LTE UE开机时发生的流程

UE开机时发生的流程

1.1 PLMN选择流程

UE在E-UTRAN频段中扫描所有的载频信道，如果搜索到了一个或多个PLMN，UE 将把所找到的满足质量门限PLMN报给NAS。获取PLMN ID，不满足质量门限的PLMN 将和测量值一起上报给NAS层。NAS层选定PLMN，再进行小区选择。

PLMN由很多个小区组成。小区由其使用的主扰码（Primary Scrambling Code）标识，主扰码在网络规划时分配。小区所属的PLMN的信息包含在系统消息中。终端在开机或脱网时，首先选择一个PLMN，然后搜索该PLMN的小区，如果在该PLMN下无法捕捉到合适的小区，则上报PLMN列表启动新一轮小区获取过程。

终端要维护几种不同类型的PLMN列表，每个列表中会有多个PLMN。

●ＲPLMN----已登记PLMN（ＲPLMN）是终端在上次关机或脱网前登记上的PLMN。●ＥPLMN----等效PLMN（ＥPLMN）为与终端当前所选择的PLMN处于同等地位的

PLMN，其优先级相同。

●ＨPLMN----归属PLMN（ＨPLMN）为终端用户归属的PLMN。

●ＵPLMN----用户控制PLMN（ＵPLMN）是储存在ＵＳＩＭ卡上的一个与PLMN选择

有关的参数。

●ＯPLMN----运营商控制PLMN（ＯPLMN）是储存在ＵＳＩＭ卡上的一个与PLMN选

择有关的参数。

●ＦPLMN----禁用PLMN（ＦPLMN）为被禁止访问的PLMN，

●ＡPLMN----可获取PLMN（ＡPLMN）为终端能在其上找到至少一个小区，并能读出其

PLMN标识信息的PLMN。

PLMN的选择有自动和手动两种：

（1）自动选择，终端开机或脱网时，其非接入层功能模块会利用终端中存储的PLMN信息首先选择一个PLMN，然后命令接入层功能模块去搜索该PLMN。相应地，接入层利用终端中存储的小区列表信息来选择、捕获小区，或启动小区搜索程序来搜索属于该PLMN的小区。如果捕获成功，则将搜索结果报告非接入层；否则，将由非接入层再次选择一个PLMN，重新搜索。

不同类型的PLMN其优先级别不同，终端在进行PLMN选择时将按照以下顺序依次进行：

①ＲPLMN和ＥPLMN

②ＨPLMN

③ＵPLMN

④ＯPLMN

⑤其他的PLMN

（2）手动选择，终端开机或脱网时，其非接入层功能模块会命令接入层去搜索所有的PLMN，然后接入层将搜索到的所有PLMN信息报告给非接入层，由用户手动操作来选定一个PLMN。其后的搜索过程与自动选择过程相同小区的选择与重选。

1.2小区搜索

小区搜索（Cell Search），用于UE获得一个Cell的时间，频率同步，并获取Cell的物理层小区Id。当UE获得物理层小区id和帧同步后，UE就可以在BCH上读取系统消息小区搜索过程：

1.主同步信号，UE可以获得5ms的基准时间

2.辅同步信号，UE可以获得帧同步和物理层的小区组

3.下行参考信号（Reference Signal），UE可以获得物理层的小区id

4.UE获得物理层小区id和帧同步后，UE就可以在BCH上读取系统消息，用于获取

其它小区信息。

终端在事先不知道小区信息的情况下搜索小区，需要经过时隙同步、帧同步、捕获主扰码三个步骤。这三个步骤涉及到四个下行物理信道：主同步信道（P-SCH）、从同步信道（S-SCH）、主公共导频信道（P-CPICH）、主公共控制物理信道（P-CCPCH）。这里是在每个时隙10ms帧内发送两次PSCH和SSCH，先通过检测PSCH获得5ms时钟，然后检测SSCH，获得无线帧时钟，小区ID组和BCH天线配置信息。具体小区ID是通过检测下行参考信号得到的。这一步是在获得了帧同步之后进行。

如果终端上已经存有某个小区的信息，如频率、主扰码等，那么终端可以利用这些信息来简化小区搜索过程，其搜索过程仍大致需要遵循这三个步骤。

1）时隙同步：主同步信道（P-SCH）、从同步信道（S-SCH）、主公共导频信道（P-CPICH）、

主公共控制物理信道（P-CCPCH）之间是同步的。先要获取各时隙的边界，从而与各物理信道实现时隙同步。这一步是通过捕获主同步信道来实现的。主同步信道不属于码信道，没有经过扩频和加扰处理。主同步信道在每个时隙的起始处重复发送主同步码，所有小区的主同步码相同，且终端预先知道其码片序列。捕获到该主同步码（PSC）确定各物理信道的时隙边界。主同步码的传送周期是5ms,

2）帧同步：通过捕获从同步信道来实现的。下行扰码又分为主扰码和从扰码，其中主扰码有512个，分为64组，每组8个。因此，在第二步实现物理信道的帧同步的同时，终端可以获悉该小区的无线帧中使用的从同步码字组合，从而可以确定该小区使用的主扰码所属的组别。

３）捕获主扰码：通过前两步，终端能够同步到主公共导频信道的无线帧。第二步已经确定该主扰码所属的组号，因此，只需要定位到该主扰码组，然后从个主扰码中找到与本小区匹配的主扰码，捕获主扰码的工作即告结束。然后，就可以用主扰码解码主公共控制物理信道，从而解调出系统下发的广播消息，通过读取BCH获得小区的其他系统信息。

在小区搜索的时候，搜索的次序是同频小区、异频小区、然后找不同系统之间的小区。在经过前面的小区搜索过程后，终端仍需判定该小区的信号质量是否达到一定的要求，才能进一步确定是否可以驻留在该小区。

1.3小区选择

小区选择分为两种，初始小区选择（Initial Cell Selection ）和存储信息小区选择（Stored Information Cell Selection ）：

●初始小区选择（Initial Cell Selection ），UE会扫描在E-UTRAN的频带内所有信道，在

每个载频上UE需要搜索一个最好小区。

●存储信息小区选择（Stored Information Cell Selection ）需要根据UE通过以前的测量控

制信元或者检测到小区储存起来的载频信息进行选择，首选检测UE存储起来的载频信息。如果找到合适小区，就直接选择该小区。如果没有找到合适的小区，还是要发起初始小区选择的步骤。

小区选择的流程：

1.当UE开机以后，由UE的上层MCP模块配置DLPHY的测量。

2.MCP模块通知DLPHY进行搜索，DLPHY在频带内扫描所有的射频信道，在每个

载频上搜索最强信号小区。

3.DLPHY根据MCP模块的测量指示，把测量结果返回到MCP模块，由MCP模块

选择一个最强的小区，通知DLPHY驻留。

4.MCP模块通知BCP模块接收新的系统消息，BCP模块通知RRU调整频率，由

DLPHY接收系统消息。BCP模块通知MCP模块新的系统消息。MCP利用SIB1

里面的消息来判断小区是否属于suitable小区或者是可接受小区。判断小区的顺序

是：判断是否属于预先设定的PLMN，然后判断是否是禁止小区，然后利用S准则

进行判断，然后再进行是否是禁止漫游的TA列表。如果中间的判断过程通不过，

则在测量小区的列表中查看是否有其他小区，然后同样执行相同的步骤来判断。如

果没有合适的小区，则进行Acceptable的判断，在这个过程中，同样需要进行小区

选择标准的判断。如果找到Acceptable小区，则通知EMM即可。如果没有找到以

上两种小区，则通知EMM，同时重新进行小区的初选。MCP模块保存先验信息，同时启动对服务小区的周期性测量。测量列表是包含了一组测量结果，测量结果中

包含的有RSRP值和RSRQ值以及小区的物理ID。

5.MCP模块通知EMM和RRC小区选择的结果。此时小区选择基本完成

6.EMM收到小区的选择结果以后，判断选择的小区是限制服务，还是正常服务，还

是没有小区可用。

7.如果不是，则进入任意小区选择状态。

8.进入小区任意选择状态后，进行测量的顺序：同频，异频，RAT系统上选择合适小

区。

1.4随机接入

随机接入可分为：基于竞争的初始接入和基于非竞争的初始接入两种。

随机接入的触发条件：

1.RRC_IDLE初始接入；

2.无线链路断开时初始接入；

3.切换时需要随机接入；

4.RRC_CONNECTED状态下收到上行数据，需要随机接入，如上行同步状态为“非同

步”，即UE主叫时失步；

5.RRC_CONNECTED状态下收到下行数据，需要随机接入，即UE被叫时失步。

6.一般UE从RRC_IDLE初始接入需要竞争的随机接入。

基于竞争的初始接入（Contention based random access ）的四个步骤，如下图1.4-1所示：

图1.4-1基于竞争的初始接入

1.UE在RACH上发送随机接入前缀（RA Preamble）

2.E-NB的MAC层产生随机接入响应（RA Response），并在DL-SCH上发送

3.UE的RRC层产生RRC Connection Request（Scheduled Transmision）并在映射到UL –SCH上的CCC逻辑信道上发送

4.E-NB的RRC层产生RRC Connection Setup(Contention Resolution)并在映射到DL –SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送

使用所有UE都可在任何时间可以使用的随机接入序列接入，适用于每种触发条件。前导范围以广播形式告诉UE，当不同UE选择了同一个前导时，则发生竞争。

随机接入的流程大致为以下几步：

1)UE先发起Random Access Preamble消息带有PreambleID，在MAC层e-NB Random

Access Reponse消息。UE发起Scheduled Transmission消息后，e-NB回Contention

Resolution.

2)RRC根据广播中的TTI窗口参数和RA参数，把RA指令发送到PDCP和RLC层，

最终发送随机接入（RA）指令到MAC层的共享信道模块，RA指令里包含前导序

号，前导传输功率，RA-RNTI等。然后又MAC的共享信道模块后，指示ULPHY

使用PRACH和RA-RNTI，前导序列等发送随机接入前导到e-NB。这次的随机接

入前导信息即msg1。

3)e-NB收到msg1以后，通过e-NB的mac层调度，分配Temp-C-RNTI、UL Grant

等，组成随机接入响应的数据包，并分配相关的RB资源。同时发送随机接入响应

的数据包，即msg2到UE端。

4)UE收到msg2以后，由MAC层检验随机前导是否一致，如果一致则把随机接入成

功的消息发到RRC层。UE把e-NB分配的相关资源告知下层，RLC此时发送连接

请求RRC CONNECTION REQUEST（即msg3），经过上行mac和上行phy，发送

到e-NB侧。

基于非竞争的初始接入（Non-contention based random access ）的三个步骤，如下图1.4-2所示：

图1.4-2基于非竞争的初始接入

1.E-NB的MAC层通过下行专用信令（DL-SCH）给UE指派非竞争的随机接入前缀

（non-contention Random Access Preamble ），这个前缀不在BCH上广播的集合中。

2.UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。

3.E-NB的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送。

非竞争模式随机接入是使用在一段时间内仅有一个UE使用的序列接入。

由E-NB 通过下行专用信令给UE指派非竞争的随机接入前缀（non-contention Random

Access Preamble ），这个前缀不在BCH上广播的集合中。

在切换过程中，切换时一般采用非竞争随机接入。Preamble码由目标e-NB产生切换命令通过源e-NB发送给UE RRC Connection Reconfig消息中当rach_ConfigDedicatedPresent=1 里有ra_PreambleIndex=n；ra_Prach_MaskIndex=n这两个参数用来指示切换后的随机接入的PreambileID。也就是说e-NB给UE指示好了要从哪个前导接入，所以就不会是竞争接入了。对于下行数据到达的情况，可以通过MAC信令发送，也可能通过L1/L2控制信道或通过MAC控制PDU。

1.5附着流程

开机附着流程：

UE刚开机时，先进行物理下行同步，搜索测量进行小区选择，选择到一个suitable或者acceptable小区后，驻留并进行附着过程。附着完成后，默认承载建立成功，UE可获得PDN address信息。附着流程图1.5-1如下所示：

图1.5-1附着流程

流程说明如下：

1）步骤1～5会建立RRC连接，步骤6、9会建立S1连接，完成这些过程即标志着NAS signalling connection建立完成。

2）消息7的说明：UE刚开机第一次attach，使用的IMSI，无Identity过程；后续，如果有有效的GUTI，使用GUTI attach，核心网才会发起Identity过程（为上下行直传消息）。

3）消息10~12的说明：如果消息9带了UE Radio Capability IE，则e-NB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE，即没有10~12过程；否则会发送，UE上报无线能力信息后，e-NB再发UE Capability Info Indication，给核心网上报UE的无线能力信息。

4）发起UE上下文释放（即21～25）的条件：

?eNodeB-initiated with cause e.g. O&M Intervention, Unspecified Failure, User Inactivity,

Repeated RRC signalling Integrity Check Failure, Release due to UE generated signalling connection release, etc.; or

?MME-initiated with cause e.g. authentication failure, detach, etc.

5）e-NB收到msg3以后，DCM给USM配置SRB1，配置完后发送msg4给UE；e-NB 在发送RRCConnectionReconfiguration前，DCM先给USM配置DRB/SRB2等信息，配置完后发送RRCConnectionReconfiguration给UE，收到RRCConnectionReconfigurationComplete 后，控制面再通知用户面资源可用。

6）消息13~15的说明：e-NB发送完消息13，并不需要等收到消息14，就直接发送消息15。

7）如果发起IMSI attach时，UE的IMSI与另外一个UE的IMSI重复，并且其他UE 已经attach，则核心网会释放先前的UE。如果IMSI中的MNC与核心网配置的不一致，则核心网会回复attach reject。

8）消息9的说明：该消息为MME向e-NB发起的初始上下文建立请求，请求e-NB建立承载资源。