LTE 信令流程初步分析

1. 开机入网流程介绍分析

2. 小区搜索

小区搜索过程是UE 和小区取得时间和频率同步，并检测小区 ID 的过程。通过解 PSS 可以获得物理层小区 ID，再通过解 SSS 可以获得小区的组 ID（504 个小区分成 168 个组） ， 二者组合就可以获得当前小区的小区 ID （每个组内又有 3 个小区 ID）当前小区的 PCI = 组 ； ID * 3 + 小区 ID 。

备注：E-UTRA 系统的小区搜索过程与 UTRA 系统的主要区别是它能够支持不同的系统带宽 （1.4~20MHZ） 。小区搜索通过若干下行信道实现，包括同步信道（SCH） 、广播信道（BCH）和下行参考 信号（RS）。SCH 又分成主同步信道（PSCH）和辅同步信道（SSCH） ，BCH 又分成主广播信道（PBCH） 和动态广播信道（DBCH）。除 PBCH 是以正式“信道”出现的；PSCH 和 SSCH 是纯粹的 L1 信道，不用来传送 L2/L3 控制信令，而只用于同步和小区搜索过程；DBCH 最终承载在下行共享传输信道（DL-SCH），没有独立的信道。

3. PLMN 和小区选择

小区搜索完成后，会获得当前小区的 PCI， 使用获得的 PCI 去解当前小区的 MIB UE UE 和 SIB 消息，通过解 MIB 消息获得小区的下行同步以及系统带宽等关键信息，完了在 SIB 信息的时域位置上检测 PDCCH，根据 PDCCH 指示获取小区的 SIB1 信息， 完了再解析其它 SIB 信息。

在 SIB1 信息中会携带网络侧的 PLMN 列表，UE 的接入层 AS 会把解析的 PLMN 列表 上报自己的非接入层 NAS，由 NAS 层执行 PLMN 的选择，选择合适的 PLMN。 UE 选定 PLMN 后会在该 PLMN 下选择合适的小区，小区的选择按照 S 准则，UE 选择该 PLMN 下信号最强的小区进行驻留。

UE E-UTRAN
MasterInformationBlock SystemInformationBlockType1
SystemInformation



备注：MIB（ Master Information Block） ? ? 承载于 BCCH → BCH → P-BCH 上 包括有限个用以读取其他小区信息的最重要、 最常用的传输参数 （系统带宽， 系统帧号， PHICH 配置信息）

SIBs ? ? ? 除 MIB 以外的系统消息，包括 SIB1-SIB12 除 SIB1 以外，SIB2-SIB12 均由 SI (System Information)承载 SIB1 是除 MIB 外最重要的系统消息，固定以 20ms 为周期重传 4 次，即 SIB1 在每两个 无线帧（20ms）的子帧#5 中重传（SFN mod 2 = 0，SFN mod 8 ≠ 0）一次，如果满足 SFN mod 8 = 0 时，SIB1 的内容可能改变，新传一次。 SIB1 和所有 SI 消息均传输在 BCCH → DL-SCH → PDSCH 上 SIB1 的传输通过携带 SI-RNTI（SI-RNTI 每个小区都是相同的）的 PDCCH 调度完成 SIB1 中的 SchedulingInfoList 携带所有 SI 的调度信息，接收 SIB1 以后，即可接收其 他 SI 消息

4. Attach 与 Detach 过程 作用：

1．Attach 过程完成 UE 在网络的注册，完成核心网（EPC）对该 UE 默认承载的建立

2．Detach 过程完成 UE 在网络侧的注销和所有 EPS 承载的删除 Attach

说明： LTE 中，Attach 伴随着核心网处默认承载的建立

Detach 说明： UE/MME/SGSN/HSS 均可发起 detach 过程

若网络侧长时间没有获得 UE 的信息，则会发起隐式的 Detach 过程，即核心网将该 UE 的所 有承载释放而不通知 UE。

Attach 信令流程图：

注：无线网部分，LTE 的 attach 与 3G 的类似，完成相同的功能而在核心网部分，除荐权、 身份验证、用户注册以外，LTE 还包含默认承载的建立，而 3G 中没有。

Attach 信令流程分析：

1. 处在 RRC_IDLE 态的 UE 进行 Attach 过程，首先发起随机接入过程，即 MSG1 消息；

2. eNB 检测到 MSG1 消息后，向 UE 发送随机接入响应消息，即 MSG2 消息；

3. UE 收到随机接入响应后，根据 MSG2 的 TA 调整上行发送时机，向 eNB 发送 RRCConnectionRequest 消息；

4. eNB 向 UE 发送 RRCConnectionSetup 消息，包含建立 SRB1 承载信息和无线资源配置 信息；

5. UE 完成 SRB1 承载和无线资源配置， eNB 发送 RRCConnectionSetupComplete 消息， 向 包含 NAS 层 Attach request 信息；

6. eNB 选择 MME，向 MME 发送 INITIAL UE MESSAGE 消息，包含 NAS 层 Attach request 消息；

7. MME 向 eNB 发送 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息，请求建立默认承载，包含 NAS 层 Attach Accept、Activate default EPS bearer context request 消息；
8. eNB 接收到 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息，如果不包含 UE 能力信息，则 eNB 向 UE 发送 UECapabilityEnquiry 消息，查询 UE 能力；

9. UE 向 eNB 发送 UECapabilityInformation 消息，报告 UE 能力信息；

10. eNB 向 MME 发送 UE CAPABILITY INFO INDICATION 消息，更新 MME 的 UE 能力信息；

11. eNB 根据 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息中 UE 支持的安全信息，向 UE 发送 SecurityModeCommand 消息，进行安全激活；

12. UE 向 eNB 发送 SecurityModeComplete 消息，表示安全激活完成；

13. eNB 根据 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 消息中的 ERAB 建立信息，向 UE 发送 RRCConnectionReconfiguration 消息进行 UE 资源重配，包括重配 SRB1 和无线资源 配置，建立 SRB2、DRB（包括默认承载）等；

14. UE 向 eNB 发送 RRCConnectionReconfigurationComplete 消息， 表示资源配置完成；

15. eNB 向 MME 发送 INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 响应消息，表明 UE 上下文建立 完成；

16. UE 向 eNB 发送 ULInformationTransfer 消息， 包含 NAS 层 Attach Complete、 Activate default EPS bearer context accept 消息；

17. eNB 向 MME 发送上行直传 UPLINK NAS TRANSPORT 消息， 包含 NAS 层 Attach Complete、 Activate default EPS bearer context accept 消息。 LTE 测试软件 CDS 所看到的完整 Attach 信令过程图如下：

从 Attach request 开始到 Attach Complete 结束。

UE 发起的 Detach 信令流程图：

Detach 信令流程分析：

1. 处在 RRC_CONNECTED 态的 UE 进行 Detach 过程， eNB 发送 UL NAS Transfer 消息， 向 包含 NAS 层 Detach request 信息；

2. eNB 向 MME 发送上行直传 UPLINK NAS TRANSPORT 消息，包含 NAS 层 Detach request 信息；

3. MME 向 Serving-GW 发送 Delete Session Request，以删除 EPS 承载；

4. Serving-GW 向 MME 发送 Delete Session Response，以确认 EPS 承载删除；

5. MME 向基站发送下行直传 DOWNLINK NAS TRANSPORT 消息，包含 NAS 层 Detach accept 消息；

6. eNB 向 UE 发送 DLInformationTransfer 消息，包含 NAS 层 Detach accept 消息；

7. MME 向 eNB 发送 UE CONTEXT RELEASE COMMAND 消息，请求 eNB 释放 UE 上下文信息；

8. eNB 接收到 UE CONTEXT RELEASE COMMAND 消息，向 UE 发送 RRCConnectionRelease 消息，释放 RRC 连接；

9. eNB 释放 UE 上下文信息， MME 发送 UE CONTEXT RELEASE COMPLETE 消息进行响应。 向 LTE 测试软件 CDS 所看到的完整 Detach 信令过程图如下：

从 Detach Request 开始到 RRCConnectionRelease 结束。

5. RRC 连接建立 RRC 连接建立背景：IDLE 态 UE 需变为连接态时发起该过程，如呼叫、响应寻呼、TAU、 Attach 等。

RRC 连接建立信令流程图：

RRC 连接成功

RRC 连接失败 RRC 连接建立成功流程： RRC 连接请求：UE 通过 UL_CCCH 在 SRB0 上发送，携带 UE 的初始（NAS）标识和建立 原因等，该消息对应于随机接入过程的 Msg3。 RRC 连接建立：eNB 通过 DL_CCCH 在 SRB0 上发送，携带 SRB1 的完整配置信息，该消 息对应随机接入过程的 Msg4。 RRC 连接建立完成： 通过 UL-DCCH 在 SRB1 上发送， UE 携带上行方向 NAS 消息， Attach 如 Request、TAU Request、Service Request、Detach Request 等，eNB 根据这些消息进行 S1 口 建立。 RRC 连接建立失败： 第二步中， 如果 eNB 拒绝为 UE 建立 RRC 连接， 则通过 DL_CCCH 在 SRB0 上回复一条 RRC 连接拒绝消息。 6. RRC 连接重建立过程 RRC 连接重建立背景：当处于 RRC 连接状态但出现切换失败、无线链路失败、完整性保护 失败、RRC 重配置失败等情况时，触发此过程。 RRC 连接重建立信令流程图：

RRC 连接重建成功

RRC 连接重建失败 RRC 连接重建立成功流程： RRC 连接重建请求：UE 通过 UL_CCCH 在 SRB0 上发送，携带 UE 的 AS 层初始标识信息 及重建立原因，该消息对应随机接入过程的 Msg3。 RRC 连接重建：eNB 通过 DL_CCCH 在 SRB0 上回复，携带 SRB1 的完整配置信息，该消 息对应随机接入过程的 Msg4。 RRC 连接重建立完成：UE 通过 UL-DCCH 在 SRB1 上发送，不携带任何实际信息，只起到 RRC 层确认的功能。 RRC 连接重建立拒绝流程： 第二步中，如果 eNB 中没有 UE 的上下文信息，则拒绝为 UE 重建 RRC 连接，则通过 DL_CCCH 在 SRB0 上回复一条 RRC 连接重建立拒绝消息。

7. RRC 连接重配置过程 RRC 连接重配置过程背景：当需要发起对 SRB 和 DRB 的管理、低层参数配置、切换执行 和测量控制时，触发此过程。 RRC 连接重配置信令流程图：

RRC 连接重配置成功

RRC 连接重配置异常 RRC 连接重配置成功过程： RRC 连接重配置：eNB 通过 DL_DCCH 在 SRB1 上发送，根据功能的不同携带不同的配置 信息内容，一条消息中可以携带体现多个功能的信息单元。 RRC 连接重配置完成：UE 通过 UL_DCCH 在 SRB1 上发送，不携带任何实际信息，只起到 RRC 层确认的功能。 RRC 连接重配置异常流程： 若 UE 无法执行 RRC 连接重配置消息中的内容，则 UE 回退到收到该消息前的配置，并发 起 RRC 连接重建立过程。

8. RRC 连接释放过程 RRC 连接释放过程背景：网络希望解除与 UE 的 RRC 连接时，触发该过程 RRC 连接释放过信令流程图：

RRC 连接释放 RRC 连接释放过程： RRC 连接释放：eNB 通过 DL_DCCH 在 SRB1 上发送，可选择携带重定位信息和专用优先 级分 配信息（用于控制 UE 的小区选择和小区重选） 。 本地释放： 某些情况下，UE 的 RRC 层根据 NAS 层的指示主动释放 RRC 连接，不通知网络侧而主动 进入空闲状态，如 NAS 层鉴权过程中没有通过鉴权检查。

9. 切换过程 同一个 eNB 内切换信令流程图：

eNB 发送 RRC CONNECTION RECONFIGURATION 消息发送给 UE 消息中携带切换信息 mobilityControlInfo；包含目标小区 ID、载频、测量带宽给用户分配的 C-RNTI，通用 RB 配 置信息 （包括各信道的基本配置、 上行功率控制的基本信息等） 给用户配置 dedicated random ， access parameters 避免用户接入目标小区时有竞争冲突。 UE 按照切换信息在新的小区接入，向 eNB 发送 RRC CONNECTION RECONFIGURATION COMPLETE 消息，表示切换完成，正常切入到新小区。 注：LTE 切换过程信令与 TD 切换过程中不太一样，LTE 下行发送 RRC 连接重配置，而 TD 中发物理信道重配置。 eNB 相当于 TD 中 RNC 和 NB 的结合，由于南京试验网暂时不存在 eNB 间和异系统间的切 换，因此暂时没有涉及到。

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