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1、UE工作过程以UE的操作为中心，看LTE系统中的UE是如何工作的。 时时时时时时PLMN时时时时时时时时时时时RRC时时时RRC时时时detach1. TDD时FDD时时时时2. 时时CP时时3. cell ID时时时时1. 时时时时时时2. NAS时时时时时时时时时时时时时时3. 时时时时时时1. 时时时时时时时时时时时2. 时时时时时时时时时3. 时时时BSR时时时1. 时时时时时时MIB时SIB2. PLMN时时3. 时时时时 S时时1. IDLE时时时时 R时时2. 时时时时时TAU时3. DRX时时时时时PDCCH1. 时时detach2. 时时时时时detach图1 UE在LTE网
2、络大致的工作流程 UE在LTE网络中的工作如图1所示，开机之后基本可以分为7个基本过程。 时频同步：UE在这个阶段，完成频率同步和时隙同步。 PLMN搜索和小区选择：UE在此阶段读取MIB和SIB，完成PLMN搜索和小区选择过程。 网络注册：UE完成随机接入，核心网注册，PDN连接并激活默认承载。 RRC空闲态过程：UE在空闲态监听PDCCH信道，接收paging信息，进行小区重选，如有必要进行位置更新过程。 RRC连接态过程：UE在连接态的移动性管理，通过测量上报和网络判决的切换完成，发起业务时涉及到天线的发送模式，定时和BSR等过程。 Detach：分为网络发起的detach和UE发起的d
3、etach。 时频同步： 这部分首先要掌握的知识是LTE的主辅同步信号和CRS的概念，涉及协议36.211。此外，需要学习36.211中的物理信道比如PBCH、PDSCH和PUCCH等。 UE以100KHz为间隔，在支持的频带内搜索LTE小区。 PSS序列在全系统中一共配置3个，PSS序列为62位的ZC序列，其根序列号由小区组内ID即NID决定。通过监测PSS，能够确定小区组内ID。 SSS序列为两个31位的m序列交叉级联，决定了小区组ID即NID。在一个无线帧内，SSS序列的两个子序列位置反转，以此确定10ms无线帧。 小区物理ID为NID=3NID+NID，通过PSS与SSS的相关峰距离确
4、定子帧type和CP类型。参考TDD和FDD的PSS和SSS的不同时域位置。 最后，经由CRS获取更加精确的时间同步和频率同步。 PLMN搜索和小区选择： 经由CRS精确地时频同步之后，UE就可以开始读取系统信息。本节内容主要涉及两个协议，36.331的系统信息部分和36.304的PLMN选择和小区选择。 首先，需要知道系统信息的组织方式。详情请参阅系统信息获取相关培训章节，这里做简单介绍。 1 / 7 (2)(1)(1)(2)系统信息分为主信息块和系统信息块。MIB承载在物理广播信道中发送，发送周期、位置和格式都是固定的，具体信息为3bit下行系统带宽配置，3bit的PHICH配置，8bit
5、的系统无线帧号和10bit的保留位供未来拓展。 SIB有SIB1，SIB2，SIB13，总体上按照信息重要性和调度方式的不同，SIB可以划分为SIB1和SIs(即除了SIB1之外的SIB)。SIB1是最关键的系统信息块，里面的内容直接影响着PLMN选择和小区选择。 然后，UE首先要执行PLMN选择过程。PLMN的全称是公共陆地移动网络，主要由移动国家代码和移动网络代码组成，直观地看，中国移动和中国联通的PLMN代码不同。PLMN有很多分类，HPLMN、VPLMN.其中有些PLMN可以驻留，有些PLMN则不可以驻留，比如中国移动用户不能驻留在中国联通的网络上。 UE读取本载波上最强的小区，并且读
6、取系统信息，具体说来是SIB1和PLMN选择有直接关系。如果SIB1中的PLMN ID不满足PLMN的选择条件，则UE不能选择该PLMN。SIB1的具体信息如图2所示： 图2 SystemInformationBlockType1 PLMN选择成功之后，UE执行小区选择过程。小区选择的目的是UE找到一个合适的小区进行驻留，进而接收系统信息，寻呼和发起业务等，这些将在后面涉及。小区选择第一步是看SIB1中的小区接入允许信息，如图2所示。如果小区是阻塞的或者保留的，则一般情况下我们测试的UE不能接入该小区。当SIB1中的小区参数如图2中所示为notReserved和allowed时，UE可以开始执
7、行小区选择过程。 小区选择依据S准则，在36.304中的章节为5.2.3。在log中小区选择的S准则计算结果如图3所示： 图3 小区选择在log中的特征 2 / 7 网络注册 UE开机选网，选择完小区后，要想获得LTE系统的服务，必须在网络中进行注册，称为附着。Attach过程最终需要建立和核心网的连接，在核心网里登记UE的身份信息和位置信息，同时还要激活默认承载等，这些过程主要和非接入网相关，称之为NAS过程。核心网的连接建立在接入网侧RRC连接基础上，首先介绍RRC连接的建立过程。 UE完成小区选择之后，读取广播的系统信息。目前UE并没有和基站发生通讯，如何建立与基站的RRC连接，告知UE
8、的状态，需要经过随机接入过程，如图4所示。随机接入的细节请参考相关的培训文档，这是在测试中经常遇见的case，这里着重于过程性的介绍。 图4 开机附着 在SIB2中，有随机接入过程相关参数rach-ConfigCommon和prach-Config，参数里面表明了随机接入的资源配置。如图5的步骤15所示，UE选择了随机接入资源后，会发送随机接入前导Msg1，并根据随机接入前导的响应Msg2初步调整上行定时确定上行发送资源，发送竞争消息Msg3同时携带RRC连接请求，最终由基站下发的Msg4完成竞争解决，Msg4中携带有RRC连接请求的响应，积极的响应为RRC连接建立，UE接收到该消息后会回复一
9、条确认信息，RRC连接建立完成。通过以上的步骤，UE完成RRC连接建立。 到目前为止，开机后的UE已经完经由初始随机接入完成了RRC连接建立，与基站的通信链路建立完成，现在需要打通核心网的链路，这个过程是attach，它是一个NAS过程。所谓NAS过程是指与物理层的技术和流程不相关的，UE的NAS层协议栈和核心网NAS层协议栈互相通信的过程。流程如图5中的6到19。 UE侧不能看见eNB和核心网之间的消息，并且在实际系统中步骤7中的身份认证，鉴权和加密可能只出现一部分，一般情况下，在log中出现了步骤16，RRC连接重配置完成时，UE的attach过程基本就完成了。当然最后需要检查两条确认信令
10、attach完成和激活默认EPS承载上下文接受。 至此UE完成了Attach过程，UE在核心网中完成了信息注册，PDN连接和默认承载建立，获得了一个IP地址。在测试过程中，如果attach reject出现，通常有几个原因：一个是SIM卡和核心网不匹配，另一个是APN没有设置好，最常见的是UE上一次关机没有detach，核心网保留有UE注册信息，再次attach会触发attach reject。 图5中过程1到过程5完成了RRC连接建立，过程6到过程18是核心网的Attach流程。 3 / 7 UEeNBEPC开机后先进行小区选择，接收系统信息，然后开始附着1. RA Preamble 2.
11、RA Response 3. RRCConnectionRequest4. RRCConnectionSetup5. RRCConnectionSetupComplete(包含Attach Request 、PDN connectivity request消息)6. Initial UE message7. Identity/Authentication/Security8. 建立默认EPS承载等9. Initial context setup request(包含Attach Accept、Activate default EPS bearer context request)10. UEC
12、apabilityEnquiry11. UECapabilityInformation12. UE Capability Info Indication13. SecurityModeCommand14. SecurityModeComplete15. RRCConnectionReconfiguration16. RRCConnectionReconfigurationComplete17. Initial context setup response18. ULInformationTransfer19. UPLINK NAS TRANSPORT图5 RRC连接建立和附着 4 / 7 RR
13、C空闲态UE过程 本节的前提条件是UE已经在获取系统信息，attach成功后，回到RRC idle态，在小区中驻留。可以简单地将UE的RRC idle态理解为手机的待机状态，此时LTE网络在跟踪区域的维度上知道UE的位置，在业务到来时发起寻呼；UE通过小区重选和TAU机制维持idle态下的移动性，通过DRX机制监听网络寻呼，一旦需要发起业务，即发起RRC连接建立过程，回到RRC连接态。 首先介绍空闲态下的移动性管理，即小区重选。RRC idle下，移动中的UE需要重新选择新的小区进行驻留，然后监测该小区的系统信息等。小区重选的主要系统参数来自于SIB3，重选判断准则是R准则，详见36.304
14、5.2.4章节。此处只给出在测试log中的trace特征，图6。 图6 小区重选则log中的特征 小区重选完成后，UE需要判断当前小区的TAC(Tracking Area Code)是否在网络分配的TAI 列表中，以确保idle态的UE在网络中可以通过在Tracking Area中的寻呼。如果当前小区的TAC不在UE保存的跟踪区域列表中，UE需要进行跟踪区域更新，以告知网络自己的移动位置。跟踪区域更新是UE与核心网互相通信的过程，所以是NAS过程，详细描述见协议24.301。如前述NAS过程需要建立在RRC连接之上，所以IDLE态下的NAS过程会触发RRC连接建立等一系列过程，如图7所示。 图
15、7 TAU过程始末 UE在RRC idle态还有非连续接收的操作，为了延长待机时间，UE可以在网络的配置下，在一定的时间段内监听网络的寻呼，其他时间段UE则不需要监听小区的寻呼。DRX的详细内容请参考相关培训文档和36.321协议。 RRC连接态 RRC连接态是指UE维持与基站的RRC连接过程，从RRC连接建立完成开始，到RRC连 5 / 7 接释放结束，所有与eNB和核心网的业务联系都需要在RRC连接态下进行。 首先介绍RRC连接态下的移动性，小区切换。连接态下是基站控制，UE辅助的移动性。基站配置UE的测量参数，UE执行测量，并按照一定的规则上报，基站进行切换判决并下发，UE执行切换并在目
16、标站里确认。详细内容请参阅规范36.331和相关培训文档。 下面以一个异频切换的log为例，展示异频切换的过程。 配置两个基站，服务小区EARFCN为38100，目标小区EARFCN为37900。测试过程中降低服务小区的信号质量，触发服务小区上报A2事件，eNB配置了目标小区的A4事件参数，升高目标小区信号强度后，触发了A4事件并由UE上报。之后eNB判决切换，通过RRC连接重配置中的切换命令下发，UE切换完成后在目标站中确认。图8中16描述了上述过程。 图8 异频切换流程 UE切换完成后，读取新小区的系统信息，如果发现新小区TAC不在存储的TAI中，也会发起TAU过程，如图8中最后的TAU
17、Request所示。 LTE采用多天线技术，引入了多种MIMO发送模式，目前有TM1TM8。在测试中，我们经常会测试不同发送模式的速率，以及发送模式之间的切换。通常MIMO发送模式的配置在RRC连接建立或者RRC连接重配置中完成。不同的发送模式会采用不同的PDCCH DCI格式，会导致物理层有不同的速率。发送模式的知识主要涉及到协议36.212和36.213，同时我们有对应的参考文档。这里只在log里展示一下发送模式的配置，测试中有对应MIMO发送模式切换的case，图9。 图9 MIMO发送模式配置 另外，RRC连接态下还涉及很多过程，比如定时调整TA(Time Alignment)和BSR(Buffer 6 / 7 Status Report)等，他们都是UE维持业务必不可少的部分，请参照培训文档和36.321. Detach UE从网络去注册，可以是UE发起的Detach，也可由网络发起detach。我们在测试时，结束一个case后，通常需要进行detach，再重新上电做下个case。 7 / 7
