LTE-RRC协议分层及状态转换详解

CELL_FACH
CELL_PCH URA_PCH Connection establishment/release UTRA_Idle
CCO with optional NACC Reselection Connection establishment/release
Reselection
E-UTRA RRC_IDLE
Reselection CCO, Reselection
GSM_Idle/GPRS Packet_Idle
LTE中仍然保留了RRC的两种状态：空闲状态和连接状态。
RRC状态-空闲模式（一）
LTE空闲模式和UTRAN系统类似，终端开机后，将 会从选定的PLMN中选择一个合适的小区进行驻留。当 UE驻留在某个小区后，就可以接收系统消息和小区广播 信息。通常UE第一次开机时需要执行注册过程，一方面 可以互相认证鉴权，另一方面可以让网络获得此UE的一 些基本信息。之后UE可以一直处于空闲模式下，直到需 要建立RRC连接。 空闲模式下驻留一个小区的目的： •UE可接收网络的系统消息 •UE可以发起接入 •UE可接收寻呼（当UE处于IDLE，网络发送寻呼的范围 是：此时网络只知道该UE所驻留的跟踪区，所以网络会 在该跟踪区的所有小区的控制信道上都发送寻呼消息。)
RRC子层功能介绍
提供系统信息广播：包括NAS层和接入层（ＡＳ）的系
统消息。为空闲模式的ＵＥ提供小区选择和小区重选 参数，邻小区参数，为连接模式的ＵＥ提供公共信道 重配置消息等。 寻呼：RRC子层负责实现把寻呼消息广播给特定的UE功 能，网络侧的高层可以请求寻呼和通知。在一个RRC连 接建立过程中，RRC子层也可以发起寻呼。 RRC连接建立、保持和释放，包括临时标识（C_RNTI） 的分配和修改、信令RB（SRB）的配置（低优先级和高 优先级SRB） 安全功能。RRC消息的完整性保护。
Barred cell Reserved cell
无 运营商服 务
RRC状态-空闲模式（二）
RRC空闲模式下状态划分
状态名 主要功能说明
ຫໍສະໝຸດ Baidu
NULL
空状态，刚开机时处于该状态；或者找不到任何小区时，进 入该状态；根据定时器周期性搜索可以驻留的小区
小区选择状态，为了找到一个合适的小区进行驻留，需要对 指定小区（带BA表时）或频段内所有小区进行测量，解码 BCH，接收系统消息等，找到一个可以正常驻留的小区时， 进入IDL状态。 空闲状态，此时属于正常驻留小区，需要完成寻呼和系统消 息的接收及服务小区和邻近小区的测量，根据重选准则检查 是否触发小区重选，根据测量值和其它参数从候选小区列表 中选择一个最好小区驻留，并随时执行上层触发的接入过程
控制平面协议栈如上图所示，主要包括NAS， RRC,PDCP,RLC,MAC层，其中PDCP,RLC和MAC的功能和 用户平面的一样。 RRC协议终止于eNodeB 。
RRC子层协议简介
RRC位于LTE协议栈L3，处于非常重要的地位， 是接入层和非接入层的主要控制中心，控制着层 间主要的接口，不仅要为上层提供来自网络系统 的无线资源参数，同时还要控制下层的主要参数 和行为。总的来说RRC是整个控制平面的核心、 是终端协议的无线总管、接入平面和非接入平面 进行对话的桥梁、是协议信令与用户数据通道的 调度员。无线资源控制层完善与否、可靠与否， 很大程度上影响整个LTE协议栈软件的性能。
SEL
IDLE
RRC状态-空闲模式（三）
空闲模式下主要过程： 小区选择过程 小区重选 寻呼监控 系统消息接收 测量 DRX控制
小区选择过程
小区选择过程类型： 初始小区选择和带存储信息的小区选择。
1：初始小区选择： 在初始小区选择过程中，UE不考虑哪个无线频率信道 是Ｅ-UTRA载波，它将根据自身能力在E-UTRA的频带 上扫描所有无线频率信道，来寻找一个适合的小区。在 每一个载频上UE仅需要搜索最强小区。然后UE调谐到 信号强度最高的频点上，读取BCH上的系统信息。然后 根据读取的系统信息来判断该小区是否属于所选择的网 络、小区是否被禁止以及小区的S值是否大于0等信息。 如果都满足那么UE将驻留在该小区，否则将从次强的频 点上再次进行选择。如果没有搜索到合适的小区，UE将 继续监测所有的频道，选择S大于0并且未被禁止的小区， 这时不考虑小区所属的网络，找到合适的小区并驻留， 这时UE就只能进行紧急呼叫。UE完成小区选择后将接 收到系统广播中的BA列表，BA列表将被重置和更新。
系统间测量。 NAS消息的传输，PLMN消息等。
RRC状态
GSM_Connected CELL_DCH Handover E-UTRA RRC_CONNECTED Handover GPRS Packet transfer mode CCO, Reselection Connection establishment/release
点对点的无线存载的建立、修改和释放。 移动性管理功能。UE测量报告以及为了小区 间和RAT间移动性进行的报告控制、小区间切 换、UE小区选择和重选以及小区选择和重选 控制、eNODE B间的通信上下文的传输。 QoS管理。包括分配和修改上下行调度信息， UE上行速率控制参数。 UE测量上报及测量控制。包括同频、异频和
小区选择标准：
Srxlev > 0
Srxlev = Qrxlevmeas — (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) — Pcompensation
Pcompensation=max(PEMAX-PUMAX;0) Qrxlevmeas:物理层测得的RSRP值 Qrxlevmin:在SIB1广播 Qrxlevminoffeset: 在SIB1中广播，该参数仅只有在当UE驻 留在一个VPLMN中周期性地搜索更高的优先级的PLMN 的过程中进行小区选择时评估一个小区所用。 PEMAX：在SIB1中广播。
PUMAX：物理层计算。
小区选择异常情况：
1：小区被BAR或S>0(SIB1) 2:广播的PLMN和NAS下发的不一样（SIB1） 3：BCH检验失败（L1读MIB失败） 4：DL-SCH检验失败（L1解读SIB1或SI失败） 5：找不到可驻留小区：适合小区找不到，可接受小区也 找不到，RRC进入NULL状态。 6：受限驻留：协议上驻留任何小区的状态。UE搜索不到 适合小区，只能找到可接受小区，RRC进入LIM。 注：对于RRC而言，要进入受限状态，有两种情况：一种 是RRC无法找到一个适合小区驻留，而只能找到一个可 接受小区驻留，而进入受限状态，这种情况，可以看 成是RRC的主动受限(PLMN不匹配或者LAI禁止)；另外 一种受限，是由上层通知RRC，要求RRC进入受限状态， 这种对于RRC可以看成是被动受限(例如:开机没有SIM 卡;指定的PLMN无效）
先找出S>0的小区，再找出Snonservingcell,X>Threshx,low的小区， 然后把这些小区按照S值的大小顺序放在重选列表的最前面，然 后放入服务小区。最后把那些S>0，且S<=Threshx,low的小区按照 S值的大小顺序排入重选列表 4：若存在高优先级小区、等优先级小区和低优先级小区时（重选 列表中S>0)，重选列表的排列顺序是： S>Threshx,high的最高优先级小区； Rn>Rs的同频小区和等优先级的异频小区； 服务小区（当Sservingcell>Threshserving,low时); Snonservingcell,X>Threshx,low 的低优先级小区； 服务小区（当 Sservingcell<Threshserving,low 时)S<=Threshx,high的高优先级小区； Rn<=Rs的同频小区和等优先级的异频小区； S<=Threshx,low 的低优先级小区； 注：在重选列表中只要有 小区排列在服务小区的前面，就表明触发 了重选，就需开启定时器Treselection e-utran，只有当定时器超 时时才发起重选过程，定时器长度在sib3/sib5中配置
RRC协议分层解析
协议结构的整体介绍
RRC子层协议简介 RRC子层功能介绍
RRC 状态-空闲模式和连接模式
RRC子层的几个重点过程（小区选择，小区重选，
RRC连接建立，重配过程，切换）
协议结构整体介绍
UE NAS RRC PDCP RLC MAC PHY
eNB
MME NAS RRC PDCP RLC MAC PHY
小区分类
Acceptable小区 Suitable cell
需满足条件
没有被BAR S>0
是否可驻 留
否
提供的服 务类型
受限服务 正常服务
1.该小区属于CPLMN或 是 RPLMN或EPLMN（系 统消息提供） 2.该小区没有被BAR（系 统消息提供） 3.该小区所属的TA不在 禁止列表中 4.S>0 由系统消息广播 由系统消息广播 否 满足有些 条件可以 驻留
•在IDLE状态下UE重选列表构成
在IDLE状态下能进入重选列表的小区满足S>0 重选列表中小区排列的顺序表示了该小区优先级，越
前面的小区优先级越高，重选列表中小区排列顺序的 准则： 1：仅只有高优先级和服务小区 找出S>0的小区，找出S>Threshx,high的小区，把 S>Threshx,high的小区按照S的大小排列在重选列表中 的最前面。然后依次把服务小区（可用的服务小区） 和S>0，但是S<=Threshx,high的小区按照S的大小顺序 放入重选列表 2：仅只有同频和等优先级的异频小区和服务小区 找出S>0的小区，计算出R值，按照R值的大小把这些 小区放入重选列表（包括服务小区）。 3：仅只有低优先级小区和服务小区 需满足：在定时器TreselectionRAT这段时间内， Sservingcell<Threshserving,low并且 Snonservingcell,X>Threshx,low
小区重选过程
UE不管是在空闲模式还是在连接模式下，都需要随时
监视服务小区和邻近小区的信号质量，以选择一个最合 适的小区驻留。这个过程就是小区重选。小区重选是与 移动性相关的一个过程。在此只介绍空闲模式下小区重 选过程。 触发小区重选过程的原因： 1：UE通过周期性的IDLE测量发现有邻近小区满足重选条 件 2：通过测量发现服务小区S值小于0，此时重选列表不包 括服务小区 3：服务小区系统消息发生变化，指服务小区被BAR。此 时重选列表也不包括服务小区。
在IDLE状态下UE测量列表的构成
1：对同频小区测量（同频小区列表在SIB4中广播） 如果Sintrasearch在服务小区中发送（SIB3中广播），并且 Sservingcell> Sintrasearch，UE就可以不执行同频测量；如 果Sservingcell<= Sintrasearch或者Sintrasearch不在服务小 区发送（SIB3），UE就需要执行同频测量。 2：对E-UTRAN异频测量（异频小区列表在SIB5中广播） 如果E-UTRAN异频小区的重选优先级比当前驻留小区的频 率优先级高，UE将对该E-UTRAN异频或inter-rat频率进行 测量（不受Snonintrasearch限制） 如果E-UTRAN异频小区的重选优先级与当前驻留小区的频 率优先级相同或比当前服务小区的优先级低：如果 Snonintrasearch在服务小区发送（sib3中广播），并且 Sservingcell>Snonintrasearch,UE则不会对E-UTRAN异频测 量；如果Sservingcell<=Snonintrasearch或者 Snonintrasearch没有在服务小区发送，UE将执行异频测量。 注意：异频小区重选优先级在SIB5中广播，如果在SIB5中未 给出某个频点的小区重选优先级，那么在重选或者测量的 时候都是不考虑该频点下的小区。服务小区的重选优先级 在sib3中广播，是必选项。
2：带BA表的小区选择：
带存储列表小区选择过程。UE上次正常关机时，将当时 UE所在小区信息，如PLMN、位置区标识LAI（或RAI）、 服务小区和邻近小区信息以及一些与此相关的无线参数等信 息存储在USIM中。当UE再次开机时，将根据存储的广播信 道、同步码等信息进行搜索，UE测量存储列表中各小区的 RSRP值，然后按测量值的大小排序（降序）进行小区搜索。 这种优先使用上次关机时的网络信息和小区的无线参数信息， 可以加速小区的查找速度，这种方式的小区选择过程称为带 BA表的小区选择过程。如果有可驻留的小区，UE则选择该 小区作为服务小区。如果没有，UE将进行正常小区选择。