UE在LTE系統(tǒng)內(nèi)的移動(dòng)性分為空閑態(tài)的移動(dòng)性和激活態(tài)的移動(dòng)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(dòng)性管理，本文來說明空閑態(tài)下的UE移動(dòng)性管理流程。
當(dāng)UE開機(jī)但是沒有與無線網(wǎng)絡(luò)建立連接時(shí)的狀態(tài)，稱為UE處于空閑態(tài)�？臻e態(tài)管理是eNodeB通過系統(tǒng)廣播消息下發(fā)相關(guān)的配置信息，UE據(jù)此選擇一個(gè)合適的小區(qū)駐留并接受服務(wù)，提高UE接入的成功率和服務(wù)質(zhì)量，保證駐留在一個(gè)信號(hào)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(duì)這些過程逐個(gè)講解
1.PLMN選擇
當(dāng)UE開機(jī)或者從無覆蓋區(qū)域進(jìn)入覆蓋區(qū)域，首先選擇最近一次已經(jīng)注冊(cè)過的PLMN并嘗試在這個(gè)PLMN注冊(cè)。如果注冊(cè)成功，則將PLMN信息顯示出來，開始接受運(yùn)營商的服務(wù)；如果沒有最近一次的PLMN或者最近一次PLMN注冊(cè)不成功，UE會(huì)根據(jù)USIM卡中關(guān)于PLMN的優(yōu)先級(jí)信息，通過自動(dòng)或者手動(dòng)的方式繼續(xù)選擇其他的PLMN。PLMN標(biāo)識(shí)由MCC(Mobile Country Code)和MNC(Mobile Network Code)組成。UE開戶時(shí)的PLMN只有一個(gè)，稱為HPLMN(Home PLMN)圖1列舉了中國大陸運(yùn)營商PLMN標(biāo)識(shí)
圖1.中國大陸運(yùn)營商PLMN標(biāo)識(shí)
當(dāng)UE不在HPLMN覆蓋區(qū)域時(shí)，可以根據(jù)USIM卡里存儲(chǔ)的關(guān)于PLMN的信息，選擇其他的PLMN接受服務(wù)，這個(gè)過程就是所謂的漫游。
2.小區(qū)選擇與重選
當(dāng)UE選擇了一個(gè)PLMN之后，UE首先進(jìn)行小區(qū)搜索，搜索到小區(qū)后，就會(huì)在該P(yáng)LMN中選擇一個(gè)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(lǐng)區(qū)測(cè)量規(guī)則和重選規(guī)則，對(duì)當(dāng)前小區(qū)以及領(lǐng)區(qū)進(jìn)行測(cè)量，選擇一個(gè)信號(hào)質(zhì)量更好的小區(qū)進(jìn)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(shí)間和頻率同步，得到物理小區(qū)標(biāo)識(shí)，并根據(jù)物理小區(qū)標(biāo)識(shí)，獲得小區(qū)信號(hào)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(shí)，UE將會(huì)在所有的頻點(diǎn)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(hào)，分為主同步信道PSS和輔同步信道SSS。同步信號(hào)在時(shí)頻圖上的位置可以參考附錄。小區(qū)的ID共有504個(gè)（168組，每組3個(gè)），SSS與小區(qū)ID組一一對(duì)應(yīng),范圍是0-167PSS與組內(nèi)ID號(hào)對(duì)應(yīng)，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(jìn)行小區(qū)選擇需要判斷小區(qū)是否滿足相應(yīng)的選擇規(guī)則，即E-UTRAN小區(qū)參考信號(hào)接收功率測(cè)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(hào)質(zhì)量。
2.3領(lǐng)區(qū)測(cè)量
小區(qū)選擇完成之后，會(huì)根據(jù)當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量和鄰區(qū)優(yōu)先級(jí)信息，對(duì)鄰區(qū)進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)不同的測(cè)量規(guī)則，可以分為同頻小區(qū)測(cè)量、異頻小區(qū)測(cè)量、異系統(tǒng)小區(qū)測(cè)量等。根據(jù)不同的對(duì)象實(shí)施不同的測(cè)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(jìn)行重選小區(qū)。根據(jù)小區(qū)優(yōu)先級(jí)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(shí)在連接釋放消息中帶有重定向目標(biāo)頻點(diǎn)（組）信息，指令UE到目標(biāo)頻點(diǎn)（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(shí)現(xiàn)的，這個(gè)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(luò)信息告知手機(jī)，節(jié)省手機(jī)在3G網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量時(shí)間從而達(dá)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(cè)告知核心網(wǎng)自己的跟蹤區(qū)TA（Tracking Area）,當(dāng)UE處于空閑狀態(tài)時(shí)，核心網(wǎng)能夠知道UE所在的跟蹤區(qū)，同時(shí)當(dāng)處于空閑狀態(tài)的UE需要被尋呼時(shí)，必須在UE所注冊(cè)的跟蹤區(qū)所有小區(qū)進(jìn)行尋呼。TA是小區(qū)級(jí)別的配置，跟蹤區(qū)代碼表示為TAC，多個(gè)小區(qū)可以配置相同的TA，一個(gè)小區(qū)只能屬于一個(gè)TAC。TAC劃分按照地理位置的遠(yuǎn)近劃分，就像行政地圖一樣。通過TAI來表示一個(gè)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(qǐng)求：
當(dāng)UE檢測(cè)到系統(tǒng)消息中TAI不同于USIM里存儲(chǔ)的TAI；
周期進(jìn)行跟蹤區(qū)更新定時(shí)器超時(shí)；
UE從其他系統(tǒng)小區(qū)重選到E-UTRAN小區(qū)；
EPC存儲(chǔ)關(guān)于UE能力信息發(fā)生變化；
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(gè)MIB(Master Information Block)與11個(gè)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(shí)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(hào)，天線配置數(shù)量；
SIB1：PLMN識(shí)別碼，TAC，小區(qū)ID；
SIB2：上行信道帶寬；
SIB3：同頻測(cè)量門限，異頻和異系統(tǒng)測(cè)量門限，小區(qū)需要的最小信號(hào)接收電平，重選優(yōu)先級(jí)；
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(xì)系統(tǒng)消息內(nèi)容的網(wǎng)友請(qǐng)自行查閱3GPP技術(shù)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(gè)SFN MOD 4 = 0的無線子幀發(fā)送，SIB1調(diào)度周期為80ms，在每個(gè)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(shí)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(shí)機(jī)
當(dāng)UE在滿足黃色框里面的條件時(shí)開始主動(dòng)讀取系統(tǒng)消息。當(dāng)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(huì)重復(fù)的讀取系統(tǒng)消息，只會(huì)在紅色框中的時(shí)機(jī)重新讀取并更新系統(tǒng)消息。
6.尋呼
尋呼時(shí)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(shí)，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(biāo)識(shí)。
系統(tǒng)消息變更時(shí)，eNodeB將通過尋呼消息通知小區(qū)內(nèi)所有EMM注冊(cè)態(tài)的UE，并在緊隨下一個(gè)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(cè)態(tài)UE能收到系統(tǒng)消息。
6.1 尋呼消息相關(guān)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�？梢詤⒖紙D6.的信道映射關(guān)系
圖6.LTE下行信道映射關(guān)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(shí)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(jī)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(jì)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(jī)制示意圖
計(jì)算出PF和PO的具體位置后，UE開始監(jiān)聽相應(yīng)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(yīng)；否則，在間隔T個(gè)無線子幀后繼續(xù)監(jiān)聽相應(yīng)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(gè)PO開始，在每個(gè)PO上生成一個(gè)尋呼消息，填寫system Info Modification，持續(xù)一個(gè)DRX周期；或者計(jì)算UE的最近一個(gè)PO，生成一個(gè)尋呼消息，填寫Paging Record，如果這個(gè)PO上已經(jīng)有其他UE的Paging Record或者system Info Modification，則進(jìn)行合并后在發(fā)送。
UE使用DRX來降低功率消耗。在每個(gè)DRX周期，UE只會(huì)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(huì)有不同的PO，這樣當(dāng)他們?cè)谕粋�(gè)DRX周期內(nèi)被MME尋呼時(shí)，RRC層需要將他們的尋呼記錄合并到同一個(gè)尋呼消息中。當(dāng)某些特定UE的尋呼和系統(tǒng)消息改變觸發(fā)的群呼同時(shí)發(fā)生時(shí)，RRC層也需要合并paging消息。
RRC_IDLE狀態(tài)的UE在每個(gè)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(shí)，UE向MME返回的尋呼響應(yīng)將在NAS層產(chǎn)生。UE響應(yīng)MME的尋呼體在RRC Connection Request 消息信元Establishment Cause值為 mt-Access。
當(dāng)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(shí)，UE立即關(guān)閉接收極，進(jìn)入DRX休眠期以節(jié)省電力。
附錄：1.4MHz 2×2 MIMO PCI = 0時(shí)頻資源圖
完
2018/10/21
關(guān)注樓主