LTE基本信令流程.pdf

1、 LTE 信令流程 目 录 第一章第一章 协议层与概念协议层与概念.5 1.1 控制面与用户面.5 1.2 接口与协议.5 1.2.1 NAS 协议（非接入层协议）.7 1.2.2 RRC 层（无线资源控制层）.7 1.2.3 PDCP 层（分组数据汇聚协议层）.8 1.2.4 RLC 层（无线链路控制层）.8 1.2.5 MAC 层（媒体接入层）.9 1.2.6 PHY 层（物理层）.10 1.3 空闲态和连接态.12 1.4 网络标识.13 1.5 承载概念.14 第二章第二章 主要信令流程主要信令流程.16 2.1 开机附着流程.16 2.2 随机接入流程.19 2.3 UE 发起的 s

2、ervice request 流程.23 2.4 寻呼流程.26 2.5 切换流程.27 2.5.1 切换的含义及目的.27 2.5.2 切换发生的过程.28 2.5.3 站内切换.28 2.5.4 X2 切换流程.30 2.5.5 S1 切换流程.32 2.5.6 异系统切换简介.34 2.6 CSFB 流程.35 2.6.1 CSFB 主叫流程.36 2.6.2 CSFB 被叫流程.37 2.6.3 紧急呼叫流程.39 2.7 TAU 流程.40 2.7.1 空闲态不设置“ACTIVE”的 TAU 流程.41 2.7.2 空闲态设置“ACTIVE”的 TAU 流程.43 2.7.3 连接态

3、 TAU 流程.45 2.8 专用承载流程.46 2.8.1 专用承载建立流程.46 2.8.2 专用承载修改流程.48 2.8.3 专用承载释放流程.50 2.9 去附着流程.52 2.9.1 关机去附着流程.52 2.9.1 非关机去附着流程.53 2.10 小区搜索、选择和重选.55 2.10.1 小区搜索流程.55 2.10.1 小区选择流程.56 2.10.3 小区重选流程.57 第三章第三章 异常信令流程异常信令流程.60 3.1 附着异常流程.61 3.1.1 RRC 连接失败.61 3.1.2 核心网拒绝.62 3.1.3 eNB 未等到 Initial context set

4、up request 消息.63 3.1.4 RRC 重配消息丢失或 eNB 内部配置 UE 的安全参数失败.64 3.2 ServiceRequest 异常流程.65 3.2.1 核心网拒绝.65 3.2.2 eNB 建立承载失败.66 3.3 承载异常流程.68 3.3.1 核心网拒绝.68 3.3.2 eNB 本地建立失败（核心网主动发起的建立）.68 3.3.3 eNB 未等到 RRC 重配完成消息，回复失败.69 3.3.4 UE NAS 层拒绝.70 3.3.5 上行直传 NAS 消息丢失.71 第四章第四章 系统消息解析系统消息解析.72 4.1 系统消息.73 4.2 系统消息

5、解析.74 4.2.1 MIB（Master Information Block）解析.74 4.2.2 SIB1（System Information Block Type1）解析.75 4.2.3 SystemInformation 消息.77 第五章第五章 信令案例解析信令案例解析.83 5.1 实测案例流程.84 5.2 流程中各信令消息解析.84 5.2.1 RRC_CONN_REQ:RRC 连接请求.85 5.2.2 RRC_CONN_SETUP:RRC 连接建立.86 5.2.3 RRC_CONN_SETUP_CMP:RRC 连接建立完成.90 5.2.4 S1AP_INITIA

6、L_UE_MSG:初始直传消息.90 5.2.5 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ:初始化文本建立请求.91 5.2.6 RRC_UE_CAP_ENQUIRY:UE 能力查询.94 5.2.7 RRC_UE_CAP_INFO:UE 能力信息.95 5.2.8 S1AP_UE_CAPABILITY_INFO_IND:UE 能力信息指示.99 5.2.9 RRC_SECUR_MODE_CMD:RRC 安全模式命令.103 5.2.10 RRC_CONN_RECFG:RRC 连接重配置.104 5.2.11 RRC_SECUR_MODE_CMP:RRC 安全模式完成.10

7、7 5.2.12 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 连接重配置完成.107 5.2.13 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_RSP:初始化文本建立完成.108 5.2.14 S1AP_ERAB_MOD_REQ:ERAB 修改请求.109 5.2.15 RRC_DL_INFO_TRANSF:RRC 下行直传消息.110 5.2.16 S1AP_ERAB_MOD_RSP:ERAB 修改完成.110 5.2.17 RRC_CONN_RECFG:RRC 连接重配置.111 5.2.18 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC 上行直传消息.116 5.2.19 S

8、1AP_UL_NAS_TRANS:上行 NAS 直传消息.116 5.2.20 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 连接重配置完成.117 5.2.21 RRC_CONN_RECFG:RRC 连接重配置.117 5.2.22 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC 连接重配置完成.119 5.2.23 RRC_MEAS_RPRT:RRC 测量报告.119 5.2.24 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC 上行信息传输.120 5.2.25 S1AP_UL_NAS_TRANS:上行 NAS 信息传输.120 5.2.26 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_REQ:

9、UE 文本更改请求.121 5.2.27 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_RSP:UE 文本更改响应.122 5.2.28 RRC_CONN_REL:RRC 连接释放.123 5.2.29 S1AP_UE_CONTEXT_REL_REQ:UE 文本释放请求.124 5.2.30 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMD:UE 文本释放命令.124 5.2.31 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMP:UE 文本释放完成.125 概述 本文通过对重要概念的阐述，为信令流程的解析做铺垫，随后讲解 LTE 中重要信令流程，让大家熟悉各个物理过程是如何实现的，其次通过异常信令的解

10、读让大家增强对异常信令流程的判断，再次对系统消息的解析，让大家了解系统消息的特点和携带的内容。最后通过实测信令内容讲解，说明消息的重要信元字段。第一章第一章 协议层与概念协议层与概念 1.1 控制面与用户面 在无线通信系统中，负责传送和处理用户数据流工作的协议称为用户面；负责传送和处理系统协调信令的协议称为控制面。用户面如同负责搬运的码头工人，控制面就相当于指挥员，当两个层面不分离时，自己既负责搬运又负责指挥，这种情况不利于大货物处理，因此分工独立后，办事效率可成倍提升，在 LTE 网络中，用户面和控制面已明确分离开。1.2 接口与协议 接口是指不同网元之间的信息交互时的节点，每个接口含有不同

11、的协议，同一接口的网元之间使用相互明白的语言进行信息交互，称为接口协议，接口协议的架构称为协议栈。在LTE 中有空中接口和地面接口，相应也有对应的协议和协议栈。图 1 子层、协议栈与流 IP包头压缩加密分段、ARQ调制天线映射编码PDCPRLCPHYMAC调度MACHARQMAC复用Payload选择优先级处理重传控制调制方案天线资源分配IP包解头压缩解密合并、ARQ解调天线解映射译码PDCPRLCPHYHARQMAC解复用MACEPS承载无线承载逻辑信道传输信道物理信道eNodeBUE 图 2 子层运行方式 LTE 系统的数据处理过程被分解成不同的协议层。简单分为三层结构：物理层、数据链路层

12、 L2 和网络层。图 1 阐述了 LTE 系统传输的总体协议架构以及用户面和控制面数据信息的路径和流向。用户数据流和信令流以 IP 包的形式进行传送，在空中接口传送之前，IP 包将通过多个协议层实体进行处理，到达 eNodeB 后，经过协议层逆向处理，再通过 S1/X2接口分别流向不同的 EPS 实体，路径中各协议子层特点和功能如下：1.2.1 NAS 协议（非接入层协议）处理 UE 和 MME 之间信息的传输，传输的内容可以是用户信息或控制信息（如业务的建立、释放或者移动性管理信息）。它与接入信息无关，只是通过接入层的信令交互，在 UE和 MME 之间建立起了信令通路，从而便能进行非接入层信

13、令流程了。NAS 层功能如下：l 会话管理：包括会话建立、修改、释放及 QoS 协商 l 用户管理：包括用户数据管理，以及附着、去附着 l 安全管理：包括用户与网络之间的鉴权及加密初始化 l 计费 1.2.2 RRC 层（无线资源控制层）RRC 层是支持终端和 eNodeB 间多种功能的最为关键的信令协议。RRC 的功能包括：l 广播 NAS 层和 AS 层的系统消息 l 寻呼功能（通过 PCCH 逻辑信道执行）l RRC 连接建立、保持和释放，包括 UE 与 E-UTRAN 之间临时标识的分配、信令无线承载的配置 l 安全功能，包括密钥管理 l 端到端无线承载的建立、修改与释放 l 移动性管

14、理，包括 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 小区选择与重选、切换过程中的 RRC 上下文传输等 l MBMS 业务通知，以及 MBMS 业务无线承载的建立、修改与释放 l QoS 管理功能 l UE 测量上报及测量控制 l NAS 消息的传输 l NAS 消息的完整性保护 1.2.3 PDCP 层（分组数据汇聚协议层）负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。头压缩机制基于 ROHC。在接收端，PDCP 协议将负责执行解密及解压缩功能。对于一个终端每个无线承载有一个 PDCP实体。一个 PDCP 实体是关联控制平面还是用户平面，主要取决于

15、它为哪种无线承载携带数据。PDCP 层在控制面对 RRC 和 NAS 层消息进行完整性校验，在用户面不进行完整性校验。PDCP 层功能 l IP 包头压缩与解压缩 l 数据与信令的加密 l 信令的完整性保护。1.2.4 RLC 层（无线链路控制层）负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序传送。RLC 层以无线承载的方式为PDCP 层提供服务，其中，每个终端的每个无线承载配置一个 RLC 实体。主要目的是将数据交付给对端的 RLC 实体。所以 RLC 提出了三种模式：透明模式（Transparent Mode，TM）、非确认模式（Unacknowledged Mode，UM）和确认模式（A

16、cknowledged Mode，AM）。TM 模式最简单，它对于上层数据不进行任何改变，这种模式典型地被用于 BCCH 或PCCH 逻辑信道的传输，该方式不需对 RLC 层进行任何特殊的处理。RLC 的透明模式实体从上层接收到数据，然后不做任何修改地传递至下面的 MAC 层，这里没有 RLC 头增加、数据分割及串联。UM 模式可以支持数据包丢失的检测，并提供分组数据包的排序和重组。UM 模式能够用于任何专用或多播逻辑信道，具体使用依赖于应用及期望 QoS 的类型。数据包重排序是指对不按顺序接收到的数据进行排序。AM 模式是一种最复杂的模式。除了 UM 模式所支持的特征外，AM RLC 实体能够在检测到丢包时要求它的对等实体重传分组数据包，即 ARQ 机制。因此，AM 模式仅仅应用于 DCCH 或 DTCH 逻辑信道。一般来讲，AM 模式典型地用于 TCP 的业务，如文件传输，这类业务主要关心数据的无错传输；UM 模式用于高层提供数据的顺序传送，但是不重传丢失的 PDU，典型地用于如 Voip 业务，这类业务最主要关心传送时延；TM 模式则仅仅用于特殊的目的，如随机接入。1.2.5 M