UE在LTE系統(tǒng)內(nèi)的移動性分為空閑態(tài)的移動性和激活態(tài)的移動性，在文章《LTE系統(tǒng)內(nèi)切換流程分析》我們分析了UE激活態(tài)下的移動性管理，本文來說明空閑態(tài)下的UE移動性管理流程。
當UE開機但是沒有與無線網(wǎng)絡建立連接時的狀態(tài)，稱為UE處于空閑態(tài)。空閑態(tài)管理是eNodeB通過系統(tǒng)廣播消息下發(fā)相關的配置信息，UE據(jù)此選擇一個合適的小區(qū)駐留并接受服務，提高UE接入的成功率和服務質(zhì)量，保證駐留在一個信號質(zhì)量最好的小區(qū)�？臻e態(tài)管理內(nèi)容主要包括：
PLMN選擇
小區(qū)選擇，重選
小區(qū)重定向
跟蹤區(qū)更新
系統(tǒng)消息廣播
尋呼
下面我們分別對這些過程逐個講解
1.PLMN選擇
當UE開機或者從無覆蓋區(qū)域進入覆蓋區(qū)域，首先選擇最近一次已經(jīng)注冊過的PLMN并嘗試在這個PLMN注冊。如果注冊成功，則將PLMN信息顯示出來，開始接受運營商的服務；如果沒有最近一次的PLMN或者最近一次PLMN注冊不成功，UE會根據(jù)USIM卡中關于PLMN的優(yōu)先級信息，通過自動或者手動的方式繼續(xù)選擇其他的PLMN。PLMN標識由MCC(Mobile Country Code)和MNC(Mobile Network Code)組成。UE開戶時的PLMN只有一個，稱為HPLMN(Home PLMN)圖1列舉了中國大陸運營商PLMN標識
圖1.中國大陸運營商PLMN標識
當UE不在HPLMN覆蓋區(qū)域時，可以根據(jù)USIM卡里存儲的關于PLMN的信息，選擇其他的PLMN接受服務，這個過程就是所謂的漫游。
2.小區(qū)選擇與重選
當UE選擇了一個PLMN之后，UE首先進行小區(qū)搜索，搜索到小區(qū)后，就會在該PLMN中選擇一個小區(qū)駐留。UE在該小區(qū)駐留后，通過監(jiān)聽系統(tǒng)消息，根據(jù)領區(qū)測量規(guī)則和重選規(guī)則，對當前小區(qū)以及領區(qū)進行測量，選擇一個信號質(zhì)量更好的小區(qū)進行駐留。
2.1 小區(qū)搜索
小區(qū)搜索就是UE與小區(qū)取得時間和頻率同步，得到物理小區(qū)標識，并根據(jù)物理小區(qū)標識，獲得小區(qū)信號質(zhì)量與小區(qū)其他信息的過程。在選擇或者重選小區(qū)時，UE將會在所有的頻點上搜索小區(qū)。在LTE系統(tǒng)中，同步信道是專門用于小區(qū)搜索的信號，分為主同步信道PSS和輔同步信道SSS。同步信號在時頻圖上的位置可以參考附錄。小區(qū)的ID共有504個（168組，每組3個），SSS與小區(qū)ID組一一對應,范圍是0-167PSS與組內(nèi)ID號對應，范圍是0-2。
2.2小區(qū)選擇
搜索完小區(qū)后，UE下一步就是小區(qū)選擇了。UE進行小區(qū)選擇需要判斷小區(qū)是否滿足相應的選擇規(guī)則，即E-UTRAN小區(qū)參考信號接收功率測量值RSRP。小區(qū)的RSRP值必須高于配置小區(qū)的最小接收電平，且RSRQ必須高于配置小區(qū)的最小接收信號質(zhì)量。
2.3領區(qū)測量
小區(qū)選擇完成之后，會根據(jù)當前服務小區(qū)的信號質(zhì)量和鄰區(qū)優(yōu)先級信息，對鄰區(qū)進行測量。根據(jù)不同的測量規(guī)則，可以分為同頻小區(qū)測量、異頻小區(qū)測量、異系統(tǒng)小區(qū)測量等。根據(jù)不同的對象實施不同的測量規(guī)則。
2.4小區(qū)重選
通過小區(qū)重選規(guī)則來確定是否進行重選小區(qū)。根據(jù)小區(qū)優(yōu)先級的高低，重選規(guī)則包括同頻小區(qū)重選、異頻小區(qū)重選、異系統(tǒng)小區(qū)重選等。
3 小區(qū)重定向
重定向是指eNodeB通過RRC Connection Release消息釋放UE，同時在連接釋放消息中帶有重定向目標頻點（組）信息，指令UE到目標頻點（組）重新接入。重定向的類型主要包括
我們以RIM來簡單的介紹，LTE語音的解決方案之一是通過回落3G來實現(xiàn)的，這個過程稱之為CSFB，CSFB過程就用到RIM。RIM功能提前將GSM、UTRAN的無線網(wǎng)絡信息告知手機，節(jié)省手機在3G網(wǎng)絡的測量時間從而達到快速接通的目的。圖2展示了CSFB的信令流程，圖3.展示了RRC Connection Release信令內(nèi)容。
圖2.CSFB中的快速重定向信令流程
圖3.RRC Connection Release信令內(nèi)容
4.跟蹤區(qū)更新
UE通過跟蹤區(qū)注冊告知核心網(wǎng)自己的跟蹤區(qū)TA（Tracking Area）,當UE處于空閑狀態(tài)時，核心網(wǎng)能夠知道UE所在的跟蹤區(qū)，同時當處于空閑狀態(tài)的UE需要被尋呼時，必須在UE所注冊的跟蹤區(qū)所有小區(qū)進行尋呼。TA是小區(qū)級別的配置，跟蹤區(qū)代碼表示為TAC，多個小區(qū)可以配置相同的TA，一個小區(qū)只能屬于一個TAC。TAC劃分按照地理位置的遠近劃分，就像行政地圖一樣。通過TAI來表示一個TA，TAI=PLMN+TAC。
圖4.北京市行政地圖(圖片來自互聯(lián)網(wǎng))
UE在以下任一條件滿足的情況下發(fā)起跟蹤區(qū)更新的請求：
UE通過跟蹤區(qū)更新告核心網(wǎng)自己的TA，核心網(wǎng)根據(jù)UE所屬的TA，將尋呼消息發(fā)送到UE所屬的TA的所有eNodeB。
5.系統(tǒng)消息廣播
系統(tǒng)消息根據(jù)內(nèi)容的不同，分為1個MIB(Master Information Block)與11個SIB(System Information Block)，MIB消息在PBCH上廣播，SIB通過PDSCH的RRC(through Radio Resource Control)消息下發(fā)。PBCH和PDSCH在時頻資源圖上的位置可以在附錄中查到。
5.1系統(tǒng)消息內(nèi)容
為了便于查找，在此簡單羅列一下MIB和SIB消息的常用的消息內(nèi)容：
MIB：下行信道帶寬，PHICH配置，系統(tǒng)帪號，天線配置數(shù)量；
SIB1：PLMN識別碼，TAC，小區(qū)ID；
SIB2：上行信道帶寬；
SIB3：同頻測量門限，異頻和異系統(tǒng)測量門限，小區(qū)需要的最小信號接收電平，重選優(yōu)先級；
SIB4：同頻鄰區(qū)列表；
SIB5：異頻鄰區(qū)列表；
SIB6：包含到異系統(tǒng)UTRAN切換所需要的信息；
SIB7：包含到異系統(tǒng)GERAN切換所需要的信息。
需要詳細系統(tǒng)消息內(nèi)容的網(wǎng)友請自行查閱3GPP技術規(guī)范 TS 36.331 V15.3.0 （http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.331/）。
5.2系統(tǒng)消息調(diào)度周期
MIB消息調(diào)度周期固定為40ms，在每個SFN MOD 4 = 0的無線子幀發(fā)送，SIB1調(diào)度周期為80ms，在每個SFN MOD 8 = 0的無線幀發(fā)送，其他SIB消息調(diào)度周期由參數(shù)決定。
5.3系統(tǒng)消息更新
系統(tǒng)消息什么時候開始更新呢？可以通過下圖來說明。
圖5. UE讀取更新系統(tǒng)消息時機
當UE在滿足黃色框里面的條件時開始主動讀取系統(tǒng)消息。當UE在上述場景中成功讀取系統(tǒng)消息之后，為了節(jié)省UE的電量，UE不會重復的讀取系統(tǒng)消息，只會在紅色框中的時機重新讀取并更新系統(tǒng)消息。
6.尋呼
尋呼時為了發(fā)送尋呼消息給空閑態(tài)的UE，尋呼消息根據(jù)使用場景可以由MME觸發(fā)也可以由eNodeB觸發(fā)。
MME發(fā)送尋呼消息時，eNodeB根據(jù)尋呼消息所攜帶的UE的TAL(TA List)信息，通過邏輯信道PCCH向其下屬于TAL的所有小區(qū)發(fā)送尋呼消息尋呼UE。尋呼消息中包含指示尋呼來源的域，以及UE標識。
系統(tǒng)消息變更時，eNodeB將通過尋呼消息通知小區(qū)內(nèi)所有EMM注冊態(tài)的UE，并在緊隨下一個系統(tǒng)消息修改周期中發(fā)送更新的系統(tǒng)消息。eNodeB要保證小區(qū)內(nèi)所有EMM注冊態(tài)UE能收到系統(tǒng)消息。
6.1 尋呼消息相關信道及映射
尋呼消息由PCCH邏輯信道承載，PCCH邏輯信道數(shù)據(jù)塊由PCH傳輸信道來承載，PCH傳輸信道的數(shù)據(jù)塊由PDSCH物理信道來承載。可以參考圖6.的信道映射關系
圖6.LTE下行信道映射關系
由于下行共享物理信道上除了承載PCH傳輸信道以外，還可以承載DL-SCH傳輸信道。因此終端在接收尋呼消息之前，終端需要先去監(jiān)聽PDCCH物理信道，根據(jù)物理信道上是否攜帶P-RNTI(16bit識別碼，取值為xFFFE)，來判斷本次尋呼周期是否有發(fā)尋呼消息給自己。
6.2 空口尋呼機制
為了降低RRC_IDLE狀態(tài)下UE的電力消耗，UE使用非連續(xù)接收方式DRX(Discontinuous Reception)方式接收尋呼消息。UE在特定的子幀（1ms）監(jiān)聽PDCCH，這些特定的子幀成為尋呼世紀PO(Paging Occasioin)，這些子幀所在的無限幀(10ms)稱為尋呼幀PF(Paging Frame)。如圖7.所示。
圖7.尋呼機制示意圖
計算出PF和PO的具體位置后，UE開始監(jiān)聽相應子幀PDCCH，如果發(fā)現(xiàn)有P-RNTI，根據(jù)PDCCH只是的RB分配和調(diào)制方式，從統(tǒng)一子幀的PDSCH上獲取尋呼消息。如果尋呼消息含有本UE的ID，則發(fā)起尋呼相應；否則，在間隔T個無線子幀后繼續(xù)監(jiān)聽相應子幀的PDCCH。
6.3尋呼處理過程
eNodeB收到發(fā)送尋呼消息的指示，從下一個PO開始，在每個PO上生成一個尋呼消息，填寫system Info Modification，持續(xù)一個DRX周期；或者計算UE的最近一個PO，生成一個尋呼消息，填寫Paging Record，如果這個PO上已經(jīng)有其他UE的Paging Record或者system Info Modification，則進行合并后在發(fā)送。
UE使用DRX來降低功率消耗。在每個DRX周期，UE只會在自己的PO去讀取P-RNTI，根據(jù)P-RNTI從PDSCH信道讀取尋呼消息寶。不同的UE可能會有不同的PO，這樣當他們在同一個DRX周期內(nèi)被MME尋呼時，RRC層需要將他們的尋呼記錄合并到同一個尋呼消息中。當某些特定UE的尋呼和系統(tǒng)消息改變觸發(fā)的群呼同時發(fā)生時，RRC層也需要合并paging消息。
RRC_IDLE狀態(tài)的UE在每個DRX周期內(nèi)的PO子幀打開偵聽PDCCH。UE解析出授予自己的尋呼時，UE向MME返回的尋呼響應將在NAS層產(chǎn)生。UE響應MME的尋呼體在RRC Connection Request 消息信元Establishment Cause值為 mt-Access。
當UE未從PDCCH解析處P-RNTI或者UE解析出P-RNTI但未發(fā)現(xiàn)屬于自己的Paging Record時，UE立即關閉接收極，進入DRX休眠期以節(jié)省電力。
附錄：1.4MHz 2×2 MIMO PCI = 0時頻資源圖
完
2018/10/21
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