4-LTE移动性连接性管理和信令流程
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– 系统信息超过最长有效期（3小时）
• 空闲和连接态都需接收，寻呼消息通知系统消息改变，空闲态通过计
算PO，连接态解析PDCCH判决是否接受。
系统信息广播流程
UE E-UTRAN
MasterInformationBlock SystemInformationBlockType1
SystemInformation
移动性连接性管理及信令流程
该部分内容重点：
LTE常见编号 UE状态概念 默认承载和专用承载概念 开机入网流程 附着、寻呼、切换 移动性管理
CL互操作
全球唯一临时标识GUTI，Globally Unique Temporary ID
• 用于在网络中对用户的临时标识，提供UE标识符的保密性
公共天线端口数目（盲检） SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息
辅同步信号
10ms 定时，获得
(1) N ID
UE接受下行RS信号
PBCH
读取MIB
PDSCH
读取SIB
其他系统信息
系统消息概述
• 系统信息在小区范围内广播，发送网络配置公共消息
– 非接入层的信息包括运营商信息、CN域信息等； – 接入层信息包括小区信息、信道信息、小区选择/重选信息等
Identity/Authentication/Security
EMM-DEREGISTERED
Attach accept TAU accept
Attach Reject TAU Reject Detach
EMM-REGISTERED
UE的EMM状态转移模型
LTE的连接管理状态
ECM-IDLE：UE与网络侧间没有NAS信令连接，在E-UTRAN中没有UE的上下 文。网络侧知道UE的TA，从而移动性管理由TAU实现。 ECM-CONNECTED：UE与MME之间存在信令连接，其由RRC连接和S1连接 组成，网络侧知道 UE的小区，从而移动性管理由切换 实现。。 涉及流程：S1连接释放，业务请求
• IMSI 或者 S-TMSI
– List of TAIs
[S1AP] PAGING
Paging Response (NAS means)
寻呼
• 寻呼的通知由PDCCH 1A/1C格式通知UE（PDCCH 1A/1C还用于
RACH response, BCCH动态调度）
• PDCCH的通知上携带P-RNTI，表示这是个寻呼信息
– 通知RRC_IDLE/RRC_CONNECTED模式下的UE系统信息改
变（eNB发起）
UE EUTRAN
– ETWS基本通知、ETWS辅助通知
Paging
• 寻呼消息内容 – UE Identity Index value：用于eNB计算寻呼帧 – UE Paging Identity：
eNB
MME
LTE的EMM和ECM状态 迁移
业务承载结构
无线承载（Radio bearer）在UE和eNB之间传送EPS数据包，这是EPS承载和无 线承载之间的一一映射,是eNodeB为UE分配的一系列协议实体及配置的总称。 S1承载(S1 bearer)用来传送eNodeB和Serving GW之间的EPS数据包。 eNodeB存储无线承载和S1接口之间的一一映射关系，从而在上行链路和下行 链路中绑定无线承载和S1承载接口。 UE/PGW中保存有业务和承载的映射表。
以指定功率发射 preamble序列
盲检到用RARNTI加扰的 PDCCH 是 将对应的DL-SCH 传输块传递给高层
否
退出物理机接入过程
随机接入过程
寻呼中的基本概念
• TA: Tracking Area, 跟踪区域 • 何时寻呼？
– 发送寻呼信息给RRC_IDLE模式下的UE（MME发起）
• UE在如下情况采用系统信息获取流程：
– 小区选择（开机）和小区重选后 – 切换完成之后
– 从其他RAT进入E-UTRA后
– 重新进入覆盖区域 – 接收到systeminfovaluetag
– 收到寻呼消息中的ETWS-Indication，CMAS-Indication，读取SIB10-12通知
• UE根据自己的ID计算自己可能存在寻呼的时间，并进行监听
– DRX接收寻呼消息
– 特定子帧里面监听PDCCH
– 特定的子帧称为寻呼时机 (Paging Occasion)，这些子帧所
在的无线帧称为寻呼帧 (Paging Frame)
• 具体的被寻呼的UE id承载在PCH上的paging message中
•
•
LTE承载级的QoS参数
VoLTE业务承载
业务总体流程
网络侧启动 1.初始化设备 2.进行系统广播 第一步 手机开机 1.PLMN选择 2.小区驻留 3.位置登记 4.等待呼叫 第二步 被呼 第三步 RRC连接建立
第六步 切换 第六步 物理信道重配置
第六步 SRB2/DRB重配置
第六步 传输信道重配置
SIB11
SIB12
ETWS辅助通知
CMAS通知
随机接入过程
随机接入作用：
高层发起preamble 传输请求 物理层 随机接入过程
申请上行资源 与eNodeB间的上行时间同步
选择preamble序列
基于竞争的随机接入：随机选择preamble 无竞争的随机接入：由高层指定preamble
RRC_IDLE
新业务 周期TA超时更新 无活动
减少活动，DRX，节电
RRC_CONNECTED
PLMN改变与注销 执行注册 搜索网络(PLMN) “驻扎”小区(camp on)
DEAD
RRC状态
RRC_IDLE： 向UE传输广播/多播数据
高层配置UE进行DRX
UE控制的移动性 UE可以接收系统广播消息；邻区测量，小区选择和重选；监控寻呼信 道，进而检测到来的呼叫、系统消息改变以及ETWS RRC_CONNECTED： 向UE/来自UE传输单播数据 在低层，配置具有UE专用的DRX 网络控制的移动性 UE可以获取系统消息；邻区测量和测量报告；提供信道质量和反馈信 息；监控与共享数据信道相关联的控制信道，进而决定是否为其准备 数据；监控寻呼信道或/和SIB1内容，进而检测系统消息更改以及ETWS
GUTI全球唯一临时标识 共96bit GUMMEI 全球唯一MME标识 64bit MCC 8bit MNC 16bit MMEGI 16bit MMEC 8bit M-TMSI 唯一标识MME中的UE 32bit M-TMSI 32bit M-TMSI在MMEI下 唯一
移动国家码
移动网络码
MMEI组ID
第五步 RRC连接重配置
第四步 安全激活
第六步 TA更新
第六步 小区更新
第七步 RRC连接释放
第八步 重新待机 1.小区选择 2.等待呼叫
第六步 测量控制
第六步
IRAT切换
小区搜索过程
小区搜索流程
主同步信号 5ms 定时，获得
(2) N ID
小区组内ID 符号同步
小区组ID 帧同步 CP长度 精准时频同步
RB的分类
默认与专用承载
• EPS承载指为在UE和PDN之间提供某种特性的QoS传输保证的业务流。QoS常用 QCI表示。
•
•
默认承载：一种满足默认QoS的数据和信令的用户承载。由UE触发建立。
专用承载：专用承载是在PDN链接建立的基础上建立的，是为了提供某种特 定的QoS传输需求而建立的，由网络侧建立，UE 通过bearer modification command消息触发PDN侧建立。 GBR/Non-GBR承载：与保证比特速率(Guaranteed Bit Rate，GBR)承载相关的 专用网络资源，在承载建立或修改过程中通过例如eNode B的接纳控制等功 能永久分配给某个承载。这个承载在比特速率上要求能够保证不变。否则， 不能保证一个承载的速率不变，则是一个 Non-GBR承载。 对同一用户同一链接而言，专用承载可以是GBR承载，也可以是Non-GBR承 载。而默认承载只能是Non-GBR承载。专用承载和默认承载共享一条PDN链 接（UE地址和PDN地址），也就是说，专用承载承载一定是在默认承载建立 的基础上建立的，二者必须绑定。
• TAI = PLMN + TAC（Tracking Area Code）
LTE的移动性管理和连接管理
• 在LTE中 基于MME中存储的信息，为UE定义了两类状态集
– EMM状态：EPS Mobility Management – ECM状态： EPS Connection Management
MME代码
MMEI MME标识
S-TMSI（短格式临时移动用户标识）
用来保证无线信令流程更加有效，如寻呼和业务请求流程。 由MMEC和M-TMSI通过运算得到
应用协议标识（续）
• RNTI（ Radio Network Temporary Identifier ）
– C-RNTI（Cell- Radio Network Temporary Identifier） ：在小区级别指 示RRC连接和调度信息过程中，用来唯一标识UE – RA-RNTI：与preamble一一对应，作为接入标识，以达到解决冲突 的目的。 – P-RNIT – SI-RNTI
系统消息内容
MIB SIB1 小区最基本的物理层信息（系统带宽，系统帧号，PHICH配置信息 ）40ms，子帧0 小区选择相关信息和其他SIB调度信息（小区接入相关信息（PLMNID列表、TAID、 CELLID），小区选择信息（最小Rx接收水平、偏置）、频率带宽指示、SIB调度信息、 TDD配置、SI窗长、SI value tag（消息是否发生改变） ）80ms，子帧5 公共和共享信道信息\上行带宽（无线资源配置信息。接入禁止信息、公共信道配置 （RACH/BCCH/PCCH/PRACH/PDSCH/PUSCH/PUCCH/SRS/上行功控信息）、各种定时器和 常数、MBSFN子帧配置等） 小区重选信息（公共参数，适用于同频、异频、异系统，UE速度相关的小区重选参数）
SIB2
SIB3
SIB4
SIB5 SIB6 SIB7 SIB8 SIB9 SIB10
小区重选信息（同频邻小区和频率）
小区重选信息（异频邻小区和频率） 小区重选信息（UTRA邻小区和频率） 小区重选信息（GERAN邻小区和频率） 小区重选信息（CDMA邻小区和频率） Home eNB标识（HNBID） ETWS基本通知
• ECGI（E-UTRAN Cell Global Identifier ）
• 用于在PLMN中全局标识一个小区。
• ECGI（less 55） = PLMN ID + ECI（28）
ECI = eNB ID（20）+ Cell ID Global eNB ID（less 44）= PLMN ID + eNB ID
解析传输请求中携带的信息 （preamble index、preamble发射功率、 RA-RNTI、PRACH资源）
根据index选择 preamble序列
随机接入的可能场景：
① 从RRC_IDLE 状态下初始接入或TAU ② RRC 连接重建的过程 ③ RRC_CONNECTED 状态下有上行数据且上 行失步 ④ 切换 ⑤ RRC_CONNECTED 状态下有下行数据且上 行失步（如发ACK/NACK） ⑥ RRC_CONNECTED 状态下ENB需要获取TA 信息，辅助定位
RRC
UE eNB MME
MSG1 MSG2-Random Access Response RRCConnectionRequest RRCConnectionSetup RRCConnectionSetupComplete (Attach request) INITIAL UE MESSAGE （Attach request）
移动性管理EMM状态
EMM-DEREGISTERED：MME没有UE位置和路由信息，对MME而言UE不可达， 但UE的上下文可存储在MME和UE中，避免每次鉴权和密钥协商。 EMM-REGISTERED：UE能够使用那些需在EPS登记的业务。MME知道UE的 位置信息能够达到分配给UE的TA列表的精度可执行TA更新，周期更新，响 应寻呼，执行业务请求，该状态UE获得IP。 涉及流程：attach，TAU，detach
• 空闲和连接态都需接收，寻呼消息通知系统消息改变，空闲态通过计
算PO，连接态解析PDCCH判决是否接受。
系统信息广播流程
UE E-UTRAN
MasterInformationBlock SystemInformationBlockType1
SystemInformation
移动性连接性管理及信令流程
该部分内容重点：
LTE常见编号 UE状态概念 默认承载和专用承载概念 开机入网流程 附着、寻呼、切换 移动性管理
CL互操作
全球唯一临时标识GUTI，Globally Unique Temporary ID
• 用于在网络中对用户的临时标识，提供UE标识符的保密性
公共天线端口数目（盲检） SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息
辅同步信号
10ms 定时，获得
(1) N ID
UE接受下行RS信号
PBCH
读取MIB
PDSCH
读取SIB
其他系统信息
系统消息概述
• 系统信息在小区范围内广播，发送网络配置公共消息
– 非接入层的信息包括运营商信息、CN域信息等； – 接入层信息包括小区信息、信道信息、小区选择/重选信息等
Identity/Authentication/Security
EMM-DEREGISTERED
Attach accept TAU accept
Attach Reject TAU Reject Detach
EMM-REGISTERED
UE的EMM状态转移模型
LTE的连接管理状态
ECM-IDLE：UE与网络侧间没有NAS信令连接，在E-UTRAN中没有UE的上下 文。网络侧知道UE的TA，从而移动性管理由TAU实现。 ECM-CONNECTED：UE与MME之间存在信令连接，其由RRC连接和S1连接 组成，网络侧知道 UE的小区，从而移动性管理由切换 实现。。 涉及流程：S1连接释放，业务请求
• IMSI 或者 S-TMSI
– List of TAIs
[S1AP] PAGING
Paging Response (NAS means)
寻呼
• 寻呼的通知由PDCCH 1A/1C格式通知UE（PDCCH 1A/1C还用于
RACH response, BCCH动态调度）
• PDCCH的通知上携带P-RNTI，表示这是个寻呼信息
– 通知RRC_IDLE/RRC_CONNECTED模式下的UE系统信息改
变（eNB发起）
UE EUTRAN
– ETWS基本通知、ETWS辅助通知
Paging
• 寻呼消息内容 – UE Identity Index value：用于eNB计算寻呼帧 – UE Paging Identity：
eNB
MME
LTE的EMM和ECM状态 迁移
业务承载结构
无线承载（Radio bearer）在UE和eNB之间传送EPS数据包，这是EPS承载和无 线承载之间的一一映射,是eNodeB为UE分配的一系列协议实体及配置的总称。 S1承载(S1 bearer)用来传送eNodeB和Serving GW之间的EPS数据包。 eNodeB存储无线承载和S1接口之间的一一映射关系，从而在上行链路和下行 链路中绑定无线承载和S1承载接口。 UE/PGW中保存有业务和承载的映射表。
以指定功率发射 preamble序列
盲检到用RARNTI加扰的 PDCCH 是 将对应的DL-SCH 传输块传递给高层
否
退出物理机接入过程
随机接入过程
寻呼中的基本概念
• TA: Tracking Area, 跟踪区域 • 何时寻呼？
– 发送寻呼信息给RRC_IDLE模式下的UE（MME发起）
• UE在如下情况采用系统信息获取流程：
– 小区选择（开机）和小区重选后 – 切换完成之后
– 从其他RAT进入E-UTRA后
– 重新进入覆盖区域 – 接收到systeminfovaluetag
– 收到寻呼消息中的ETWS-Indication，CMAS-Indication，读取SIB10-12通知
• UE根据自己的ID计算自己可能存在寻呼的时间，并进行监听
– DRX接收寻呼消息
– 特定子帧里面监听PDCCH
– 特定的子帧称为寻呼时机 (Paging Occasion)，这些子帧所
在的无线帧称为寻呼帧 (Paging Frame)
• 具体的被寻呼的UE id承载在PCH上的paging message中
•
•
LTE承载级的QoS参数
VoLTE业务承载
业务总体流程
网络侧启动 1.初始化设备 2.进行系统广播 第一步 手机开机 1.PLMN选择 2.小区驻留 3.位置登记 4.等待呼叫 第二步 被呼 第三步 RRC连接建立
第六步 切换 第六步 物理信道重配置
第六步 SRB2/DRB重配置
第六步 传输信道重配置
SIB11
SIB12
ETWS辅助通知
CMAS通知
随机接入过程
随机接入作用：
高层发起preamble 传输请求 物理层 随机接入过程
申请上行资源 与eNodeB间的上行时间同步
选择preamble序列
基于竞争的随机接入：随机选择preamble 无竞争的随机接入：由高层指定preamble
RRC_IDLE
新业务 周期TA超时更新 无活动
减少活动，DRX，节电
RRC_CONNECTED
PLMN改变与注销 执行注册 搜索网络(PLMN) “驻扎”小区(camp on)
DEAD
RRC状态
RRC_IDLE： 向UE传输广播/多播数据
高层配置UE进行DRX
UE控制的移动性 UE可以接收系统广播消息；邻区测量，小区选择和重选；监控寻呼信 道，进而检测到来的呼叫、系统消息改变以及ETWS RRC_CONNECTED： 向UE/来自UE传输单播数据 在低层，配置具有UE专用的DRX 网络控制的移动性 UE可以获取系统消息；邻区测量和测量报告；提供信道质量和反馈信 息；监控与共享数据信道相关联的控制信道，进而决定是否为其准备 数据；监控寻呼信道或/和SIB1内容，进而检测系统消息更改以及ETWS
GUTI全球唯一临时标识 共96bit GUMMEI 全球唯一MME标识 64bit MCC 8bit MNC 16bit MMEGI 16bit MMEC 8bit M-TMSI 唯一标识MME中的UE 32bit M-TMSI 32bit M-TMSI在MMEI下 唯一
移动国家码
移动网络码
MMEI组ID
第五步 RRC连接重配置
第四步 安全激活
第六步 TA更新
第六步 小区更新
第七步 RRC连接释放
第八步 重新待机 1.小区选择 2.等待呼叫
第六步 测量控制
第六步
IRAT切换
小区搜索过程
小区搜索流程
主同步信号 5ms 定时，获得
(2) N ID
小区组内ID 符号同步
小区组ID 帧同步 CP长度 精准时频同步
RB的分类
默认与专用承载
• EPS承载指为在UE和PDN之间提供某种特性的QoS传输保证的业务流。QoS常用 QCI表示。
•
•
默认承载：一种满足默认QoS的数据和信令的用户承载。由UE触发建立。
专用承载：专用承载是在PDN链接建立的基础上建立的，是为了提供某种特 定的QoS传输需求而建立的，由网络侧建立，UE 通过bearer modification command消息触发PDN侧建立。 GBR/Non-GBR承载：与保证比特速率(Guaranteed Bit Rate，GBR)承载相关的 专用网络资源，在承载建立或修改过程中通过例如eNode B的接纳控制等功 能永久分配给某个承载。这个承载在比特速率上要求能够保证不变。否则， 不能保证一个承载的速率不变，则是一个 Non-GBR承载。 对同一用户同一链接而言，专用承载可以是GBR承载，也可以是Non-GBR承 载。而默认承载只能是Non-GBR承载。专用承载和默认承载共享一条PDN链 接（UE地址和PDN地址），也就是说，专用承载承载一定是在默认承载建立 的基础上建立的，二者必须绑定。
• TAI = PLMN + TAC（Tracking Area Code）
LTE的移动性管理和连接管理
• 在LTE中 基于MME中存储的信息，为UE定义了两类状态集
– EMM状态：EPS Mobility Management – ECM状态： EPS Connection Management
MME代码
MMEI MME标识
S-TMSI（短格式临时移动用户标识）
用来保证无线信令流程更加有效，如寻呼和业务请求流程。 由MMEC和M-TMSI通过运算得到
应用协议标识（续）
• RNTI（ Radio Network Temporary Identifier ）
– C-RNTI（Cell- Radio Network Temporary Identifier） ：在小区级别指 示RRC连接和调度信息过程中，用来唯一标识UE – RA-RNTI：与preamble一一对应，作为接入标识，以达到解决冲突 的目的。 – P-RNIT – SI-RNTI
系统消息内容
MIB SIB1 小区最基本的物理层信息（系统带宽，系统帧号，PHICH配置信息 ）40ms，子帧0 小区选择相关信息和其他SIB调度信息（小区接入相关信息（PLMNID列表、TAID、 CELLID），小区选择信息（最小Rx接收水平、偏置）、频率带宽指示、SIB调度信息、 TDD配置、SI窗长、SI value tag（消息是否发生改变） ）80ms，子帧5 公共和共享信道信息\上行带宽（无线资源配置信息。接入禁止信息、公共信道配置 （RACH/BCCH/PCCH/PRACH/PDSCH/PUSCH/PUCCH/SRS/上行功控信息）、各种定时器和 常数、MBSFN子帧配置等） 小区重选信息（公共参数，适用于同频、异频、异系统，UE速度相关的小区重选参数）
SIB2
SIB3
SIB4
SIB5 SIB6 SIB7 SIB8 SIB9 SIB10
小区重选信息（同频邻小区和频率）
小区重选信息（异频邻小区和频率） 小区重选信息（UTRA邻小区和频率） 小区重选信息（GERAN邻小区和频率） 小区重选信息（CDMA邻小区和频率） Home eNB标识（HNBID） ETWS基本通知
• ECGI（E-UTRAN Cell Global Identifier ）
• 用于在PLMN中全局标识一个小区。
• ECGI（less 55） = PLMN ID + ECI（28）
ECI = eNB ID（20）+ Cell ID Global eNB ID（less 44）= PLMN ID + eNB ID
解析传输请求中携带的信息 （preamble index、preamble发射功率、 RA-RNTI、PRACH资源）
根据index选择 preamble序列
随机接入的可能场景：
① 从RRC_IDLE 状态下初始接入或TAU ② RRC 连接重建的过程 ③ RRC_CONNECTED 状态下有上行数据且上 行失步 ④ 切换 ⑤ RRC_CONNECTED 状态下有下行数据且上 行失步（如发ACK/NACK） ⑥ RRC_CONNECTED 状态下ENB需要获取TA 信息，辅助定位
RRC
UE eNB MME
MSG1 MSG2-Random Access Response RRCConnectionRequest RRCConnectionSetup RRCConnectionSetupComplete (Attach request) INITIAL UE MESSAGE （Attach request）
移动性管理EMM状态
EMM-DEREGISTERED：MME没有UE位置和路由信息，对MME而言UE不可达， 但UE的上下文可存储在MME和UE中，避免每次鉴权和密钥协商。 EMM-REGISTERED：UE能够使用那些需在EPS登记的业务。MME知道UE的 位置信息能够达到分配给UE的TA列表的精度可执行TA更新，周期更新，响 应寻呼，执行业务请求，该状态UE获得IP。 涉及流程：attach，TAU，detach