LTE移动性管理(经典)
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针对不同的场景，Msg3包含不同的内容
初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数 连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI 切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI 上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI
Slot 1 / Slot 11
DwPTS
PSS位于DwPTS的第3个 OFDM符号位置 SSS位于子帧0的最后一个 OFDM符号位置
主同步信号
辅同步信号
控制区域
数据区域
主同步信号序列产生
主同步信号PSS：
由长度为63的的Zadoff-Chu序列截去处于DC载波上的一点得到了一 个长度为62长度的序列，共有3个PSS序列，分别与三个物理层小区 (2) NID id 一 一对应； 每5ms传输一次，一个无线帧中前后两个半帧所使用的序列相同，产 生5ms定时； un ( n 1)
与小区ID组一一对应
扰码序列与PSS绑定，同样由m序列的循环移位构成
~((n N ( 2) ) mod 31), c (n) c ~((n N ( 2) 3) mod 31) c0 (n) c ID 1 ID
第二扰码序列与小区ID组绑定
( m0 ) z1 ( n) ~ z ((n (m0 mod 8)) mod 31)
Msg1：发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指 定的Preamble码发起随机接入
Msg2：随机接入响应
Msg2与竞争机制的格式与内容完全一样 ，可以响应多个UE发送的Msg1
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区选择的触发原因
cell N ID cell N ID
确定下行导频，并对PBCH进行信道估计，完成 确定扰码序列，进行解扰；
小区初搜的流程详述—步骤6
在下行子帧内接收使用SI-RNTI标识的PDCCH信令调度的系统 信息块SIB：
SIB1
重复周期为80ms， 不与其他SIB级联 传输使用的时域资源:固定为偶数无线帧的子帧5
Nc subcarriers
72 subcarriers
辅同步信号
主同步信号
控制区域
数据区域
同步信号的时频位置-TDD
时频位置
系统带宽的中间72个子载波( 实际上序列只映射在中间的 62个子载波上，两侧各预留5 个子载波的保护带)
Nc subcarriers 72 subcarriers
Slot 0 / Slot 10
其他SIB:周期和窗口
重复周期可配置，相同周期的可以级联在一个SI中 每个SI在一个窗口内传输，不同子帧用不同的HARQ冗余版本 SI的周期和窗口参数(大小)在SIB1中给出 各个SI的窗口大小相同 窗口内MBSFN子帧，TDD UL子帧，SIB1所在子帧均不可用
LTE移动性管理
Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升 C-RNTI 级为UE的C-RNTI
基于非竞争的随机接入
UE根据eNB的指示，在指定的 PRACH上使用指定的Preamble码发 起随机接入 Msg0：随机接入指示
对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE 对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB 通过PDCCH通知UE
按照SSS与PSS的时序关系，对SSS信号进行相关检测，得到两个m序列的 循环移位值：
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值小于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于前半帧；
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值大于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于后半帧；
根据循环移位值的关系，完成半帧同步并获得参数；此时完成时间的精 同步，和频率的精同步。
非竞争随机接入只包括后2种
基于竞争的随机接入（1）
UE随机选择preamble码发起 Msg1：发送Preamble码
eNB可以选择64个Preamble码中的部分或全部用于竞争 1 接入 Msg1承载于PRACH上
2 3 4
Msg2：随机接入响应
Msg2由eNB的MAC层组织，并由DL_SCH承载 一条Msg2可同时响应多个UE的随机接入请求
UE端使用3个预定义的主同步序列与接收到的时域信号做相关，取峰值 (2) 进行序列判断，得到5ms定时，并确定参数 N ID ；此时完成时间的粗 同步，和频率的粗同步。
小区初搜的流程详述—步骤2
完成时隙同步后，进行CP类型盲检测，确定CP类型：
CP类型直接影响PSS与SSS信号的相对位置；
( m1 ) z1 ( n) ~ z ((n (m1 mod 8)) mod 31)
小区初搜的流程详述—步骤1
读取PSS，获得5ms定时和组内小区标识：
频域产生的PSS信号序列直接映射在OFDM符号上发送，UE端只能通过序 列检测法对PSS进行检测；
一个无线帧中两个PSS相同，且时间间隔为5ms，因此PSS检测可获得5ms 定时同步；
在指定的freq/RAT选择一个suitable的小区
否则 在E-UTRAN freq选择一个suitable的小区
小区选择的准则
小区选择
准则
S准则
Srxlev > 0
AND
Squal > 0
Where: Srxlev = Qrxlevmeas – (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) – Pcompensation Squal = Qqualmeas – (Qqualmin + Qqualminoffset)
j 63 e d u (n) u ( n 1)( n 2) e j 63
Root index u
n 0,1,...,30 n 31,32,...,61
0
1 2
25
29 34
辅同步信号SSS的产生
序列生成
SSS由2个31长的m序列通过循环移位构成
( m0 ) s0 (n) ~ s (n m0 ) mod 31, s1( m1 ) (n) ~ s (n m1 ) mod 31
小区搜索的流程
同步信号
5ms 定时，获得
主同步信息 辅同步信息
(2) N ID
10ms 定时，获得
(1) N ID
小区ID
cell (1) (2) 计算得到 N ID 3N ID N ID
PBCH DBCH
读取MIB
读取SIB
系统信息
SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息 其他系统信息
同步信号和小区标识分组
(1) (2) cell N ID 3N ID N ID
同步信号的时频位置-FDD
时频位置
Slot 0 / Slot 10 Slot 1 / Slot 11
PSS 位于Slot 0和Slot 10 的最后一个OFDM符号位上； SSS 位 于 Slot 0和Slot 10 的倒数第二个OFDM符号位 上； 占系统带宽的中间72个子 载波 (实际上序列只映射在中 间的62个子载波上，两侧各 预留5个子载波的保护带)。
小区初搜的流程详述—步骤4
(2) (1) cell 根据 N ID 和 N ID 确定物理层小区id N ID ：
用于后续PBCH中的主信息块和PDSCH中的系统信息块的解调；
N
cell ID
3N
(1) ID
N
( 2) ID
小区初搜的流程详述—步骤5
在固定的时频位置上接收并解码PBCH，得到主信息块 MIB：
小区初搜的流程详述—步骤3
读取SSS，获得10ms定时和小区组标识：
时域产生的二进制SSS信号序列需经过BPSK调制映射在OFDM符号上发送， UE端只能通过BPSK解调和序列检测法对SSS进行检测；
一个无线帧中两个SSS信号不同，相同SSS的时间间隔为10ms，因此SSS 检测可获得10ms定时同步；
小区重选相关概念
小区重选（cell reselection）指UE在空闲模式下通过监测邻区和当前小 区的信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号 质量及电平满足S准则且满足一定重选判决准则时，终端将接入该小区驻 留。 UE驻留到合适的LTE小区停留1s后，就可以进行小区重选的过程 小区重选过程包括测量和重选两部分过程，终端根据网络配置的相关参数 ，在满足条件时发起相应的流程
40ms，传输4次，UE盲检定时40ms； 占连续的4个无线帧资源，每个都可独立解码，解码成功一个即可； 解码过程可对照PBCH的编码过程，为其逆过程：
1）盲检基站天线端口和发射分集方式； 2）根据小区id QPSK解调； 3）根据小区id 4）信道译码； 5）CRC校验，获取相关系统信息；
同步与小区搜索 随机接入过程wenku.baidu.com
LTE移动性管理
移动性管理 寻呼
随机接入过程
随机接入实现的基本功能
申请上行资源 与基站间的上行时间同步
随机接入的使用场景
从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始 接入和TAU更新 无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或 虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据
Msg4：竞争解决
初始接入和连接重建场景 竞争 判定 调度 切换，上/下行数据到达场景
Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝，UE UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令， 将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比 则竞争成功 较，两者相同则判定为竞争成功 Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度 eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4 UE之前已分配C-RNTI，在Msg3中也将其传给 eNB。竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续 使用UE原C-RNTI
eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址 ，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定 Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资 源、临时C-RNTI等
Msg3：第一次调度传输
UE在接收Msg2后，在其分配的上行资源上传输Msg3
基于竞争的随机接入（2）
主同步信号PSS (Primary synchronization signal) 辅同步信号SSS(Secondary synchronization signal)
LTE支持504个物理层小区id，分为168组，称组标识，每一 组包含3个组内小区标识。
(1) 一个物理层id就可以由代表组标识的数字N ID （0～167）， (2) 和组内小区标识 N ID （0~2）来唯一定义，即 ：
子帧0和子帧5 SSS有所区别，利用这个不同可以用来进行10ms定时
(m ) s0 0 (n)c0 n in subframe 0 d ( 2n) ( m ) 1 s1 (n)c0 n in subframe 5 (m ) (m ) s 1 (n)c1 n z1 0 n in subframe 0 d (2n 1) 1 ( m0 ) ( m1 ) s0 (n)c1 n z1 n in subframe 5
LTE移动性管理
集团技术部
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区搜索过程
为什么要进行小区搜索
UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并识别小区id。
完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取系统信息。
小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速，准确的接入系 统。
小区选择 目的:找到一个suitable cell或者acceptable cell 触发原因
开机/重入覆盖区
根据NAS指定的PLMN (s)进行搜索 可以利用存储信息加速搜索过程
离开Connected状态 若RRCConnectionRelease消息携带了重定向信息
初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数 连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI 切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI 上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI
Slot 1 / Slot 11
DwPTS
PSS位于DwPTS的第3个 OFDM符号位置 SSS位于子帧0的最后一个 OFDM符号位置
主同步信号
辅同步信号
控制区域
数据区域
主同步信号序列产生
主同步信号PSS：
由长度为63的的Zadoff-Chu序列截去处于DC载波上的一点得到了一 个长度为62长度的序列，共有3个PSS序列，分别与三个物理层小区 (2) NID id 一 一对应； 每5ms传输一次，一个无线帧中前后两个半帧所使用的序列相同，产 生5ms定时； un ( n 1)
与小区ID组一一对应
扰码序列与PSS绑定，同样由m序列的循环移位构成
~((n N ( 2) ) mod 31), c (n) c ~((n N ( 2) 3) mod 31) c0 (n) c ID 1 ID
第二扰码序列与小区ID组绑定
( m0 ) z1 ( n) ~ z ((n (m0 mod 8)) mod 31)
Msg1：发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指 定的Preamble码发起随机接入
Msg2：随机接入响应
Msg2与竞争机制的格式与内容完全一样 ，可以响应多个UE发送的Msg1
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区选择的触发原因
cell N ID cell N ID
确定下行导频，并对PBCH进行信道估计，完成 确定扰码序列，进行解扰；
小区初搜的流程详述—步骤6
在下行子帧内接收使用SI-RNTI标识的PDCCH信令调度的系统 信息块SIB：
SIB1
重复周期为80ms， 不与其他SIB级联 传输使用的时域资源:固定为偶数无线帧的子帧5
Nc subcarriers
72 subcarriers
辅同步信号
主同步信号
控制区域
数据区域
同步信号的时频位置-TDD
时频位置
系统带宽的中间72个子载波( 实际上序列只映射在中间的 62个子载波上，两侧各预留5 个子载波的保护带)
Nc subcarriers 72 subcarriers
Slot 0 / Slot 10
其他SIB:周期和窗口
重复周期可配置，相同周期的可以级联在一个SI中 每个SI在一个窗口内传输，不同子帧用不同的HARQ冗余版本 SI的周期和窗口参数(大小)在SIB1中给出 各个SI的窗口大小相同 窗口内MBSFN子帧，TDD UL子帧，SIB1所在子帧均不可用
LTE移动性管理
Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升 C-RNTI 级为UE的C-RNTI
基于非竞争的随机接入
UE根据eNB的指示，在指定的 PRACH上使用指定的Preamble码发 起随机接入 Msg0：随机接入指示
对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE 对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB 通过PDCCH通知UE
按照SSS与PSS的时序关系，对SSS信号进行相关检测，得到两个m序列的 循环移位值：
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值小于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于前半帧；
当检测到第一个SSS子序列的循环移位值大于第二个的循环移位值 时，表征该SSS信号处于后半帧；
根据循环移位值的关系，完成半帧同步并获得参数；此时完成时间的精 同步，和频率的精同步。
非竞争随机接入只包括后2种
基于竞争的随机接入（1）
UE随机选择preamble码发起 Msg1：发送Preamble码
eNB可以选择64个Preamble码中的部分或全部用于竞争 1 接入 Msg1承载于PRACH上
2 3 4
Msg2：随机接入响应
Msg2由eNB的MAC层组织，并由DL_SCH承载 一条Msg2可同时响应多个UE的随机接入请求
UE端使用3个预定义的主同步序列与接收到的时域信号做相关，取峰值 (2) 进行序列判断，得到5ms定时，并确定参数 N ID ；此时完成时间的粗 同步，和频率的粗同步。
小区初搜的流程详述—步骤2
完成时隙同步后，进行CP类型盲检测，确定CP类型：
CP类型直接影响PSS与SSS信号的相对位置；
( m1 ) z1 ( n) ~ z ((n (m1 mod 8)) mod 31)
小区初搜的流程详述—步骤1
读取PSS，获得5ms定时和组内小区标识：
频域产生的PSS信号序列直接映射在OFDM符号上发送，UE端只能通过序 列检测法对PSS进行检测；
一个无线帧中两个PSS相同，且时间间隔为5ms，因此PSS检测可获得5ms 定时同步；
在指定的freq/RAT选择一个suitable的小区
否则 在E-UTRAN freq选择一个suitable的小区
小区选择的准则
小区选择
准则
S准则
Srxlev > 0
AND
Squal > 0
Where: Srxlev = Qrxlevmeas – (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) – Pcompensation Squal = Qqualmeas – (Qqualmin + Qqualminoffset)
j 63 e d u (n) u ( n 1)( n 2) e j 63
Root index u
n 0,1,...,30 n 31,32,...,61
0
1 2
25
29 34
辅同步信号SSS的产生
序列生成
SSS由2个31长的m序列通过循环移位构成
( m0 ) s0 (n) ~ s (n m0 ) mod 31, s1( m1 ) (n) ~ s (n m1 ) mod 31
小区搜索的流程
同步信号
5ms 定时，获得
主同步信息 辅同步信息
(2) N ID
10ms 定时，获得
(1) N ID
小区ID
cell (1) (2) 计算得到 N ID 3N ID N ID
PBCH DBCH
读取MIB
读取SIB
系统信息
SFN 下行系统带宽 PHICH配置信息 其他系统信息
同步信号和小区标识分组
(1) (2) cell N ID 3N ID N ID
同步信号的时频位置-FDD
时频位置
Slot 0 / Slot 10 Slot 1 / Slot 11
PSS 位于Slot 0和Slot 10 的最后一个OFDM符号位上； SSS 位 于 Slot 0和Slot 10 的倒数第二个OFDM符号位 上； 占系统带宽的中间72个子 载波 (实际上序列只映射在中 间的62个子载波上，两侧各 预留5个子载波的保护带)。
小区初搜的流程详述—步骤4
(2) (1) cell 根据 N ID 和 N ID 确定物理层小区id N ID ：
用于后续PBCH中的主信息块和PDSCH中的系统信息块的解调；
N
cell ID
3N
(1) ID
N
( 2) ID
小区初搜的流程详述—步骤5
在固定的时频位置上接收并解码PBCH，得到主信息块 MIB：
小区初搜的流程详述—步骤3
读取SSS，获得10ms定时和小区组标识：
时域产生的二进制SSS信号序列需经过BPSK调制映射在OFDM符号上发送， UE端只能通过BPSK解调和序列检测法对SSS进行检测；
一个无线帧中两个SSS信号不同，相同SSS的时间间隔为10ms，因此SSS 检测可获得10ms定时同步；
小区重选相关概念
小区重选（cell reselection）指UE在空闲模式下通过监测邻区和当前小 区的信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号 质量及电平满足S准则且满足一定重选判决准则时，终端将接入该小区驻 留。 UE驻留到合适的LTE小区停留1s后，就可以进行小区重选的过程 小区重选过程包括测量和重选两部分过程，终端根据网络配置的相关参数 ，在满足条件时发起相应的流程
40ms，传输4次，UE盲检定时40ms； 占连续的4个无线帧资源，每个都可独立解码，解码成功一个即可； 解码过程可对照PBCH的编码过程，为其逆过程：
1）盲检基站天线端口和发射分集方式； 2）根据小区id QPSK解调； 3）根据小区id 4）信道译码； 5）CRC校验，获取相关系统信息；
同步与小区搜索 随机接入过程wenku.baidu.com
LTE移动性管理
移动性管理 寻呼
随机接入过程
随机接入实现的基本功能
申请上行资源 与基站间的上行时间同步
随机接入的使用场景
从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始 接入和TAU更新 无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或 虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据
Msg4：竞争解决
初始接入和连接重建场景 竞争 判定 调度 切换，上/下行数据到达场景
Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝，UE UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令， 将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比 则竞争成功 较，两者相同则判定为竞争成功 Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度 eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4 UE之前已分配C-RNTI，在Msg3中也将其传给 eNB。竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续 使用UE原C-RNTI
eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址 ，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定 Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资 源、临时C-RNTI等
Msg3：第一次调度传输
UE在接收Msg2后，在其分配的上行资源上传输Msg3
基于竞争的随机接入（2）
主同步信号PSS (Primary synchronization signal) 辅同步信号SSS(Secondary synchronization signal)
LTE支持504个物理层小区id，分为168组，称组标识，每一 组包含3个组内小区标识。
(1) 一个物理层id就可以由代表组标识的数字N ID （0～167）， (2) 和组内小区标识 N ID （0~2）来唯一定义，即 ：
子帧0和子帧5 SSS有所区别，利用这个不同可以用来进行10ms定时
(m ) s0 0 (n)c0 n in subframe 0 d ( 2n) ( m ) 1 s1 (n)c0 n in subframe 5 (m ) (m ) s 1 (n)c1 n z1 0 n in subframe 0 d (2n 1) 1 ( m0 ) ( m1 ) s0 (n)c1 n z1 n in subframe 5
LTE移动性管理
集团技术部
LTE移动性管理
同步与小区搜索 随机接入
LTE移动性管理
重选与切换 寻呼
小区搜索过程
为什么要进行小区搜索
UE通过小区搜索过程完成下行时间和频率的同步，并识别小区id。
完成小区初搜后，UE接收基站发出的广播信息，获取系统信息。
小区搜索是UE接入系统的第一步，关系到UE能否快速，准确的接入系 统。
小区选择 目的:找到一个suitable cell或者acceptable cell 触发原因
开机/重入覆盖区
根据NAS指定的PLMN (s)进行搜索 可以利用存储信息加速搜索过程
离开Connected状态 若RRCConnectionRelease消息携带了重定向信息