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L T E信令流程详解集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#LTE信令流程目录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。
信令流数据流图1 子层、协议栈与流图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：1.2.1NAS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。
LTE信令流程目录第一章协议层与概念 (5)1.1控制面与用户面 (5)1.2接口与协议 (5)1.2.1NAS协议（非接入层协议） (7)1.2.2RRC层（无线资源控制层） (7)1.2.3PDCP层（分组数据汇聚协议层） (8)1.2.4RLC层（无线链路控制层） (8)1.2.5MAC层（媒体接入层） (9)1.2.6PHY层（物理层） (10)1.3空闲态和连接态 (12)1.4网络标识 (13)1.5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。
5G初始接⼊信令流程介绍（SA与NSA）⼀、⼩区搜索⼩区搜索是UE实现与gNodeB下⾏时频同步并获取服务⼩区ID的过程，⼩区搜索分以下⼏个步骤：第⼀步：UE解调主同步信号（PSS，和LTE⼀样是3个），实现符号同步，并获取⼩区组内ID；第⼆步：UE解调次同步信号(SSS, 5G的SSS有336个 )，获取⼩区组ID，结合⼩区组内ID，最终获得⼩区的PCI(5G的PCI有1008个）第三步：解调PBCH的MIB消息，获取波束ID，以及半帧指⽰信息，完成下⾏帧同步NSA组⽹下，RMSI中的内容通过RRC信令（由LTE发送）在UE开始接⼊NR前发送给UE直接读取SSB的中⼼频点⼆、上⾏同步触发RA的事件有如下⼏类：Case 1：初始RRC连接建⽴（竞争）Case 2：RRC连接重建（竞争）Case 3：切换（竞争or⾮竞争）Case 4：失步状态下⾏数据到达（竞争or⾮竞争）Case 5：失步状态上⾏数据到达（竞争）Case 6：NSA接⼊。
UE在LTE⼩区接⼊后，添加NR⼩区时，在NR发起RA（⾮竞争）Case 7：基于RA请求SI （系统消息）。
UE需要请求特定SI时会发起RA（⾮竞争）Case 8：UE从RRC_INACTIVE到RRC_CONNECTED状态（竞争or⾮竞争）Case 9：波束恢复。
当UE PHY层检测到波束失步时，会通知UE MAC发起RA（⾮竞争）NR中的随机接⼊流程与LTE的基本相同，UE侦听系统消息获取本⼩区PRACH信道配置并向gNB发送Preamble，gNB下发RAR，冲突的UE都可能会受到，并在ULGrant指⽰的时机向gNB 发送Msg3，并携带UE标⽰。
gNB下发MSG4，包含竞争解决MCE，指⽰竞争成功的UE标⽰三、SA初始接⼊信令流程SA初始接⼊信令流程包括RRC连接流程、上下⽂建⽴流程、PDU会话流程。
RRC连接流程包括UE和gNodeB之间的RRC连接建⽴、重配、释放、重建过程，以及上⾏失步管理、UE不活动性管理。
1.1.1 UE发起呼叫流程在UE发起呼叫建立时，如果之前UE没有建立RRC连接则先建立RRC连接，再通过初始直传建立传输NAS消息的信令连接，最后建立RAB。
以下为UE处于Idle状态下发起CS呼叫的流程。
图3.49主要过程介绍如下：建立RRC连接：（1）UE在取得下行同步后，向Node B发送SYNC_UL，接收到Node B回应的FPACH信息后，在RACH信道上向RNC发送RRC ConnectionRequest消息，发起RRC连接建立过程。
主要参数：Initial UE Identity, Establishment cause, Initial UE Capability.（2）RNC准备建立RRC连接，分配建立RRC连接所需要的资源，并发送一条Radio Link Setup Request消息给Node B。
主要参数：Cell id, Transport Format Set, Transport FormatCombination Set, frequency, Time Slots, 信道码, Power controlinformation.（3）Node B配置物理信道，在新的物理信道上准备接收UE消息，并给RNC发送一条Radio Link Setup Response响应消息。
主要参数：Signalling link termination, Transport layer addressing information (AAL2 address, AAL2 Binding Identity) for the Iub DataTransport Bearer.（4）RNC通过ALCAP协议，建立Iub数据传输承载。
Iub数据传输承载通过AAL2的绑定标识与DCH绑定在一起。
建立Iub数据传输承载需要Node B确认。
（5）（6）通过Downlink Synchronisation和Uplink Synchronisation.控制帧，Node B 与RNC 为Iub数据传输承载建立同步，此后Node B开始DL发送。
1、主叫信令流程移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始,到主叫用户TCH指配完成为止.一般来说,主叫经过几个大的阶段：接入阶段,鉴权加密阶段,TCH指配阶段,取被叫用户路由信息阶段.接入阶段主要包括：信道请求,信道激活,信道激活响应,立即指配业务请求等几个步骤.经过这个阶段,手机和BTS BSC 建立了暂时固定的关系.鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求,鉴权响应,加密模式命令,加密模式完成,呼叫建立等几个步骤.经过这个阶段,主叫用户的身份已经得到了确认,网络认为主叫用户是一个合法用户允许继续处理该呼叫.TCH指配阶段主要包括：指配命令,指配完成.经过这个阶段,主叫用户的话音信道已经确定,如果在后面被叫接续的过程中不能接通,主叫用户可以通过话音信道听到MSC的语音提示.取被叫用户路由信息阶段主要包括：向HLR请求路由信息,HLR向VLR请求漫游号码,VLR回送被叫用户的漫游号码,HLR向MSC回送被叫用户的路由信息MSRN. MSC收到路由信息后,对被叫用户的路由信息进行分析,可以得到被叫用户的局向.然后进行话路接续.主叫接入阶段、鉴权阶段主要信令：当用户输入被叫号码完毕按下发射按纽后,手机以下以MS代替将进行一系列动作,首先MS将在随机接入信道RACH 向BSS发送信道请求消息,以便申请一个专用信道SDCCH ,BSC为其分配相应的信道成功后,在接入允许信道AGCH中通过立即分配消息通知MS为其分配的专用信道,随后MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息---CM业务请求消息,在该消息中CM业务类型为移动发起呼叫,该消息被BSS透明的传送至MSC,MSC收到CM业务请求消息后,通过处理接入请求消息通知VLR处理此次MS的接入业务请求,同时,由于在BSC和MSC之间用到了SCCP有连接服务,为建立SCCP连接,MSC还将向BSC回连接确认消息,收到业务接入请求后,VLR将首先查看在数据库中该MS是否有鉴权三参组,如果有将直接向MSC下发鉴权命令,否则向相应的HLR/AUC请求鉴权参数,从HLR/AUC得到三参组,然后再向MSC下发鉴权命令.MSC收到VLR发送的鉴权命令后,通过BSS向MS下发鉴权请求,在该命令中含有鉴权参数,MS收到鉴权请求后,利用SIM卡中的IMSI和鉴权算法,得出鉴权结果,通过鉴权响应消息送达MSC, MSC将鉴权结果回送VLR, 由VLR 核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果,如果二者不一致拒绝此次接入请求,此次呼叫失败,如果二者一致,则鉴权通过,鉴权通过后,VLR将首先向MSC下发加密命令,然后通知MSC,该MS此次接入请求已获通过,MSC通过BSS通知MS业务请求获得通过,然后MSC向MS下发加密命令,该命令内含加密模式,MS收到此命令并完成加密后回送加密完成消息,到此MS完成了整个接入阶段的工作.TCH指配阶段、取被叫漫游号码阶段主要信令经过接入阶段和鉴权加密过程后,主叫用户的合法身份已经得到确认,已经接入了网络,为继续进行呼叫,需要更为详细的信息,按照规范,此时MS将发送一个set up消息,在此消息中携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息,MSC收到此消息后,首先通过消息向VLR查询该用户的相关业务信息,VLR根据此次业务类别和开户时MS已经申请的业务信息,决定此次呼叫是否可以继续,如果可以继续,通过完成呼叫消息向MSC回送该用户数据,MSC收到该信息后,通过呼叫继续消息经BSS通知MS呼叫在继续处理之中,然后,根据A接口电路情况,向BSC发送指配请求消息,在该消息中选定某条A接口电路,BSC收到该指令后向BTS、 MS指定无线资源,MS收到该指令后,占用成功回送分配完成消息,到此TCH指配阶段完成,本局的无线资源和A接口电路均已成功分配.MSC收到MS上报的指配完成消息后,进行被叫分析,根据被叫号码寻址到HLR,发送路由信息请求消息,HLR收到该消息后,根据被叫IMSI查询得到被叫所在的VLR,向被叫所在的VLR请求漫游号码,被叫所在的VLR在受到请求漫游号码消息后,为对应的MS分配MSRN ,然后在请求漫游号码响应消息中回送给HLR, HLR得到该MSRN后,向主叫所在MSC发送路由信息响应消息,MSC从该消息中得到被叫的MSRN, 根据MSRN进行局间中继选路,并向被叫所在的MSC发送IAI消息.至此主叫信令流程基本结束.2、被叫信令流程对移动用户来说,被叫的过程从MSC向BSC发起对被叫用户的寻呼开始,到主叫和被叫通话为止.一般来说,被叫流程经过几个大的阶段：接入阶段、鉴权加密阶段、TCH指配阶段、通话阶段.接入阶段主要包括：手机收到BTS的寻呼命令后,信道请求,信道激活,信道激活响应,立即指配,寻呼响应.经过这个阶段,手机和BTS、BSC 建立了暂时固定的关系.鉴权加密阶段主要包括：鉴权请求,鉴权响应,加密模式命令,加密模式完成,呼叫建立.经过这个阶段,被叫用户的身份已经得到了确认,网络认为被叫用户是一个合法用户.TCH指配阶段主要包括：指配命令,指配完成.经过这个阶段,被叫用户的话音信道已经确定,被叫振铃,主叫听回铃音.如果这时被叫用户摘机,主被叫用户进入通话状态.当一个端局MSC收到它局发送的IAI消息后,为了确定被叫用户是否能够接受此次呼叫,MSC会首先通过消息向相应的VLR查询有关该被叫用户的用户信息,如果VLR通过查询用户信息,发现该用户可以接受此次呼叫未关机且允许接受呼叫,会向MSC发送寻呼命令消息,在该消息中,在该消息中含有用户的位置信息LAI,MSC收到此信息后,查询数据,得到控制此位置区的BSC的信令点编码,向相应的BSC下发寻呼命令,BSC通知所控制的BTS在寻呼信道PCH 下发寻呼消息.手机一直在侦听该信道,当收到寻呼自身的消息后,在随机接入信道RACH 上报寻呼响应消息由于在A接口用到了SCCP的有连接服务所以寻呼响应同时被视为SCCP的连接建立请求消息MSC的SCCP 层对应的应该回一个连接证实消息,同时MSC向VLR发送处理接入请求消息,VLR首先启动鉴权流程,查看该用户的鉴权参数组,如果VLR中没有该用户的鉴权三参组,VLR会发起向HLR取鉴权参数的过程详细过程可以参见主叫用户的接入过程中的鉴权过程,否则VLR会直接向MSC发送启动鉴权消息,在启动鉴权消息中含有该用户的一个鉴权三参组RAND 、KC、 SERS,MSC收到该消息后,MSC收到该消息后,会继续通知对应的BSC、BTS下发鉴权命令,MS收到鉴权请求后,根据SIM卡中的KI, 计算出对应的SERS,之后,将SERS在鉴权响应消息中上报MSC,MSC回送至VLR VLR收到鉴权响应消息后,核对上报的SERS和从HLR得到的三参组中的SERS是否一致,如果一致,向MSC发送接入请求接受消息,通知MSC该用户的此次接入请求被接受.并通过完成呼叫消息向MSC回送被叫的用户信息；如果不一致,此次呼叫将被拒绝.被叫TCH指配阶段通话阶段主要信令流程：MSC收到完成呼叫消息后,向BSS侧发送SETUP消息,提示将建立呼叫,MS收到该消息后,回送呼叫证实消息,之后,MSC选择相应的A接口电路,向对应的BSC发送指配请求消息,BSC根据资源情况分配相应的无线资源,并通知MS,MS占用成功后回送指配完成消息,同时被叫MS开始震铃,向其所在MSC 回震铃消息,该MSC向主叫所在MSC回地址全消息,主叫所在MSC向MS发送被叫震铃消息,此时主机用户可以听到回铃音；被叫用户如果决定接受此次呼叫,按应答按纽,此动作被手机翻译成为CONNECT消息,向MSC发送,MSC收到该消息后,向主叫MSC发送应答消息ANC,主叫MSC收到此消息后,向主叫MS发送连接建立请求消息,主叫MS相应的向主叫所在MSC回连接证实消息,此消息经被叫MSC传送至被叫MS,于是,本此呼叫开始通话双方进行通话.3、切换信令流程1小区内切换2小区间切换3外部切换。
1 基本呼叫过程 (2)1.1 移动用户呼叫移动用户主叫侧完整过程（主叫释放） (2)1.2 移动用户呼叫移动用户被叫侧完整过程（被叫释放） (10)1.3 固定用户呼叫移动用户完整过程 (17)1.4 移动用户呼叫固定用户完整过程 (22)1.5 呼叫重建过程 (26)2 位置更新过程 (27)2.1 第一次位置更新（TMSI再分配） (27)2.2 VLR内部的位置更新 (29)2.3 改变VLR时的位置更新 (34)3 IMSI附着过程 (40)3.1 IMSI分离过程 (40)4 切换 (44)4.1 小区内切换 (44)4.2 BSC内的小区间切换 (46)4.3 MSC内的BSC间切换 (48)4.4 MSC间切换 (50)4.5 强迫切换 (54)5 短消息传送过程 (56)5.1 空闲模式下MS发起的短消息传送 (56)5.2 空闲模式下MS终止的短消息传送 (60)5.3 专用模式下MS发起的短消息传送 (65)5.4 专用模式下MS终止的短消息传送 (67)6 高级语音呼叫过程 (69)6.1 组呼的信令过程 (69)6.1.1 发起组呼的信令流程 (69)6.1.1.1 移动用户发起组呼的信令流程 (69)6.1.1.2 固定用户发起组呼的信令流程 (72)6.1.2 移动用户在主控MSC上申请上行链路的信令流程 (74)6.1.3 组呼挂断的信令流程 (76)6.1.3.1 主控MSC下的移动用户挂断组呼的信令流程1 (76)6.1.3.2 中继MSC下的用户挂断组呼的信令流程 (77)6.1.3.3 固定用户挂断组呼的信令流程 (78)6.2 语音广播呼叫过程 (79)6.2.1 语音广播呼叫建立信令流程 (79)6.2.2 语音广播挂断信令流程 (82)1 基本呼叫过程1.1 移动用户呼叫移动用户主叫侧完整过程（主叫释放）1移动用户呼叫移动用户主叫侧完整过程（主叫释放）流程1.Channel request ：该消息在RACH上以随机模式被传送，主要应用过程有IMSI附着、短消息、补充业务管理。
