LTE中RRC协议精讲专业版.docx

1、LTE中RRC协议精讲专业版RRC协议分析1 RRC结构框架图1.1 UE的状态和状态转移1.1.1 E-UTRAN中的状态E-UTRAN中的RRC状态分为：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED两种状态的定义和分别执行的动作：RRC_IDLE定义：没有建立RRC连接。动作：1.高层提供的服务： 高层为UE配置特定的DRX.；2.移动性控制：由UE来控制UE的移动性；3.UE执行的动作：监听寻呼信道检测寻呼和系统信息的更改；如果UE是ETWS用户，则同时检测ETWS通知，如果UE是CMAS用户，则同时检测CMAS通知。（CMAS：商用手机预警系统）；完成邻近小区测量和小区重选；获取系统信

2、息。RRC_CONNECTED定义：RRC连接建立动作：1.UE和网络之间的交互：UE接收或传送单播数据； 2.在低层，UE将使用高层配置的特定的DRX；（At lower layers, the UE may be configured with a UE specific DRX.） 3.移动性控制：由网络来控制UE的移动性，例如：对于GERAN的切换使用的是可选网络援助的小区更改指令（NACC）。4.UE执行的动作：监听寻呼信道或系统信息块1，来检测系统信息的改变；如果UE是ETWS用户，则检测ETWS通知，如果UE是CMAS用户，则检测CMAS通知；监听与共享数据信道相关的控制信道，从

3、而来决定是否为共享信道调度了数据；提供信道质量和反馈信息；获得系统信息；执行邻近小区测量以及测量报告。图2-1 3GPP中E-UTRA状态和异RAT移动性过程 1.2 RRC的服务和主要功能1.2.1 RRC的服务（1）RRC向高层提供的服务：- 广播公共控制信息；- 在RRC_IDLE模式下给UE的通知，例如：被叫；ETWS和CMAS的通知；- 传输专用控制信息，例如给一个特定的UE传输信息。（2）RRC期待来自低层的服务：- 来自PDCP的服务：完整性保护和加密；- 来自RLC的服务：可靠的和顺序传输信息，无信息的重复应用，同时支持数据的分割和连接。1.2.2 RRC的主要功能（1）系统信

4、息的广播：包含- NAS公共信息；- UE在RRC_IDLE下的信息，例如：小区选择重选的参数，邻近小区信息；也用于UE在RRC_CONNECTED下的信息，例如：公共信道配置信息；- ETWS和CMAS通知。（2）RRC连接控制：包含- 寻呼；- RRC连接的建立/修改/释放,例如：UE标识（C-RNTI）分配/修改，SRB1 和 SRB2的建立/修改/释放；接入等级禁止；- 安全性激活的初始化，例如：AS的完整性保护和加密的初始化配置。- RRC连接移动性：例如：同频和异频切换；安全性处理，例如：密匙/算法更改；网络节点间RRC内容信息的传输；- DRB的建立/修改/释放; - 无线配置控

5、制，例如：ARQ配置的分配/修改, HARQ配置，DRX配置;- QoS控制：对于DL 和 UL的 SPS配置的分配/修改；上行速率控制的参数分配/修改，例如：优先级分配和每一个RB的优先的比特率；- 无线链路失败的恢复。（3）Inter-RAT的移动性：例如：安全性激活；RRC内容信息的传输。（4）测量配置和报告：- 测量的建立/修改/释放,例如：同频，异频和Inter-RAT测量；- 测量间隔的建立和释放；- 测量报告。（5）其他功能：专用NAS信息和非3GPP专用信息的传输；UE无线接入能力信息的传输。（6）常见的协议错误处理。（7）支持自我配置和自我优化。注意：随机接入在MAC层被完成

6、描述了，包括初始化功率评估。2 RRC空闲模式过程描述2.1 IDLE模式下的过程概览 PLMN选择； 小区选择和重选； 位置登记； 支持手动CSG ID的选择。 UE在空闲模式下的主要任务分为PLMN选择、小区选择和重选、支持手动CSG ID的选择以及位置登记。UE开机将选择一个PLMN，同时选择一个属于该PLMN的合适小区进行驻留，如果遇到由NAS发起的支持手动CSG ID的选择，那么优先选择CSG ID相应的合适小区，解调该小区的控制信道，并通过该小区来使用网络资源。当UE成功驻留在该小区后，就可接收系统信息和监视寻呼。如果丢失覆盖或者发现更好的小区，则UE重选到更好的小区上，如果新的小

7、区在不同的位置区，则需执行位置更新。PLMN选择、小区选择和重选、支持手动CSG ID的选择以及位置登记这些事件的关系如图3-1所示。图3-1 总体空闲模式过程UE开机后，由非接入层选择一个PLMN。对于选择的PLMN，相应的无线接入技术已经确定了。非接入层提供一个等价的PLMN的列表，接入层利用这个列表进行小区选择和小区重选过程。在选择小区的时候，UE尝试在所选的PLMN上寻找一个合适的小区，并在这个小区上进行正常业务。另外，UE调整到它所选择小区的控制信道。这个过程就叫做驻留到小区。UE将在它所在小区的跟踪域内，通过非接入层的注册进程进行位置注册。注册成功后，所选的PLMN（SPLMN）

8、就成为已注册的PLMN（RPLMN）。根据小区重选准则，如果UE 发现一个更合适的小区，那么UE选择这个小区并在此小区驻留。如果这个小区不属于UE最新的的已注册过的跟踪域，就要重新执行位置注册。只有进行特殊业务的UE不需要进行位置注册。如果有需要的话，UE将会周期性地搜索更高优先级的PLMN，如果NAS选择了高优先级的PLMN，UE还要在这个PLMN上选择合适的小区。在登记的PLMN上，由NAS触发支持手动CSG ID的搜索。如果UE在登记的PLMN上丢失覆盖，无论UE以动态选择的方式选择了一个PLMN，还是获得了一个可用的PLMN的指示， UE进行手动PLMN的选择。PLMN的选择在UE中，

9、AS应根据NAS的请求或自动地向NAS报告可用的PLMN。在PLMN选择期间，基于优先级排序的PLMN标识列表，UE可以自动或手动地选择特定的PLMN。PLMN标识列表中的每个PLMN由一个“PLMN identity”来识别。在广播信道上的系统消息中，UE能够在既定小区中接收一个或多个“PLMN identity”。在此以E-UTRA情形为例来说明：PLMN的选择分为自动和手动两种情况。自动方式就是UE的NAS提供一张按PLMN的优先级排序的列表给AS；手动方式就是UE将可用的PLMN呈现给用户，供用户手动选择PLMN。无论是自动还是手动方式，PLMN的选择又可分两种情况，一种是USIM卡中

10、存有先验信息（载频信息），另一种就是没有先验信息。UE可以利用所存储的信息来优化PLMN的搜索，例如利用载波频率和之前收到的测量控制信元中的小区参数信息。这就指是当USIM卡中存有先验信息的时候，NAS指示AS按照先验信息进行搜索。UE只需在已知的频点上进行搜索，在这些频点上搜索最强的小区然后读取小区的系统信息（PLMN ID等），以便确定小区属于那个PLMN。如果UE在最强的小区上可以读到不止一个PLMN ID,那么就要将这些读到的PLMN上报给NAS。当无先验信息时，UE应扫描E-UTRA频段中的所有RF信道，来寻找可用的PLMN。为了找到小区所属的PLMN，在每一载频上，UE应搜索最强的

11、小区，并读取其系统信息。以得到PLMN标识信息。然后将搜索到的所有PLMN标识发送给NAS。RRC指示物理层做相关的测量，并将结果周期性上报。如果小区的参考信号接收功率RSRP不小于-110dbm，就将此小区的PLMN上报为高质量的PLMN，不需要上报RSRP的值；若小区的RSRP小于-110dbm，将此小区的PLMN上报为低质量的PLMN，并且附上相应的RSRP的值。（-110dBm只针对E-UTRAN小区）PLMN的搜索可以根据NAS的请求而停止。一旦UE选择了一个PLMN之后，将执行小区选择过程来选择一个属于该PLMN的合适小区，进行驻留。PLMN选择（有先验信息）的流程图如下:图3-2

12、 含先验信息的PLMN选择流程图2.2 小区选择和重选 RRC IDLE模式下的小区选择和重选如图3-3图3-3 RRC的小区选择和重选UE将通过相关测量完成小区选择和重选。NAS能够控制小区选择应在哪个RAT中执行，例如通过指示与所选PLMN相关联的RAT，并维护一个禁止登记区域的列表和一个等价PLMN的列表。UE应根据空闲模式的测量和小区选择标准来选择一个合适的小区。为了加速小区选择的进程，UE中可以存储多个RAT的信息。驻留到一个小区后，UE应根据小区重选的准则有规律地搜索一个更好的小区。如果发现了更好的小区，并经过评估发现这个小区是合适的小区，则会选择该小区。小区的改变可能隐含着RAT

13、的改变。如果小区选择和重选导致了收到的系统信息的变化，应通知NAS。2.2.1 小区选择当UE选择了PLMN 后，就要开始在选择的PLMN上进行小区选择过程。小区的选择也分为两种情况，一种是USIM卡中没有存储此PLMN 的小区信息（初始小区选择），另一种就是USIM卡中有与所选PLMN相关的小区信息（存储信息小区选择）。当USIM卡中存储了所选PLMN 相关的小区信息时，UE只需在已知的频点上搜索小区。在每个频点上，UE只需搜索最强的小区。一旦发现了一个合适的小区，UE将选择该小区。 注意：系统信息或专门信令提供的不同频率或RAT的优先级，在小区选择时不考虑。2.2.1.1 小区选择标准适合

14、驻留的小区满足下列S准则：这里：Srxlev是小区选择的接收功率（需下面参数共同计算）仅当UE驻留在VPLMN小区的时候才用到Qrxlevminoffset。Qrxlevmin是小区要求的最小接收功率Qrxlevmeas是测得的小区的参考信号接收功率（RSRP）Pcompensation=max（PEMAX PUMAX, 0）Pemax是UE上行最大发射功率，Pumax是UE的最大射频输出功率（实际发射功率）。当找到合适的小区后，UE就驻留到该小区，并调整到它的控制信道，并进行与小区重选相关的测量。2.2.1.2 小区选择的流程图图3-4 RRC空闲模式下小区选择的流程图2.2.2 小区重选2

15、.2.2.1 常规小区重选随着UE的移动以及无线环境的变化，当前UE驻留的小区可能变得不适合或者无法提供服务，为选择更合适的小区驻留，就需要进行小区重选。对小区重选有几点需要注意： 重选优先级的处理 测量规范 小区选择标准 UE要接入小区的一些限制， UE状态的不同（常速，中速或高速移动状态）对Qhyst 和Treselection的影响这里的常规小区重选指的是在进行小区选择时不考虑CSG小区，因为在此种情况下，UE的允许CSG列表为空。重选优先级的处理服务小区的系统信息给出了邻近小区的列表，而对这些小区的评估是给予一定的优先级的。这些优先级的信息一般由系统信息，RRC连接释放信息，或者在进行

16、异系统的小区选择或重选时，由其他的RAT继承而来。 当以上的信息没有提供频率的优先级信息，则网络将应用专门的信令来提供。当频率的优先级由专门的信令提供时，将忽略系统信息提供的优先级。当UE处于任意小区驻留状态，则UE将只应用系统信息提供的优先级信息，特别情况下UE才保留专门信令提供的优先级信息。当UE处于常规驻留状态，如果只有专门信令提供的优先级，则UE将会认为当前的频率的优先级是最低的。(When the UE in camped normally state, has only dedicated priorities other than for the current frequenc

17、y, the UE shall consider the current frequency to be the lowest priority frequency (i.e. lower than the eight network configured values).)当UE驻留在一个合适的CSG小区，UE将认为当前的频率是优先级最高的。以下情况下UE将删除专用信令提供的优先级：1. UE进入RRC连接状态2.维护专用信令优先级有效性的计时器T320超时3. NAS请求选择PLMN在不同RAT之间不支持相等优先级。如果系统信息给出了E-UTRAN频率和异RAT频率，以及这些频率的优先级,

18、那么UE只完成对这些频率的小区重选评估。在进行小区重选时，UE将不考虑黑名单中的小区。在专门信令优先级计数器T320的有效期内，UE将继承专门信令提供的优先级。测量规范当UE完成小区的常规驻留或是任意小区驻留后，将根据服务小区的系统信息所提供的邻近小区的列表和小区重选优先级开始对服务小区及相应的邻近小区进行周期性的测量。具体触发对哪些小区的测量由系统信息广播的参数Sintrasearch ，Snonintrasearch以及小区本身的接收值SServingCell 来共同决定。SServingCell 是服务小区的Srxlev-value，计算公式如下：计算出SServingCell 后，综合

19、Sintrasearch ，Snonintrasearch就可以获得同频/异频的触发条件。同频小区测量的触发条件为： 如果服务小区提供了Sintrasearch 并且 SServingCell Sintrasearch ，UE不必进行同频测量。 如果服务小区提供了Sintrasearch 并且SServingCell Snonintrasearch ，UE不必进行同等优先级或低优先级的E-UTRAN异频或异RAT频率小区的测量。 如果SServingCell = Snonintrasearch或者服务小区没有提供 Snonintrasearch 则UE将完成同等优先级或低优先级的异频或异RAT

20、 频率小区的测量。当然在满足测量条件后，测量是以Tmeasure,E-UTRAN_Inter 为周期进行的。UE对服务小区的测量也是周期性进行的，测量的周期为DRX。E-UTRAN异频、异RAT的小区重选标准标准1：在已被评估的某频率上，某小区的SnonServingCell,x 值在小区重选时间间隔TreselectionRAT内大于 Threshx, high 。重选到优先级高的异频或异RAT小区，要满足以下条件：（1）异频或异RAT小区频率满足标准1（2）UE驻留在当前小区超过1秒重选到低优先级的异频或异RAT小区，要满足以下条件：（1）在高优先级的E-UTRAN频率或异RAT频率上，没

21、有小区满足标准1；同时，和服务小区同频或同等优先级的E-UTRAN频率上，没有小区满足标准1；（2）在小区重选的时间间隔TreselectionRAT内，SServingCell Threshx, low （3）UE在当前小区驻留时间超过1秒其中SnonServingCell,x 是被评估小区的Srxlev-value值。TreselectionRAT 是完成小区重选的时间间隔，中速和高速下是不同的，在后面部分详细讲述。如果多个小区满足以上重选标准，UE将重选到一个处于优先级最高的频率，且排序最高的小区上。E-UTRAN同频或同等优先级小区重选标准服务小区排列标准Rs 和临近小区排列标准Rn如

22、下定义：是在服务小区测得的RSRP值 是在邻小区测得的RSRP值 是为了防止小区重选的“乒乓效应”服务小区和邻小区的偏移值 对同频：如果Qoffsets,n是确定的，则等于Qoffsets,n；若不确定则取默认值0. 对异频：如果Qoffsets,n是确定的，则=Qoffsets,n +Qoffsetfrequency；若不确定则等于Qoffsetfrequency如果某小区在候选列表中排在最前面，用户应该对该小区来进行小区重选。但这个小区是否合适要看有没有相关限制，后面有详述。在所有情况下，要满足以下两个条件，UE将重选小区：（1）在小区重选时间间隔TreselectionRAT内，新的小区

23、在候选列表中排在服务小区的前面（the new cell is better ranked than the serving cell）注释：针对同频或同等优先级的小区，按R的大小形成的一个候选列表。（2）UE在服务小区驻留超过1秒有小区预留，接入限制和不合适进行常规驻留的排行最高的小区的重选处理对于在候选列表中排在最前面的小区，UE将根据相关的小区重选标准进行检验，检验此小区有没有接入限制。（关于接入限制将在小区预留和接入限制中讲到。）如果候选列表中排在最前面的小区和某些小区被从候选列表中删除，UE 在进行小区重选时将不考虑这些小区。候选列表中排在最前面的小区发生变化时这种限制将被取消。如果

24、候选列表中排在最前面的小区是同频或者异频小区，而且属于禁止漫游的跟踪区域，或是在登记的PLMN上没有指示的小区，在重选指示的最大时间300s内，UE将不考虑这个小区以及它的同频小区。如果UE进入任意小区选择状态，则取消这种限制。在E-UTRAN的控制下，UE将更改到一个频率上，并且这个频率的定时器正在运行，针对候选列表中排在最前面的小区的所在频率的任何限制将被取消。（If the UE is redirected under E-UTRAN control to a frequency for which the timer is running, any limitation on that

25、 frequency shall be removed.）如果候选列表中排在最前面的小区是异RAT小区，而这个小区属于漫游禁止的小区或者属于与登记的PLMN不等价的PLMN上，UE将在小区重选指定的最大时间300s内不考虑这个小区。如果UE进入任意小区选择状态，这种限制将取消。如果在E-UTRAN的控制下，UE更改到一个频率上，这个频率的定时器正在运行，关于原来频率的任何限制将被取消。(与原频率相关) （If the UE is redirected under E-UTRAN control to a frequency for which the timer is running, any

26、 limitation on that frequency shall be removed.）候选列表中排在最前面的小区属于CSG 小区，则UE将不考虑这个小区，因为UE的允许CSG列表为空。但要考虑它的同频小区。小区预留和接入限制有两种机制允许一个操作者强迫小区预留或接入限制。 第一种机制，通过小区选择和重选进程中控制小区状态和特定预留的指示。 第二种机制，涉及到接入控制，即避免选择用户接入类发送包含负荷控制原因的初始化接入信息。（The second mechanism, referred to as Access Control, shall allow preventing sele

27、cted classes of users from sending initial access messages for load control reasons）UE的USIM中包含一个或多个接入类。小区状态和预留小区的状态和小区预留由SIB1中的两个信息元素来标识：cellBarred（类型：barred或not barred）和cellReservedForOperatorUse（类型：reserved或not reserved）对于cellBarred的情形，如果SIB1中指示有多个PLMN，则这个信息元素对所有的PLMN通用。而对于cellReservedForOperator的

28、情形，当SIB1中指示有多个PLMN时，每个PLMN对应特定的信息元素。当小区的状态设置为not barred，同时cellReservedForOperato设置为not reserved，所有的UE在小区选择和重选进程中，将该小区作为候选小区。当小区状态设置为not barred，同时对任何PLMN的操作者是reserved的：如果PLMN中的信息元素cellReservedForOperatorUse设置为reserved，但UE在HPLMN/EPLMN上的接入等级配置为11或15,在小区选择和重选进程中，UE将此小区作为候选小区。如果小区预留给操作者，在登记的PLMN或选择的PLMN上

29、，UE的接入类配置为0-9，12-14，那么UE将认为该小区被禁止。注意：接入类11，15仅仅对HPLMN/ EHPLMN的UE是使用的；接入类12，13，14仅仅对归属国（home country）的UE是使用的。如果小区状态为barred或以barred处理，则不允许UE在这个小区进行小区选择或重选，而且也不能进行紧急呼叫。在这种情况下，UE将根据下面的规则选择其他的小区：如果这个小区是CSG小区，而且这个小区满足小区选择或重选标准，UE将选择同频率上的其他小区。如果这个小区不是CSG小区： 如果SIB1中cellAccessRelatedInfo信息中的intraFreqReselect

30、ion设置为allowed，且UE满足小区重选的标准，UE将选择同频上的其他小区。在进行小区选择和重选时，在300s内，UE将不把禁止小区作为小区选择或重选的候选小区。 如果SIB1中cellAccessRelatedInfo信息中的intraFreqReselection设置为not allowed， UE将在同频上不进行小区重选。在进行小区选择或重选时，在300s内，UE将不考虑禁止小区和它的同频小区。接入限制与接入类相关的小区接入限制信息由系统信息广播。当UE进行任意小区的选择时，UE可以忽略和小区接入限制相关的接入类。例如：UE的接入类在某个小区是不被允许的，但在进行任意小区的选择时，如果这个小区满足小区选择或重选标准，UE将选择驻留到这个小区。当启动RRC连接建立进程时，UE将检验与接入限制相关的接入类。小区重选流程图（以同频小区重选为例）： 图3-5 小区重选流程图2.2.2.2 非常规小区的重选所谓非常规小区就是指CSG小区，而非常规小区重选则是包含常规小区和CSG小区的重选。对于非常规小区的重选，分为