SR-LTE信令流程和終端信令行為分析

馬志聰　羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術(shù)專欄

SR-LTE信令流程和終端信令行為分析

馬志聰羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

編者按：SR-LTE通信方式是一種LTE與CDMA的混合通信方式，在國內(nèi)外的運營商都有這種應(yīng)用。例如，中國電信、美國運營商Version Wireless均采用這種技術(shù)進(jìn)行LTE與CDMA混合組網(wǎng)。羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司馬志聰所撰《SR-LTE信令流程和終端信令行為分析》一文介紹了SR-LTE終端測試中的基本信令流程，并以中國電信的A芯片終端和B芯片終端為例，分析了兩種終端的不同信令行為；最后，對羅德與施瓦茨公司的SR-LTE協(xié)議測試方案進(jìn)行了介紹和分析。

SR-LTE通信方式是一種LTE與CDMA的混合通信方式，在國內(nèi)外的運營商都有這種應(yīng)用，如中國電信、美國運營商Version Wireless均采用這種技術(shù)進(jìn)行LTE與CDMA混合組網(wǎng)。本文介紹了SR-LTE終端測試中的基本信令流程，并以中國電信的A芯片終端和B芯片終端為例，分析了兩種終端的不同信令行為。

SR-LTE；信令流程；終端信令

1　引言

SR-LTE（Single Radio LTE）是 LTE與 CDMA 1xRTT的一種混合模式，SR是單射頻的簡稱，顧名思義SR-LTE的技術(shù)特點是使用一套接收機(jī)硬件，實現(xiàn)LTE與1xRTT同時待機(jī)，通信時分復(fù)用。在SR-LTE出現(xiàn)之前，業(yè)界普遍采用的是SVLTE（Simu ltaneous Voice andLTE）通信模式，SVLTE通信模式的特點是具有兩套獨立射頻收發(fā)機(jī)，實現(xiàn)LTE與1xRTT的獨立通信，LTE與1xRTT是兩個完整的獨立模塊，可以獨立工作同時通信，互不干擾。這種技術(shù)的優(yōu)點是運行簡單，運營商網(wǎng)絡(luò)側(cè)變動小。但其缺點為，由于LTE和1xRTT需要兩套獨立的硬件，其運行功耗較高，對終端續(xù)航時間造成較重負(fù)擔(dān)，而且終端的成本上升。由于用戶應(yīng)用的復(fù)雜化，用戶體驗的瓶頸日益轉(zhuǎn)移到終端側(cè)，SVLTE的缺點就更加明顯。SR-LTE采用單射頻硬件，在LTE連接態(tài)和空閑態(tài)下，SR-LTE終端會周期性地，短暫終止與LTE的連接，而轉(zhuǎn)去監(jiān)聽1xRTT尋呼信道。這種技術(shù)的優(yōu)點是使用同一套接收機(jī)硬件，功耗小，成本低，在目前業(yè)界逐漸成為代替SVLTE的首選方案。SR-LTE技術(shù)需要LTE與CDMA工作信令相互配合，而且由于在LTE工作過程中需要周期性監(jiān)聽CDMA尋呼，對LTE數(shù)據(jù)性能會產(chǎn)生一定的影響。

2　SR-LTE典型工作流程

以一個典型的應(yīng)用場景為例，介紹SR-LTE的基本信令流程。在此例中，先后完成以下信令過程：網(wǎng)絡(luò)搜索；LTE注冊；CDMA1xRTT注冊；CDMA尋呼；終端觸發(fā)LTEESR過程；終端接通CDMA1xRTT通話；經(jīng)過一段時間CDMA1xRTT通話掛斷；終端恢復(fù)到LTE連接狀態(tài)，LTE數(shù)據(jù)得以繼續(xù)。

（1）終端初始化后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)搜索狀態(tài)，對于網(wǎng)絡(luò)對SR-LTE的支持情況，終端通過獲取LTESIB8廣播消息中的csfb-SupportForDualRxUEs和csfb-Registration-Param1xRTT來判斷。若 csfb-SupportForDualRxUEs= true，則UE工作在1xCSFB模式，若csfb-SupportForDualRxUEs=false，且csfb-SupportForDualRxUEs=true，則UE工作在SR-LTE模式。

（2）終端在網(wǎng)絡(luò)搜索成功后開始LTE注冊過程，圖1為標(biāo)準(zhǔn)LTE注冊流程。在此流程中，網(wǎng)絡(luò)需要獲知手機(jī)對SR-LTE的支持情況，以判斷終端下一個過程的信令行為。終端上報的UECapabilityInformation消息會攜帶終端對SR-LTE的支持情況，網(wǎng)絡(luò)通過檢查此消息中interRAT_Parameters的cdma2000_1xRTT參數(shù)，若rxConfig1xRTT=dual，則表示終端當(dāng)前工作在SR-LTE狀態(tài)，若rxConfig1xRTT=single，則表示終端當(dāng)前工作在非SR-LTE狀態(tài)。如圖2所示，這個終端在第一次LTE注冊時處于非SR-LTE狀態(tài)。LTE附著完成后，激活默認(rèn)承載，進(jìn)入LTEConnected狀態(tài)（LTE在線）。

（3）在SR-LTE注冊完成后，終端進(jìn)行CDMA注冊。

（4）在1xRTT注冊完成后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起CDMA尋呼消息。

（5）根據(jù)3GPPTS23.272定義，當(dāng)終端收到1xRTT尋呼，UE應(yīng)在發(fā)送1xRTT尋呼消息前，通知LTE網(wǎng)絡(luò)中斷LTE數(shù)據(jù)通信，這是通過UE向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送Extended ServiceRequest消息來實現(xiàn)，流程如圖3所示。UE發(fā)起LTE連接請求，在UE發(fā)送的ESR消息中，攜帶ServiceType=Mobile Terminating CS Fallback（或 者1xCSfallback），具體參見圖4。如呼叫是終端發(fā)起的，則ServiceTpye=Mobile Originating CS Fallback（或者1xCSfallback）。在ESR消息發(fā)送完成后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送RRCConnectionRelease消息，釋放LTERRC信令。

圖1　標(biāo)準(zhǔn)LTE注冊流程

圖2　第一次LTE注冊時處于非SR_LTE狀態(tài)

（6）終端接通CDMA呼叫，這時LTE連接中斷。

（7）終端保持CDMA通話一段時間后，掛斷CDMA通話。

（8）終端在結(jié)束CDMA通話后，重新發(fā)起LTE注冊，之后觸發(fā)TrackingArea Update過程，并重新建立PDN連接（見圖5）。

圖3　注冊流程圖

圖4　注冊流程狀態(tài)

3　A芯片終端與B芯片終端的SR-LTE信令行分析

A芯片與B芯片是當(dāng)前SR-LTE技術(shù)的主流芯片解決方案，兩種芯片的SR-LTE工作流程有所差異，本文以中國電信的A芯片與B芯片SR-LTE終端為例，分析兩種終端的信令行為差異。

（1）A芯片終端與B芯片終端開機(jī)選網(wǎng)的差異

開機(jī)注冊過程，A芯片終端采用LTE優(yōu)先注冊，LTE注冊完后再進(jìn)行CDMA注冊。B芯片終端選網(wǎng)注冊沒有優(yōu)先關(guān)系，先注冊到LTE網(wǎng)絡(luò)或1xRTT網(wǎng)絡(luò)都可能發(fā)生。一般來說，網(wǎng)絡(luò)注冊會采取LTE優(yōu)先，因為在LTE注冊流程中可以判斷LTE網(wǎng)絡(luò)是否支持VoLTE，進(jìn)而決定是否需要回落到1xRTT進(jìn)行語音通話。在實驗室測試中，一般采用先LTE后1xRTT注冊的方式。

圖5　重新建立PDN連接

B芯片終端開機(jī)注冊過程可以先注冊LTE，也可以先注冊CDMA。如果先進(jìn)行LTE注冊，在LTE注冊完成后，B芯片終端會中斷LTE連接，進(jìn)行1xRTT注冊，在1xRTT注冊完成后，發(fā)起第二次LTE注冊，重新回到LTE網(wǎng)絡(luò)。如果終端先注冊CDMA，在終端完成CDMA注冊后再進(jìn)行LTE注冊，則LTE注冊可以一次完成。兩種工作方式都是正常行為，因終端所在網(wǎng)絡(luò)的情況而異。

（2）A芯片終端與B芯片終端開機(jī)狀態(tài)的差異

A芯片終端和B芯片終端開機(jī)時的狀態(tài)有所差異。A芯片終端開機(jī)時，有可能處于兩種狀態(tài)，一種是SR-LTE狀態(tài)，另一種是非SR-LTE狀態(tài)。如果終端處于SR-LTE狀態(tài)，則在UELTE注冊過程中，UE Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數(shù)，rxConfig1xRTT=dual，網(wǎng)絡(luò)收到此消息后，知道終端已處于SR-LTE模式。若UE Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數(shù)，rxConfig1xRTT=single，則表示終端處于非SR-LTE狀態(tài)，終端在完成LTE注冊后，會重置Modem進(jìn)行模式切換，進(jìn)入SR-LTE模式并發(fā)起第二次LTE接入。所以，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)收到Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數(shù)，rxConfig1xRTT=single，注冊完成后，應(yīng)下發(fā)RRCConnection-Release消息，使網(wǎng)絡(luò)側(cè)處于RRCIDLE狀態(tài)，等待終端的第二次接入，避免終端發(fā)起RRC Connection Request消息時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)仍處于RRC CONNECTED狀態(tài)，出現(xiàn)狀態(tài)機(jī)錯誤。對于B芯片終端，則每次開機(jī)的時候，都是處于SR-LTE狀態(tài)，不會有模式切換的情況。

（3）從LTE注冊過渡到CDMA注冊之間的差異

如果A芯片終端和B芯片終端都采取先LTE后CDMA的注冊方式，兩者的初始狀態(tài)都是SR-LTE模式，則終端在LTE注冊過程中終端上報的UE Capability Information消息interRAT_Parameters的cdma2000_ 1xRTT參數(shù)均為rxConfig1xRTT=dual。

A芯片終端在LTE注冊完成后，轉(zhuǎn)入進(jìn)行CDMA注冊，LTE鏈路不中斷。在完成CDMA注冊后，LTE仍處于原來的狀態(tài)，不會重新接入LTE。

B芯片終端開機(jī)后直接進(jìn)入SR-LTE模式，在完成第一次LTE注冊后，B芯片終端會中斷LTE的通信而進(jìn)行1xRTT的注冊，而這個過程沒有任何消息通告給網(wǎng)絡(luò)側(cè)，這會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)為B芯片終端還是注冊在網(wǎng)絡(luò)中。而當(dāng)B芯片完成1xRTT注冊后，會重新發(fā)起LTE注冊請求，在RRCConnectionRequest消息中攜帶的注冊類型為“MO Signaling”，由于網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)為B芯片終端仍然注冊在網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)它收到注冊類型為“MO Signaling”的RRCConnection Request消息會認(rèn)為UE狀態(tài)錯誤。針對這種情況，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要對這種行為進(jìn)行識別。

上述行為的區(qū)別在于，A芯片與B芯片在第一次注冊LTE網(wǎng)絡(luò)后的信令行為不一樣，A芯片終端會直接進(jìn)行1xRTT注冊而不會把LTE中斷（無需重做LTE接入），而B芯片終端會中斷LTE連接做1xRTT注冊，在1xRTT注冊完成后，重新接入LTE。所以網(wǎng)絡(luò)側(cè)必須對這兩種方式進(jìn)行適配，否則會產(chǎn)生狀態(tài)錯誤。在實現(xiàn)中，采用延時監(jiān)控的方式解決這個問題。當(dāng)LTE注冊完成后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)暫時不釋放RRC信令（不發(fā)RRCConnectionRelease），然后等待1xRTT的注冊，如果是B芯片終端，終端完成1xRTT注冊后會重新發(fā)起LTE隨即接入，向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送Preamble消息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)捕捉到Preamble消息，在回應(yīng)RAR消息前，網(wǎng)絡(luò)側(cè)內(nèi)部釋放掉RRC信令（注意：此時的操作是網(wǎng)絡(luò)側(cè)內(nèi)部釋放RRC信令，而不是發(fā)送RRCConnectionRelease消息給終端），使得網(wǎng)絡(luò)側(cè)RRC狀態(tài)機(jī)恢復(fù)到RRCIDLE狀態(tài)，然后再發(fā)送RAR消息。這樣就保證了在收到終端的RRCConnectionRequest消息時，網(wǎng)絡(luò)側(cè)處于正確的狀態(tài)。針對A芯片終端，由于終端不會中斷LTE，所以在1xRTT注冊完成后，終端是不會重新發(fā)起LTE隨機(jī)接入的，網(wǎng)絡(luò)側(cè)在完成1xRTT注冊后，開始定時器計時，當(dāng)定時器超時后，如在這個過程中，沒有收到Preamble消息，則表明終端并非B芯片終端，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會認(rèn)為SR-LTE整個注冊流程已經(jīng)完成。

4　羅德與施瓦茨的SR-LTE協(xié)議測試解決方案

羅德與施瓦茨公司的LTE協(xié)議測試儀CMW-PCT是一種通用的協(xié)議測試解決方案，不但能支持2/3/4G的協(xié)議一致性測試，還能廣泛支持世界主流運營商的定制化協(xié)議測試。R＆S SR-LTE協(xié)議測試方案使用CMW500PCT作為網(wǎng)絡(luò)仿真器（見圖6）。CMW-PCT協(xié)議測試儀的特點是能支持多種不同制式小區(qū)的模擬，SR-LTE解決方案可以同時模擬FDD-LTE、TDDLTE、1xRTT以及eHRPD小區(qū)，實現(xiàn)不同的通信場景，模擬運營商真實的網(wǎng)絡(luò)狀況。能對SR-LTE終端的選網(wǎng)、注冊、數(shù)據(jù)通信、語音呼叫、3/4G切換等場景進(jìn)行仿真模擬。羅德與施瓦茨的SR-LTE信令測試方案已成為中國電信、美國Verizon Wireless等主流SR-LTE方案運營商官方認(rèn)證的測試平臺，用于運營商終端入網(wǎng)測試（Operator Acceptance Test）。

圖6　CMW500 PCT 網(wǎng)絡(luò)仿真器

羅德與施瓦茨公司的CMWmars協(xié)議分析工具，具有強(qiáng)大的日志分析功能，可以分析LTE、1xRTT、eHRPD的空口信令以及調(diào)試打印信息（見圖7）。此工具具有強(qiáng)大的可視化功能，以直觀的方式顯示信令消息流程、消息內(nèi)容結(jié)構(gòu)以及原始數(shù)據(jù)。CMWmars還具有強(qiáng)大的消息過濾、檢索、關(guān)聯(lián)分析等能力，并支持編輯腳本對消息進(jìn)行分析和提取。

5　結(jié)束語

本文介紹了SR-LTE的基本信令流程，并分析對比了A芯片終端與B芯片終端的信令行為差異。最后，對羅德與施瓦茨公司的SR-LTE協(xié)議測試方案進(jìn)行了介紹和分析。

圖7　CMWmars 協(xié)議分析工具

華為全光園區(qū)技術(shù)方案體驗中心正式揭幕

近日，華為全光園區(qū)技術(shù)方案體驗中心正式揭幕。該體驗中心位于華為西安研究所，能夠同時展示傳統(tǒng)以太局域網(wǎng)方案和全光園區(qū)方案，通過實際的部署對比使參觀者能夠全方位體驗兩種方案的差異。來自企業(yè)、運營商、建設(shè)設(shè)計、系統(tǒng)集成、建筑裝修等相關(guān)領(lǐng)域共一百多名嘉賓見證了揭幕儀式并參觀了體驗中心。

全光園區(qū)解決方案采用基于PON（Passive Optical Network）技術(shù)的POL（Passive Optical LAN）組網(wǎng)方式，利用無源光纖替代傳統(tǒng)以太網(wǎng)線完成企業(yè)局域網(wǎng)建設(shè)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)扁平化、易部署、易管理、大帶寬多業(yè)務(wù)、面向未來平滑演進(jìn)的新型全光園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，讓用戶更便捷地體驗云業(yè)務(wù)。

華為全光園區(qū)解決方案已經(jīng)在澳大利亞、新加坡、葡萄牙、美國、中國等各個國家的酒店和企業(yè)園區(qū)規(guī)模商用，由于該方案具有簡化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，面向云業(yè)務(wù)平滑演進(jìn)，經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)勢，正得到越來越多客戶的青睞和關(guān)注。全光園區(qū)技術(shù)方案體驗中心的落成為各方更加深入了解全光園區(qū)解決方案提供了良好的學(xué)習(xí)和體驗機(jī)會。