LTE-RRC協(xié)議分層及狀態(tài)轉換詳解

1、RRC協(xié)議分層解析 協(xié)議結構的整體介紹 RRC子層協(xié)議簡介 RRC子層功能介紹 RRC 狀態(tài)-空閑模式和連接模式 RRC子層的幾個重點過程（小區(qū)選擇，小區(qū)重選， RRC連接建立，重配過程，切換） 協(xié)議結構整體介紹 控制平面協(xié)議棧如上圖所示，主要包括NAS， RRC,PDCP,RLC,MAC層，其中PDCP,RLC和MAC的功能和 用戶平面的一樣。 RRC協(xié)議終止于eNodeB 。 RRC子層協(xié)議簡介 RRC位于LTE協(xié)議棧L3，處于非常重要的地位， 是接入層和非接入層的主要控制中心，控制著層 間主要的接口，不僅要為上層提供來自網(wǎng)絡系統(tǒng) 的無線資源參數(shù)，同時還要控制下層的主要參數(shù) 和行為?？偟膩?/p>

2、說RRC是整個控制平面的核心、 是終端協(xié)議的無線總管、接入平面和非接入平面 進行對話的橋梁、是協(xié)議信令與用戶數(shù)據(jù)通道的 調度員。無線資源控制層完善與否、可靠與否， 很大程度上影響整個LTE協(xié)議棧軟件的性能。 RRC子層功能介紹 提供系統(tǒng)信息廣播：包括NAS層和接入層（）的系 統(tǒng)消息。為空閑模式的提供小區(qū)選擇和小區(qū)重選 參數(shù)，鄰小區(qū)參數(shù)，為連接模式的提供公共信道 重配置消息等。 尋呼：RRC子層負責實現(xiàn)把尋呼消息廣播給特定的UE功 能，網(wǎng)絡側的高層可以請求尋呼和通知。在一個RRC連 接建立過程中，RRC子層也可以發(fā)起尋呼。 RRC連接建立、保持和釋放，包括臨時標識（C_RNTI） 的分配和修改、

3、信令RB（SRB）的配置（低優(yōu)先級和高 優(yōu)先級SRB） 安全功能。RRC消息的完整性保護。 點對點的無線存載的建立、修改和釋放。 移動性管理功能。UE測量報告以及為了小區(qū) 間和RAT間移動性進行的報告控制、小區(qū)間切 換、UE小區(qū)選擇和重選以及小區(qū)選擇和重選 控制、eNODE B間的通信上下文的傳輸。 QoS管理。包括分配和修改上下行調度信息， UE上行速率控制參數(shù)。 UE測量上報及測量控制。包括同頻、異頻和 系統(tǒng)間測量。 NAS消息的傳輸，PLMN消息等。 RRC狀態(tài) LTE中仍然保留了RRC的兩種狀態(tài)：空閑狀態(tài)和連接狀態(tài)。 RRC狀態(tài)-空閑模式（一） LTE空閑模式和UTRAN系統(tǒng)類似，終端

4、開機后，將 會從選定的PLMN中選擇一個合適的小區(qū)進行駐留。當 UE駐留在某個小區(qū)后，就可以接收系統(tǒng)消息和小區(qū)廣播 信息。通常UE第一次開機時需要執(zhí)行注冊過程，一方面 可以互相認證鑒權，另一方面可以讓網(wǎng)絡獲得此UE的一 些基本信息。之后UE可以一直處于空閑模式下，直到需 要建立RRC連接。 空閑模式下駐留一個小區(qū)的目的： UE可接收網(wǎng)絡的系統(tǒng)消息 UE可以發(fā)起接入 UE可接收尋呼（當UE處于IDLE，網(wǎng)絡發(fā)送尋呼的范圍 是：此時網(wǎng)絡只知道該UE所駐留的跟蹤區(qū)，所以網(wǎng)絡會 在該跟蹤區(qū)的所有小區(qū)的控制信道上都發(fā)送尋呼消息。) 小區(qū)分類需滿足條件是否可駐 留 提供的服 務類型 Acceptable小

5、區(qū)沒有被BAR S0 否受限服務 Suitable cell1.該小區(qū)屬于CPLMN或 RPLMN或EPLMN（系統(tǒng) 消息提供） 2.該小區(qū)沒有被BAR（系 統(tǒng)消息提供） 3.該小區(qū)所屬的TA不在 禁止列表中 4.S0 是正常服務 Barred cell由系統(tǒng)消息廣播否無 Reserved cell由系統(tǒng)消息廣播滿足有些 條件可以 駐留 運營商服 務 RRC狀態(tài)-空閑模式（二） RRC空閑模式下狀態(tài)劃分 狀態(tài)名 主要功能說明主要功能說明 NULL 空狀態(tài)，剛開機時處于該狀態(tài)；或者找不到任何小區(qū)時，進 入該狀態(tài)；根據(jù)定時器周期性搜索可以駐留的小區(qū) SEL 小區(qū)選擇狀態(tài)，為了找到一個合適的小區(qū)進行

6、駐留，需要對 指定小區(qū)（帶BA表時）或頻段內所有小區(qū)進行測量，解碼 BCH，接收系統(tǒng)消息等，找到一個可以正常駐留的小區(qū)時， 進入IDL狀態(tài)。 IDLE 空閑狀態(tài)，此時屬于正常駐留小區(qū)，需要完成尋呼和系統(tǒng)消 息的接收及服務小區(qū)和鄰近小區(qū)的測量，根據(jù)重選準則檢查 是否觸發(fā)小區(qū)重選，根據(jù)測量值和其它參數(shù)從候選小區(qū)列表 中選擇一個最好小區(qū)駐留，并隨時執(zhí)行上層觸發(fā)的接入過程 RRC狀態(tài)-空閑模式（三） 空閑模式下主要過程： 小區(qū)選擇過程 小區(qū)重選 尋呼監(jiān)控 系統(tǒng)消息接收 測量 DRX控制 小區(qū)選擇過程 小區(qū)選擇過程類型： 初始小區(qū)選擇和帶存儲信息的小區(qū)選擇。 1：初始小區(qū)選擇： 在初始小區(qū)選擇過程中，U

7、E不考慮哪個無線頻率信道 是-UTRA載波，它將根據(jù)自身能力在E-UTRA的頻帶 上掃描所有無線頻率信道，來尋找一個適合的小區(qū)。在 每一個載頻上UE僅需要搜索最強小區(qū)。然后UE調諧到 信號強度最高的頻點上，讀取BCH上的系統(tǒng)信息。然后 根據(jù)讀取的系統(tǒng)信息來判斷該小區(qū)是否屬于所選擇的網(wǎng) 絡、小區(qū)是否被禁止以及小區(qū)的S值是否大于0等信息。 如果都滿足那么UE將駐留在該小區(qū)，否則將從次強的頻 點上再次進行選擇。如果沒有搜索到合適的小區(qū)，UE將 繼續(xù)監(jiān)測所有的頻道，選擇S大于0并且未被禁止的小區(qū)， 這時不考慮小區(qū)所屬的網(wǎng)絡，找到合適的小區(qū)并駐留， 這時UE就只能進行緊急呼叫。UE完成小區(qū)選擇后將接 收

8、到系統(tǒng)廣播中的BA列表，BA列表將被重置和更新。 2：帶BA表的小區(qū)選擇： 帶存儲列表小區(qū)選擇過程。UE上次正常關機時，將當時 UE所在小區(qū)信息，如PLMN、位置區(qū)標識LAI（或RAI）、 服務小區(qū)和鄰近小區(qū)信息以及一些與此相關的無線參數(shù)等信 息存儲在USIM中。當UE再次開機時，將根據(jù)存儲的廣播信 道、同步碼等信息進行搜索，UE測量存儲列表中各小區(qū)的 RSRP值，然后按測量值的大小排序（降序）進行小區(qū)搜索。 這種優(yōu)先使用上次關機時的網(wǎng)絡信息和小區(qū)的無線參數(shù)信息， 可以加速小區(qū)的查找速度，這種方式的小區(qū)選擇過程稱為帶 BA表的小區(qū)選擇過程。如果有可駐留的小區(qū)，UE則選擇該 小區(qū)作為服務小區(qū)。如

9、果沒有，UE將進行正常小區(qū)選擇。 小區(qū)選擇標準： Srxlev 0 Srxlev = Qrxlevmeas (Qrxlevmin + Qrxlevminoffset) Pcompensation Pcompensation=max(PEMAX-PUMAX;0) Qrxlevmeas:物理層測得的RSRP值 Qrxlevmin:在SIB1廣播 Qrxlevminoffeset: 在SIB1中廣播，該參數(shù)僅只有在當UE駐 留在一個VPLMN中周期性地搜索更高的優(yōu)先級的PLMN 的過程中進行小區(qū)選擇時評估一個小區(qū)所用。 PEMAX：在SIB1中廣播。 PUMAX：物理層計算。 小區(qū)選擇異常情況： 1

10、：小區(qū)被BAR或S0(SIB1) 2:廣播的PLMN和NAS下發(fā)的不一樣（SIB1） 3：BCH檢驗失?。↙1讀MIB失?。?4：DL-SCH檢驗失敗（L1解讀SIB1或SI失?。?5：找不到可駐留小區(qū)：適合小區(qū)找不到，可接受小區(qū)也 找不到，RRC進入NULL狀態(tài)。 6：受限駐留：協(xié)議上駐留任何小區(qū)的狀態(tài)。UE搜索不到 適合小區(qū)，只能找到可接受小區(qū)，RRC進入LIM。 注：對于RRC而言，要進入受限狀態(tài)，有兩種情況：一種 是RRC無法找到一個適合小區(qū)駐留，而只能找到一個可 接受小區(qū)駐留，而進入受限狀態(tài)，這種情況，可以看成 是RRC的主動受限(PLMN不匹配或者LAI禁止)；另外一 種受限，是由

11、上層通知RRC，要求RRC進入受限狀態(tài)， 這種對于RRC可以看成是被動受限(例如:開機沒有SIM 卡;指定的PLMN無效） 小區(qū)重選過程 UE不管是在空閑模式還是在連接模式下，都需要隨時 監(jiān)視服務小區(qū)和鄰近小區(qū)的信號質量，以選擇一個最合 適的小區(qū)駐留。這個過程就是小區(qū)重選。小區(qū)重選是與 移動性相關的一個過程。在此只介紹空閑模式下小區(qū)重 選過程。 觸發(fā)小區(qū)重選過程的原因： 1：UE通過周期性的IDLE測量發(fā)現(xiàn)有鄰近小區(qū)滿足重選條 件 2：通過測量發(fā)現(xiàn)服務小區(qū)S值小于0，此時重選列表不包 括服務小區(qū) 3：服務小區(qū)系統(tǒng)消息發(fā)生變化，指服務小區(qū)被BAR。此 時重選列表也不包括服務小區(qū)。 在IDLE狀態(tài)

12、下UE測量列表的構成 1：對同頻小區(qū)測量（同頻小區(qū)列表在SIB4中廣播） 如果Sintrasearch在服務小區(qū)中發(fā)送（SIB3中廣播），并且 Sservingcell Sintrasearch，UE就可以不執(zhí)行同頻測量；如 果SservingcellSnonintrasearch,UE則不會對E-UTRAN異頻測 量；如果Sservingcell0 重選列表中小區(qū)排列的順序表示了該小區(qū)優(yōu)先級，越前 面的小區(qū)優(yōu)先級越高，重選列表中小區(qū)排列順序的準則： 1：僅只有高優(yōu)先級和服務小區(qū) 找出S0的小區(qū)，找出SThreshx,high的小區(qū)，把 SThreshx,high的小區(qū)按照S的大小排列在重選列

13、表中 的最前面。然后依次把服務小區(qū)（可用的服務小區(qū)）和 S0，但是S0的小區(qū)，計算出R值，按照R值的大小把這些 小區(qū)放入重選列表（包括服務小區(qū)）。 3：僅只有低優(yōu)先級小區(qū)和服務小區(qū) 需滿足：在定時器TreselectionRAT這段時間內， SservingcellThreshx,low 先找出S0的小區(qū)，再找出Snonservingcell,XThreshx,low的小區(qū)， 然后把這些小區(qū)按照S值的大小順序放在重選列表的最前面，然 后放入服務小區(qū)。最后把那些S0，且S0)，重選列表的排列順序是： SThreshx,high的最高優(yōu)先級小區(qū)； RnRs的同頻小區(qū)和等優(yōu)先級的異頻小區(qū)； 服務小區(qū)

14、（當SservingcellThreshserving,low時); Snonservingcell,XThreshx,low 的低優(yōu)先級小區(qū)； 服務小區(qū)（當 SservingcellThreshserving,low 時)S=Threshx,high的高優(yōu)先級小區(qū)； Rn=Rs的同頻小區(qū)和等優(yōu)先級的異頻小區(qū)； SSEL：IDL 下收到高層的丟失覆蓋指示或是重選小區(qū)失敗指示，RRC由 IDL躍遷到SEL進行初始小區(qū)選擇。IDL-ACC：正常小區(qū)駐 留的UE收到高層的業(yè)務請求或是對尋呼的響應而發(fā)起RRC連 接建立，進入ACC子狀態(tài)，請求MAC進行隨機接入。ACC- IDL：RRC子層接收到來自M

15、AC的隨機接入失敗指示，返回 到IDL子狀態(tài)，重新發(fā)起隨機接入。SEL-IDL：小區(qū)選擇成 功進入IDL狀態(tài)正常駐留或是小區(qū)選擇失敗進入IDL受限駐留。 CON-IDL：RRC連接釋放或是RRC連接重建失敗返回IDL。 RRC連接模式下主要過程 建立/重配/釋放RRC連接 建立/重配/釋放無線承載RB 安全模式激活 切換（系統(tǒng)內和系統(tǒng)間切換） 無線鏈路失敗恢復 測量控制及測量報告發(fā)送 接收系統(tǒng)消息 RRC連接建立過程 UE E-UTRAN RRC 連接請求 RRC 連接建立 RRC 連接建立完成 圖 RRC 連接建立過程 觸發(fā)條件： 1、空閑模式下終端主動發(fā)起呼叫（MO） 2、空閑模式下UE收

16、到來自網(wǎng)絡的尋呼(MT) 3、緊急呼叫 4、主叫信令 UE在上行CCCH上向EUTRAN發(fā)送一個RRC連接請求 消息，消息中將包含UE的標識和可選的測量信息。 若EUTRAN經(jīng)過接入控制算法后允許UE接入，則在下 行CCCH上向UE發(fā)送RRC連接建立消息，在消息中 EUTRAN將指示UE的進入狀態(tài)。 UE接收到期望的RRC連接建立消息后，將組裝RRC連 接建立完成消息并在上行DCCH上將其發(fā)送給EUTRAN。 若EUTRAN經(jīng)過接入控制算法后不允許UE接入，則在 下行CCCH上向UE發(fā)送RRC連接拒絕消息，指示UE使 用其它UTRA載波接入或接入到其它系統(tǒng)。 RRC連接重建過程用于切換失敗、完整性激活過程失 敗、無線鏈路失敗、RRC重配過程失敗后恢復SRB1傳 輸，激活原來的完整性配置。 RRC連接建立流程 無線承載建立過程 無線承載（RBs）用于發(fā)送RRC及NAS消息，在連接模 式下,RRC只有3個信令無線承載，分別為SRB0、SRB1、 SRB2。 SRB0是默認存在的，在RRC連接建立時只建立 SRB1。LTE中只有信令無線承載和數(shù)據(jù)無線承載DRB。 SRB0只用于傳輸RRC消息，使用CCCH信道。上行使 用TM，下行使用UM RLC模式。 SRB1使用DCCH信道，用于傳輸RRC消息在建立