LTE-UE开机时发生的流程

1、UE 开机时发生的流程1.1 PLMN 选择流程UE 在 E-UTRAN 频段中扫描所有的载频信道，如果搜索到了一个或多个 PLMN ， UE 将把所找到的满足质量门限 PLMN报给NAS。获取PLMN ID，不满足质量门限的 PLMN 将和测量值一起上报给 NAS 层。 NAS 层选定 PLMN ，再进行小区选择。PLMN 由很多个小区组成。小区由其使用的主扰码( Primary Scrambling Code )标识， 主扰码在网络规划时分配。小区所属的 PLMN 的信息包含在系统消息中。终端在开机或脱 网时，首先选择一个 PLMN ，然后搜索该 PLMN 的小区，如果在该 PLMN 下无

2、法捕捉到合 适的小区，则上报 PLMN 列表启动新一轮小区获取过程。终端要维护几种不同类型的 PLMN 列表，每个列表中会有多个 PLMN 。R PLMN-已登记PLMN (R PLMN )是终端在上次关机或脱网前登记上的PLMN。E PLMN-等效 PLMN (E PLMN )为与终端当前所选择的PLMN 处于同等地位的PLMN ，其优先级相同。H PLMN-归属PLMN (H PLMN ) 为终端用户归属的 PLMN。U PLMN-用户控制 PLMN (U PLMN )是储存在USI M卡上的一个与PLMN 选择有关的参数。O PLMN-运营商控制 PLMN (O PLMN )是储存在US

3、I M卡上的一个与PLMN 选择有关的参数。F PLMN-禁用PLMN (F PLMN )为被禁止访问的 PLMN ,A PLMN-可获取PLMN (A PLMN )为终端能在其上找到至少一个小区，并能读出其PLMN 标识信息的 PLMN 。PLMN 的选择有自动和手动两种： (1)自动选择，终端开机或脱网时，其非接入层功能模块会利用终端中存储的PLMN 信息首先选择一个 PLMN ，然后命令接入层功能模块去搜索该 PLMN 。相应地，接入层利用终 端中存储的小区列表信息来选择、捕获小区，或启动小区搜索程序来搜索属于该PLMN 的小区。如果捕获成功， 则将搜索结果报告非接入层； 否则，将由非接

4、入层再次选择一个 PLMN ， 重新搜索。不同类型的 PLMN 其优先级别不同，终端在进行 PLMN 选择时将按照以下顺序依次进 行： R PLMN 和 E PLMN H PLMN U PLMN O PLMN 其他的 PLMN（2）手动选择，终端开机或脱网时， 其非接入层功能模块会命令接入层去搜索所有的PLMN ，然后接入层将搜索到的所有 PLMN 信息报告给非接入层， 由用户手动操作来选定一个 PLMN 。 其后的搜索过程与自动选择过程相同小区的选择与重选。1.2 小区搜索小区搜索（Cell Search）,用于UE获得一个Cell的时间，频率同步，并获取 Cell的物 理层小区Id。当UE

5、获得物理层小区id和帧同步后，UE就可以在BCH上读取系统消息 小区搜索过程：1. 主同步信号, UE 可以获得 5ms 的基准时间2. 辅同步信号, UE 可以获得帧同步和物理层的小区组3. 下行参考信号（ Reference Signal）, UE 可以获得物理层的小区 id4. UE 获得物理层小区 id 和帧同步后, UE 就可以在 BCH 上读取系统消息, 用于获取 其它小区信息。终端在事先不知道小区信息的情况下搜索小区, 需要经过时隙同步、 帧同步、 捕获主扰 码三个步骤。这三个步骤涉及到四个下行物理信道：主同步信道（P-SCH ）、从同步信道（S-SCH ）、主公共导频信道（P-

6、CPICH ）、主公共控制物理信道（P-CCPCH ）。这里是在每 个时隙10ms帧内发送两次PSCH和SSCH，先通过检测PSCH获得5ms时钟，然后检测SSCH， 获得无线帧时钟,小区 ID 组和 BCH 天线配置信息。具体小区 ID 是通过检测下行参考信号 得到的。这一步是在获得了帧同步之后进行。如果终端上已经存有某个小区的信息, 如频率、 主扰码等, 那么终端可以利用这些信息 来简化小区搜索过程,其搜索过程仍大致需要遵循这三个步骤。1）时隙同步：主同步信道（P-SCH ）、从同步信道（S-SCH）、主公共导频信道（P-CPICH ）、 主公共控制物理信道( P-CCPCH )之间是同步

7、的。先要获取各时隙的边界，从而与各物理信道实现时隙同步。 这一步是通过捕获主同步信道来实现的。 主同步信道不属于码信道， 没 有经过扩频和加扰处理。 主同步信道在每个时隙的起始处重复发送主同步码， 所有小区的主 同步码相同，且终端预先知道其码片序列。捕获到该主同步码(PSC)确定各物理信道的时隙边界。主同步码的传送周期是 5ms,2) 帧同步：通过捕获从同步信道来实现的。下行扰码又分为主扰码和从扰码，其中主扰码有 512个，分为 64组，每组 8 个。因此，在第二步实现物理信道的帧同步的同时，终 端可以获悉该小区的无线帧中使用的从同步码字组合， 从而可以确定该小区使用的主扰码所 属的组别。3)

8、 捕获主扰码 ：通过前两步，终端能够同步到主公共导频信道的无线帧。第二步已 经确定该主扰码所属的组号， 因此， 只需要定位到该主扰码组， 然后从个主扰码中找到与本 小区匹配的主扰码， 捕获主扰码的工作即告结束。 然后， 就可以用主扰码解码主公共控制物 理信道，从而解调出系统下发的广播消息，通过读取 BCH 获得小区的其他系统信息。在小区搜索的时候，搜索的次序是同频小区、异频小区、然后找不同系统之间的小区。 在经过前面的小区搜索过程后， 终端仍需判定该小区的信号质量是否达到一定的要求，才能进一步确定是否可以驻留在该小区。1.3 小区选择小区选择分为两种， 初始小区选择 ( Initial Cel

9、l Selection )和存储信息小区选择 ( StoredInformation Cell Selection )：初始小区选择( Initial Cell Selection )， UE 会扫描在 E-UTRAN 的频带内所有信道，在 每个载频上 UE 需要搜索一个最好小区。存储信息小区选择 ( Stored Information Cell Selection )需要根据 UE 通过以前的测量控 制信元或者检测到小区储存起来的载频信息进行选择， 首选检测 UE 存储起来的载频信 息。如果找到合适小区， 就直接选择该小区。 如果没有找到合适的小区，还是要发起初 始小区选择的步骤。小区选择

10、的流程：1. 当 UE 开机以后，由 UE 的上层 MCP 模块配置 DLPHY 的测量 。2. MCP 模块通知 DLPHY 进行搜索， DLPHY 在频带内扫描所有的射频信道，在每个载频上搜索最强信号小区。3. DLPHY 根据 MCP 模块的测量指示，把测量结果返回到 MCP 模块，由 MCP 模块 选择一个最强的小区，通知 DLPHY 驻留。4. MCP 模块通知 BCP 模块接收新的系统消息， BCP 模块通知 RRU 调整频率，由 DLPHY 接收系统消息。 BCP 模块通知 MCP 模块新的系统消息。 MCP 利用 SIB1 里面的消息来判断小区是否属于 suitable 小区或

11、者是可接受小区。判断小区的顺序 是：判断是否属于预先设定的 PLMN ，然后判断是否是禁止小区，然后利用S 准则进行判断，然后再进行是否是禁止漫游的 TA 列表。如果中间的判断过程通不过， 则在测量小区的列表中查看是否有其他小区，然后同样执行相同的步骤来判断。如 果没有合适的小区，则进行 Acceptable 的判断，在这个过程中，同样需要进行小区 选择标准的判断。如果找到 Acceptable 小区，则通知 EMM 即可。如果没有找到以 上两种小区，则通知 EMM ，同时重新进行小区的初选。 MCP 模块保存先验信息， 同时启动对服务小区的周期性测量。测量列表是包含了一组测量结果，测量结果中

12、 包含的有 RSRP 值和 RSRQ 值以及小区的物理 ID 。5. MCP 模块通知 EMM 和 RRC 小区选择的结果。此时小区选择基本完成6. EMM 收到小区的选择结果以后，判断选择的小区是限制服务，还是正常服务，还 是没有小区可用。7. 如果不是，则进入任意小区选择状态。8. 进入小区任意选择状态后，进行测量的顺序：同频，异频， RAT 系统上选择合适小 区。1.4 随机接入随机接入可分为：基于竞争的初始接入和基于非竞争的初始接入两种。 随机接入的触发条件：1. RRC_IDLE 初始接入；2. 无线链路断开时初始接入；3. 切换时需要随机接入；4. RRC_CONNECTED 状态

13、下收到上行数据， 需要随机接入， 如上行同步状态为 “非同 步 ”，即 UE 主叫时失步；UE被叫时失步。5. RRC_CONNECTED状态下收到下行数据，需要随机接入，即6. 一般UE从RRC_IDLE初始接入需要竞争的随机接入。基于竞争的初始接入(Contention based random access )的四个步骤，如下图 1.4-1所eNRLJERandom Access Preamb eVRandom Access ResponssScheduled TransmissionConLentiun RssoluLon图1.4-1基于竞争的初始接入1. UE在RACH上发送随机接入

14、前缀(RA Preamble)2. E-NB的MAC层产生随机接入响应(RA Response),并在 DL-SCH上发送3. UE 的 RRC 层产生 RRC Conn ection Request ( Scheduled Tran smision) 并在映射到UL -SCH上的CCC逻辑信道上发送4. E-NB 的 RRC 层产生 RRC Connection Setup(Contention Resolution)并在映射到 DL -SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送使用所有UE都可在任何时间可以使用的随机接入序列接入，适用于每种触发条件。前导范围以广播形式告诉U

15、E，当不同UE选择了同一个前导时，则发生竞争。随机接入的流程大致为以下几步：1) UE 先发起 Random Access Preamble消息带有 PreambleID，在 MAC 层 e-NB RandomAccess Reponse消息。UE 发起 Scheduled Transmission 消息后，e-NB 回 ContentionResoluti on.2) RRC根据广播中的TTI窗口参数和RA参数，把RA指令发送到PDCP和RLC层,最终发送随机接入（RA ）指令到MAC层的共享信道模块，RA指令里包含前导序 号，前导传输功率，RA-RNTI等。然后又MAC的共享信道模块后，指

16、示ULPHY使用PRACH和RA-RNTI，前导序列等发送随机接入前导到e-NB。这次的随机接入前导信息即msgl。3）e-NB 收到 msgl 以后，通过 e-NB 的 mac 层调度，分配 Temp-C-RNTI、UL Grant等，组成随机接入响应的数据包，并分配相关的RB资源。同时发送随机接入响应的数据包，即msg2到UE端。4）UE收到msg2以后，由MAC层检验随机前导是否一致，如果一致则把随机接入成功的消息发到RRC层。UE把e-NB分配的相关资源告知下层，RLC此时发送连接请求RRC CONNECTION REQUEST （即msg3）,经过上行 mac和上行phy,发送 到e

17、-NB侧。基于非竞争的初始接入（Non-contention based random access）的三个步骤，如下图1.4-2 所示:UERA Preamble assignmentRandom Access PreambleRandom Access ResponseeNB图1.4-2基于非竞争的初始接入1. E-NB的MAC层通过下行专用信令（DL-SCH）给UE指派非竞争的随机接入前缀（non-contention Random Access Preamble ），这个前缀不在 BCH 上广播的集合中。2. UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。3. E-NB的MAC层产生随机接入

18、响应，并在 DL-SCH上发送。非竞争模式随机接入是使用在一段时间内仅有一个UE使用的序列接入。由E-NB通过下行专用信令给 UE指派非竞争的随机接入前缀（non-contention RandomAccess Preamble ），这个前缀不在 BCH 上广播的集合中。在切换过程中，切换时一般采用非竞争随机接入。 Preamble 码由目标 e-NB 产生切换命 令通过源 e-NB 发送给 UE RRC Connection Reconfig 消息中当 rach_ConfigDedicatedPresent=1 里有 ra_PreambleIndex=n ；ra_Prach_MaskInde

19、x=n 这两个参数用来指示切换后的随机接入的 PreambileID 。也就是说 e-NB 给 UE 指示好了要从哪个前导接入， 所以就不会是竞争接入了。 对于下行数据到达的情况，可以通过 MAC 信令发送，也可能通过 L1/L2 控制信道或通过 MAC 控制 PDU 。1.5 附着流程开机附着流程：UE 刚开机时，先进行物理下行同步，搜索测量进行小区选择，选择到一个suitable 或者 acceptable 小区后，驻留并进行附着过程。附着完成后，默认承载建立成功，UE 可获得PDN address 信息。附着流程图 1.5-1 如下所示：开机后先进行小区选择，接收系统信息，然后开始附着1

20、. RA Preamble2. RA Respo nse3. RRCCo nn ectio nRequest(包含4. RRCCo nn ectio nSetup5. RRCCo nn ectio nSetupCompleteAttach Request 、PDN connectivity i equest 消息）6. In itial UE message（包含 Attach Request 、 PDN connectivity request7. Ide ntity/Authe nticatio n/SecurityActivate c10. UECapabilityE nquiry11.

21、 UECapabilityl nformatio n13. SecurityModeComma nd14. SecurityModeCompleteActiv15. RRCC onn ectio nRec on figurati on （包含 Attach Accept 、ate default EPS bearer con text request16. R消息)8.建立默认EPS承载等In itial con text setup request（包含 Attach Accept 、efault EPS bearer con text request）.UE Capability Info

22、 In dicationRCC onn ectio nRec on figurati on Complet17.In itial con text setup resp onse18. ULIn formati onTran sfer（包含 Attach Complete 、Activate default EPS bearer con text acceptUPLINK NAS TRANSPORT （包含 Attach Complete 、 Activate default EPS bearer con text accept19First Upli nk DataFirst Dow nli

23、 nk Data20.更新承载检测到UserInactivity21. uE CONTEXT RELEASE REQUEST（Cause）22.更新承载23. UE CONTEXT RELEASE COMMAND24. RRCCo nn ectio nRelease25. uE CONTEXT RELEASE COMPLETE图1.5-1附着流程流程说明如下：1）步骤15会建立RRC连接，步骤6、9会建立S1连接，完成这些过程即标志着 NAS signalling connection 建立完成。2） 消息7的说明：UE刚开机第一次attach，使用的IMSI，无Identity过程；后续，如 果有有效的 GUTI ，使用 GUTI attach ，核心网才会发起 Identity 过程（为上下行直传消息） 。3）消息1012的说明：如果消息 9带了 UE Radio Capability IE,贝U e-NB不会发送 UECapabilityEnquiry消息给UE,即没有1012过程；否则会发送， UE上报无线能力信息 后, e-NB 再发 UE