LTE學習之路（5）——物理層

幀結構

LTE支持的兩種無線幀

類型1：應用於FDD

類型2：應用於TDD

FDD類型無線幀結構

 

FDD類型無線幀長爲10ms，如上圖所示。每幀分爲10個相同大小的子幀，每個子幀又分爲兩個相同大小的時隙，即每個FDD無線幀幀含有20個相同大小的時隙，每個時隙爲0.5ms。普通CP配置下，一個時隙包含7個連續的OFDM符號（Symbol）。

TDD類型無線幀結構

 

在TDD幀結構中，一個長度爲10ms的無線幀由2個長度爲5ms的半幀構成，每個半幀由5個長度爲1ms的子幀構成，其中包括4個普通子幀和1個特殊子幀。普通子幀由兩個0.5ms的時隙組成，而特殊子幀由3個特殊時隙（DwPTS、GP和UpPTS）組成。

【注意】

• 子幀0和子幀5只能用於下行傳輸
• 5ms切換週期配置時子幀1和子幀6用作特殊子幀
• 10ms切換週期配置時子幀1用作特殊子幀
• UpPTS之後的第一個常規子幀只能用於上行傳輸

作爲TDD系統的一個特點，時間資源在上下行方向上進行分配，TDD幀結構支持7種不同的上下行時間比例分配（配置0~6），可以根據系統業務量的特性進行配置，支持非對稱業務。這7種配置中包括4種5ms週期和3種10ms週期。

 

 “D”代表此子幀用於下行傳輸，“U”代表此子幀用於上行傳輸，“S”是由DwPTS、GP 和UpPTS組成的特殊子幀。  

　　特殊子幀中DwPTS和UpPTS的長度是可配置的，滿足DwPTS、GP和UpPTS總長度爲1ms。

　　對於5ms的上下行切換週期，子幀0、5、DwPTS一定走下行。對於10ms上下行切換週期，每個半幀都有DwPTS，只在第1個半幀內有GP和UpPTS，第2個半幀的DwPTS長度爲1ms。UpPTS和子幀2用作上行，子幀7和9用作下行。

物理資源

 基本時間單位

 

注：基本時間單位的來源，請參考問題集錦（1）中的問題1的相關解釋

 天線端口

• LTE使用天線端口來區分空間上的資源。天線端口的定義是從接收機的角度來定義的，即如果接收機需要區分資源在空間上的差別，就需要定義多個天線端口。天線端口與實際的物理天線端口沒有一一對應的關係。
• 由於目前LTE上行僅支持單射頻鏈路的傳輸，不需要區分空間上的資源，所以上行還沒有引入天線端口的概念。
• 目前LTE下行定義了三類天線端口，分別對應於天線端口序號0~5。

             小區專用參考信號傳輸天線端口：天線端口0~3

             MBSFN參考信號傳輸天線端口：天線端口4

             終端專用參考信號傳輸天線端口：天線端口5

 資源單元 (RE，Resource Element)

     對於每一個天線端口，一個OFDM或者SC-FDMA符號上的一個子載波對應的一個單元叫做資源單元；

 資源粒子組 (REG，Resource Element Group)

     REG=4RE

 資源塊 (RB，Resource Block)

     一個時隙中，頻域上連續的寬度爲180kHz的物理資源稱爲一個資源塊；

     LTE系統最常見的調度單位，上下行業務信道都以RB爲單位進行調度。RB = 84RE

 資源柵格 (Resource Grid)

     一個時隙中傳輸的信號所佔用的所有資源單元構成一個資源柵格，它包含整數個PRB，也可以用包含的子載波個數和OFDM或者SC-FDMA符號個數來表示。

 信道

空中接口（Uu口）

空中接口是指終端與接入網之間的接口，簡稱Uu口，通常也稱爲無線接口。在LTE中，空中接口是終端UE和eNodeB之間的接口。

空中接口協議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業務的。空中接口是一個完全開放的接口，只要遵守接口規範，不同製造商生產的設備就能夠互相通信。

空中接口協議棧主要分爲三層兩面，三層是指物理層、數據鏈路層、網絡層，兩面是指控制平面和用戶平面。從用戶平面看，主要包括物理層、MAC層、RLC層、PDCP層；從控制平面看，除了以上幾層外，還包括RRC層，NAS層。RRC協議實體位於UE和ENB網絡實體內，主要負責對接入層的控制和管理。NAS控制協議位於UE和移動管理實體MME內，主要負責對非接入層的控制和管理。空中接口協議棧具體結構如下圖所示。

                

               空中接口用戶面協議棧結構                                                                        空中接口控制面協議棧結構

信道定義及其功能

信道可以認爲是不同協議層之間的業務接入點（SAP），是下一層向它的上層提供的服務。

LTE沿用了UMTS裏面的三種信道：邏輯信道、傳輸信道與物理信道。

從協議棧的角度來看，物理信道是物理層的，傳輸信道是物理層和MAC層之間的，邏輯信道是MAC層和RLC層之間的。

• 邏輯信道：傳輸什麼內容，比如廣播信道（BCCH），即用來傳廣播消息的；
• 傳輸信道：怎樣傳，比如說下行共享信道DL-SCH，也就是業務甚至一些控制消息都是通過共享空中資源來傳輸的，它會指定MCS，空間複用等等方式，也就說是告訴物理層如何去傳這些信息；
• 物理信道：信號在空中傳輸的承載，比如PBCH，也就是在實際的物理位置上採用特地的調製編碼方式來傳輸廣播消息了。

物理信道

LTE定義的下行物理信道主要有如下6種類型：

（1） 物理下行共享信道（PDSCH）：用於承載下行用戶信息和高層信令。

（2） 物理廣播信道（PBCH）：用於承載主系統信息塊信息，傳輸用於初始接入的參數。

（3） 物理多播信道（PMCH）：用於承載多媒體/多播信息。

（4） 物理控制格式指示信道（PCFICH）：用於承載該子幀上控制區域大小的信息。

（5） 物理下行控制信道（PDCCH）：用於承載下行控制的信息，如上行調度指令、下行數據傳輸是指、公共控制信息等。

（6） 物理HARO指示信道（PHICH）：用於承載對於終端上行數據的ACK/NACK反饋信息，和HARO機制有關。

LTE定義的上行物理信道主要有如下3種類型：

（1） 物理上行共享信道（PUSCH）：用於承載上行用戶信息和高層信令。

（2） 物理上行控制信道（PUCCH）：用於承載上行控制信息。

（3） 物理隨機接入信道（PRACH）：用於承載隨機接入前道序列的發送，基站通過對序列的檢測以及後續的信令交流，建立起上行同步。

傳輸信道

物理層通過傳輸信道向MAC子層或更高層提供數據傳輸服務，傳輸信道特性由傳輸格式定義。傳輸信道描述了數據在無線接口上是如何進行傳輸的，以及所傳輸的數據特徵。如數據如何被保護以防止傳輸錯誤，信道編碼類型，CRC保護或者交織，數據包的大小等。

LTE定義的下行傳輸信道主要有如下4種類型：

（1） 廣播信道（BCH）：用於廣播系統信息和小區的特定信息。使用固定的預定義格式，能夠在整個小區覆蓋區域內廣播。

（2） 下行共享信道（DL-SCH）：用於傳輸下行用戶控制信息或業務數據。能夠使用HARQ；能夠通過各種調製模式，編碼，發送功率來實現鏈路適應；能夠在整個小區內發送；能夠使用波束賦形；支持動態或半持續資源分配；支持終端非連續接收以達到節電目的；支持MBMS業務傳輸。

（3） 尋呼信道（PCH）：當網絡不知道UE所處小區位置時，用於發送給UE的控制信息。能夠支持終端非連續接收以達到節電目的；能在整個小區覆蓋區域發送；映射到用於業務或其他動態控制信道使用的物理資源上。

（4） 多播信道（MCH）：用於MBMS用戶控制信息的傳輸。能夠在整個小區覆蓋區域發送；對於單頻點網絡支持多小區的MBMS傳輸的合併；使用半持續資源分配。

LTE定義的上行傳輸信道主要有如下2種類型：

 （1） 上行共享信道（UL-SCH）：用於傳輸下行用戶控制信息或業務數據。能夠使用波束賦形；有通過調整發射功率、編碼和潛在的調製模式適應鏈路條件變化的能力；能夠使用HARQ；動態或半持續資源分配。

 （2） 隨機接入信道（RACH）：能夠承載有限的控制信息，例如在早期連接建立的時候或者RRC狀態改變的時候。

邏輯信道

邏輯信道定義了傳輸的內容。MAC子層使用邏輯信道與高層進行通信。

邏輯信道通常分爲兩類：即用來傳輸控制平面信息的控制信道和用來傳輸用戶平面信息的業務信道。而根據傳輸信息的類型又可劃分爲多種邏輯信道類型，並根據不同的數據類型，提供不同的傳輸服務。

LTE定義的控制信道主要有如下5種類型：

（1） 廣播控制信道（BCCH）：該信道屬於下行信道，用於傳輸廣播系統控制信息。

（2） 尋呼控制信道（PCCH）：該信道屬於下行信道，用於傳輸尋呼信息和改變通知消息的系統信息。當網絡側沒有用戶終端所在小區信息的時候，使用該信道尋呼終端。

（3） 公共控制信道（CCCH）：該信道包括上行和下行，當終端和網絡間沒有RRC連接時，終端級別控制信息的傳輸使用該信道。

（4） 多播控制信道（MCCH）：該信道爲點到多點的下行信道，用於UE接收MBMS業務。

（5） 專用控制信道（DCCH）：該信道爲點到點的雙向信道，用於傳輸終端側和網絡側存在RRC連接時的專用控制信息。

LTE定義的業務信道主要有如下2種類型：

（1） 專用業務信道（DTCH）：該信道可以爲單向的也可以是雙向的，針對單個用戶提供點到點的業務傳輸。

（2） 多播業務信道（MTCH）：該信道爲點到多點的下行信道。用戶只會使用該信道來接收MBMS業務。

信道映射關係

                                      上行方向                                                                             下行方向

            

 

                                                                                    傳輸信道與物理信道之間的映射關係

                                                          傳輸信道與邏輯信道之間的映射關係

基於OFDM的基本下行/上行傳輸機制

• 下行傳輸機制是基於傳統OFDM（採用循環前綴：Cyclic Prefix，CP）的；
• 正常情況下的OFDM子載波間隔 ；
• 一個時隙間隔內的12個連續子載波相當於一個下行RB（180kHz）；
• 在頻域中，每個載波或小區中的RB個數 的範圍可表示爲： ；
• 還有一種縮減的子載波間隔 ，這隻適用於MBMS-dedicated cell；
• 在子載波間隔 的情況下，CP的長度分爲2種（常規/擴展），分別對應於每個時隙slot下的7個OFDM Symbols和6個OFDM Symbols；

正常CP：

擴展CP：

其中，

• 在子載波間隔爲 的情況下，CP的長度只有1種，即：，對應於每個時隙slot下的3個OFDM Symbols

                       

上下行正常CP配置（ ）下時隙結構如下：

上下行擴展CP配置（ ）下時隙結構如下：

下行擴展CP配置（ ）下時隙結構如下：

 

1 RRC協議功能

• 爲NAS層提供連接管理，消息傳遞等服務；
• 對接入網的底層協議實體提供參數配置的功能；
• 負責UE移動性管理相關的測量、控制等功能

2 RRC狀態

• RRC_IDLE

           PLMN選擇；

           NAS配置的DRX過程；

           系統信息廣播和尋呼；

           鄰小區測量；

           小區重選的移動性；

           UE獲取一個TA區內的唯一標識；

           eNB內無終端上下文

• RRC_CONNECTION

           網絡側有UE的上下文信息；

           網絡側知道UE所處小區；  

           網絡和終端可以傳輸數據；

           網絡控制終端的移動性；

           鄰小區測量；

           存在RRC連接：

                UE可以從網絡側收發數據，監聽共享信道上指示控制授權的控制信令；

                UE可以上報信道質量給網絡側；

                UE可以根據網絡配置進行DRX

3 RRC協議承載——SRB（signaling radio bearers—信令無線承載）

4 RRC連接建立過程

• 觸發原因

          處於IDLE狀態下的UE需轉變爲連接狀態時發起該過程，如：呼叫、響應尋呼、TAU、Attach等

• RRC連接建立成功流程

Step1：RRC連接請求：UE通過UL_CCCH在SRB0上發起，攜帶UE的初始（NAS）標識和建立原因等，該消息對應於隨機接入過的Msg3；

Step2：RRC連接建立：eNB通過DL_CCCH在SRB0上發送，攜帶SRB1的完整配置信息，該消息對應隨機接入過程的Msg4；

Step3：RRC連接建立完成：UE通過UL_DCCH在SRB1上發送，攜帶上行方向NAS消息，如Attach Request、TAU Request、Service Request、Detach Request等，eNB根據這些消息進行S1口建立

5  RRC連接建立失敗過程

上述Step2中，如果eNB拒絕爲UE建立RRC連接，則通過DL_CCCH在SRB0上回復一條RRC連接拒絕消息

6  RRC連接重建過程

• 觸發原因：

           當處於RRC連接狀態但出現切換失敗、無線鏈路失敗、完整性保護失敗、RRC重配置失敗等情況時，觸發該過程

• RRC連接重建立成功流程

Step1：RRC連接重建請求：UE通過UL_CCCH在SRB0上發起，攜帶UE的初始AS層初始標識信息和重建立原因，該消息對應隨機接入過程的Msg3；

Step2：RRC連接重建：eNB通過DL_CCCH在SRB0上回復，攜帶SRB1的完整配置信息，該消息對應隨機接入過程的Msg4；

Step3：RRC連接重建立完成：UE通過UL_DCCH在SRB1上發送，不攜帶任何實際信息，只起到RRC層確認的功能

7  RRC連接重建拒絕過程

上述Step2中，如果eNB中沒有UE的上下文信息，則拒絕爲UE重建RRC連接，則通過DL_CCCH在SRB0上回復一條RRC連接重建立拒絕消息

8  RRC連接重配置過程

• 觸發原因

          當需要發起對SRB和DRB的管理、低層參數配置、切換執行和測量控制時，觸發該過程

• RRC連接重配置過程

Step1：RRC連接重配置：eNB通過DL_CCCH在SRB1上發送，根據功能的不同攜帶不同的配置信息內容，一條消息中可以攜帶體現多個功能的信息單元；

Step2：RRC連接重配置完成：UE通過UL_DCCH在SRB1上發送，不攜帶任何實際信息，只起到RRC層確認的功能

9  RRC連接重配置異常過程

若UE無法執行RRC連接重配置消息中的內容，則UE回退到收到該消息前的配置，併發起RRC連接重建立過程

10  RRC連接釋放過程

• 觸發原因

            網絡希望解除於UE的RRC連接時，觸發該過程

• RRC連接釋放過程

           RRC連接釋放：eNB通過DL_DCCH在SRB1上發送，可選擇攜帶重定位信息和專用優先級分配信息（用於控制UE的小區選擇和小區重選）

• 本地釋放

            某些情況下，UE的RRC層根據NAS層的指示主動釋放RRC連接，不通知網絡側而主動進入空閒狀態，如NAS層鑑權過程中沒有通過鑑權檢查。

 

 

1 系統消息包含：

 

主信息塊（Master Information Block，MIB）

 

多個系統信息塊（System Information Blocks，SIBs）

2 MIB

 

• 承載於BCCH——>BCH——>PBCH上
•  
• 包括有限個用以讀取其他小區信息的最重要、最常用的傳輸參數（如：系統帶寬、系統幀號、PHICH配置信息）
•  
• 時域：緊鄰同步信道，以10ms爲週期重傳4次
•  
• 頻域：位於系統帶寬中央的72個子載波（1.08MHz）

3  SIBs

 

• 除MIB外的系統信息，包括SIB1~SIB12；
• 除SIB1外，SIB2~SIB12均由SI（System Information）承載；
• SIB1是除MIB外最重要的系統信息，固定以20ms爲週期重傳4次，即SIB1在每兩個無線幀（20ms）的子幀#5中重傳（SFN mod 2=0，SFN mod 8不等於0）一次，如果滿足SFN mod 8=0時，SIB1的內容可能改變，新傳一次；
• SIB1和所有SI消息均承載在BCCH——>DL-SCH——>PDSCH上；
• SIB1的傳輸通過攜帶SI-RNTI（SI-RNTI每個小區都相同）的PDCCH調度完成；
• SIB1中的SchedulingInfoList攜帶所有SI的調度消息，接收SIB1以後，即可接收其他SI消息。

 

1 在LTE中，需要識別3個主要的同步需求

•  符號和幀定時的捕獲，通過它來確定正確的符號起始位置（如設置DFT窗位置）；
•  載波頻率同步，需要它來減少或消除頻率誤差的影響（注：頻率誤差是由本地振盪器在發射端和接收端間的頻率不匹配和UE移動導致的多普勒偏移造成的）；
•  採樣時鐘的同步

2 兩個物理信號

• 主同步信號（PSS，Primary Synchronization Signal）
• 和輔同步信號（SSS，Secondary Synchronization Signal）

注：對於這兩個信號的檢測，不僅使得時間和頻率獲得同步，也爲UE提供了小區的物理標識及循環前綴的長度，以及通知UE該小區是使用TDD還是FDD方式。

• 在FDD小區內，PSS總是位於無線幀的第1個和第11個時隙的最後一個OFDM符號上，使得UE在不考慮循環前綴（CP）長度下獲得時隙邊界定時；SSS直接位於PSS之前；
• 在TDD小區內，PSS位於每個無線幀的第3個和第13個時隙上，從而SSS比PSS早3個符號

                                  圖1 PSS與SSS的位置

3 UE開機流程

  圖2 UE開機流程

4 小區搜索過程

     eNB一直處於開機狀態，UE無論開機還是mobility，都通過小區搜索（cell search）實現時、頻同步，同時獲得PCI（Physical Cell Identity）。然後讀PBCH，得到系統幀號和帶寬信息，以及PHICH的配置等系統消息，具體步驟如下：

• 一般來說應該UE先對可能存在小區的頻率範圍內測量小區信號強度RSSI，據此找到一個可能存在小區的中心頻點；
• 然後在這個中心頻點周圍收PSS和SSS，這兩個信號和系統帶寬沒有限制，配置是固定的，而且信號本身以5ms爲週期重複，並且是ZC序列，具有很強的相關性，因此可以直接檢測並接收到，據此可以得到小區Id，同時得到小區定時的5ms邊界；
• 5ms邊界得到後，根據PBCH的時頻位置，使用滑窗方法盲檢測，一旦發現CRC校驗結果正確，則說明當前滑動窗就是10ms的幀邊界，並且可以根據PBCH的內容得到系統幀號和帶寬信息，以及PHICH的配置；
• 至此，UE實現了和eNB的定時同步。

    當獲取了PBCH信息後，要獲得更多的無線信道參數等還要接受其餘的SIB信息，這些信息在PDSCH上發送：

• 接收PCFICH，此時該信道的時頻資源就是固定已知的了，可以接收並解析得到PDCCH的symbol數目；
• 接收PHICH，根據PBCH中指示的配置信息接收PHICH；
• 在控制區域內，除去PCFICH和PHICH的其他CCE上，搜索PDCCH並做譯碼；
• 檢測PDCCH的CRC中的RNTI，如果爲SI-RNTI，則說明後面的PDSCH是一個SIB，於是接收PDSCH，譯碼後將SIB上報給高層協議棧；
• 不斷接收SIB，HLS會判斷接收的系統消息是否足夠，如果足夠則停止接收SIB

至此，小區搜索過程才差不多結束。

5 UE隨機接入過程

• 爲什麼要進行隨機接入過程？？

          申請上行資源

          UE通過隨機接入與基站進行信息交互，完成後續操作（如呼叫、資源請求、數據傳輸等操作）

          實現與系統的上行時間同步

          隨機接入的性能直接影響到用戶體驗，能夠適應各種應用場景、快速接入、容納更多用戶的方案

• 隨機接入過程包括：

         隨機接入前導（Preamble）的發送

         隨機接入響應

注：Preamble——>當UE收到eNB的廣播信息需要接入時，從序列集中隨機選擇一個preamble序列發給eNB，然後eNB根據不同的前導序列來區分不同的UE

• UE側隨機接入流程

Step1：解析傳輸請求，獲得隨機接入配置信息；

Step2：選擇preamble序列

1)基於競爭的隨機接入：隨機選擇preamble

2)無競爭的隨機接入：由高層指定preamble

Step3：按照指定功率發送preamble

Step4：盲檢用RA-RNTI標識的PDCCH

 --檢測到，接收對應的PDSCH並將信息上傳；

 --否則直接退出物理層隨機接入過程，由高層邏輯決定後續操作；

 

               圖3 UE側隨機接入流程

5.1 基於競爭的隨機接入流程

     圖4 基於競爭的RA流程

Step1：UE端通過在特定的時頻資源上，發送可以標識其身份的preamble序列，進行上行同步

說明：

eNB可以選擇64個preamble碼中的部分或全部用於競爭接入；

Msg1承載於PRACH上

Step2：基站端在對應的時頻資源對preamble序列進行檢測，完成序列檢測後，發送隨機接入響應。

說明：

Msg2由eNB的MAC層組織，並由DL_SCH承載；

一條Msg2可同時響應多個UE的隨機接入請求；

eNB使用PDCCH調度Msg2，並通過RA-RNTI進行尋址，RA-RNTI由承載Msg1的PRACH時頻資源位置決定；

Msg2包含上行傳輸定時提前量，爲Msg3分配的上行資源，臨時C-RNTI等；

Step3：UE端在發送preamble序列後，在後續的一段時間內檢測基站發送的隨機接入響應；UE在檢測到屬於自己的隨機接入響應，該隨機接入響應中包含UE進行上行傳輸的資源調度信息

說明：

UE在接收Msg2後，在其分配的上行資源上傳輸Msg3，並映射到UL-SCH上的CCCH邏輯信道上發送；

針對不同場景，Msg3包含不同的內容：

• • 初始接入：攜帶RRC層生成的RRC連接請求，包含UE的S-TMSI或隨機數；
  • 連接重建：攜帶RRC層生成的RRC連接重建請求,C-RNTI和PCI；
  • 切換：傳輸RRC層生成的RRC切換完成消息以及UE的C-RNTI；
  • 上/下行數據到達：傳輸UE的C-RNTI。

 

Step4：基站發送衝突解決響應，UE判斷是否競爭成功

                                        圖5 競爭判決

5.2 基於非競爭的隨機接入流程

  圖6 基於非競爭的RA流程

Step1：基站根據此時的業務需求，給UE分配一個特定的preamble序列。（該序列不是基站在廣播信息中廣播的隨機接入序列組）

說明：

對於切換場景，eNB通過RRC信令通知UE；

對於下行數據到達和輔助定位場景，eNB通過PDCCH通知UE

Step2：UE接收到信令指示後，在特定的時頻資源發送指定的preamble序列

Step3：基站接收到隨機接入preamble序列後，發送隨機接入響應。進行後續的信令交互和數據傳輸。

6 UE附着過程（Attach）

• Attac的功能

     向EPC註冊EPS業務或non-EPS服務；

     爲UE分配IP，建立UE和PDN GW之間的缺省承載(default bearer)，使得UE的IP連接永遠在線.(always-on IP connectivity)；

     還可激活多個專用承載(dedicated bearers)；

     Attach過程中產生安全上下文，投入使用後，對NAS信令進行安全保護

• UE開機Attach過程

                            圖7 UE開機Attach流程

Step1：處於RRC_IDLE的UE進行Attach過程，首先發起隨機接入過程，即Msg1消息；

Step2：eNB檢測到Msg1消息後，向UE發送隨機接入響應消息，即Msg2消息；

Step3：UE收到隨機接入響應後，根據Msg2的TA調整上行發送時機，向eNB發送RRC Connection Request消息；

Step4：eNB向UE發送RRC Connection Setup消息，包含建立SRB1承載信息和無線資源配置信息；

Step5：UE完成SRB1承載和無線資源配置，向eNB發送RRC Connection Setup Complete消息，包含NAS層Attach Request消息；

Step6：eNB選擇MME，向MME發送Initial UE Message消息，包含NAS層Attach Request消息；

Step7：MME向eNB發送Initial Context Setup Request消息，請求建立默認承載，包含NAS層Attach Accept、Activate Default EPS Bearer Context Request消息；

Step8：eNB接收到Initial Context Setup Request消息，如果不包含UE能力信息，則eNB向UE發送UE Capability Enquiry消息，查詢UE能力；

Step9：UE向eNB發送UE Capability Information，報告UE的能力信息；

Step10：eNB向MME發送UE Capability Information Indication消息，更新MME的UE能力信息；

Step11：eNB根據Initial Context Setup Request消息中UE支持的安全信息，向UE發送Security Mode Command消息，進行安全激活；

Step12：UE向eNB發送Security Mode Complete消息，表示安全激活完成；

Step13：eNB根據Initial Context Setup Request消息中的ERAB建立信息，向UE發送RRC Connection Reconfiguration消息進行UE資源重配，包括重配SRB1和無線資源配置，建立SRB2、DRB（包括默認承載）等；

Step14：UE向eNB發送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，表示資源配置完成；

Step15：eNB向MME發送Initial Context Setup Response響應消息，表明UE上下文建立完成；

Step16：UE向eNB發送UL Information Transfer消息，包含NAS層Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept消息；

Step17：eNB向MME發送上行直傳UL NAS Transport消息，包含NAS層Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept消息；

說明：

步驟1~5建立RRC連接，步驟6、9完成S1連接，完成這些標誌着NAS signaling connection建立完成

• 進一步理解Attach過程

                            圖8 Attac流程進一步理解

Step1：在已經建立NAS信令連接基礎上，UE通過向MME發送 ATTACH REQUEST 消息來發起attach規程；該消息中包含：IMSI或GUTI、last visited TAI、UE network capbility、PDN IP option、connect type等

Step2：如果UE最新連接的（新）MME與最後一次離開網絡時連接的（舊）MME相比已經發生改變，新MME就會向舊MME發送一個ID請求來申請當前UE的IMSI，用於爲當前UE重新分配GUTI。

Step3：如果新MME和舊MME都不能識別當前的UE，那麼新MME會給UE發送一個ID請求，隨後，UE應告訴新MME自己的IMSI。

Step4：如果當前網絡中沒有UE的安全上下文，那麼MME會發起一個鑑權規程，UE和MME相互鑑權之後會在兩側產生相關的安全下文。（漫遊情況下，MME應從HSS獲取UE的簽約信息等內容）

Step5：鑑權結束後，MME可能發送移動設備標識檢查請求到EIR（Equipment  Identity Register）（MME的經營可能會檢查EIR中的移動設備標識，至少在漫遊時，MME應將移動設備標識傳給HSS）。

Step6：如果MME中有激活的承載上下文（比如之前連接嘗試失敗時已經創建了承載），那麼MME會發送消息到各個P-GW來刪除這些無效的承載上下文。

Step7：由於位置已經變化（MME變化），新MME就發送一個位置更新請求到HSS（指明MME標識、IMSI和ME標識等）。

Step8：新MME向HSS發送位置更新請求後，舊的MME就可以刪除其中保存的UE的位置信息以及相應的承載上下文。

Step9：HSS向新MME回送一個位置更新響應，來指明位置更新的狀態。若HSS拒絕位置更新，那麼MME就拒絕UE的attach請求。

Step10：位置更新完畢後，新MME就可以與PDN-GW之間建立默認承載，建立默認承載後P-GW就爲UE創建了PDN地址、EPS承載標識、協議配置選項等，並將相關消息返回給MME，S-GW可以緩存一些來自P-GW的下行數據包。

Step11：MME接受attach及附着完成：MME通過eNB將APN、GUTI、PDN地址、TAI列表等信息反饋給UE，並請求UE建立無線承載；UE完成無線承載建立後向MME返回一個完成消息指明attach完成。

7 Detach過程

Detach過程完成UE在網絡側的註銷和所有EPS承載的刪除；

UE/MME/S-GW/HSS均可發起Detach過程；

若網絡側長時間沒有獲得UE的信息，則會發起隱式的Detach過程，即核心網將該UE的所有承載釋放而不通知UE

7.1 UE發起Detach過程

                                    圖9 UE發起的Detach流程

Step1：處在RRC_CONNECTION狀態的UE進行Detach過程，向eNB發送UL NAS Transfer消息，包含NAS層Detach Request信息；

Step2：eNB向MME發送上行直傳UL NAS Transport 消息，包含NAS層Detach Request信息；

Step3：MME向S-GW發送Delete Session Request，以刪除EPS承載；

Step4：S-GW向MME發送Delete Session Response，以確認EPS承載刪除；

Step5：MME向eNB發送下行直傳DL NAS Transport消息，包含NAS層Detach Accept信息；

Step6：eNB向UE發送DL Information Transfer消息，包含NAS層Detach Accept信息；

Step7：MME向eNB發送UE Context Release Command消息，請求eNB釋放UE上下文；

Step8：eNB接收到UE Context Release Command消息，向UE發送RRC Connection Release消息，釋放RRC連接；

Step9：eNB釋放UE上下文信息，向MME發送UE Context ReleaseComplete消息進行響應

7.2 MME發起Detach過程

                  圖10 MME發起的Detach流程

8 Service Request過程

• 作用

當UE無RRC連接且有上行數據發起需求時

當UE處於ECM  IDLE狀態且有下行數據到達時

      在S1接口上建立S1承載，在Uu接口上建立數據無線承載

• 說明：

當UE發起Service Request時，需先發起隨機接入過程；

Service Request由RRC Connection Setup Complete攜帶上去；

當下行數據到達時，網絡側先對UE進行呼叫，隨後UE發起隨機接入過程，併發起Service Request過程；

UE發起Service Request相當於主叫過程；

下行數據到達發起的Service Request相當於被叫接入

                                圖11 Service Request流程