LTE信令流程
目 录
第一章 协议层与概念 .......................................................................................................... 5
1.1 1.2
控制面与用户面 ........................................................................................................... 5 接口与协议 ................................................................................................................... 5
1.2.1 NAS协议（非接入层协议） ..................................................................................... 7 1.2.2 RRC层（无线资源控制层） ...................................................................................... 7 1.2.3 PDCP层（分组数据汇聚协议层） ............................................................................. 8 1.2.4 RLC层（无线链路控制层） ...................................................................................... 8 1.2.5 MAC层（媒体接入层） ........................................................................................... 9 1.2.6 PHY层（物理层） ................................................................................................. 10
1.3 1.4 1.5
空闲态和连接态 ......................................................................................................... 12 网络标识 ..................................................................................................................... 13 承载概念 ..................................................................................................................... 14
第二章 主要信令流程 ........................................................................................................ 16
2.1 开机附着流程 ................................................................................................................. 16 2.2随机接入流程 .................................................................................................................. 19 2.3 UE发起的service request流程 ................................................................................. 23 2.4寻呼流程 .......................................................................................................................... 26 2.5切换流程 .......................................................................................................................... 27
2.5.1 切换的含义及目的 .................................................................................................... 27 2.5.2 切换发生的过程 ....................................................................................................... 28 2.5.3 站内切换.................................................................................................................. 28 2.5.4 X2切换流程 ............................................................................................................. 30 2.5.5 S1切换流程 ............................................................................................................. 32 2.5.6 异系统切换简介 ....................................................................................................... 34
2.6 CSFB流程 ....................................................................................................................... 35
2.6.1 CSFB主叫流程 ......................................................................................................... 36 2.6.2 CSFB被叫流程 ......................................................................................................... 37 2.6.3 紧急呼叫流程 ........................................................................................................... 39
2.7 TAU流程 ......................................................................................................................... 40
2.7.1 空闲态不设置“ACTIVE”的TAU流程 ...................................................................... 41
2.7.2 空闲态设置“ACTIVE”的TAU流程 ......................................................................... 43 2.7.3 连接态TAU流程 ...................................................................................................... 45
2.8专用承载流程 .................................................................................................................. 46
2.8.1 专用承载建立流程 .................................................................................................... 46 2.8.2 专用承载修改流程 .................................................................................................... 48 2.8.3 专用承载释放流程 .................................................................................................... 50
2.9去附着流程 ...................................................................................................................... 52
2.9.1 关机去附着流程 ....................................................................................................... 52 2.9.1 非关机去附着流程 .................................................................................................... 53
2.10 小区搜索、选择和重选 ............................................................................................... 55
2.10.1 小区搜索流程 ......................................................................................................... 55 2.10.1 小区选择流程 ......................................................................................................... 56 2.10.3 小区重选流程 ......................................................................................................... 57
第三章 异常信令流程 ........................................................................................................ 60
3.1 附着异常流程 ................................................................................................................. 61
3.1.1 RRC连接失败 ........................................................................................................... 61 3.1.2 核心网拒绝 .............................................................................................................. 62 3.1.3 eNB未等到Initial context setup request消息 ........................................................ 63 3.1.4 RRC重配消息丢失或eNB内部配置UE的安全参数失败 ............................................ 64
3.2 ServiceRequest异常流程 ............................................................................................ 65
3.2.1 核心网拒绝 .............................................................................................................. 65 3.2.2 eNB建立承载失败 .................................................................................................... 66
3.3 承载异常流程 ................................................................................................................. 68
3.3.1核心网拒绝 ............................................................................................................... 68 3.3.2 eNB本地建立失败（核心网主动发起的建立） ........................................................... 68 3.3.3 eNB未等到RRC重配完成消息，回复失败 ................................................................ 69 3.3.4 UE NAS层拒绝 ........................................................................................................ 70 3.3.5上行直传NAS消息丢失 ............................................................................................ 71
第四章 系统消息解析 ........................................................................................................ 72
4.1 系统消息 ......................................................................................................................... 73 4.2 系统消息解析 ................................................................................................................. 74
4.2.1 MIB （Master Information Block）解析 ................................................................. 74 4.2.2 SIB1 （System Information Block Type1）解析 ..................................................... 75 4.2.3 SystemInformation消息 ......................................................................................... 77
第五章 信令案例解析 ........................................................................................................ 83
5.1实测案例流程 .................................................................................................................. 84
5.2 流程中各信令消息解析 ................................................................................................. 84
5.2.1 RRC_CONN_REQ:RRC连接请求 ............................................................................... 85 5.2.2 RRC_CONN_SETUP:RRC连接建立 ........................................................................... 86 5.2.3 RRC_CONN_SETUP_CMP:RRC连接建立完成 ........................................................... 90 5.2.4 S1AP_INITIAL_UE_MSG:初始直传消息 ..................................................................... 90 5.2.5 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_REQ:初始化文本建立请求 ..................................... 91 5.2.6 RRC_UE_CAP_ENQUIRY:UE能力查询....................................................................... 94 5.2.7 RRC_UE_CAP_INFO:UE能力信息 ............................................................................. 95 5.2.8 S1AP_UE_CAPABILITY_INFO_IND:UE能力信息指示 ................................................. 99 5.2.9 RRC_SECUR_MODE_CMD:RRC安全模式命令 ........................................................ 103 5.2.10 RRC_CONN_RECFG:RRC连接重配置 ................................................................... 104 5.2.11 RRC_SECUR_MODE_CMP:RRC安全模式完成 ....................................................... 107 5.2.12 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC连接重配置完成 ................................................... 107 5.2.13 S1AP_INITIAL_CONTEXT_SETUP_RSP:初始化文本建立完成 ................................. 108 5.2.14 S1AP_ERAB_MOD_REQ:ERAB修改请求 ............................................................... 109 5.2.15 RRC_DL_INFO_TRANSF:RRC下行直传消息 .......................................................... 110 5.2.16 S1AP_ERAB_MOD_RSP:ERAB修改完成 ............................................................... 110 5.2.17 RRC_CONN_RECFG:RRC连接重配置 ................................................................... 111 5.2.18 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC上行直传消息 .......................................................... 116 5.2.19 S1AP_UL_NAS_TRANS:上行NAS直传消息 .......................................................... 116 5.2.20 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC连接重配置完成 ................................................... 117 5.2.21 RRC_CONN_RECFG:RRC连接重配置 ................................................................... 117 5.2.22 RRC_CONN_RECFG_CMP:RRC连接重配置完成 ................................................... 119 5.2.23 RRC_MEAS_RPRT:RRC测量报告 .......................................................................... 119 5.2.24 RRC_UL_INFO_TRANSF:RRC上行信息传输 .......................................................... 120 5.2.25 S1AP_UL_NAS_TRANS:上行NAS信息传输 .......................................................... 120 5.2.26 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_REQ:UE文本更改请求 ............................................... 121 5.2.27 S1AP_UE_CONTEXT_MOD_RSP:UE文本更改响应................................................ 122 5.2.28 RRC_CONN_REL:RRC连接释放 ............................................................................ 123 5.2.29 S1AP_UE_CONTEXT_REL_REQ:UE文本释放请求 .................................................. 124 5.2.30 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMD:UE文本释放命令 ................................................ 124 5.2.31 S1AP_UE_CONTEXT_REL_CMP:UE文本释放完成 ................................................. 125
概述
本文通过对重要概念的阐述，为信令流程的解析做铺垫，随后讲解LTE中重要信令流程，让大家熟悉各个物理过程是如何实现的，其次通过异常信令的解读让大家增强对异常信令流程的判断，再次对系统消息的解析，让大家了解系统消息的特点和携带的内容。最后通过实测信令内容讲解，说明消息的重要信元字段。
第一章 协议层与概念
1.1 控制面与用户面
在无线通信系统中，负责传送和处理用户数据流工作的协议称为用户面；负责传送和处理系统协调信令的协议称为控制面。用户面如同负责搬运的码头工人，控制面就相当于指挥员，当两个层面不分离时，自己既负责搬运又负责指挥，这种情况不利于大货物处理，因此分工独立后，办事效率可成倍提升，在LTE网络中，用户面和控制面已明确分离开。
1.2 接口与协议
接口是指不同网元之间的信息交互时的节点，每个接口含有不同的协议，同一接口的网元之间使用相互明白的语言进行信息交互，称为接口协议，接口协议的架构称为协议栈。在LTE中有空中接口和地面接口，相应也有对应的协议和协议栈。
图1 子层、协议栈与流
IP包EPS承载PDCPPDCPIP包头压缩加密无线承载MACPayload选择RLCRLC解头压缩解密分段、ARQ逻辑信道合并、ARQ优先级处理MAC复用HARQ传输信道PHYMACMAC解复用HARQMAC调度重传控制PHY编码调制方案译码解调天线解映射物理信道调制天线映射天线资源分配eNodeBUE
图2 子层运行方式
LTE系统的数据处理过程被分解成不同的协议层。简单分为三层结构：物理层、数据链路层L2和网络层。图1阐述了LTE系统传输的总体协议架构以及用户面和控制面数据信息的路径和流向。用户数据流和信令流以IP包的形式进行传送，在空中接口传送之前，IP包
将通过多个协议层实体进行处理，到达eNodeB后，经过协议层逆向处理，再通过S1/X2接口分别流向不同的EPS实体，路径中各协议子层特点和功能如下：
1.2.1 NAS协议（非接入层协议）
处理UE和MME之间信息的传输，传输的内容可以是用户信息或控制信息（如业务的建立、释放或者移动性管理信息）。它与接入信息无关，只是通过接入层的信令交互，在UE和MME之间建立起了信令通路，从而便能进行非接入层信令流程了。 NAS层功能如下：
? 会话管理：包括会话建立、修改、释放及QoS协商 ? 用户管理：包括用户数据管理，以及附着、去附着 ? 安全管理：包括用户与网络之间的鉴权及加密初始化 ? 计费
1.2.2 RRC层（无线资源控制层）
RRC层是支持终端和eNodeB间多种功能的最为关键的信令协议。RRC的功能包括：
? 广播NAS层和AS层的系统消息 ? 寻呼功能（通过PCCH逻辑信道执行）
? RRC连接建立、保持和释放，包括UE与E-UTRAN之间临时标识的分配、信
令无线承载的配置 ? 安全功能，包括密钥管理
? 端到端无线承载的建立、修改与释放
? 移动性管理，包括UE测量报告，以及为了小区间和RAT间移动性进行的报
告控制、小区间切换、UE小区选择与重选、切换过程中的RRC上下文传输等
? MBMS业务通知，以及MBMS业务无线承载的建立、修改与释放 ? QoS管理功能
? UE测量上报及测量控制 ? NAS消息的传输 ? NAS消息的完整性保护
1.2.3 PDCP层（分组数据汇聚协议层）
负责执行头压缩以减少无线接口必须传送的比特流量。头压缩机制基于ROHC。在接收端，PDCP协议将负责执行解密及解压缩功能。对于一个终端每个无线承载有一个PDCP实体。一个PDCP实体是关联控制平面还是用户平面，主要取决于它为哪种无线承载携带数据。PDCP层在控制面对RRC和NAS层消息进行完整性校验，在用户面不进行完整性校验。 PDCP层功能
? IP包头压缩与解压缩 ? 数据与信令的加密 ? 信令的完整性保护。
1.2.4 RLC层（无线链路控制层）
负责分段与连接、重传处理，以及对高层数据的顺序传送。RLC层以无线承载的方式为PDCP层提供服务，其中，每个终端的每个无线承载配置一个RLC实体。主要目的是将数据交付给对端的RLC实体。所以RLC提出了三种模式：透明模式（Transparent Mode，TM）、非确认模式（Unacknowledged Mode，UM）和确认模式（Acknowledged Mode，AM）。
TM模式最简单，它对于上层数据不进行任何改变，这种模式典型地被用于BCCH或PCCH逻辑信道的传输，该方式不需对RLC层进行任何特殊的处理。RLC的透明模式实体从上层接收到数据，然后不做任何修改地传递至下面的MAC层，这里没有RLC头增加、数据分割及串联。
UM模式可以支持数据包丢失的检测，并提供分组数据包的排序和重组。UM模式能够用于任何专用或多播逻辑信道，具体使用依赖于应用及期望QoS的类型。数据包重排序是指对不按顺序接收到的数据进行排序。
AM模式是一种最复杂的模式。除了UM模式所支持的特征外，AM RLC实体能够在检测到丢包时要求它的对等实体重传分组数据包，即ARQ机制。因此，AM模式仅仅应用于DCCH或DTCH逻辑信道。
一般来讲，AM模式典型地用于TCP的业务，如文件传输，这类业务主要关心数据的无错传输；UM模式用于高层提供数据的顺序传送，但是不重传丢失的PDU，典型地用于如Voip业务，这类业务最主要关心传送时延；TM模式则仅仅用于特殊的目的，如随机接入。
1.2.5 MAC层（媒体接入层）
负责处理HARQ重传与上下行调度。MAC层将以逻辑信道的方式为RLC层提供服务。其主要目的是为RLC层业务与物理层之间提供一个有效的连接。从这个角度看，MAC层支持的主要功能包括：
? 逻辑信道与传输信道之间的映射；
? 传输格式的选择，例如通过选择传输块大小、调制方案等作为输入参数提供给
物理层；
? 一个UE或多个UE之间逻辑信道的优先级管理； ? 通过HARQ机制进行纠错； ? 填充（Padding）；
? RLC PDU的复用与解复用； ? 业务量的测量与上报。
MAC层提供给上层的业务主要包括：数据传送及无线资源分配。物理层提供给MAC层的业务包括：数据传送、HARQ反馈信令、调度请求信令以及测量。
在上行链路发送中，终端侧的MAC层只是复用自己的多个上行链路数据流，并且决定是发送上行链路调度请求还是发送上行链路数据。然而在下行链路共享信道，eNodeB必须考虑小区内发往所有用户的数据流（或逻辑信道）。这就涉及到优先级处理过程，优先权处理是MAC层的一个主要功能。优先权处理过程是指从不同的等待队列选出一个分组，将其传递到物理层，并通过无线接口发送的过程。因为要考虑到不同信息流的发送，包括纯用户数据、E-UTRAN信令和EPC信令，这个过程非常复杂。当已传数据没有正确接收时，是否重传也与优先权处理有关，所以优先权处理过程还是与HARQ密切相关的，HARQ是MAC的另一个主要功能。此外，网络侧的MAC层要负责上行链路优先权处理，因为它必须从共享UL-SCH传输信道的多个终端的所有上行链路调度请求消息中进行选择。
1.2.6 PHY层（物理层）
负责处理编译码、调制解调、多天线映射以及其它电信物理层功能。物理层以传输信道的方式为MAC层提供服务。 物理层将包含如下功能：
? 传输信道的错误检测并向高层提供指示。
? 传输信道的前向纠错编码（FEC）与译码。 ? 混合自动重传请求（HARQ）软合并。 ? 传输信道与物理信道之间的速率匹配及映射。 ? 物理信道的功率加权。 ? 物理信道的调制与解调。 ? 时间及频率同步。
? 射频特性测量并向高层提供指示。 ? MIMO天线处理。 ? 传输分集。 ? 波束赋形。 ? 射频处理。
以上为LTE网络架构中各层的主要功能和作用，其中MAC、RLC、PDCP三个子层组成数据链路层，称为L2。子层与子层之间使用服务接入点（Service Access Points， SAP）作为端到端通信的接口。PDCP层向上提供无线承载服务，并提供可靠头压缩（Robust Header Compression， ROHC）与安全保护功能；物理层与MAC层之间的SAP为传输信道，MAC层与RLC层之间的SAP为逻辑信道。物理信道，执行信息的收发；传输信道，区分信息的传输方式；逻辑信道，区分信息的类型。 MAC层主要负责提供逻辑信道到传输信道之间的映射，同时执行将几个逻辑信道（例如无线承载）复用到统一传输信道（例如传输块）。
LTE系统的上下行架构各子层实现功能是基本相同的，它们的主要区别在于下行反映网络侧情况，处理多个用户；上行反映终端侧的情况，只处理一个用户。
1.3 空闲态和连接态
EPS中有两种管理模型：移动性管理EMM和连接性管理ECM。EMM状态描述的是UE在网络中的注册状态，表明UE是否已经在网络中注册。注册状态的转变是由于移动性管理过程而产生的，比如附着过程和TAU过程。EMM分为已注册和为注册两种状态。而ECM描述的是UE和EPC间的信令连接性，也有两种状态：空闲态ECM-IDLE和连接态ECM-CONNECTED。空闲态和连接态是RRC子层中的两种状态，建立了RRC连接就是连接态，释放了RRC连接就是空闲态，如果是脱网、关机、DETACHED就是DEAD态（在RRC中描述为NULL）。
表1 空闲态和连接态的特征
空闲状态（RRC-IDLE）的特征 PLMN选择； 系统信息广播； 不连续接收寻呼； 小区重选移动性； UE和网络之间没有信令连接，在E-UTRAN中UE和网络之间没有S1-MME和S1-U连接。 并由MME发起寻呼。 网络对应UE位置所知的精度为TA级别。 应使用DRX等具有省电的功能 连接状态（RRC-CONNECTED）的特征 UE有一个RRC连接； UE在E-UTRAN中具有通信上下文； E-UTRAN知道UE当前属于哪个小区； 网络和终端之间可以发送和接收数据； 网络控制的移动性管理，包括切换或者网络辅助小可以测量邻小区； 了共享信道资源； eNodeB可以根据终端的活动情况配置不连续接收不为UE分配无线资源，并且没有建立上下文。 区更改（NACC）到GERAN小区； UE在由下行数据到达时，上述应终止在S-GW，终端可以监听控制信道以便确定网络是否为它配置当UE进入未注册的新TA时，应执行TA更新。 （DRX）周期，节约电池并提高无线资源的利用率
图3 状态的转换过程
1.4 网络标识
在EPS网络中，一共有6种不同的UE标识，包括IMSI、IMEI、S-TMSI、C-RNTI、GUTI和IP，各个标识的生命周期、有效周期、功能作用和分配方式各不相同，在LTE信令分析中要懂得区分和查找。
C-RNTI:小区无线网络临时标识，由基站分配给UE的一个动态标识，唯一标识了一个小区空口下的UE，只有处于连接态下的UE，C-RNTI才有效。（T-RNTI是临时的C-RNTI，连接态建立后T-RNTI会晋升为正式的C-RNTI）
RA-RNTI: 接入用-无线网络临时标识，收端UE知道自己之前 Preamble的发送位置，通过计算可以检测PDCCH上是否有自己对应的RA-RNTI；有，则说明接入被响应。RA-RNTI可由UE\\eNodeB根据公式计算而得（发生时刻、频域资源、前导格式等决定），无需通过信令来传送。对于FDD，RA-RNTI和preamble发送的子帧号一一对应，对于TDD同时要考虑频率资源。所以RA-RNTI对于FDD是10个，对于TDD最多60个。此标识在这里与其他标识对比，是接入用的标识。
IMEI:是由设备制造商给UE设备分配的一个永久标识，IMEI存储在SIM卡和HSS中，同时IMEI可防止不法手机的再使用等，目前中国未使用。
IMSI: 国际移动用户识别码，由SP（service provider）给UE分配的一个永久标识，开户就有。只要UE能够使用SP提供的服务就一直有效，IMSI存储在SIM和HSS中，是3GPP的PLMN中全球唯一标识。
S-TMSI: S-TMSI是临时UE识别号，由MME产生并维护，用于NAS交互中保护用户的IMSI，其中S代表SAE，与M-TMSI一致。而在小区级识别RRC连接时，C-RNTI提供唯一的UE识别号。
UE ID:UE标识，用于识别UE。这些标识用户身份的ID在建立RRC连接时发送到eNB
进行用户身份识别。UE ID可以是IMEI、IMSI、S-TMSI，另外UE ID不仅用于基站进行用户识别，在SAE侧同样需要使用UE ID进行用户识别。
GUTI: 在网络中唯一标识UE，可以减少IMSI、IMEI等用户私有参数暴露在网络传输中。GUTI由核心网分配的一个动态标识。只有在EPC注册同时附着MME的UE，GUTI才有效。存储在UE和MME中。在attach accept, TAU accept, RAU accept等消息中带给UE。第一次attach时UE携带IMSI，而之后MME会将IMSI和GUTI进行一个对应，以后就一直用GUTI，通过attachaccept带给UE。在同一个MME下,GUTI与M-TMSI一致。 IP地址：是有PGW分配的一个动态的标识。在上下文本存在时有效。
1.5 承载概念
在LTE系统中，一个UE到一个PGW之间，具有相同Qos待遇的业务流称为一个EPS承载。EPS承载中UE到eNB空口之间的一段称为无线承载RB；eNB到SGW之间的一段称为S1承载。无线承载与S1承载统称为E-RAB。
图4 承载的位置关系
无线承载根据承载的内容不同分为SRB（signaling radio bearer）和DRB（data radio
bearer）
SRB承载控制面（信令）数据，根据承载的信令不同分为以下三类SRB：
SRB0：承载RRC连接建立之前的RRC信令，通过CCCH逻辑信道传输，在RLC层采用TM模式。
SRB1承载RRC信令（可能会携带一些NAS信令）和SRB2之间之前的NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式。
SRB2承载NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式，SRB2优先级低于SRB1，安全模式完成后才能建立SRB2。
DRB承载用户面数据，根据Qos不同，UE与eNB之间可能最多建立8个DRB。 根据用户业务需求和Qos的不同可以分为GBR/ Non-GBR 承载，默认承载\\专用承载，对承载的概念可以理解为“隧道”、“专有通道”、“数据业务链路”。
GBR/ Non-GBR 承载：在承载建立或修改过程中通过例如eNode B接纳控制等功能永久分配专用网络资源给某个保证比特速率（Guaranteed Bit Rate，GBR）的承载，可以确保该承载的比特速率。否则不能保证承载的速率不变则是一个 Non-GBR 承载
默认承载（Default Bearer）：一种满足默认QOS的数据和信令的用户承载，提供“尽力而为”的IP连接。默认承载为Non-GBR 承载。默认承载为UE接入网络时首先建立的承载，该承载在整个PDN连接周期都会存在，为UE提供到PDN的“永远在线”的IP连接。
专用承载：对某些特定业务所使用的SAE承载。一般情况下专用承载的QOS比默认承载高，专用承载可以是GBR或Non-GBR 承载。
第二章 主要信令流程
2.1 开机附着流程
UE刚开机时，先进行物理下行同步，搜索测量进行小区选择，选择到一个合适或者可接纳的小区后，驻留并进行附着过程。附着流程图如下：
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. RA Response 3. RRCConnectionRequest4. RRCConnectionSetup5. RRCConnectionSetupComplete(包含Attach Request 、PDN connectivity request消息)6. Initial UE message（包含Attach Request、PDN connectivity request消息） 7. 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. UECapabilityEnquiry11. UECapabilityInformation12. UE Capability Info Indication13. SecurityModeCommand14. SecurityModeComplete15. RRCConnectionReconfiguration（包含Attach Accept、Activate default EPS bearer context request）16. RRCConnectionReconfigurationComplete17. Initial context setup response18. ULInformationTransfer（包含Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept）19. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept）First Uplink DataFirst Downlink Data20. 更新承载检测到User Inactivity21. UE CONTEXT RELEASE REQUEST(Cause)22. 更新承载23. UE CONTEXT RELEASE COMMAND 24. RRCConnectionRelease25. UE CONTEXT RELEASE COMPLETE图5 正常开机附着流程
开机附着流程说明：
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，见24.301。
2）消息7的说明：UE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eNB不会发送UECapabilityEnquiry消息给UE，即没有10~12过程；否则会发送，UE上报无线能力信息后，eNB再发UE Capability Info Indication，给核心网上报UE的无线能力信息。
为了减少空口开销，在IDLE下MME会保存UE Radio Capability信息，在INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息会带给eNB，除非UE在执行attach或者\TAU following GERAN/UTRAN Attach\or \radio capability update\过程（也就是这些过程MME不会带UE Radio Capability信息给eNB，并会把本地保存的UE Radio Capability信息删除，eNB会问UE要能力信息，并报给MME。注：\capability update\ECM-IDLE.）。在CONNECTED下，eNB会一直保存UE Radio Capability信息。UE的E_UTRAN无线能力信息如果发生改变，需要先detach，再attach。 4） 发起UE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）eNB收到msg3以后，DCM给USM配臵SRB1，配臵完后发送msg4给UE；eNB在发送RRCConnectionReconfiguration前，DCM先给USM配臵DRB/SRB2等信息，配臵完后发送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：eNB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，UE的IMSI与另外一个UE的IMSI重复，并且其他UE已经attach，则核心网会释放先前的UE。如果IMSI中的MNC与核心网配臵的不一致，则核心网会回复attach reject。 8）消息9的说明：该消息为MME向eNB发起的初始上下文建立请求，请求eNB建立承载资源，同时带安全上下文，可能带用户无线能力、切换限制列表等参数。UE的安全能力参数是通过attach request消息带给核心网的，核心网再通过该消息送给eNB。UE的网络能力（安全能力）信息改变的话，需要发起TAU。
2.2随机接入流程
随机接入是蜂窝系统应具有的最基本的功能，它使终端与网络建立通信连接成为可能，由于用户的随机性、无线环境的复杂性决定了这种接入的发起以及采用的资源也具有随机性，因此随机接入的成功率取决于随机接入流程是否能够顺利完成。 从随机接入发起的目的来看主要有： ? 请求初始接入
? 从空闲状态向连续状态转换 ? 支持eNB之间的切换过程 ? 取得/恢复上行同步 ? 向eNB请求UE ID
? 向eNB发出上行发送的资源请求
总体来说随机接入就是UE与eNB建立无线链路，获取/恢复上行同步 从随机接入流程发起的场景来看，主要有以下几种情况：
1、随机接入和状态转移3、切换后接入新小区随机接入场景2、无线链路失败的重建立4、上行失步时，下行数据到达5、上行失步时，上行数据到达
图6 随机接入场景
随机接入分为基于竞争的 (可应用于上述所有场景)、基于非竞争的(只应用于切换和下行数传场景)两种流程接入网络。其区别为针对两种流程选择随机接入前缀的方式不同。前
者为UE从基于冲突的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机前缀；后者是基站侧通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀。
基于竞争模式的随机接入： RRC_IDLE状态下的初始接入； 无线链路出错以后的初始接入；
RRC_CONNECTED状态下，当有上行数据传输时，例如在上行失步后“non-synchronised”， 或者没有PUCCH资源用于发送调度请求消息，也就是说在这个时候除了通过随机接入的方式外，没有其它途径告诉eNB，UE存在上行数据需要发送 基于非竞争模式的随机接入：
RRC_CONNECTED状态下，当下行有数据传输时，这时上行失步“non-synchronised”，因为数据的传输除了接收外，还需要确认，如果上行失步的话，eNB无法保证能够收到UE的确认信息，因为这时下行还是同步的，因此可以通过下行消息告诉UE发起随机接入需要使用的资源，比如前导序列以及发送时机等，因为这些资源都是双方已知的，因此不需要通过竞争的方式接入系统；
切换过程中的随机接入，在切换的过程中，目标eNB可以通过服务eNB来告诉UE它可以使用的资源；
UEeNB1Random Access PreambleRandom Access Response23Scheduled TransmissionContention Resolution4
图7 基于竞争的随机接入流程
基于竞争随机接入流程说明
1） MSG1：UE在RACH上发送随机接入前缀，携带preamble码；
2） MSG2：eNB侧接收到MSG1后，在DL-SCH上发送在MAC层产生随机接入响应（RAR），RAR
响应中携带了TA调整和上行授权指令以及T-CRNTI（临时CRNTI）；
3） MSG3（连接建立请求）：UE收到MSG2后，判断是否属于自己的RAR消息（利用preamble ID
核对），并发送MSG3消息，携带UE-ID。UE的RRC层产生RRC Connection Request 并映射到UL –SCH上的CCCH逻辑信道上发送；
4） MSG4(RRC连接建立)：RRC Contention Resolution 由eNB的RRC层产生，并在映射到DL
–SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送，UE正确接收MSG4完成竞争解决。
?
在随机接入过程中，MSG1和MSG2是低层消息，L3层看不到，所以在信令跟踪上，UE入网的第一条信令便是MSG3(RRC_CONN_REQ) ? ? ? ? ?
MSG2消息由eNB的MAC层产生，并由DL_SCH承载，一条MSG2消息可以同时对应多个UE的随机接入请求响应。 eNB使用PDCCH调度MSG2，并通过RA-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载MSG1的PRACH时频资源位置确定； MSG2包含上行传输定时提前量、为MSG3分配的上行资源、临时C-RNTI等； UE在接收MSG2后，在其分配的上行资源上传输MSG3 针对不同的场景，Msg3包含不同的内容:
? ? ? ?
初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数； 连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI； 切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI； 上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI；
初始接入和连接重建场景 MSG4携带成功解调的MSG3消息的拷贝，UEUE如果在PDCCH上接收到调度MSG4的命令，则竞争竞争判定 将其与自身在MSG3中发送的高层标识进行比成功 较，两者相同则判定为竞争成功 切换，上/下行数据到达场景 竞争解决 调度 MSG4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度 eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度MSG4 UE之前已分配C-RNTI，在MSG3中也将其传给eNB。MSG2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级C-RNTI 为UE的C-RNTI C-RNTI 竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续使用UE原
图8 基于非竞争的随机接入
基于非竞争随机接入流程说明
1） MSG0：eNB 通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀（non-contention Random Access Preamble ），这个前缀不在BCH上广播的集合中。 2） MSG1：UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。
3） MSG2：ENB的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送。对于非竞争随机接入过程，preamble码由ENB分配，到RAR正确接受后就结束。
? ?
UE根据eNB的指示，在指定的PRACH上使用指定的Preamble码发起随机接入 MSG0：随机接入指示消息
对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE；
对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通过PDCCH通知UE；
?
MSG1：发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指定的Preamble码发起随机接入
?
MSG2：随机接入响应
MSG2与竞争机制的格式与内容完全一样，可以响应多个UE发送的MSG1
2.3 UE发起的service request流程
UE在IDLE模式下，需要发送或接收业务数据时，发起service request过程（值得强调的是这流程之前是随机接入流程）。
当UE发起service request时，需先发起随机接入过程，Service Request由RRC Connection Setup Comlete携带上去，整个流程类似于主叫过程。
当下行数据达到时，网络侧先对UE进行寻呼，随后UE发起随机接入过程，并发起service request过程，在下行数据达到发起的service request类似于被叫接入。 service request流程就是完成Initial context setup，在S1接口上建立S1承载，在Uu接口上建立数据无线承载，打通UE到EPC之间的路由，为后面的数据传输做好准备。
UEeNBEPCIDLE下有数据或者信令要发送，发起service request过程1. RA Preamble 2. RA Response 3. RRCConnectionRequest4. RRCConnectionSetup5. RRCConnectionSetupComplete(包含Service Request消息)6. Initial UE message（包含Service Request消息） 7. Authentication8. S1-AP: Initial Context Setup Request9. UECapabilityEnquiry10. UECapabilityInformation11. UE Capability Info Indication12. SecurityModeCommand13. SecurityModeComplete14. RRCConnectionReconfiguration15. RRCConnectionReconfigurationComplete16. S1-AP: Initial Context Setup ResponseFirst Uplink Data更新承载First Downlink Data检测到User Inactivity17. UE Context Release Request (Cause)更新承载18. UE Context Release Command 19. RRC Connection Release20. UE Context Release Complete
图9 service request流程
Service Request流程说明：
1） 处在RRC_IDLE态的UE进行Service Request过程，发起随机接入过程，即MSG1消息； 2） eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；
3） UE收到随机接入响应后，根据MSG2的TA调整上行发送时机，向eNB发送
RRCConnectionRequest消息，即MSG3消息；
4） eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承载信息和无线资源配臵信息； 5） UE完成SRB1承载和无线资源配臵,向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS
层Service Request信息；
6） eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层Service Request消
息；
7） UE与EPC间执行鉴权流程，与GSM不同的是：4G鉴权是双向鉴权流程，提高网络安全能力。 8） MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，请求建立UE上下文信息； 9） eNB接收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，如果不包含UE能力信息，则eNB向
UE发送UECapabilityEnquiry消息，查询UE能力；
10） UE向eNB发送UECapabilityInformation消息，报告UE能力信息；
11） eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，更新MME的UE能力信息； 12） eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE发送
SecurityModeCommand消息，进行安全激活；
13） UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；
14） eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE发送
RRCConnectionReconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配臵，建立SRB2信令承载、DRB业务承载等；
15） UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示资源配臵完成； 16） eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成。
流程到此时完成了service request，随后进行数据的上传与下载。
17） 信令17~20是数据传输完毕后，对UE去激活过程，涉及UE context release流程。
2.4寻呼流程
寻呼是网络寻找UE时进行的信令流程，网络中被叫必须通过寻呼来响应，才能正常通信。为减少信令负荷，在LTE中寻呼触发条件有三种：UE被叫（MME发起）；系统消息改变时（eNB发起）；地震告警（Etws，不常见）。寻呼过程的实现依靠TA来进行（相当于2/3G的LAC），需要说明的是寻呼的范围在TAC区内进行，不是在TAC LIST的范围内进行寻呼，TA LIST只是减少了位置更新次数，从另一个方面降低信令负荷。
寻呼指示在PDCCH信道上通知UE响应自己的寻呼消息（PDCCH通知上携带P-RNT1，表示这是个寻呼指示），空口进行寻呼消息的传输时，eNB将具有相同寻呼时机的UE寻呼内容汇总在一条寻呼消息里，寻呼消息内容被映射到PCCH逻辑信道中，并根据UE的DRX周期在PDSCH上发送，UE并不是一次到位找到属于自己的寻呼消息，而是先找到寻呼时机，如果是自己的寻呼时机就在PDSCH信道上查询并响应属于自己的寻呼内容。 为了降低IDLE状态下的UE的电力消耗，UE使用非连续接收方式（DRX），接收寻呼消息。IDLE状态下的UE在特定的子帧里面根据P-RNTI监听读取PDCCH，这些特定的子帧称为寻呼时机（Paging Occasion），这些子帧所在的无线帧称为（Paging Frame），UE通过相关的公式来确定PF和PO的位置。计算出PF和PO的具体位置后，UE开始监听PDCCH，如果发现有P-RNT1，那么UE在响应的位置上（PDSCH信道）获取Paging消息,Paging message中携带具体的被寻呼的UE标识(IMSI或S-TMSI)。若在PCH上未找到自己的标识，UE再次进入DRX状态。
如果按寻呼方式不同，可以有STMSI寻呼和IMSI寻呼，一般情况下，优先使用STMSI寻呼，当网络发生错误需要恢复时（例如S-TMSI不可用），才发起IMSI寻呼。
寻呼发起原因不同也可分为被叫寻呼和小区系统消息改变时寻呼（地震寻呼不考虑），区别在于被叫寻呼由EPC发起，经ENB透传；而小区系统改变时寻呼由ENB发起。我们常
说的寻呼，主要还是指被叫寻呼。
图10 寻呼流程
被叫寻呼流程说明：
1）当EPC需要给UE发送数据时，则向eNB发送PAGING消息；
2）eNB根据MME发的寻呼消息中的TA列表信息，在属于该TA列表的小区发送Paging消息，UE在自己的寻呼时机接收到eNB发送的寻呼消息。
2.5切换流程
2.5.1 切换的含义及目的
当正在使用网络服务的用户从一个小区移动到另一个小区，或由于无线传输业务负荷 量调整、激活操作维护、设备故障等原因，为了保证通信的连续性和服务的质量，系统要将该用户与原小区的通信链路转移到新的小区上，这个过程就是切换。
本文中所描述的均为LTE系统内切换，系统间切换需要UE支持，并不做详细描述。在LTE系统中，切换可以分为站内切换、站间切换（或基于X2口切换、基于S1口切换），当X2接口数据配置完善且工作良好的情况下就会发生X2切换，否则基站间就会发生S1切换。一般来说X2切换的优先级高于S1切换。
2.5.2 切换发生的过程
切换判决准备—测量报告控制和测量报告上报
基站根据不同的需要利用移动性管理算法给UE下发不同种类的测量任务，在RRC重配消息中携带 MeasConfig 信元给UE下发测量配置；UE收到配置信息后，对测量对象实施测量，并用测量上报标准进行结果评估，当评估测量结果满足上报标准后向基站发送相应的测量报告，比如A2\\A3等事件。基站通过终端上报的测量报告判决是否执行切换。
当判决条件达到时，执行以下步骤：
? 切换准备：目标网络完成资源预留
? 切换执行：源基站通知UE执行切换；UE在目标基站上连接完成 ? 切换完成：源基站释放资源、链路，删除用户信息
值得注意的是LTE系统中，切换命令封装在消息RRC_CONN_RECFG信令消息中。
2.5.3 站内切换
当UE所在的源小区和要切换的目标小区同属一个eNB时，发生eNB内切换。eNB内切换是各种情形中最为简单的一种，因为切换过程中不涉及eNB与eNB之间的信息交互，也就是X2、S1接口上没有信令操作，只是在一个eNB内的两个小区之间进行资源配置，所以基站在内部进行判决，并且不需要向核心网申请更换数据传输路径。
图11 站内切换流程
站内切换流程说明：
其中步骤1、2、3、4为切换准备阶段，步骤5、6为切换执行阶段，步骤7为切换完成阶段。 1) eNodeB向UE下发测量控制，通过RRC Connection Reconfigration消息对UE的测量类型进行配臵；
2) UE按照eNodeB下发的测量控制在UE的RRC协议端进行测量配臵，并向eNodeB发送RRC Connection Reconfigration Complete消息表示测量配臵完成； 3) UE按照测量配臵向eNodeB上报测量报告；
4) eNodeB根据测量报告进行判决，判决该UE将发生eNodeB内切换，在新小区内进行资源准入，资源准入成功后为该UE申请新的空口资源；
5) 资源申请成功后eNodeB向UE发送RRC Connection Reconfigration消息，指示UE发起切换动作；
6) UE接入新小区后eNodeB发送RRC Connection Reconfigration Complete消息指示UE已经接入新小区；
7）eNodeB收到重配臵完成消息后，释放该UE在源小区占用的资源。
2.5.4 X2切换流程
当UE所在的源小区和要切换的目标小区不属于同一eNodeB时，发生eNodeB间切换，eNodeB间切换流程复杂，需要加入X2和S1接口的信令操作。X2切换的前提条件是目标基站和源基站配置了X2链路，且链路可用。
? 在接到测量报告后需要先通过X2接口向目标小区发送切换申请（目标小区是否存在接
入资源）；
? 得到目标小区反馈后（此时目标小区资源准备已完成）才会向终端发送切换命令，并向
目标侧发送带有数据包缓存、数据包缓存号等信息的SNStatus Transfer消息； ? 待UE在目标小区接入后，目标小区会向核心网发送路径更换请求，目的是通知核心网
将终端的业务转移到目标小区，更新用户面和控制面的节点关系；
? 在切换成功后，目标eNB通知源eNB释放无线资源。X2切换优先级大于S1切换，
保证了切换时延更短，用户感知更好。
图12 X2切换流程
X2切换流程说明
其中步骤1、2、3、4、5、6、7为切换准备阶段，步骤8、9为切换执行阶段，步骤10、11、12、13为切换完成阶段：
1) 源eNodeB向UE下发测量控制，通过RRC Connection Reconfigration消息对UE的测量类型进行配臵；
2) UE按照eNodeB下发的测量控制在UE的RRC协议端进行测量配臵，并向eNodeB发送RRC Connection Reconfigration Complete消息表示测量配臵完成； 3) UE按照测量配臵向eNodeB上报测量报告；
4) 源eNodeB根据测量报告进行判决，判决该UE发生eNodeB间切换，也有可能负荷分担的原因触发切换；
5) 源eNodeB向目标eNodeB发生HANDOVER REQUEST消息，指示目标eNodeB进行切换准备，切换请求消息包含源eNB分配的Old eNB UE X2AP ID，MME分配的MME UE S1AP ID，需要建立
的EPS承载列表以及每个EPS承载对应的核心网侧的数据传送的地址。目标ENB收到HANDOVER REQUEST后开始对要切换入的ERABs进行接纳处理。；
6) 目标小区进行资源准入，为UE的接入分配空口资源和业务的SAE承载资源；
7) 目标小区资源准入成功后，向源eNodeB 发送?切换请求确认?消息，指示切换准备工作完成，?切换请求确认?消息包含New eNB UE X2AP ID、Old eNB UE X2AP ID、新建EPS承载对应在D侧上下行数据传送的地址、目标侧分配的专用接入签名等参数；
8) 源eNodeB将分配的专用接入签名配臵给UE，向UE发送RRC Connection Reconfigration消息命令UE执行切换动作；
9) UE向目标eNodeB发送RRC Connection Reconfigration Complete消息指示UE已经接入新小区，表示UE已经切换到了目标侧。同时，切换期间的业务数据转发开始进行；
10) 目标eNodeB向MME发送PATH SWITCH REQUEST消息请求，请求MME更新业务数据通道的节点地址，通知MME切换业务数据的接续路径，从源eNB到目标eNB，消息中包含原侧侧的MME UE S1AP ID、目标侧侧分配的eNB UE S1AP 、EPS承载在目标侧将使用的下行地址；
11) MME成功更新数据通道节点地址，向目标eNodeB发送PATH SWITCHREQUEST ACKNOWLEDGE消息，表示可以在新的SAE bearers上进行业务通信；
12) UE已经接入新的小区，并且在新的小区能够进行业务通信，需要释放在源小区所占用的资源，目标eNodeB向源eNodeB发送UE CONTEXTRELEASE消息；
13) 源eNodeB释放该UE的上下文，包括空口资源和SAE bearers资源。
2.5.5 S1切换流程
S1切换流程与X2切换类似，只不过所有的站间交互信令及数据转发都需要通过S1口到核心网进行转发，时延比X2口略大。协议36.300中规定eNodeB间切换一般都要通过X2接口进行，但当如下条件中的任何一个成立时则会触发S1接口的eNodeB间切换： （1）源eNodeB和目标eNodeB之间不存在X2接口；
（2）源eNodeB尝试通过X2接口切换，但被目标eNodeB拒绝。
从LTE网络结构来看，可以把两个eNodeB与MME之间的S1接口连同MME实体看
做是一个逻辑X2接口。相比较于通过X2接口的流程，通过S1接口切换的流程在切换准备过程和切换完成过程有所不同。S1切换的前提条件：目标基站和源基站没有配置X2链路，或是配置的X2链路不可用。如果同时配置了X2和S1链路，优先走X2切换。下图中的流程没有跨MME和SGW，相对简单。即使涉及跨MME，主流程差异不大，主要在核心网的信令会更多一点而已。
图13 S1切换流程
S1切换流程说明
其中步骤1到9为切换准备过程，步骤10、11为切换执行过程，步骤12到16为切换完成过程。 1~4) 图中1~4步骤与X2切换相同，不做累述；
5) 源eNB通过S1接口的HANDOVER REQUIRED消息发起切换请求，消息中包含MME UE S1AP ID、源侧分配的eNB UE S1AP ID等信息。
6) MME向目标eNB发送HANDOVER REQUEST消息，消息中包括MME分配的MME UE S1AP ID、需要建立的EPS列表以及每个EPS承载对应的核心网侧数据传送的地址等参数。
7~8) 目标eNB分配后目标侧的资源后，进行切换入的承载接纳处理，如果资源满足，小区接入允许就给MME发送HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE消息，包含目标侧侧分配的eNB UE S1AP ID，接纳成功的EPS承载对应的eNodeB侧数据传送的地址等参数。
9) 源eNB收到HANDOVER COMMAND，获知接纳成功的承载信息以及切换期间业务数据转发的目标侧地址 。
10) 源eNB向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息，指示UE切换指定的小区.
11) 源eNB通过eNB Status Transfer消息，MME通过MME Status Transfer消息 ，将PDCP序号通过MME从源eNB传递到目标eNB。目标eNB收到UE发送的RRC Connection Reconfiguration Complete消息，表明切换成功。
12）目标eNodeB向MME发送PATH SWITCH REQUEST消息请求，请求MME更新业务数据通道的节点地址，通知MME切换业务数据的接续路径，从源eNB到目标eNB，消息中包含原侧侧的MME UE S1AP ID、目标侧侧分配的eNB UE S1AP 、EPS承载在目标侧将使用的下行地址；
13) MME成功更新数据通道节点地址，向目标eNodeB发送PATH SWITCH REQUEST ACKNOWLEDGE消息，表示可以在新的SAE bearers上进行业务通信；
14）目标侧eNB发送HANDOVER NOTIFY消息，通知MME目标侧UE已经成功接入。 15）源ENB收到?UE CONTEXT RELEASE COMMAND?消息后，开始进入释放资源的流程。
2.5.6 异系统切换简介
E-UTRAN的系统间切换可以采用GERAN与UTRAN系统间切换相同的原则。 E-UTRAN的系统间切换可以采用以下的原则。
(1) 系统间切换是源接入系统网络控制的。源接入系统决定启动切换准备并按目标系统要求的格式提供必要的信息。也就是说，源系统去适配目标系统。真正的切换执行过程由源系
统控制。
(2) 系统间切换是一种后向切换，也就是说，目标3GPP接入系统中的无线资源在UE收到从源系统切换到目标系统的切换命令前已经准备就绪。
(3) 为实现后向切换，当接入网（RAN）级接口不可用时，将使用核心网（CN）级控制接口。
异系统切换的情形发生在UE在LTE小区与非LTE小区之间的切换，切换过程中涉及到的信令流主要集中在核心网。以UE从UTRAN切换到E-UTRAN为例说明，UE所在的RNC向UTRAN的SGSN发送切换请求，SGSN需要与LTE的MME之间进行消息交互，为业务在E-UTRAN上创建承载，同时需要UE具备双模功能，使UE的空口切换到E-UTRAN上来，最后再由MME通知SGSN释放源UTRAN上的业务承载。
2.6 CSFB流程
在LTE系统里，CSFB技术是针对TD-LTE多模单待终端提供语音服务的临时解决方案，大意是数据业务和短信业务由LTE承载，电话业务回落到CS网络，回落过程数据业务中断，电话业务结束后返回LTE网络。
在中国移动CSFB流程中，由于GSM网覆盖率较好，网络相对成熟，因此回落到2G。其主要思想是终端驻留在LTE，呼叫建立前先重选回2/3G，由CS域网络提供语音服务， VoIP成熟后，该方案会被替换，主要是因为CSFB用户不可及时长太长（R9方案为6~7秒），本文介绍其流程为投诉人员处理CSFB问题时提供参考，可以不做重点学习。CSFB技术方案的实现需要UE终端支持多种网络制式（换句话说，终端要支持CSFB），通过联合附着/联合位置更新的方式响应网络。
2.6.1 CSFB主叫流程
图14 主叫CSFB流程
主叫CSFB流程说明
1） UE发起CS Fallback语音业务请求。UE语音拨打时，会发一条extended service request，消息里会携带CSFB信息。其中service-type信元指示业务类型为始发CSFB语音业务，同时携带该UE在联合附着过程中CS域给它分配的TMSI。之后会在基站的辅助下回落至2G。
2） MME发送Initial Context Setup Request消息给eNodeB，包含CS Fallback Indicator。该消息指示eNodeB，UE因CS Fallback业务需要回落到UTRAN/GERAN。
3） eNodeB要求UE开始系统的小区测量，并获得UE上报的测量报告，确定重定向的目标系统小区。然后向UE发送目标系统具体的无线配臵信息，并释放连接。LTE网络通过RIM流程（无线消息管理流程）提前获取2G目标小区广播信息，将2G网络的广播信息一并填充至RRC Release消息中下发，省去终端读取2G广播信息的时间（约省1.83秒）
4） UE接入目标系统小区，发起CS域的业务请求CM Service Request。如果CM业务请求消息中携带?CSMO?标志，则MSC Server记录本次呼叫是移动始端CSFB呼叫。
5） 如果目标系统小区归属的MSC Server与UE附着EPS网络时登记的MSC Server不同，则该MSC Server收到UE的业务请求时，由于没有该UE的信息，可以采取隐式位臵更新流程，接受用户请求。如果MSC Server不支持隐式位臵更新，且MSC Server没有用户数据，则拒绝该用户的业务请求。如果MSC Server拒绝用户的业务请求会导致UE发起一个CS域位臵更新流程。终端发起位臵更新请求，且位臵更新请求消息中的Additional update parameters信元中携带CSMO标识，同时该标识有效，则MSC Server会记录本次呼叫是CSFB呼叫。（CS fallback紧急呼叫流程中，CM_SERVICE_REQUEST消息前无需位臵更新。）
6）完成位臵更新后UE再次在 CS域建立语音呼叫流程。
7） 通话结束后，MSC Server向主叫回落到的BSC发送的拆线消息CLEAR_COMMAND消息中携带CSFB Indication信元，指示BSC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。 或者MSC Server向主叫回落到的RNC发送IU_RELEASE_COMMAND消息，携带End Of CSFB信元，指示RNC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。
8） MSC收到BSC的CLEAR_COMPLETE消息/RNC的IU_RELEASE_COMPLETE消息表示呼叫结束，A口拆链完成。接入侧在指示终端重选网络时只针对CSFB用户通话前携带LTE频点，实现CSFB终端快速返回LTE，快速回落过程也称为FastReturn（用户不可及时间可缩短为1-2秒。）。
2.6.2 CSFB被叫流程
MSC Server收到对UE的被叫语音请求，通过存在的SGs关联和MME信息，向该MME发起寻呼请求。MME通过eNodeB在空口寻呼该UE，并指示UE回落到目标
GERAN/UTRAN网络。UE接入到目标网络后，在电路域继续进行语音呼叫。
图15 被叫CSFB流程
被叫CSFB流程说明
1） GMSC Server向被叫用户归属HLR发送取路由信息请求。
2） HLR收到该SRI消息后，向被叫用户当前附着到的old MSC Server获取漫游号码。 3） old MSC Server为该次呼叫分配漫游号码MSRN1，并返回给HLR。 4） HLR将该漫游号码发送给GMSC。
5） GMSC收到该漫游号码后，进行号码分析，根据分析结果将呼叫路由到old MSC Server。 6） MSC Server收到IAM入局（例如中继ISUP入局）消息后，根据存在的SGs关联和MME信息，发送SGsAP-PAGING-REQUEST(携带IMSI，TMSI，Service indicator ，CLI，LAC)消息给MME。 7） MME发送Paging消息给eNodeB。eNodeB发起空口的Paging流程。
8） UE建立连接并发送Extended Service Request消息给MME（消息中携带?CSMT?移动终端标识）。
9） MME发送SGsAP-SERVICE-REQUEST消息给MSC Server。MSC Server收到此消息，不再向
MME重发寻呼请求消息。为避免呼叫接续过程中，主叫等待时间过长，MSC Server收到包含空闲态指示的SGs Service Request消息，先通知主叫，呼叫正在接续过程中。
10） MME发送Initial UE Context Setup消息给eNodeB，包含CS Fallback Indicator。该消息指示eNodeB，UE因CSFB业务需要回落到UTRAN/GERAN。
11） UE回落到CS域之后，UE检测到当前的位臵区信息和存储的位臵区不同，将发起位臵更新。MSC Server收到UE发送的LOCATION_UPDATE_REQUEST消息。这种情况下，UE不需要回Paging Response给MSC Server，UE直接发送SETUP消息建立呼叫。如果位臵更新消息中携带?CSMT?标志，则MSC Server记录本次呼叫是CSFB呼叫。
12） 伴随着空口、A/Iu-CS接口连接的建立，UE回Paging Response消息给MSC Server，该消息中携带CSMT标识，即使BSC/RNC没有向该UE发起过寻呼请求，也需要能处理UE的寻呼响应。如果寻呼响应消息中的位臵区信息和VLR中保存的不一致，则VLR在业务接入成功之后将SGs关联臵为非关联。
13） 建立CS呼叫。
14） 通话结束后，指示BSC/RNC拆除空口连接并指示UE回到LTE网络。
15） MSC收到BSC的CLEAR_COMPLETE消息/RNC的IU_RELEASE_COMPLETE消息表示呼叫结束。接入侧在指示终端重选网络时只针对CSFB用户携带LTE频点，实现CSFB终端快速返回E-UTRAN。FastReturn方案也需要网络的支持，如果网络不支持，则通过网络优先级的方式返回LTE（一般为最高优先级）。
2.6.3 紧急呼叫流程
带USIM卡的UE用户发起紧急呼叫时，MME指示eNodeB需要将UE回落到GERAN/UTRAN网络。与普通语音呼叫相比，紧急呼叫业务流程无需进行位置更新流程处理。不带USIM卡的UE用户发起紧急呼叫时，由于卡类型以及也未在具体网络附着，此时的紧急呼叫流程与普通RAN/UTRAN网络的呼叫流程一样。
图16 LTE网络紧急呼叫流程
LTE网络紧急呼叫流程说明
1） UE发起CS Fallback呼叫业务请求。Extended Service Request消息中的service-type信元指示业务类型为紧急呼叫业务。
2） MME指示eNodeB需要将UE回落到CS域。
3） CS域回落完成后，UE向2G/3G MSC发起CM Service Request消息。消息中携带紧急呼叫标识 4） MSC向UE返回CM Service Accept消息。
5） UE向2G/3G MSC发送Emergency Setup消息发起紧急呼叫。
2.7 TAU流程
为了确认移动台的位置，LTE网络覆盖区将被分为许多个跟踪区(Tracking Area) TA功能与3G的位置区(LA)和路由区(RA)类似，是LTE系统中位置更新和寻呼的基本单位。TA用TA码标识，一个TA可包含一个或多个小区，TAC在这些小区的SIB1中广播与LAC、RAC类似，网络运营时用TAI作为TA的唯一标识，TAI由MCC、MNC和TAC组成，共计6字节。TAI LIST长度为8~98字节，最多可包含16个TAI，UE附着成功时获取一组
TAI LIST(具体与UE关机前的状态有关)，移动过程中只要进入的TAI LIST中没有的TA就发生位置更新，把新的TA更新到TAI LIST中，如果表中已经存在16个TA,则替换掉最旧的那个；如果UE在移动过程中进入一个TAI list表单中的TA时，不发生位置更新。TA更新成功与否直接关系到寻呼成功率问题，在LTE网络中为了实现CSFB流程，附着和位置更新都是联合的。根据位置更新发生的时机，空闲态一般有设置激活和不设置激活的两种位置更新。设置激活就是位置更新后可立即进行数据传输。
2.7.1 空闲态不设置“ACTIVE”的TAU流程
这种状态就是UE不做业务，只是位置更新，比如周期性位置更新、移动性位置更新等；
UEeNBEPCUE finds the TAI of the curren service cell is not in the TAI list saved before.1. RA Preamble 2. RA Response 3. RRC Connection Request4. RRC Connection Setup5. RRCConnectionSetupComplete(TAU request)6. Initial UE message（TAU request） 7. Authentication/Security8. UE Context Update between MMEs9. DOWNLINK NAS TRANSPORT(TAU Accept)10. DLInformationTransfer（TAU Accept）11. ULInformationTransfer（TAU Complete）12. UPLINK NAS TRANSPORT（TAU Complete）13. UE CONTEXT RELEASE COMMAND 14. RRC Connection Release15. UE CONTEXT RELEASE COMPLETEEnter IDLEmode agin
图17 空闲态不设置“ACTIVE”的TAU流程
空闲态不设臵?ACTIVE?的TAU流程说明
1) 处在RRC_IDLE态的UE监听广播中的TAI不在保存的TAU List时，发起随机接入过程，即MSG1消息；
2) eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即MSG2消息；
3) UE收到随机接入响应后，根据MSG2的TA调整上行发送时机，向eNB发送RRCConnectionRequest消息；
4) eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承载信息和无线资源配臵信息； 5) UE完成SRB1承载和无线资源配臵，向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS层TAU request信息；
6) eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层TAU request消息； 7) MME向eNB发送Downlink NAS Transport消息，包含NAS层TAU Accept消息；
8) eNB接收到Downlink NAS Transport消息，向UE发送DL information transfer消息，包含NAS层TAU Accept消息；
9) 在TAU过程中，如果分配了GUTI，UE才会向eNB发送ULInformationTransfer，包含NAS层TAU Complete消息；
10) eNB向MME发送Uplink NAS Transport消息，包含NAS层TAU Complete消息；
11) TAU过程完成释放链路，MME向Enb发送UE CONTEXT RELEASE COMMAND消息指示eNB释放UE上下文；
12) eNB向UE发送RRC Connection Release消息，指示UE释放RRC链路；并向MME发送UE CONTEXT RELEASE COMPLETE消息进行响应。
2.7.2 空闲态设置“ACTIVE”的TAU流程
这种状态恰好为做业务前或承载发生改变时正好有位置更新命令；
UEeNBEPCUE finds the TAI of the curren service cell is not in the TAI list saved before.1. RA Preamble 2. RA Response 3. RRC Connection Request4. RRC Connection Setup5. RRCConnectionSetupComplete(TAU request)6. Initial UE message（TAU request） 7. Authentication/Security8. UE Context Update between MMEs9. DOWNLINK NAS TRANSPORT(TAU Accept)10. DLInformationTransfer（TAU Accept）11. ULInformationTransfer（TAU Complete）12. UPLINK NAS TRANSPORT（TAU Complete）First Uplink Data13. Bearers UpdateFirst Downlink DataEnter IDLEmode agin 图18 空闲态设置“ACTIVE”的TAU流程
空闲态设臵?ACTIVE?的TAU流程说明：
1~12）同IDLE下发起的不设臵\标识的正常TAU流程相同； 13） UE向EPC发送上行数据；
14） EPC进行下行承载数据发送地址更新。 15） EPC向UE发送下行数据。
2.7.3 连接态TAU流程
UEeNBEPCUE finds the current TAI of serving cell not in its TAI list saved 1. ULInformationTransfer(TAU request)2. UPLINK NAS TRANSPORT（TAU request）3. MME Update the UE context4. DOWNLINK NAS TRANSPORT(TAU Accept)5. DLInformationTransfer（TAU Accept）6. ULInformationTransfer（TAU Complete）7. UPLINK NAS TRANSPORT（TAU Complete） 图19 连接态TAU流程
连接态TAU流程说明：
1） 处在RRC_CONNECTED态的UE进行Detach过程，向eNB发送UL InformationTransfer消息，包含NAS层Tau request信息；
2） eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Tau request信息； 3） MME向基站发送下行直传DOWNLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Tau accept消息； 4） eNB向UE发送DLInformationTransfer消息，包含NAS层Tau accept消息； 5） UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层Tau complete信息；
6） eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Tau complete信息。
2.8专用承载流程
2.8.1 专用承载建立流程
专用承载可以是GBR承载也可以是Non-GBR承载，专用承载建立流程可以为专用承载分配资源。E-RAB承载必须在UE RRC CONNECTED态下执行；UE和EPC均可发起，eNB不可发起；UE发起时，EPC仅将其作为参考，有权接受或拒绝。当EPC接受时，可回复承载建立、修改流程。 专用承载建立过程：
? PDN-GW根据QoS策略制定该EPS承载的QoS参数
? S-GW向eNB发送承载建立请求，包含（IMSI, QoS, TFT, TEID, LBI等） ? MME向eNB发送E-RAB建立请求，包含E-RAB ID,QoS,S-GW TEID ? eNB接收建立请求消息后，建立数据无线承载
? eNB返回E-RAB建立响应消息，E-RAB建立列表信息中包含成功建立的承载信
息，E-RAB建立失败列表消息中包含没有成功建立的承载消息
UEeNBEPC1. ULInformationTransfer(Bearer resource allocation reques)2. UPLINK NAS TRANSPORT（包含Bearer resource allocation request）3. Bearer resource allocation request4. E-RAB SETUP REQUEST(Activate dedicated EPS bearer context request)5. RRCConnectionReconfiguration（Activate dedicated EPS bearer context request）6. RRCConnectionReconfigurationComplete7. E-RAB SETUP RESPONSE8. ULInformationTransfer（Activate dedicated EPS bearer context accept）9. UPLINK NAS TRANSPORT（Activate dedicated EPS bearer context accept）Uplink Data10. Bearer resource allocation responseDownlink Data图20 专用承载建立流程
专用承载建立流程说明：
1）连接状态下的UE通过UL informationTransfer 消息将Bearer resource allocation Request 消息传递给eNB。(也可以是发送Bearer resource modification request消息)
2）eNB通过UPLINK NAS TRANSPORT消息将Bearer resource allocation Request（或者是Bearer resource modification request）发送给EPC。 3） EPC通过进行承载资源申请处理。
4）EPC通过E-RAB SETUP REQUEST传递Activate dedicated EPS bearer context request消息
告知eNB。
5）eNB通过重配消息，将NAS消息Activate dedicated EPS bearer context request传递给UE。 6）UE建立专用承载成功，返回RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表明承载建立成功。 7）eNB发送E-RAB SETUP RESPONSE消息给EPC，表明无线承载建立成功。
8）UE在发送完成重配完成后，通过ULinformationTransfer 消息将Activate dedicated EPS bearer context accept消息告知eNB。
9）eNB发送UL NAS TRANSPORT消息Activate dedicated EPS bearer context accept告知EPC。 10）此时，上下行数据已经可以进行发送。 11）EPC通过进行承载资源申请响应。
2.8.2 专用承载修改流程
E-RAB修改过程由MME发起，用于修改已经建立承载的配置。E-RAB修改也必须在CONNECTED态下执行；UE和EPC均可发起，eNB不可发起；分为修改Qos和不修改Qos两种类型；UE发起时，EPC可回复承载建立、修改、释放流程。 专用承载修改过程：
? P-GW发起承载修改请求，S-GW将其发给MME；
? MME向eNB发送E-RAB修改请求消息，修改一个或多个承载，E-RAB修改列
表信息包含每个承载的QoS；
? eNB接收到E-RAB修改请求消息后，修改数据无线承载；
? eNB返回E-RAB修改响应消息， E-RAB修改列表信息中包含成功修改的承载
信息，E-RAB修改失败列表消息中包含没有成功修改的承载消息；
UEeNBEPC1. ULInformationTransfer(Bearer resource allocation reques)2. UPLINK NAS TRANSPORT（Bearer resource allocation request）3. Bearer resource allocation request4. E-RAB MODIFY REQUEST(Modify dedicated EPS bearer context request)5. RRCConnectionReconfiguration（Modify dedicated EPS bearer context request）6. RRCConnectionReconfigurationComplete7. E-RAB MODIFY RESPONSE8. ULInformationTransfer（Modify dedicated EPS bearer context accept）9. UPLINK NAS TRANSPORT（Modify dedicated EPS bearer context accept）Uplink Data10. Bearer resource allocation responseDownlink Data图21 专用承载修改流程
专用承载修改流程说明：
1) 连接状态下的UE通过ULinformationTransfer 消息将Bearer resource allocation Request 消息传递给eNB。(也可以是发送Bearer resource modification request消息)
2) eNB通过UPLINK NAS TRANSPORT消息将Bearer resource allocation Request（或者是Bearer resource modification request）发送给EPC。 3) EPC通过进行承载资源申请处理。
4) EPC通过E-RAB MODIFY RESPONSE传递Modify dedicated EPS bearer context request消息告知eNB。
5) eNB通过重配消息，将NAS消息Modify dedicated EPS bearer context request传递给UE。 6) UE建立专用承载成功，返回RRC Connection Reconfiguration Complete消息，表明承载修改成功。 7) eNB发送E-RAB MODIFY RESPONSE消息给EPC，表明无线承载修改成功。
8) UE在发送完成重配完成后，通过UL information Transfer 消息将Modify dedicated EPS bearer context accept消息告知eNB。
9) eNB发送UL NAS TRANSPORT消息Modify dedicated EPS bearer context accept告知EPC。 10) 此时，上下行数据已经可以进行发送。 11) EPC通过进行承载资源申请响应。
2.8.3 专用承载释放流程
UE或MME均可发起对PDN连接释放的请求，此时可以删除该PDN下的专用承载（不包括默认承载）。PDN GW和MME均可发起对E-RAB的释放流程；对于PDN GW发起的承载释放，可释放专用承载或该PDN地址下的所有承载；对于MME发起的承载释放，可释放某一专用承载，但不能释放该PDN下的默认承载。
无论P-GW或MME发起的释放过程，由MME向eNB发送E-RAB释放命令消息，释放一个或多个承载的S1和Uu接口资源；eNB接收到E-RAB释放命令消息后，释放每一个承载的S1接口资源,Uu接口上的资源和数据无线承载。