1、LTE 信令流程目錄第一章 協(xié)議層與概念51.1控制面與用戶面51.2接口與協(xié)議51.2.11.2.21.2.31.2.41.2.51.2.6NAS 協(xié)議（非接入層協(xié)議）7RRC 層（無(wú)線資源控制層）7PDCP 層（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層）8RLC 層（無(wú)線鏈路控制層）8MAC 層（媒體接入層）9PHY 層（物理層）101.3空閑態(tài)和連接態(tài)121.4網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)131.5承載概念14第二章 主要信令流程162.1 開(kāi)機(jī)附著流程162.2 隨機(jī)接入流程192.3 UE 發(fā)起的 service request 流程232.4 尋呼流程262.5 切換流程272.5.1 切換的含義及目的272.5.2 切換

2、發(fā)生的過(guò)程282.5.3 站內(nèi)切換282.5.4 X2 切換流程302.5.5 S1 切換流程322.5.6 異系統(tǒng)切換簡(jiǎn)介342.6 CSFB 流程352.6.1 CSFB 主叫流程362.6.2 CSFB 被叫流程372.6.3 緊急呼叫流程392.7 TAU 流程402.7.1 空閑態(tài)不設(shè)置“ACTIVE”的TAU 流程412.7.2 空閑態(tài)設(shè)置“ACTIVE”的TAU 流程432.7.3 連接態(tài)TAU 流程452.8 專用承載流程462.8.1 專用承載建立流程462.8.2 專用承載修改流程482.8.3 專用承載釋放流程502.9 去附著流程522.9.1 關(guān)機(jī)去附著流程522.9

3、.1 非關(guān)機(jī)去附著流程532.10 小區(qū)搜索、選擇和重選552.10.1 小區(qū)搜索流程552.10.1 小區(qū)選擇流程562.10.3 小區(qū)重選流程57第三章 異常信令流程603.1 附著異常流程613.1.1 RRC 連接失敗613.1.2 核心網(wǎng)拒絕623.1.3 eNB 未等到Initial context setup request 消息633.1.4 RRC 重配消息丟失或 eNB 內(nèi)部配置UE 的安全參數(shù)失敗643.2 ServiceRequest 異常流程653.2.1 核心網(wǎng)拒絕653.2.2 eNB 建立承載失敗663.3 承載異常流程683.3.1 核心網(wǎng)拒絕683.3.2

4、eNB 本地建立失敗（核心網(wǎng)主動(dòng)發(fā)起的建立）683.3.3 eNB 未等到RRC 重配完成消息，回復(fù)失敗693.3.4 UE NAS 層拒絕703.3.5 上行直傳 NAS 消息丟失71第四章 系統(tǒng)消息解析724.1 系統(tǒng)消息734.2 系統(tǒng)消息解析744.2.1 MIB （Master Information Block） 解析744.2.2 SIB1 （System Information Block Type1） 解析754.2.3 SystemInformation 消息77第五章 信令案例解析835.1 實(shí)測(cè)案例流程845.2流程中各信令消息解析845.2.1 RRC_CONN_RE

5、Q:RRC 連接請(qǐng)求855.2.2 RRC_CONN_SETUP:RRC 連接建立865.2.3 RRC_CONN_SETUP_CMP:RRC 連接建立完成905.2.4 S1AP_INITIAL_UE_MSG:初始直傳消息905.2.5 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ:初始化文本建立請(qǐng)求915.2.6 RRC_UE_CAP_ENQUIRY:UE 能力查詢945.2.7 RRC_UE_CAP_INFO:UE 能力信息955.2.8 S1AP_UE_CAPABILITY_INFO_IND:UE 能力信息指示995.2.9 RRC_SECUR_MODE_CMD:RRC

6、 安全模式命令1035.2.10 RRC_CONN_RECFG:RRC 連接重配置1045.2.11 RRC_SECUR_MODE_CMP:RRC 安全模式完成1075.2.12 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 連接重配置完成1075.2.13 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_RSP:初始化文本建立完成1085.2.14 S1AP_ERAB_MOD_REQ:ERAB 修改請(qǐng)求1095.2.15 RRC_DL_INFO_TRANSF:RRC 下行直傳消息1105.2.16 S1AP_ERAB_MOD_RSP:ERAB 修改完成1105.2.17 RRC_CON

7、N_RECFG:RRC 連接重配置1115.2.18 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC 上行直傳消息1165.2.19 S1AP_UL_NAS_TRANS:上行 NAS 直傳消息1165.2.20 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 連接重配置完成1175.2.21 RRC_CONN_RECFG:RRC 連接重配置1175.2.22 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 連接重配置完成1195.2.23 RRC_MEAS_RPRT:RRC 測(cè)量報(bào)告1195.2.24 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC 上行信息傳輸1205.2.25 S1AP_UL_NA

8、S_TRANS:上行 NAS 信息傳輸1205.2.26 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_REQ:UE 文本更改請(qǐng)求1215.2.27 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_RSP:UE 文本更改響應(yīng)1225.2.28 RRC_CONN_REL:RRC 連接釋放1235.2.29 S1AP_UE_CONTEXT_REL_REQ:UE 文本釋放請(qǐng)求1245.2.30 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMD:UE 文本釋放命令1245.2.31 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMP:UE 文本釋放完成125概述本文通過(guò)對(duì)重要概念的闡述，為信令流程的解析做鋪墊，隨后講解

9、LTE 中重要信令流程，讓大家熟悉各個(gè)物理過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的，其次通過(guò)異常信令的解讀讓大家增強(qiáng)對(duì)異常信令流程的判斷，再次對(duì)系統(tǒng)消息的解析，讓大家了解系統(tǒng)消息的特點(diǎn)和攜帶的內(nèi)容。最后通過(guò)實(shí)測(cè)信令內(nèi)容講解，說(shuō)明消息的重要信元字段。第一章 協(xié)議層與概念1.1 控制面與用戶面在無(wú)線通信系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)傳送和處理用戶數(shù)據(jù)流工作的協(xié)議稱為用戶面；負(fù)責(zé)傳送和處理系統(tǒng)協(xié)調(diào)信令的協(xié)議稱為控制面。用戶面如同負(fù)責(zé)搬運(yùn)的碼頭工人，控制面就相當(dāng)于指揮員，當(dāng)兩個(gè)層面不分離時(shí)，自己既負(fù)責(zé)搬運(yùn)又負(fù)責(zé)指揮，這種情況不利于大貨物處理，因此分工獨(dú)立后，辦事效率可成倍提升，在 LTE 網(wǎng)絡(luò)中，用戶面和控制面已明確分離開(kāi)。1.2 接口與協(xié)議

10、接口是指不同網(wǎng)元之間的信息交互時(shí)的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)接口含有不同的協(xié)議，同一接口的網(wǎng)元之間使用相互明白的語(yǔ)言進(jìn)行信息交互，稱為接口協(xié)議，接口協(xié)議的架構(gòu)稱為協(xié)議棧。在LTE 中有空中接口和地面接口，相應(yīng)也有對(duì)應(yīng)的協(xié)議和協(xié)議棧。圖 1 子層、協(xié)議棧與流EPS承載PDCPPDCP頭壓縮加密無(wú)線承載MACRLCRLCPayload選擇分段、ARQ邏輯信道MAC優(yōu)先級(jí)處理MAC復(fù)用重傳控制M A C調(diào)度HARQHARQ傳輸信道PHYPHY編碼譯碼調(diào)制方案調(diào)制天線資源分配天線映射物理信道eNodeBUE圖 2 子層運(yùn)行方式LTE 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程被分解成不同的協(xié)議層。簡(jiǎn)單分為三層結(jié)構(gòu)：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層 L2

11、和網(wǎng)絡(luò)層。圖 1 闡述了 LTE 系統(tǒng)傳輸?shù)目傮w協(xié)議架構(gòu)以及用戶面和控制面數(shù)據(jù)信息的路徑和流向。用戶數(shù)據(jù)流和信令流以 IP 包的形式進(jìn)行傳送，在空中接口傳送之前，IP 包天線解映射解調(diào)MAC解復(fù)用合并、ARQ解頭壓縮IP包IP包將通過(guò)多個(gè)協(xié)議層實(shí)體進(jìn)行處理，到達(dá) eNodeB 后，經(jīng)過(guò)協(xié)議層逆向處理，再通過(guò) S1/X2接口分別流向不同的 EPS 實(shí)體，路徑中各協(xié)議子層特點(diǎn)和功能如下：1.2.1 NAS 協(xié)議（非接入層協(xié)議）處理 UE 和 MME 之間信息的傳輸，傳輸?shù)膬?nèi)容可以是用戶信息或控制信息（如業(yè)務(wù)的建立、釋放或者移動(dòng)性管理信息）。它與接入信息無(wú)關(guān)，只是通過(guò)接入層的信令交互，在 UE和 M

12、ME 之間建立起了信令通路，從而便能進(jìn)行非接入層信令流程了。NAS 層功能如下： 會(huì)話管理：包括會(huì)話建立、修改、釋放及 QoS 協(xié)商 用戶管理：包括用戶數(shù)據(jù)管理，以及附著、去附著 安全管理：包括用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的鑒權(quán)及加密初始化 計(jì)費(fèi)1.2.2 RRC 層（無(wú)線資源控制層）RRC 層是支持終端和 eNodeB 間多種功能的最為關(guān)鍵的信令協(xié)議。RRC 的功能包括： 廣播 NAS 層和 AS 層的系統(tǒng)消息 尋呼功能（通過(guò) PCCH 邏輯信道執(zhí)行） RRC 連接建立、保持和釋放，包括 UE 與 E-UTRAN 之間臨時(shí)標(biāo)識(shí)的分配、信令無(wú)線承載的配置 安全功能，包括密鑰管理 端到端無(wú)線承載的建立、修改與

13、釋放 移動(dòng)性管理，包括 UE 測(cè)量報(bào)告，以及為了小區(qū)間和 RAT 間移動(dòng)性進(jìn)行的報(bào)告控制、小區(qū)間切換、UE 小區(qū)選擇與重選、切換過(guò)程中的 RRC 上下文傳輸?shù)?MBMS 業(yè)務(wù)，以及 MBMS 業(yè)務(wù)無(wú)線承載的建立、修改與釋放 QoS 管理功能 UE 測(cè)量上報(bào)及測(cè)量控制 NAS 消息的傳輸 NAS 消息的完整性保護(hù)1.2.3 PDCP 層（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層）負(fù)責(zé)執(zhí)行頭壓縮以減少無(wú)線接口必須傳送的比特流量。頭壓縮機(jī)制基于 ROHC。在接收端，PDCP 協(xié)議將負(fù)責(zé)執(zhí)行及解壓縮功能。對(duì)于一個(gè)終端每個(gè)無(wú)線承載有一個(gè) PDCP實(shí)體。一個(gè) PDCP 實(shí)體是關(guān)聯(lián)控制平面還是用戶平面，主要取決于它為哪種無(wú)線承載

14、攜帶數(shù)據(jù)。PDCP 層在控制面對(duì) RRC 和 NAS 層消息進(jìn)行完整性校驗(yàn)，在用戶面不進(jìn)行完整性校驗(yàn)。PDCP 層功能 IP 包頭壓縮與解壓縮 數(shù)據(jù)與信令的加密 信令的完整性保護(hù)。1.2.4 RLC 層（無(wú)線鏈路控制層）負(fù)責(zé)分段與連接、重傳處理，以及對(duì)高層數(shù)據(jù)的順序傳送。RLC 層以無(wú)線承載的方式為PDCP 層提供服務(wù)，其中，每個(gè)終端的每個(gè)無(wú)線承載配置一個(gè) RLC 實(shí)體。主要目的是將數(shù)據(jù)交付給對(duì)端的 RLC 實(shí)體。所以 RLC 提出了三種模式：透明模式（Transparent Mode，TM）、非確認(rèn)模式（Unacknowledged Mode，UM）和確認(rèn)模式（Acknowledged Mo

15、de，AM）。TM 模式最簡(jiǎn)單，它對(duì)于上層數(shù)據(jù)不進(jìn)行任何改變，這種模式典型地被用于 BCCH 或PCCH 邏輯信道的傳輸，該方式不需對(duì) RLC 層進(jìn)行任何特殊的處理。RLC 的透明模式實(shí)體從上層接收到數(shù)據(jù)，然后不做任何修改地傳遞至下面的 MAC 層，這里沒(méi)有 RLC 頭增加、數(shù)據(jù)分割及串聯(lián)。UM 模式可以支持?jǐn)?shù)據(jù)包丟失的檢測(cè)，并提供分組數(shù)據(jù)包的排序和重組。UM 模式能夠用于任何專用或多播邏輯信道，具體使用依賴于應(yīng)用及期望 QoS 的類型。數(shù)據(jù)包重排序是指對(duì)不按順序接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。AM 模式是一種最復(fù)雜的模式。除了 UM 模式所支持的特征外，AM RLC 實(shí)體能夠在檢測(cè)到丟包時(shí)要求它的對(duì)等

16、實(shí)體重傳分組數(shù)據(jù)包，即 ARQ 機(jī)制。因此，AM 模式僅僅應(yīng)用于 DCCH 或 DTCH 邏輯信道。一般來(lái)講，AM 模式典型地用于 TCP 的業(yè)務(wù)，如文件傳輸，這類業(yè)務(wù)主要關(guān)心數(shù)據(jù)的無(wú)錯(cuò)傳輸；UM 模式用于高層提供數(shù)據(jù)的順序傳送，但是不重傳丟失的 PDU，典型地用于如 Voip 業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)最主要關(guān)心傳送時(shí)延；TM 模式則僅僅用于特殊的目的，如隨機(jī)接入。1.2.5MAC 層（媒體接入層）負(fù)責(zé)處理 HARQ 重傳與上下行調(diào)度。MAC 層將以邏輯信道的方式為 RLC 層提供服務(wù)。其主要目的是為 RLC 層業(yè)務(wù)與物理層之間提供一個(gè)有效的連接。從這個(gè)角度看，MAC 層支持的主要功能包括： 邏輯信道與

17、傳輸信道之間的映射； 傳輸格式的選擇，例如通過(guò)選擇傳輸塊大小、調(diào)制方案等作為輸入?yún)?shù)提供給物理層； 一個(gè) UE 或多個(gè) UE 之間邏輯信道的優(yōu)先級(jí)管理； 通過(guò) HARQ 機(jī)制進(jìn)行糾錯(cuò)； 填充（Padding）； RLC PDU 的復(fù)用與解復(fù)用； 業(yè)務(wù)量的測(cè)量與上報(bào)。MAC 層提供給上層的業(yè)務(wù)主要包括：數(shù)據(jù)傳送及無(wú)線資源分配。物理層提供給 MAC 層的業(yè)務(wù)包括：數(shù)據(jù)傳送、HARQ 反饋信令、調(diào)度請(qǐng)求信令以及測(cè)量。在上行鏈路發(fā)送中，終端側(cè)的 MAC 層只是復(fù)用自己的多個(gè)上行鏈路數(shù)據(jù)流，并且決定是發(fā)送上行鏈路調(diào)度請(qǐng)求還是發(fā)送上行鏈路數(shù)據(jù)。然而在下行鏈路共享信道，eNodeB 必須考慮小區(qū)內(nèi)發(fā)往所有用

18、戶的數(shù)據(jù)流（或邏輯信道）。這就涉及到優(yōu)先級(jí)處理過(guò)程，優(yōu)先權(quán)處理是 MAC 層的一個(gè)主要功能。優(yōu)先權(quán)處理過(guò)程是指從不同的等待隊(duì)列選出一個(gè)分組，將其傳遞到物理層，并通過(guò)無(wú)線接口發(fā)送的過(guò)程。因?yàn)橐紤]到不同信息流的發(fā)送，包括純用戶數(shù)據(jù)、E-UTRAN 信令和 EPC 信令，這個(gè)過(guò)程非常復(fù)雜。當(dāng)已傳數(shù)據(jù)沒(méi)有正確接收時(shí)，是否重傳也與優(yōu)先權(quán)處理有關(guān)，所以優(yōu)先權(quán)處理過(guò)程還是與 HARQ 密切相關(guān)的，HARQ 是MAC 的另一個(gè)主要功能。此外，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的 MAC 層要負(fù)責(zé)上行鏈路優(yōu)先權(quán)處理，因?yàn)樗仨殢墓蚕?UL-SCH 傳輸信道的多個(gè)終端的所有上行鏈路調(diào)度請(qǐng)求消息中進(jìn)行選擇。1.2.6 PHY 層（物理層）負(fù)

19、責(zé)處理編譯碼、調(diào)制解調(diào)、多天線映射以及其它電信物理層功能。物理層以傳輸信道的方式為 MAC 層提供服務(wù)。物理層將包含如下功能： 傳輸信道的錯(cuò)誤檢測(cè)并向高層提供指示。傳輸信道的前向糾錯(cuò)編碼（FEC）與譯碼。混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）軟合并。傳輸信道與物理信道之間的速率匹配及映射。物理信道的功率加權(quán)。物理信道的調(diào)制與解調(diào)。時(shí)間及頻率同步。射頻特性測(cè)量并向高層提供指示。MIMO 天線處理。傳輸分集。波束賦形。射頻處理。以上為 LTE 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中各層的主要功能和作用，其中 MAC、RLC、PDCP 三個(gè)子層組成數(shù)據(jù)鏈路層，稱為 L2。子層與子層之間使用服務(wù)接入點(diǎn)（Service Access Poi

20、nts， SAP）作為端到端通信的接口。PDCP 層向上提供無(wú)線承載服務(wù)，并提供可靠頭壓縮（RobustHeader Compression， ROHC）與安全保護(hù)功能；物理層與 MAC 層之間的 SAP 為傳輸信道，MAC 層與 RLC 層之間的 SAP 為邏輯信道。物理信道，執(zhí)行信息的收發(fā)；傳輸信道，區(qū)分信息的傳輸方式；邏輯信道，區(qū)分信息的類型。 MAC 層主要負(fù)責(zé)提供邏輯信道到傳輸信道之間的映射，同時(shí)執(zhí)行將幾個(gè)邏輯信道（例如無(wú)線承載）復(fù)用到統(tǒng)一傳輸信道（例如傳輸塊）。LTE 系統(tǒng)的上下行架構(gòu)各子層實(shí)現(xiàn)功能是基本相同的，它們的主要區(qū)別在于下行反映網(wǎng)絡(luò)側(cè)情況，處理多個(gè)用戶；上行反映終端側(cè)的情

21、況，只處理一個(gè)用戶。1.3 空閑態(tài)和連接態(tài)EPS 中有兩種管理模型：移動(dòng)性管理 EMM 和連接性管理 ECM。EMM 狀態(tài)描述的是UE 在網(wǎng)絡(luò)中的注冊(cè)狀態(tài)，表明 UE 是否已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)。注冊(cè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是由于移動(dòng)性管理過(guò)程而產(chǎn)生的，比如附著過(guò)程和 TAU 過(guò)程。EMM 分為已注冊(cè)和為注冊(cè)兩種狀態(tài)。而ECM 描述的是 UE 和 EPC 間的信令連接性，也有兩種狀態(tài)：空閑態(tài) ECM-IDLE 和連接態(tài)ECM-CONNECTED。空閑態(tài)和連接態(tài)是 RRC 子層中的兩種狀態(tài)，建立了 RRC 連接就是連接態(tài)，釋放了 RRC 連接就是空閑態(tài)，如果是脫網(wǎng)、關(guān)機(jī)、DETACHED 就是 DEAD 態(tài)（在RR

22、C 中描述為 NULL）。表 1 空閑態(tài)和連接態(tài)的特征圖 3 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程空閑狀態(tài)（RRC-IDLE）的特征連接狀態(tài)（RRC-CONNECTED）的特征PLMN 選 擇 ； 系統(tǒng)信息廣播；不連續(xù)接收尋呼； 小區(qū)重選移動(dòng)性；UE 和網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有信令連接，在 E-UTRAN 中不為UE 分配無(wú)線資源，并且沒(méi)有建立上下文。UE 和網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有S1-MME 和S1-U 連接。UE 在由下行數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，上述應(yīng)終止在 S-GW， 并由MME 發(fā)起尋呼。網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)UE 位置所知的精度為 TA 級(jí)別。當(dāng)UE 進(jìn)入未注冊(cè)的新 TA 時(shí)，應(yīng)執(zhí)行 TA 更新。應(yīng)使用DRX 等具有省電的功能UE 有一個(gè)RRC 連接；

23、UE 在 E-UTRAN 中具有通信上下文；E-UTRAN 知道UE 當(dāng)前屬于哪個(gè)小區(qū)； 網(wǎng)絡(luò)和終端之間可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)控制的移動(dòng)性管理，包括切換或者網(wǎng)絡(luò)輔助小區(qū)更改（NACC）到GERAN 小區(qū)；可以測(cè)量鄰小區(qū)；終端可以控制信道以便確定網(wǎng)絡(luò)是否為它配置了共享信道資源；eNodeB 可以根據(jù)終端的活動(dòng)情況配置不連續(xù)接收（DRX）周期，節(jié)約電池并提高無(wú)線資源的利用率1.4 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)在 EPS 網(wǎng)絡(luò)中，一共有 6 種不同的 UE 標(biāo)識(shí)，包括 IMSI、IMEI、S-TMSI、C-RNTI、GUTI和 IP，各個(gè)標(biāo)識(shí)的生命周期、有效周期、功能作用和分配方式各不相同，在 LTE 信令分析中要懂

24、得區(qū)分和查找。C-RNTI:小區(qū)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)，由基站分配給 UE 的一個(gè)動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)，唯一標(biāo)識(shí)了一個(gè)小區(qū)空口下的 UE，只有處于連接態(tài)下的 UE，C-RNTI 才有效。（T-RNTI 是臨時(shí)的 C-RNTI，連接態(tài)建立后 T-RNTI 會(huì)晉升為正式的 C-RNTI）RA-RNTI: 接入用-無(wú)線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)，收端 UE 知道自己之前 Preamble 的發(fā)送位置，通過(guò)計(jì)算可以檢測(cè) PDCCH 上是否有自己對(duì)應(yīng)的 RA-RNTI；有，則說(shuō)明接入被響應(yīng)。RA-RNTI 可由 UEeNodeB 根據(jù)公式計(jì)算而得（發(fā)生時(shí)刻、頻域資源、前導(dǎo)格式等決定），無(wú)需通過(guò)信令來(lái)傳送。對(duì)于 FDD，RA-RNTI

25、和 preamble 發(fā)送的子幀號(hào)一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于 TDD同時(shí)要考慮頻率資源。所以 RA-RNTI 對(duì)于 FDD 是 10 個(gè)，對(duì)于 TDD 最多 60 個(gè)。此標(biāo)識(shí)在這里與其他標(biāo)識(shí)對(duì)比，是接入用的標(biāo)識(shí)。IMEI:是由設(shè)備制造商給 UE 設(shè)備分配的一個(gè)永久標(biāo)識(shí)，IMEI 存儲(chǔ)在和 HSS 中，同時(shí) IMEI 可防止手機(jī)的再使用等，目前中國(guó)未使用。IMSI: 國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼，由 SP（service provider）給 UE 分配的一個(gè)永久標(biāo)識(shí)，開(kāi)戶就有。只要 UE 能夠使用 SP 提供的服務(wù)就一直有效，IMSI 存儲(chǔ)在 SIM 和 HSS 中，是3GPP 的 PLMN 中全球唯一標(biāo)識(shí)。S-T

26、MSI: S-TMSI 是臨時(shí) UE 識(shí)別號(hào)，由 MME 產(chǎn)生并維護(hù)，用于 NAS 交互中保護(hù)用戶的 IMSI，其中 S 代表 SAE，與 M-TMSI 一致。而在小區(qū)級(jí)識(shí)別 RRC 連接時(shí)，C-RNTI 提供唯一的 UE 識(shí)別號(hào)。UE ID:UE 標(biāo)識(shí)，用于識(shí)別 UE。這些標(biāo)識(shí)用戶身份的 ID 在建立 RRC 連接時(shí)發(fā)送到 eNB進(jìn)行用戶身份識(shí)別。UE ID 可以是 IMEI、IMSI、S-TMSI，另外 UE ID 不僅用于基站進(jìn)行用戶識(shí)別，在 SAE 側(cè)同樣需要使用 UE ID 進(jìn)行用戶識(shí)別。GUTI: 在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)識(shí)UE，可以減少IMSI、IMEI 等用戶私有參數(shù)暴露在網(wǎng)絡(luò)傳輸中。G

27、UTI 由核心網(wǎng)分配的一個(gè)動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)。只有在 EPC 注冊(cè)同時(shí)附著 MME 的 UE，GUTI 才有效。存儲(chǔ)在 UE 和 MME 中。在 attach accept, TAU accept, RAU accept 等消息中帶給UE。第一次 attach 時(shí) UE 攜帶 IMSI，而之后 MME 會(huì)將 IMSI 和 GUTI 進(jìn)行一個(gè)對(duì)應(yīng)，以后就一直用GUTI，通過(guò) attachaccept 帶給UE。在同一個(gè) MME 下,GUTI 與M-TMSI 一致。IP 地址：是有 PGW 分配的一個(gè)動(dòng)態(tài)的標(biāo)識(shí)。在上下文本存在時(shí)有效。1.5 承載概念在LTE 系統(tǒng)中，一個(gè) UE 到一個(gè) PGW 之間，具有相

28、同 Qos 待遇的業(yè)務(wù)流稱為一個(gè) EPS承載。EPS 承載中 UE 到 eNB 空口之間的一段稱為無(wú)線承載 RB；eNB 到 SGW 之間的一段稱為 S1 承載。無(wú)線承載與 S1 承載統(tǒng)稱為 E-RAB。圖 4 承載的位置關(guān)系無(wú)線承載根據(jù)承載的內(nèi)容不同分為 SRB（signaling radio bearer）和 DRB（data radiobearer）SRB 承載控制面（信令）數(shù)據(jù)，根據(jù)承載的信令不同分為以下三類 SRB：SRB0：承載 RRC 連接建立之前的 RRC 信令，通過(guò) CCCH 邏輯信道傳輸，在 RLC 層采用TM 模式。SRB1 承載 RRC 信令（可能會(huì)攜帶一些 NAS 信

29、令）和 SRB2 之間之前的 NAS 信令，通過(guò) DCCH 邏輯信道傳輸，在 RLC 層采用 AM 模式。SRB2 承載 NAS 信令，通過(guò) DCCH 邏輯信道傳輸，在 RLC 層采用 AM 模式，SRB2 優(yōu)先級(jí)低于 SRB1，安全模式完成后才能建立 SRB2。DRB 承載用戶面數(shù)據(jù)，根據(jù) Qos 不同，UE 與 eNB 之間可能最多建立 8 個(gè) DRB。根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求和 Qos 的不同可以分為 GBR/ Non-GBR 承載，默認(rèn)承載專用承載，對(duì)承載的概念可以理解為“隧道”、“專有通道”、“數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)鏈路”。GBR/ Non-GBR 承載：在承載建立或修改過(guò)程中通過(guò)例如 eNode B 接

30、納控制等功能永久分配專用網(wǎng)絡(luò)資源給某個(gè)保證比特速率（Guaranteed Bit Rate，GBR）的承載，可以確保該承載的比特速率。否則不能保證承載的速率不變則是一個(gè) Non-GBR 承載默認(rèn)承載（Default Bearer）：一種滿足默認(rèn) QOS 的數(shù)據(jù)和信令的用戶承載，提供“盡力而為”的 IP 連接。默認(rèn)承載為 Non-GBR 承載。默認(rèn)承載為 UE 接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)首先建立的承載，該承載在整個(gè) PDN 連接周期都會(huì)存在，為 UE 提供到 PDN 的“永遠(yuǎn)在線”的 IP 連接。專用承載：對(duì)某些特定業(yè)務(wù)所使用的 SAE 承載。一般情況下專用承載的 QOS 比默認(rèn)承載高，專用承載可以是 GBR

31、或 Non-GBR 承載。第二章 主要信令流程2.1 開(kāi)機(jī)附著流程UE 剛開(kāi)機(jī)時(shí)，先進(jìn)行物理下行同步，搜索測(cè)量進(jìn)行小區(qū)選擇，選擇到一個(gè)合適或者可接納的小區(qū)后，駐留并進(jìn)行附著過(guò)程。附著流程圖如下：UEeNBEPC開(kāi)機(jī)后先進(jìn)行小區(qū)選擇，接收系統(tǒng)信息，然后開(kāi)始附著1. RA Preamble2. RA Response3. RRCConnectionRequest4. RRCConnectionSetup5. RRCConnectionSetupComplete(包含Attach Request 、PDN connectivity request消息)6. Initial UE message（包含

32、Attach Request、PDN connectivity request消息）7. Identity/Authentication/Security8. 建立默認(rèn)EPS承載等9. Initial context setup request(包含Attach Accept、Activate default EPS bearer context request)10. UECapabilityEnquiry11. UECapabilityInformation12. UE Capability Info Indication13. SecurityModeCommand14. Securit

33、yModeComplete15. RRCConnectionReconfiguration（包含Attach Accept、Activate default EPS bearer context request）16. RRCConnectionReconfigurationComplete17. Initial context setup response18. ULInformationTransfer（包含Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept）19. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Attach

34、 Complete、Activate default EPS bearer context accept）First Uplink Data20. 更新承載First Downlink Data檢測(cè)到User Inactivity21. UE CONTEXT RELEASE REQUEST(Cause)22. 更新承載23. UE CONTEXT RELEASE COMMAND24. RRCConnectionRelease25. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE圖 5 正常開(kāi)機(jī)附著流程開(kāi)機(jī)附著流程說(shuō)明：1）步驟 15 會(huì)建立 RRC 連接，步驟 6、9 會(huì)建立 S1 連

35、接，完成這些過(guò)程即標(biāo)志著 NAS signallingconnection 建立完成，見(jiàn) 24.301。2）消息 7 的說(shuō)明：UE 剛開(kāi)機(jī)第一次 attach，使用的 IMSI，無(wú) Identity 過(guò)程；后續(xù)，如果有有效的GUTI，使用 GUTI attach，核心網(wǎng)才會(huì)發(fā)起 Identity 過(guò)程（為上下行直傳消息）。3 ） 消息 1012 的說(shuō)明：如果消息 9 帶了 UE Radio Capability IE ，則 eNB 不會(huì)發(fā)送UECapabilityEnquiry 消息給 UE，即沒(méi)有 1012 過(guò)程；否則會(huì)發(fā)送，UE 上報(bào)無(wú)線能力信息后，eNB再發(fā) UE Capability

36、Info Indication，給核心網(wǎng)上報(bào) UE 的無(wú)線能力信息。為了減少空口開(kāi)銷，在 IDLE 下 MME 會(huì)保存 UE Radio Capability 信息，在 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息會(huì)帶給 eNB，除非 UE 在執(zhí)行 attach 或者first TAU following GERAN/UTRAN Attach or UE radio capability update TAU 過(guò)程（也就是這些過(guò)程 MME 不會(huì)帶 UE Radio Capability 信息給 eNB，并會(huì)把本地保存的 UE Radio Capability 信息刪除，eN

37、B 會(huì)問(wèn) UE 要能力信息，并報(bào)給 MME。注：UE radio capability update TAU is only supported for changes of GERAN and UTRAN radio capabilities in ECM-IDLE.）。在 CONNECTED 下，eNB 會(huì)一直保存 UE Radio Capability 信息。UE 的 E_UTRAN 無(wú)線能力信息如果發(fā)生改變，需要先 detach，再 attach。 4） 發(fā)起 UE 上下文釋放（即 2125）的條件：eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Interv

38、ention, Unspecified Failure, User Inactivity, Repeated RRC signalling Integrity Check Failure, Release due to UE generated signalling connection release, etc.; or-MME-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc. 5）eNB 收到 msg3 以后，DCM 給 USM 配置 SRB1，配置完后發(fā)送 msg4 給 UE；eNB 在發(fā)送RRCConnecti

39、onReconfiguration 前，DCM 先給 USM 配置 DRB/SRB2 等信息，配置完后發(fā)送RRCConnectionReconfiguration 給 UE，收到 RRCConnectionReconfigurationComplete 后，控制面再用戶面資源可用。6）消息 1315 的說(shuō)明：eNB 發(fā)送完消息 13，并不需要等收到消息 14，就直接發(fā)送消息 15。7）如果發(fā)起 IMSI attach 時(shí)，UE 的 IMSI 與另外一個(gè) UE 的 IMSI 重復(fù)，并且其他 UE 已經(jīng) attach，則核心網(wǎng)會(huì)釋放先前的UE。如果IMSI 中的MNC 與核心網(wǎng)配置的不一致，則核心

40、網(wǎng)會(huì)回復(fù)attach reject。8）消息 9 的說(shuō)明：該消息為 MME 向 eNB 發(fā)起的初始上下文建立請(qǐng)求，請(qǐng)求 eNB 建立承載資源，同時(shí)帶安全上下文，可能帶用戶無(wú)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(guò) attach request消息帶給核心網(wǎng)的，核心網(wǎng)再通過(guò)該消息送給 eNB。UE 的網(wǎng)絡(luò)能力（安全能力）信息改變的話，需要發(fā)起 TAU。2.2 隨機(jī)接入流程隨機(jī)接入是蜂窩系統(tǒng)應(yīng)具有的最基本的功能，它使終端與網(wǎng)絡(luò)建立通信連接成為可能，由于用戶的隨機(jī)性、無(wú)線環(huán)境的復(fù)雜性決定了這種接入的發(fā)起以及采用的資源也具有隨機(jī)性，因此隨機(jī)接入的成功率取決于隨機(jī)接入流程是否能夠順利完成。

41、從隨機(jī)接入發(fā)起的目的來(lái)看主要有：u 請(qǐng)求初始接入u 從空閑狀態(tài)向連續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換u 支持 eNB 之間的切換過(guò)程u 取得/恢復(fù)上行同步u 向 eNB 請(qǐng)求 UE IDu 向 eNB 發(fā)出上行發(fā)送的資源請(qǐng)求總體來(lái)說(shuō)隨機(jī)接入就是 UE 與 eNB 建立無(wú)線鏈路，獲取/恢復(fù)上行同步從隨機(jī)接入流程發(fā)起的場(chǎng)景來(lái)看，主要有以下幾種情況：1、隨機(jī)接入和狀態(tài)轉(zhuǎn)移2、無(wú)線鏈路失敗的重建立3、切換后接入新小區(qū)隨機(jī)接入場(chǎng)景4、上行失步時(shí)，下行數(shù)據(jù)到達(dá)5、上行失步時(shí)，上行數(shù)據(jù)到達(dá)圖 6 隨機(jī)接入場(chǎng)景隨機(jī)接入分為基于競(jìng)爭(zhēng)的 (可應(yīng)用于上述所有場(chǎng)景)、基于非競(jìng)爭(zhēng)的(只應(yīng)用于切換和下行數(shù)傳場(chǎng)景)兩種流程接入網(wǎng)絡(luò)。其區(qū)別為針對(duì)兩

42、種流程選擇隨機(jī)接入前綴的方式不同。前者為 UE 從基于沖突的隨機(jī)接入前綴中依照一定算法隨機(jī)選擇一個(gè)隨機(jī)前綴；后者是基站側(cè)通過(guò)下行專用信令給 UE 指派非沖突的隨機(jī)接入前綴。基于競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入： RRC_IDLE 狀態(tài)下的初始接入； 無(wú)線鏈路出錯(cuò)以后的初始接入； RRC_CONNECTED 狀態(tài)下，當(dāng)有上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，例如在上行失步后“non-synchronised”， 或者沒(méi)有 PUCCH 資源用于發(fā)送調(diào)度請(qǐng)求消息，也就是說(shuō)在這個(gè)時(shí)候除了通過(guò)隨機(jī)接入的方式外，沒(méi)有其它途徑告訴 eNB，UE 存在上行數(shù)據(jù)需要發(fā)送 基于非競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入： RRC_CONNECTED 狀態(tài)下，當(dāng)下行有數(shù)據(jù)

43、傳輸時(shí)，這時(shí)上行失步“non-synchronised”，因?yàn)閿?shù)據(jù)的傳輸除了接收外，還需要確認(rèn)，如果上行失步的話，eNB 無(wú)法保證能夠收到 UE 的確認(rèn)信息，因?yàn)檫@時(shí)下行還是同步的，因此可以通過(guò)下行消息告訴 UE 發(fā)起隨機(jī)接入需要使用的資源，比如前導(dǎo)序列以及發(fā)送時(shí)機(jī)等，因?yàn)檫@些資源都是雙方已知的，因此不需要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式接入系統(tǒng)； 切換過(guò)程中的隨機(jī)接入，在切換的過(guò)程中，目標(biāo) eNB 可以通過(guò)服務(wù)eNB 來(lái)告訴UE 它可以使用的資源； UEeNB1Random Access PreambleRandom Access Response23Scheduled Transmission4Conten

44、tion Resolution圖 7 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入流程基于競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入流程說(shuō)明1）MSG1：UE 在RACH 上發(fā)送隨機(jī)接入前綴，攜帶 preamble 碼；2）MSG2：eNB 側(cè)接收到 MSG1 后，在 DL-SCH 上發(fā)送在 MAC 層產(chǎn)生隨機(jī)接入響應(yīng)（RAR），RAR響應(yīng)中攜帶了 TA 調(diào)整和上行授權(quán)指令以及T-CRNTI（臨時(shí) CRNTI）；3）MSG3（連接建立請(qǐng)求）：UE 收到 MSG2 后，判斷是否屬于自己的 RAR 消息（利用 preamble ID核對(duì)），并發(fā)送 MSG3 消息，攜帶 UE-ID。UE 的RRC 層產(chǎn)生 RRC Connection Request 并

45、映射到 UL SCH 上的 CCCH 邏輯信道上發(fā)送；4）MSG4(RRC 連接建立)：RRC Contention Resolution 由 eNB 的 RRC 層產(chǎn)生，并在映射到 DLSCH 上的CCCH or DCCH(FFS)邏輯信道上發(fā)送，UE 正確接收 MSG4 完成競(jìng)爭(zhēng)解決。 在隨機(jī)接入過(guò)程中，MSG1 和 MSG2 是低層消息，L3 層看不到，所以在信令跟蹤上，UE 入網(wǎng)的第一條信令便是MSG3(RRC_CONN_REQ) MSG2 消息由eNB 的MAC 層產(chǎn)生，并由 DL_SCH 承載，一條MSG2 消息可以同時(shí)對(duì)應(yīng)多個(gè) UE 的隨機(jī)接入請(qǐng)求響應(yīng)。 eNB 使用PDCCH

46、調(diào)度 MSG2，并通過(guò) RA-RNTI 進(jìn)行尋址，RA-RNTI 由承載MSG1 的PRACH 時(shí)頻資源位置確定； MSG2 包含上行傳輸定時(shí)提前量、為 MSG3 分配的上行資源、臨時(shí)C-RNTI 等； UE 在接收MSG2 后，在其分配的上行資源上傳輸 MSG3 針對(duì)不同的場(chǎng)景，Msg3 包含不同的內(nèi)容: 初始接入：攜帶RRC 層生成的 RRC 連接請(qǐng)求，包含UE 的S-TMSI 或隨機(jī)數(shù)； 連接重建：攜帶RRC 層生成的 RRC 連接重建請(qǐng)求，C-RNTI 和PCI； 切換：傳輸RRC 層生成的 RRC 切換完成消息以及UE 的C-RNTI； 上/下行數(shù)據(jù)到達(dá)：傳輸 UE 的C-RNTI；

47、 競(jìng)爭(zhēng)解決 初始接入和連接重建場(chǎng)景 切換，上/下行數(shù)據(jù)到達(dá)場(chǎng)景 競(jìng)爭(zhēng)判定 MSG4 攜帶成功解調(diào)的 MSG3 消息的拷貝，UE 將其與自身在MSG3 中發(fā)送的高層標(biāo)識(shí)進(jìn)行比較，兩者相同則判定為競(jìng)爭(zhēng)成功 UE 如果在PDCCH 上接收到調(diào)度 MSG4 的命令，則競(jìng)爭(zhēng)成功 調(diào)度 MSG4 使用由臨時(shí)C-RNTI 加擾的PDCCH 調(diào)度 eNB 使用C-RNTI 加擾的 PDCCH 調(diào)度 MSG4 C-RNTI MSG2 中下發(fā)的臨時(shí)C-RNTI 在競(jìng)爭(zhēng)成功后升級(jí)為UE 的C-RNTI UE 之前已分配C-RNTI，在MSG3 中也將其傳給eNB。競(jìng)爭(zhēng)解決后，臨時(shí)C-RNTI 被收回，繼續(xù)使用UE

48、原C-RNTI 圖 8 基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入基于非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入流程說(shuō)明1） MSG0：eNB 通過(guò)下行專用信令給 UE 指派非沖突的隨機(jī)接入前綴（non-contention RandomAccess Preamble ），這個(gè)前綴不在 BCH 上廣播的集合中。2） MSG1：UE 在 RACH 上發(fā)送指派的隨機(jī)接入前綴。3） MSG2：ENB 的 MAC 層產(chǎn)生隨機(jī)接入響應(yīng)，并在 DL-SCH 上發(fā)送。對(duì)于非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入過(guò)程，preamble 碼由 ENB 分配，到 RAR 正確接受后就結(jié)束。 UE 根據(jù) eNB 的指示，在指定的 PRACH 上使用指定的 Preamble 碼發(fā)起隨機(jī)接入

49、MSG0：隨機(jī)接入指示消息 對(duì)于切換場(chǎng)景，eNB 通過(guò) RRC 信令UE； 對(duì)于下行數(shù)據(jù)到達(dá)和輔助定位場(chǎng)景，eNB 通過(guò) PDCCHUE； MSG1：發(fā)送 Preamble 碼 UE 在 eNB 指定的 PRACH 信道資源上用指定的 Preamble 碼發(fā)起隨機(jī)接入 MSG2：隨機(jī)接入響應(yīng) MSG2 與競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的格式與內(nèi)容完全一樣，可以響應(yīng)多個(gè) UE 發(fā)送的 MSG1 2.3 UE 發(fā)起的 service request 流程UE 在 IDLE 模式下，需要發(fā)送或接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)起 service request 過(guò)程（值得強(qiáng)調(diào)的是這流程之前是隨機(jī)接入流程）。當(dāng) UE 發(fā)起 service

50、 request 時(shí)，需先發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程，Service Request 由 RRCConnection Setup Comlete 攜帶上去，整個(gè)流程類似于主叫過(guò)程。當(dāng)下行數(shù)據(jù)達(dá)到時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)先對(duì) UE 進(jìn)行尋呼，隨后 UE 發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程，并發(fā)起service request 過(guò)程，在下行數(shù)據(jù)達(dá)到發(fā)起的 service request 類似于被叫接入。service request 流程就是完成 Initial context setup，在 S1 接口上建立 S1 承載，在 Uu接口上建立數(shù)據(jù)無(wú)線承載，打通 UE 到 EPC 之間的路由，為后面的數(shù)據(jù)傳輸做好準(zhǔn)備。UEeNBEPCIDL

51、E下有數(shù)據(jù)或者信令要發(fā)送，發(fā)起service request過(guò)程1. RA Preamble2. RA Response3. RRCConnectionRequest4. RRCConnectionSetup5. RRCConnectionSetupComplete(包含Service Request消息)6. Initial UE message（包含Service Request消息）7. Authentication8. S1-AP: Initial Context Setup Request9. UECapabilityEnquiry10. UECapabilityInformatio

52、n11. UE Capability Info Indication12. SecurityModeCommand13. SecurityModeComplete14. RRCConnectionReconfiguration15. RRCConnectionReconfigurationComplete16. S1-AP: Initial Context Setup ResponseFirst Uplink Data更新承載First Downlink Data檢測(cè)到User Inactivity17. UE Context Release Request(Cause)更新承載18. UE

53、Context Release Command19. RRC Connection Release20.UE Context Release Complete圖 9 service request 流程Service Request 流程說(shuō)明：1） 處在RRC_IDLE 態(tài)的 UE 進(jìn)行 Service Request 過(guò)程，發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程，即 MSG1 消息；2） eNB 檢測(cè)到MSG1 消息后，向 UE 發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)消息，即 MSG2 消息；3）UE 收 到 隨 機(jī) 接 入 響 應(yīng) 后 ， 根 據(jù) MSG2 的 TA 調(diào) 整 上 行 發(fā) 送 時(shí) 機(jī) ， 向 eNB 發(fā)送 RRCConnectionRequest 消息，即 MSG3 消息；4）eNB 向 UE 發(fā)送RRCConnectionSetup 消息，包含建立 SRB1 承載信息和無(wú)線資源配置信息；5）UE 完成 SRB1 承載和無(wú)線資源配置,向 eNB 發(fā)送RRCConnectionSetupComplete 消息，包含 NAS層 Service Request 信息；6）eNB 選擇 MME，向 MME 發(fā)送 INITIAL UE MESSAGE 消息，包含 NAS 層 Service Request 消息；7）UE 與EPC 間執(zhí)行鑒權(quán)流程，與 GSM 不同的是：4G 鑒權(quán)是