LTE信令流程初步分析.docx

LTE信令流程初步分析

LTE信令流程初步分析
1. 开机入网流程介绍分析
2. 小区搜索
小区搜索过程是UE和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。通过解PSS可以获得物理层小区ID，再通过解SSS可以获得小区的组ID（504个小区分成168个组），二者组合就可以获得当前小区的小区ID（每个组内又有3个小区ID）；当前小区的PCI = 组ID * 3 + 小区ID
备注：E-UTRA系统的小区搜索过程与UTRA系统的主要区别是它能够支持不同的系统带宽（1.4~20MHZ）。小区搜索通过若干下行信道实现，包括同步信道（SCH）、广播信道（BCH）和下行参考信号（RS）SCH又分成主同步信道（PSCH）和辅同步信道（SSCH），BCH又分成主广播信道（PBCH）和动态广播信道（DBCH）。除PBCH是以正式“信道”出现的；PSCH和SSCH是纯粹的L1信道，不用来传送L2/L3控制信令，而只用于同步和小区搜索过程；DBCH最终承载在下行共享传输信道（DL-SCH），没有独立的信道。
3. PLMN和小区选择
小区搜索完成后，UE会获得当前小区的PCI，UE使用获得的PCI去解当前小区的MIB和SIB消息，通过解MIB消息获得小区的下行同步以及系统带宽等关键信息，完了在SIB信息的时域位置上检测PDCCH，根据PDCCH指示获取小区的SIB1信息，完了再解析其它SIB信息。
在SIB1信息中会携带网络侧的PLMN列表，UE的接入层AS会把解析的PLMN列表上报自己的非接入层NAS，由NAS层执行PLMN的选择，选择合适的PLMN。
UE选定PLMN后会在该PLMN下选择合适的小区，小区的选择按照S准则，UE选择该PLMN下信号最强的小区进行驻留。

备注：MIB（ Master Information Block）
Ø 承载于BCCH → BCH → P-BCH上
Ø 包括有限个用以读取其他小区信息的最重要、最常用的传输参数（系统带宽，系统帧号，PHICH配置信息）
SIBs
Ø 除MIB以外的系统消息，包括SIB1-SIB12
Ø 除SIB1以外，SIB2-SIB12均由SI (System Information)承载
Ø SIB1是除MIB外最重要的系统消息，固定以20ms为周期重传4次，即SIB1在每两个无线帧（20ms）的子帧#5中重传（SFN mod 2 = 0，SFN mod 8 ≠ 0）一次，如果满足SFN mod 8 = 0时，SIB1的内容可能改变，新传一次。
Ø SIB1和所有SI消息均传输在BCCH → DL-SCH → PDSCH上
Ø SIB1的传输通过携带SI-RNTI（SI-RNTI每个小区都是相同的）的PDCCH调度完成
Ø SIB1中的SchedulingInfoList携带所有SI的调度信息，接收SIB1以后，即可接收其他SI消息

4. Attach与Detach过程
作用：
1．Attach过程完成UE在网络的注册，完成核心网（EPC）对该UE默认承载的建立
2．Detach过程完成UE在网络侧的注销和所有EPS承载的删除
Attach说明：
LTE中，Attach伴随着核心网处默认承载的建立
Detach说明：
UE/MME/SGSN/HSS均可发起detach过程
若网络侧长时间没有获得UE的信息，则会发起隐式的Detach过程，即核心网将该UE的所有承载释放而不通知UE。
Attach信令流程图：

注：无线网部分，LTE的attach与3G的类似，完成相同的功能而在核心网部分，除荐权、身份验证、用户注册以外，LTE还包含默认承载的建立，而3G中没有。
Attach信令流程分析：
1. 处在RRC_IDLE态的UE进行Attach过程，首先发起随机接入过程，即MSG1消息；
2. eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；
3. UE收到随机接入响应后，根据MSG2的TA调整上行发送时机，向eNB发送RRCConnectionRequest消息；
4. eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承载信息和无线资源配置信息；
5. UE完成SRB1承载和无线资源配置，向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS层Attach request信息；
6. eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层Attach request消息；
7. MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，请求建立默认承载，包含NAS层Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息；
8. eNB接收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，如果不包含UE能力信息，则eNB向UE发送UECapabilityEnquiry消息，查询UE能力；
9. UE向eNB发送UECapabilityInformation消息，报告UE能力信息；
10. eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，更新MME的UE能力信息；
11. eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE发送
SecurityModeCommand消息，进行安全激活；
12. UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；
13. eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配置，建立SRB2、DRB（包括默认承载）等；
14. UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示资源配置完成；
15. eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成；
16. UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息；
17. eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息。
LTE测试软件CDS所看到的完整Attach信令过程图如下：

从Attach request开始到Attach Complete结束。

UE发起的Detach信令流程图：

Detach信令流程分析：
1. 处在RRC_CONNECTED态的UE进行Detach过程，向eNB发送UL NAS Transfer消息，包含NAS层Detach request信息；
2. eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Detach request信息；
3. MME向Serving-GW发送Delete Session Request，以删除EPS承载；
4. Serving-GW向MME发送Delete Session Response，以确认EPS承载删除；
5. MME向基站发送下行直传DOWNLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Detach accept消息；
6. eNB向UE发送DLInformationTransfer消息，包含NAS层Detach accept消息；
7. MME向eNB发送UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息，请求eNB释放UE上下文信息；
8. eNB接收到UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息，向UE发送RRCConnectionRelease消息，释放RRC连接；
9. eNB释放UE上下文信息，向MME发送UE CONTEXT RELEASE COMPLETE消息进行响应。
LTE测试软件CDS所看到的完整Detach信令过程图如下：

从Detach Request开始到RRCConnectionRelease结束。
5. RRC连接建立
RRC连接建立背景：IDLE态UE需变为连接态时发起该过程，如呼叫、响应寻呼、TAU、Attach等。

RRC连接建立信令流程图：

RRC连接成功

RRC连接失败
RRC连接建立成功流程：
RRC连接请求：UE通过UL_CCCH在SRB0上发送，携带UE的初始（NAS）标识和建立原因等，该消息对应于随机接入过程的Msg3。
RRC连接建立：eNB通过DL_CCCH在SRB0上发送，携带SRB1的完整配置信息，该消息对应随机接入过程的Msg4。
RRC连接建立完成：UE通过UL-DCCH在SRB1上发送，携带上行方向NAS消息，如Attach Request、TAU Request、Service Request、Detach Request等，eNB根据这些消息进行S1口建立。
RRC连接建立失败：
第二步中，如果eNB拒绝为UE建立RRC连接，则通过DL_CCCH在SRB0上回复一条RRC连接拒绝消息。
6. RRC连接重建立过程
RRC连接重建立背景：当处于RRC连接状态但出现切换失败、无线链路失败、完整性保护失败、RRC重配置失败等情况时，触发此过程。
RRC连接重建立信令流程图：

RRC连接重建成功

RRC连接重建失败
RRC连接重建立成功流程：
RRC连接重建请求：UE通过UL_CCCH在SRB0上发送，携带UE的AS层初始标识信息及重建立原因，该消息对应随机接入过程的Msg3。
RRC连接重建：eNB通过DL_CCCH在SRB0上回复，携带SRB1的完整配置信息，该消息对应随机接入过程的Msg4。
RRC连接重建立完成：UE通过UL-DCCH在SRB1上发送，不携带任何实际信息，只起到RRC层确认的功能。
RRC连接重建立拒绝流程：
第二步中，如果eNB中没有UE的上下文信息，则拒绝为UE重建RRC连接，则通过DL_CCCH在SRB0上回复一条RRC连接重建立拒绝消息。
7. RRC连接重配置过程
RRC连接重配置过程背景：当需要发起对SRB和DRB的管理、低层参数配置、切换执行和测量控制时，触发此过程。
RRC连接重配置信令流程图：

RRC连接重配置成功

RRC连接重配置异常
RRC连接重配置成功过程：
RRC连接重配置：eNB通过DL_DCCH在SRB1上发送，根据功能的不同携带不同的配置信息内容，一条消息中可以携带体现多个功能的信息单元。
RRC连接重配置完成：UE通过UL_DCCH在SRB1上发送，不携带任何实际信息，只起到RRC层确认的功能。
RRC连接重配置异常流程：
若UE无法执行RRC连接重配置消息中的内容则UE回退到收到该消息前的配置，并发起RRC连接重建立过程。
8. RRC连接释放过程
RRC连接释放过程背景：网络希望解除与UE的RRC连接时，触发该过程
RRC连接释放过信令流程图：

RRC连接释放
RRC连接释放过程：
RRC连接释放：eNB通过DL_DCCH在SRB1上发送，可选择携带重定位信息和专用优先级分 配信息（用于控制UE的小区选择和小区重选）。
本地释放：
某些情况下，UE的RRC层根据NAS层的指示主动释放RRC连接，不通知网络侧而主动进入空闲状态，如NAS层鉴权过程中没有通过鉴权检查。

9. 切换过程
同一个eNB内切换信令流程图：

eNB发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息发送给UE消息中携带切换信息mobilityControlInfo；包含目标小区ID、载频、测量带宽给用户分配的C-RNTI，通用RB配置信息（包括各信道的基本配置、上行功率控制的基本信息等），给用户配置dedicated random access parameters 避免用户接入目标小区时有竞争冲突。
UE按照切换信息在新的小区接入，向eNB发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION COMPLETE消息，表示切换完成，正常切入到新小区。
注：LTE切换过程信令与TD切换过程中不太一样，LTE下行发送RRC连接重配置，而TD中发物理信道重配置。
eNB相当于TD中RNC和NB的结合，由于南京试验网暂时不存在eNB间和异系统间的切换，因此暂时没有涉及到。