAS序列號等參數(shù)。(3)步驟69的說明：建立S1連接，完成這些過程即標志著NAS signalling connection建立完成，MME通知eNB UE附著請求已被接受，并請求建立一個初始上下文。(4)步驟1012的說明：如果消息9帶UERadioCapability 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，上報UE的無線能力信息給核心網(wǎng)。(5)步驟1316的說明：消息13和

10、 14是接入網(wǎng)安全建立。但是eNB發(fā)送完消息13后，并不需要等收到消息14，就可直接發(fā)送消息15，對UE進行RRC重配置。(6)步驟17的說明：eNB向附著的MME回復(fù)一個初始上下文建立相應(yīng)。(7)步驟1819的說明：UE通過RRC上行信息向eNB發(fā)一個NAS消息，及附著完成消息，標志著UE側(cè)和附著相關(guān)的操作和設(shè)置已經(jīng)完成。eNB再通過S1AP的上行NAS傳輸消息向MME轉(zhuǎn)發(fā)附著完成消息。此后UE開機附著過程全部完成。三. 附著異常-三種情況在UE開機附著的整個流程中，本文主要提出了可能存在的導(dǎo)致附著失敗的三種異常情況：RRC連接失敗、核心網(wǎng)拒絕、和RRC重配置過程失敗。三. 附著異常-RRC連接失敗在定時器T300規(guī)定時間內(nèi)UE都未接收到RRCConnectionSetup消息，則表示UE的RRC連接建立失敗，從而導(dǎo)致UE不能正常的完成附著過程。當出現(xiàn)該種情況時，我們的處理方式是RRC告知EMM發(fā)送失敗，用戶再次發(fā)起attach。三. 附著異常-核心網(wǎng)拒絕核心網(wǎng)的拒絕包括兩種可能，分別為ESM拒絕和EMM層拒絕。如果是ESM過程導(dǎo)致的拒絕時（比如默認承載建立失敗），DOWMLINK NASTRANSPORT將會攜帶PDN CONNECTIVITY REJECT消息，而EMM層拒絕則只包括ATTACH REJECT消