信令系统解读.docx
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信令系统解读
第六章基本信令流程
6.1基本概念
6.1.1UE状态
UE有两种基本的运行模式：
空闲模式和连接模式。
上电开始，UE就停留在空闲模式下，通过非接入层标识如IMSI、TMSI或P-TMSI等标志来区分。
UTRAN（UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem陆地无线接入网TerrestrialRadioAccessNetwork不保存空闲模式UE的信息，仅能够寻呼一个小区中的所有UE或同一个寻呼时刻的所有UE。
当UE完成RRC（无线资源控制）连接建立时，UE才从空闲模式转移到连接模式：
CELL_FACH（ForwardAccessChannel前）或CELL_DCH状态。
UE的连接模式，也叫UE的RRC状态，反映了UE连接的级别以及UE可以使用哪一种传输信道。
当RRC连接释放时，UE从连接模式转移到空闲模式。
UE在连接模式下，一共有如下4种状态：
1.CELL_DCH状态
CELL_DCH状态有如下特征：
•在上行和下行给UE分配了一个专用物理信道
•根据UE当前的活动集可以知道UE所在的小区
•UE可以使用专用传输信道、下行/上行共享传输信道或这些传输信道的组
合
UE进入CELL_DCH状态有如下2种方法：
1）UE在空闲模式下，RRC连接建立在专用行道上，因此UE从空闲模式进入CELL_DCH状态；
2）UE处于CELL_FACH状态下使用公共传输信道，通过信道切换后使用专用传输信道，UE从CELL_FACH状态进入到CELL_DCH状态。
FACH:
ForwardAccessChannel前向接入信道
2.CELL_FACH状态
CELL_FACH状态具有如下特征：
•没有给UE分配专用传输信道
•UE连续监听一个下行FACH信道
•为UE分配了一个默认的上行公共信道或上行共享传输信道（例如，
RACH），使之能够在接入过程中的任何时间内使用
•UE的位置在小区级为UTRAN所知，具体为UE最近一次发起小区更新时
报告的小区
在CELL_FACH子状态，UE执行下面的动作：
•监听一个FACH
•监听当前服务小区的BCH传输信道，解码系统信息消息
•在小区变为另一个UTRA小区时，发起一个小区更新过程
•除非选择了一个新小区，否则使用在当前小区中分配的C-RNTI作为公共
传输信道上的UE标识
•在RACH上传送上行控制信令和小数据包
在CELL_FACH状态下，如果数据业务在一段时间里未被激活，UE将进入CELL_PCH状态，以减少功率的损耗。
并且，当UE暂时脱离CELL_PCH状态执行小区更新，更新完成后，如果UE和网络侧均无数据传输需求，它将返回CELL_PCH。
UTRA:
UTMS陆地无线接入
3.CELL_PCH状态
PCH:
PagingChannel寻呼信道
CELL_PCH状态具有如下特征：
•没有为UE分配专用信道
•UE使用非连续接收（DRX）技术，在某个特定的寻呼时刻监听PCH传输
信道上的信息
•不能有任何上行的活动
•UE的位置在小区级为UTRAN所知，具体为UE在CELL_FACH状态时最近
一次发起小区更新时所报告的小区
在CELL_PCH状态，UE进行以下活动：
•根据DRX周期监听寻呼时刻，并接收PCH上的寻呼消息
•监听当前服务小区的BCH传输信道，以解码系统信息
•当小区改变时发起小区更新过程
在该状态下不能使用DCCH逻辑信道。
如果网络试图发起任何活动，它需要在UE所在小区的PCCH逻辑信道上发送一个寻呼请求。
UE转换到CELL_FACH状态的方式有两个，一是通过UTRAN寻呼，二是通过任何上行接入。
4.URA_PCH状态
URA：
UTRANRegistrationAreaUTRAN注册区
URA_PCH状态具有如下特征：
•没有为UE分配专用信道
•UE使用DRX技术，在某个特定的寻呼时刻监听PCH传输信道上的信息•不能有任何上行的活动
•UE的位置在URA级为UTRAN所知，具体为UE在CELL_FACH状态时最
近一次发起URA更新时所报告的URA
在URA_PCH状态，UE进行以下活动：
•根据DRX周期监听寻呼时刻，并接收PCH上的寻呼消息
•监听当前服务小区的BCH传输信道，以解码系统信息
•当URA改变时发起URA更新过程
在该状态下不能使用DCCH逻辑信道。
如果网络试图发起任何活动，它需要在UE所在URA的PCCH逻辑信道上发送寻呼请求。
在URA_PCH状态，没有资源分配给数据传输用。
因此，如果UE有数据要传送，需要首先转换到CELL_FACH状态。
6.1.2寻呼流程
与固定通信不同，移动通信中的通信终端的位置不是固定的，为了建立一次呼叫，核心网（CN）通过Iu接口向UTRAN发送寻呼消息，UTRAN则将CN寻呼消息通过Uu接口上的寻呼过程发送给UE，使得被寻呼的UE发起与CN的信令连接建立过程。
CS:
CircuitSwitch电路交换
PS:
PackageSwitch分组交换
当UTRAN收到某个CN域（CS域或PS域）的寻呼消息时，首先需要判断UE是否已经与另一个CN域建立了信令连接。
如果没有建立信令连接，那么
UTRAN只能知道UE当前所在的服务区，并通过寻呼控制信道将寻呼消息发送给UE，这就是PAGINGTYPE1消息；如果已经建立信令连接，在CELL_DCH或CELL_FACH状态下，UTRAN就可以知道UE当前活动于哪种信道上，并通过专用控制信道（DCCH）将寻呼消息发送给UE，这就是PAGINGTYPE2消息。
因此针对UE所处的模式和状态，寻呼可以分为以下两种类型。
1.寻呼类型
（1寻呼空闲模式或PCH状态下的UE
这一类型的寻呼过程使用PCCH（寻呼控制信道）寻呼处于空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态的UE，用于向被选择的UE发送寻呼信息，其作用有如下三点：
•为了建立一次呼叫或一条信令连接，网络侧的高层发起寻呼过程；•为了将UE的状态从CELL_PCH或URA_PCH状态迁移到CELL_FACH状
态，UTRAN发起寻呼以触发UE状态的迁移；
-URA:
注册区
•当系统消息发生改变时，UTRAN发起空闲模式、CELL_PCH和URA_PCH
状态下的寻呼，以触发UE读取更新后的系统信息。
图6-1寻呼空闲模式和PCH状态下的UE
UTRAN通过在PCCH上一个适当的寻呼时刻发送一条PAGINGTYPE1消息来启动寻呼过程，该寻呼时刻和UE的IMSI有关。
UTRAN可以选择在几个寻呼时机重复寻呼一个UE，以增加UE正确接收寻呼消息的可能。
（2寻呼CELL_DCH或CELL_FACH状态下的UE
这一类型的寻呼过程用于向处于连接模式CELL_DCH或CELL_FACH状态的某个UE发送专用寻呼信息。
图6-2寻呼CELL_DCH或CELL_FACH状态下的UE
对于处于连接模式CELL_DCH或CELL_FACH状态的UE，UTRAN通过在DCCH（专用控制信道）上发送一条PAGINGTYPE2消息来发起专用寻呼过程。
这种寻呼也叫做专用寻呼过程。
2.寻呼过程举例
1）CN发起寻呼，UE处于空闲模式
在这种情况下，UTRAN通过发送PAGINGTYPE1消息来寻呼UE。
2）CN发起寻呼，UE处于连接模式的CELL_DCH或CELL_FACH状态在这种情况下，UTRAN通过发送PAGINGTYPE2消息来寻呼UE。
3）CN发起寻呼，UE处于连接模式的CELL_PCH或URA_PCH状态
在这种情况下，UTRAN首先通过发送PAGINGTYPE1消息将UE的状态从CELL_PCH或URA_PCH状态迁移到CELL_FACH状态，然后再发送PAGINGTYPE2消息来寻呼UE。
4）UTRAN发起寻呼，UE处于连接模式的CELL_PCH或URA_PCH状态
在这种情况下，UTRAN通过发送PAGINGTYPE1消息来寻呼UE，使得UE迁移到CELL_FACH状态。
6.2空闲模式下的UE
6.2.1概述
当UE开机后或在漫游中，它的首要任务就是找到网络并和网络取得联系。
只有这样，才能获得网络的服务。
因此，空闲模式下UE的行为对于UE是至关重要的。
那么，UE是如何完成这个功能的呢？
本节就来讲解这个过程。
UE在空闲模式下的行为可以细分为PLMN选择和重选，小区的选择和重选和位置登记。
这三个过程之间的关系如图6-3所示。
Figure6-3OverallIdleModeprocess
当UE开机后，首先应该选择一个PLMN。
当选中了一个PLMN后，就开始选择属于这个PLMN的小区。
当找到这样的一个小区后，从系统信息（广播）中就可以知道临近小区（neighboringcell）的信息，这样，UE就可以在所有这些小区中选择一个信号最好的小区，驻留下来。
紧接着，UE就会发起位置登记过程（attachorlocationupdate）。
成功后，UE就成功的驻留在这个小区中了。
驻留的作用有4个：
•使UE可以接受PLMN广播的系统信息。
•可以在小区内发起随机接入过程。
•可以接收网络的寻呼。
•可以接收小区广播业务。
当UE驻留在小区中，并登记成功后，随着UE的移动，当前小区和临近小区的信号强度都在不断变化。
UE就要选择一个最合适的小区，这就是小区重选过程。
这个最合适的小区不一定是当前信号最好的小区，为什么呢？
因为，比如UE处在一个小区的边缘，又在这两个小区之间来回走，恰好这两个小区又是属于不同的LA或者RA。
这样，UE就要不停的发起位置更新，即浪费了网络资源，又浪费的UE的能量。
因此，在所有小区中重选哪个小区是有一定规则的，这个规则会在节xxx中详细描述。
当UE重选小区，选择了另外一个小区后，发现这个小区属于另外一个LA或者RA，UE就要发起位置更新过程，使网络获得最新的UE的位置信息。
UE是如何知道LA或者RA变化了呢？
在系统广播信息中的SIB1中有：
CNcommonGSM-MAPNASsysteminformation和CNdomainsysteminformation。
CNcommonGSM-MAPNASsysteminformation中的内容是：
8765
4321
octet1
octet2PSdomainsysteminformation中的内容是：
8765
4321
octet1octet2
因此，UE是知道LAC/RAC是否改变的。
如果位置登记或者更新不成功，比如当网络拒绝UE时。
或者当前的PLMN出了覆盖区，UE可以进行PLMN重选，以选择另外一个可用的PLMN。
6.2.2PLMN选择和重选
PLMN选择和重选的目的是选择一个可用的（就是能提供正常业务的），最好的PLMN。
UE通过什么来达到这一目的呢？
UE会维持一个PLMN列表，这些列表将PLMN按照优先级排列，然后从高优先级向下搜索，找到的自然是最高优先级的PLMN。
另外，PLMN选择和重选的模式有两种，自动和手动。
简而言之，自动选网就是UE按照PLMN的优先级顺序自动的选择一个PLMN，手动选网呢，将当前的所有可用网络呈现给用户，将权利给用户，由用户选择一个PLMN。
在这个列表中，RPLMN（registeredPLMN）优先级最高。
RPLMN就是上次注册成功的PLMN。
当UE关机后，怎么才能知道上次登记的是哪个PLMN？
在USIM卡中有两个文件，EFLOCI和EFPSLOCI，EFLOCI的内容是：
EFPSLOCI的内容是：
在这两个文件中，LAI（=MCC+MNC+LAC）和/或RAI（=LAI+RAC）就记录了MCC和MNC，就是RPLMN。
无论自动选网还是手动选网，UE开机后，首先就会尝试RPLMN，成功后，就不会有后续过程。
如果不成功，UE就会生成一个PLMN列表（按照优先级）：
iHPLMN
ii在USIM文件“UserControlledPLMNSelectorwithAccessTechnology”中
的PLMN（这些PLMN在USIM中是按照优先级排列的）；
iii在USIM文件“OperatorControlledPLMNSelectorwithAccessTechnology”
中的PLMN（这些PLMN在USIM中是按照优先级排列的）；
iv信号质量较好的PLMN，这些PLMN的排列是随机的；
v其他的PLMN，以信号质量从高到低的顺序排列。
在USIM卡中，文件EFIMSI记录了IMSI（MCC+MNC+MSIN），UE从这个文件就可以获取HPLMN。
ii和iii分别是USIM中的文件EFPLMNwAcT和EFOPLMNwACT。
iv和v是由UE一个频率，一个频率搜索得到的。
UE就按照上述有优先级的PLMN列表一个一个的搜索并尝试位置登记。
由于UMTS是从GSM演进过来的，但两者的接入技术截然不同（GERANvs.UTRAN），因此对于每一个PLMN需要指明优先选用的接入技术。
接入技术的优先级就在“...withAccessTechnology”文件中指出。
如果没有指出，那么一般而言，优先选用的是GERAN。
当UE尝试与网络进行接触时，网络由于种种原因有时会拒绝UE的请求。
根据拒绝原因的不同，UE的行为也会截然不同。
罗列如下：
#3
IllegalMS#6
IllegalME#8GPRSservicesandnon-GPRSservicesnotallowed
此时，ME将SIM视为非法，直到SIM拔出或者关机。
这种状态和没有SIM的状态基本上是一样的。
此时UE仅能提供limitedservice。
在这种状态下，UE仍然需要进行cellreselection，并且当失去覆盖时，进行PLMNreselection。
#2IMSIunknowninHLR
此时，ME的电路域部分将SIM视为非法，分组域仍然有可能提供正常的业务。
根据分组域的状态，UE可能进行或不进行PLMNreselection。
#7GPRSservicesnotallowed
此时，ME的分组域部分将SIM视为非法，电路域仍然有可能提供正常的业务。
根据电路域的状态，UE可能进行或不进行PLMNreselection。
#11PLMNnotallowed
比如中国移动的用户如果尝试注册到中国联通的网络中时，就会收到这个原因。
当UE收到这个原因的拒绝时，会将此PLMN加到“forbiddenPLMN”列表中。
这个列表同时存在于ME的RAM和SIM卡的EFFPLMN中，在自动模式下，如果不得不选中这个PLMN（比如当前只有这个PLMN的情况），UE发现这个PLMN在“forbiddenPLMN”列表中，就不会再尝试登记，节省了网络资源，但limitedservice还是可以获得的。
为什么要将此列表保存在SIM中呢？
这样当手机下一次开机时，仍然可以获得这个列表，并不会再尝试登记（自动模式下）。
如果一旦中国移动和中国联通实现了漫游，如果将这个PLMN从“forbiddenPLMNlist”中去掉呢？
这就需要使用手动模式。
在手动模式下，UE会将当前有覆盖的所有的PLMN都呈现给用户，无论它是否是被禁止的，这样用户就可以选一个被禁止的PLMN。
而一个被禁止的PLMN一旦登记成功，将会从“forbiddenPLMN”列表中删除，包括SIM中的。
当收到这个原因时，UE就可能发起PLMNreselection以选一个可用的PLMN。
#12
Locationareanotallowed#13Roamingnotallowedinthislocationarea
收到这个原因时，UE会将这个LA分别加到“forbiddenlocationareasforregionalprovisionofservice”和“forbiddenlocationareasforroaming”列表中。
这两个列表和“forbiddenPLMN”列表处理有些不同，就是这两个列表在USIM
中是不存在的。
当UE关机后，这两个列表就会失去。
还有一点需要注意的是，这两个原因都是针对整个LA的，包含所有的RA。
当UE收到这个原因的拒绝时，一般可以不进行PLMNreselection，而是等待用户移动，进入一个可以提供服务的LA。
还有其他情况需要进行PLMNreselection吗？
有的，下面就是两种典型的情况。
1.用户重选
无论是在自动模式还是在手动模式，用户都可以请求网络重选。
网络重选时，UE也要生成一个PLMN列表，这个列表和上述列表有一些不同。
具体内容如下：
在自动模式下，列表是：
iHPLMN；
ii在USIM文件“UserControlledPLMNSelectorwithAccessTechnology”中
的PLMN（这些PLMN在USIM中是按照优先级排列的）；
iii在USIM文件“OperatorControlledPLMNSelectorwithAccessTechnology”
中的PLMN（这些PLMN在USIM中是按照优先级排列的）；
iv信号质量较好的PLMN，这些PLMN的排列是随机的；
v其他的PLMN，以信号质量从高到低的顺序排列；
vi先前选择的PLMN。
而在手动模式下，PLMN列表和前面的列表是相同的。
2.用户登记到归属国家的VPLMN
这种情况就是，比如，中国联通的用户登记到中国移动的网络上（如果可以的话）。
由于这些网络的MCC是相同的，只是MNC不同，UE是可以判断出这种情况的。
在这种情况下，用户的通信一般而言要付出更多的代价。
因此，UE会尽量回到归属网络中。
采取的措施是UE周期性的查找归属网络。
这个周期是有SIM规定的，在文件EFHPLMN中定义。
当然，如果运营商愿意，也可以禁止这个功能，此时文件EFHPLMN中的值就是0。
这两个过程其实是比较复杂的，因为，在进行用户重选或者HPLMN搜索时，原有的服务还要正常进行，还要可以发起呼叫或接收寻呼。
这就要求UE在不是PagingOccasion的无线帧上进行搜索PLMN的过程，当用户发起呼叫或者需
要接收寻呼时，要立刻切换回原来的频率提供服务。
以下图概要的说明了PLMNselectionandreselection和locationregistration过程。
为了理解下面的图，一些解释如下：
AllowablePLMN一个不在forbiddenPLMN列表中的PLMN。
AvailablePLMN
一个满足cellselection准则的PLMN。
这个准则将在xxx节描述。
TryingRPLMNUE正在尝试在RPLMN上进行位置登记。
OnPLMN
UE已经成功的在一个PLMN上注册。
TryingPLMN
UE正在尝试在一个PLMN上进行位置登记。
WaitforPLMNstoappear
目前没有AvailablePLMN，UE正在等待一个新的PLMN出现。
HPLMNsearchinprogressUE正在尝试发现HPLMN是否存在。
NoSIM
SIM不存在，或者ME认为SIM不存在（收到特定的位置登记拒绝原因后）。
NotonPLMNUE在选中的PLMN上注册失败。
Updated
位置登记成功。
Idle,NoIMSI
UE在收到上述的拒绝原因#3，#6和#8时两个域（CSandPS）都进入，在收到#2和#7时只有相应的域进入此状态，此时，其他域的状态可能是updated，notupdatedorroamingnotallowed。
Roamingnotallowed收到拒绝原因#11，#12和#13后进入。
Notupdated
不是由于上述两种情况的位置登记失败。
比如，其他拒绝原因或者UE无法判断网络是否收到位置登记请求等。
Figure6-4PLMNSelectionStatediagram（automaticmode
Figure6-5PLMNSelectionStatediagram（manualmode
1
1
1
1
1
1
1
1
Null
SwitchonwithSIMnoLRneeded
SwitchonwithSIM,LRneeded
LRpending
LR
Request
LRfailure,anotherattemptrequired
Roamingnotallowed
LRreject'LAnotallowed'
LRaccepted
Updated
NewLRentered
Timerforperiodicregistrationexpires
LRreject:
'PLMNnotallowed'
Notupdated
CellChangeLA
changes
CMrequestmade
Timerforperiodicregistrationexpires
HPLMNselected
Other
LRfailure
SwitchonLRReject:
'PLMNnotallowed',
'Locationareanotallowed','Roamingnotallowedinthislocationarea'
1
1
NewPLMNselectedor
NewLAentered
LRreject:
'Roamingnotallowed
inthislocationarea'
Idle,noIMSI
SIMinserted
LRReject:
'IMSIunknowninHLR','illegalME','IllegalMS',
'GPRSnotallowed’
Figure6-6LocationRegistrationTaskStatediagram
6.2.2小区选择和重选
当PLMN选
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