手机开机时发生的过程
1.1 PLMN选择流程
手机在E-UTRAN频段扫描所有载波通道,并在发现一个或多个PLMN时向NAS报告发现的满意质量阈值PLMN。导入PLMN ID后,不符合质量语句限制的PLMN将与测量值一起升级到NAS层。NAS层选择PLMN,然后进行社区选择。
PLMN由许多小区组成。小区由网络规划时分配的主置乱码标识。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。社区所属PLMN的信息包含在系统消息中。终端在打开电源或断开互联网时,首先选择PLMN,然后搜索该PLMN的社区。如果该PLMN无法捕获相应的小区,请升级PLMN列表以启动获取新小区的流程。
终端维护多个不同类型PLMN的列表,每个PLMN都有多个PLMN。
R RPLMN -已注册的PLMN (r plmn)是在上次退出或脱机之前在终端上注册的PLMN。
EPLMN - ePLMN(等效PLMN)是与端子中当前选定的PLMN位于同一位置的PLMN,具有相同的优先级。
H HPLMN -拥有的PLMN (h plmn)是最终用户所属的PLMN。
Up lmn-up用户控制的p lmn(lmn)是与usim卡上存储的PLMN选择相关的参数。
O OPLMN -操作员控制的PLMN (o plmn)是与usim卡上存储的PLMN选择相关的参数。
FPLMN -使用禁止访问的PLMN禁用PLMN(FPLMN)。
APLMN - PLMN(APLMN)是一种PLMN,终端可以找到一个或多个小区,并读取PLMN识别信息。
PLMN有自动和手动两个选项。
(1)自动选择,当终端通电或网络断开时,非接入层功能模块使用存储在终端中的PLMN信息首先选择PLMN,然后命令接入层功能模块搜索该PLMN。因此,访问层使用终端中存储的社区列表信息来选择、捕获或检索属于该PLMN的社区。捕获成功后,搜索结果将报告到层次结构中,而不是访问层次结构中。否则,请在非访问层再次选择PLMN以再次搜索。
根据PLMN类型,优先级不同,终端在选择PLMN时按以下顺序进行:
r plmn和e plmn
h plmn
up lmn
o plmn
其他PLMN
(2)当终端打开或互联网断开连接时,非接入层功能模块命令接入层搜索所有PLMN,然后接入层将搜索到的所有PLMN信息报告给非接入层,由用户手动操作以选择PLMN。以后的搜索过程是与自动选择过程相同的小区选择和重新选择。
1.2搜索社区
单元搜索(Cell Search)用于手机获取Cell的时间、频率同步以及Cell的物理层社区Id。手机收到物理层社区id和帧同步后,手机可以从BCH读取系统消息。
社区搜索过程:
1.主同步信号,手机可以获得5毫秒的基准时间
2.辅助同步信号、手机可以获得帧同步和物理层的社区组
3.下行参考信号(Reference Signal),手机可以获取物理层的小区id
4.手机收到物理层社区id和帧同步后,手机可以从BCH读取系统消息,获取其他小区信息。
终端首先在不知道小区信息的情况下搜索区域,需要经历插槽同步、帧同步、主扰流板捕获三个阶段。这三个阶段包括四个下行物理通道:主同步通道(P-SCH)、从同步通道(S-SCH)、主公共频率通道(P-CPICH)和主公共控制物理通道(P-CPCH)。在每个插槽10ms帧内发送PSCH和SSCH两次,首先检测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。具体的小区ID是通过检测下行参考信号获得的。此步骤在获得帧同步后执行。
如果终端已经存在频率、主扰动码等区域信息,终端可以使用这些信息来简化区域搜索过程,搜索过程仍然需要大致遵循这三个步骤。
1)插槽同步:主要同步通道(P-SCH)、同步通道(S-SCH)、主要公用频率通道(P-CPICH)、主要公用控制物理通道(P-CPCH)之间的同步首先获取每个插槽的边界,然后获取每个物理通道和时间此步骤通过捕获基本同步通道来完成。主同步信道不属于码信道,不经过扩频和干扰处理。默认同步通道在每个插槽的开头重复发送
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,在每个载频上手机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,首选检测手机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. 当手机开机以后,由手机的上层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. 一般手机从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
1. 手机在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. 手机的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
使用所有手机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手机,当不同手机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) 手机先发起Random Access Preamble消息带有PreambleID,在MAC层 e-NB Random Access Reponse消息。手机发起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) 手机收到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。手机把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
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. 手机在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:
手机刚开机时,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,手机可获得PDN address信息。
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:手机刚开机第一次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消息给手机,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)发起手机上下文释放(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,手机的IMSI与另外一个手机的IMSI重复,并且其他手机已经attach,则核心网会释放先前的手机。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。
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