信令/数据流程
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
１）小区搜索
▲小区搜索过程是UE和小区取得时
间和频率同步，并检测小区ID的过
程。
▲ E-UTRA系统的小区搜索过程与
UTRA系统的主要区别是其能够支持
不同的系统带宽（~20MHZ）。
▲小区搜索通过若干下行信道实现，
包括同步信道（SCH）、广播信道
（BCH）和下行参考信号（RS）。
SCH又分成主同步信道（PSCH）和
辅同步信道（SSCH），BCH又分成
主广播信道（PBCH）和动态广播信
道（DBCH）。
▲右图为小区搜索流程
检测PSCH（用于获得
5ms时钟，并获得小区
ID组内的具体小区ID）
检测SSCH（用于获
得无线帧时钟、小区
ID组、BCH天线配置）
检测下行参考信号
（用于获得BCH天线
配置，是否采用位移
导频）
读取BCH（用于获得
其它小区信息）
系统广播消息
TD-LTE 系统的系统广播消息主要由主信息块MIB和系统信息块SIB组成。
▲ MIB
主信息块在固定的信道(PBCH)上发送，其中携带了保证 UE能够接收到其他系
统信息块的相关参数。
MIB 的传输周期固定为40ms，一个周期内每10ms重传相同内容。MIB的传
输固定在每个无线帧的子帧0，首次传输位于SFN mod 4 = 0的无线帧。
主信息块（MIB）携带的信息 :
1.系统帧号（SFN，System Frame Number） 8bit
使 UE 获得系统的时间信息
2.下行系统带宽 3bit，
使 UE 可以获知接收带宽
配置信息 3bit
使 UE 获得PDCCH 信道占用的控制符号，以读取其他的系统广播信息
▲ SIB
系统信息块根据其内容的不同以及 UE 获得该信息的紧急程度进行了
分类，相同目的、相同属性的参数归属到同一类型的系统信息块中。
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
２）随机接入
▲随机接入分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入两个流程。
▲其区别为针对两种流程其选择随机接入前缀的方式。前者为UE从基于
竞争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指派非竞争的随机接入前缀。
▲ UE 可以通过随机接入过程实现两个基本功能：
① 取得与eNodeB之间的上行同步；
② 申请上行资源。
▲随机接入过程应用于以下6种场景：
① 从RRC_IDLE 状态初始接入，即 RRC 连接建立；
② 无线链路失败后初始接入，即RRC 连接重建；
③ 切换；
④ 下行数据到达且UE 空口处于上行失步状态；
⑤ 上行数据到达且UE 空口处于上行失步， 或者虽未失步但需要通过随
机接入申请上行资源；
⑥ 辅助定位，网络利用随机接入获取时间提前量（TA，Timing
Advance）。
基于竞争的随机接入 基于非竞争的随机接入
① UE在RACH上发送随机接入前缀；
② eNB的MAC层产生随机接入响应，并在
DL-SCH上发送；
③ UE的RRC层产生RRC Connection
Request(资源调度请求) 并在映射到UL –
SCH上的CCCH逻辑信道上发送；
④ RRC Contention Resolution(竞争解
决) 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。
①eNB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 UE在RACH上发送指派的随机接
入前缀。
③ eNB的MAC层产生随机接入响应，
并在DL-SCH上发送。
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
３）开机附着
RRC连接建立
▲ E-UTRAN采用该流程建立SRB1；该流程也被用于传输UE发给E-UTRAN
的初始NAS专有信息/消息。
建立S1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。
▲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。
NAS消息手册
0741 attach req
0742 attach accept
0743 attach complt
0744 attach reject
0745 deattch req
0746 deattach respond
0755 identify
0756 identify res (带imsi号)
0752 auth req (带nas加密算法)
0753 auth respond
0754 auth rej
0748 tau req
0749 tau respond
074b tau rej
075d security
075e security res (加密之后安全响应加密了，看不出是075e)
UE能力
▲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。
▲如果UE改变了其无线接入能力，UE会请求上层发起必要的NAS流程，以使
用新的RRC连接更新UE无线接入能力信息。
初始安全激活
▲该流程的目的是在RRC连接建立时激活AS层安全。
▲安全完保算法： Snow3G,AES和ZUC。
RRC连接重配置
▲消息15~16为RRC连接重配置过程，其流程承载着RRC连接管理的大部分
功能，包括信令／数据承载管理、参数配置、切换执行和测量控制等。
GTSM消息
O_MACRRC_SRB0_DATA rrcConnectionRequest
O_RRCMAC_SRB0_DATA rrcConnectionSetup
O_PDCPRRC_DATA_IND rrcConnectionSetupComplete（0741）
O_RRCS1AP_INIT_UE_MSG
O_S1APRRC_DL_NAS_MSG
O_RRCPDCP_DATA_REQ dlInformationTransfer（0752）
O_PDCPRRC_DATA_IND ulInformationTransfer（0753）
O_RRCPDCP_DATA_REQ （075d）
O_PDCPRRC_DATA_IND （075e）
O_S1APRRC_INIT_CONTEXT_SETUP_REQ （0742）
O_RRCPDCP_DATA_REQ ueCapabilityEnquiry 不需要等到初始上下文建
立请求才下发安全
O_PDCPRRC_DATA_IND ueCapabilityInformation
O_RRCS1AP_UE_CAPA_INFO_IND
O_S1APMME_DATAREQ UECapabilityInfoIndication
O_RRCPDCP_DATA_REQ securityModeCommand
O_PDCPRRC_DATA_IND securityModeComplete
O_RRCPDCP_DATA_REQ rrcConnectionReconfiguration（0742）
O_PDCPRRC_DATA_IND rrcConnectionReconfigurationComplete
O_RRCS1AP_INIT_CONTEXT_SETUP_RSP
O_S1APMME_DATAREQ
O_PDCPRRC_DATA_IND （0743）
异常流程
▲ RRC连接建立失败
▲核心网拒绝
▲ eNB未等到Initial context setup request消息
▲ RRC重配消息丢失或者
没收到RRC重配完成消息
或者eNB内部配置UE的
安全参数等失败
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
４） service request
▲ UE在IDLE模式下，需要发送业务
数据时，发起service request过程。
▲寻呼过程可以由核心网触发，用
于通知某个 UE 接收寻呼请求，或
者由 eNodeB触发，用于通知系统
信息更新 。
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
５） paging
▲ UE在IDLE模式下，当网络需要给该UE发送数据（业务或者信令）时，发
起寻呼过程。
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
▲定义：当移动台由一个TA转移到另一个TA时，必须在新的TA上重新进行
位置登记已通知网络更改它所储存的移动台位置信息。
▲当UE进入一个小区，该小区所属TAI不在UE保存的TAI list内时，UE发起正
常TAU流程，分为IDLE和CONNECTED（即切换时）下。
▲ TAU的作用：
在网络登记新的用户位置信息；
给用户分配新的GUTI；
使UE和MME的状态由未注册变为已注册；
IDLE态用户可通过TAU过程请求建立用户面资源。
▲如果TAU accept分配了一个新的GUTI，则UE需要回复TAU complete，
否则不用回复。
▲TAC在SIB1中广播。
６）TAU
IDLE下发起的TAU
▲ IDLE下，如果有上行数据或者上行信令
（与TAU无关的）发送，UE可以在TAU
request消息中设置an "active"标识，来
请求建立用户面资源，并且TAU完成后保
持NAS信令连接。如果没有设置"active"
标识，则TAU完成后释放NAS信令连接。
▲ IDLE下发起的也可以带EPS bearer
context status IE，如果UE带该IE，
MME回复消息也带该IE，双方EPS承载通
过这个IE保持同步。
CONNECTED下发起的TAU
▲说明：
1）如果TAU accept未分配一个
新的GUTI，则无过程6、7；
2）切换下发起的TAU，完成后
不会释放NAS信令连接；
3）CONNECTED下发起的TAU
，不能带"active"标识。
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
▲当 UE处于连接状态，网络通过切换过程实现对UE 的移动性管理。UE 信
道条件的改变可能会触发切换，网络由于负载均衡的目的也可能发起切换。
▲ TD-LTE 系统中，切换涉及的网络实体包括eNode B、MME和S-GW，
涉及的协议包括空口的 、接口的 和等。
切换
移动性测量
控制平面流程
用户平面流程
７）切换
S1切换
X2切换
按接口
按过程
▲当UE在CONNECTED模式下时，eNodeB可以根据UE上报的测量信息来
判决是否需要执行切换，如果需要切换，则发送切换命令给UE，UE不区分
切换是否改变了eNodeB。
S1接口是MME/S-GW网关与eNB之间的接口，S1接口与3G
UMTS系统Iu接口的不同之处在于，Iu接口连接包括3G核心
网的PS域和CS域，S1接口只支持PS域。
S1
接
口
S1接口的用户平面
▲用户平面接口位于E-NodeB和
S-GW之间，S1接口用户平面
（S1-UP）的协议栈如下图所示。
S1-UP的传输网络层基于IP传输，
UDP/IP之上的GTP-U用来传输S
-GW与eNB之间的用户平面PDU。
S1接口控制面
▲ S1控制平面接口位于E-
NodeB和MME之间，传输网
络层是利用IP传输，这点类似
于用户平面；为了可靠的传输
信令消息，在IP曾之上添加了
SCTP；应用层的信令协议为
S1-AP。
X2接口是eNB与eNB之间的接口。X2接口的定义采用了与S1
接口一致的原则，体现在X2接口的用户平面协议结构与控制
平面协议结构均与S1接口类似。
X2
接
口
X2接口的用户平面
▲ X2接口用户平面提供eNB
之间的用户数据传输功能。
X2-UP的协议栈结构如下图
所示，X2-UP的传输网络层
基于IP传输，UDP/IP协议之
上采用GTP-U来传输eNB之
间的用户面PDU。
X2接口控制面
▲ X2接口控制平面协议栈如
下图所示，LTE系统X2接口的
定义采用了与S1接口一致的原
则，其传输网络层控制平面IP
层的上面也采用了SCTP，为
信令提供可靠的传输。应用层
信令协议表示为X2-AP。
X
2
切
换
流
程
图
切
换
准
备
2 UE被触发发送测量报告，UE根据测量配置，进行测量上报；
3 源eNB基于上报结果，根据自身的切换算法，进行切换判决；
4 源eNB发给目标eNB一个切换请求消息，通过必要的信息准备目标侧切换；
5 接纳控制：目标eNode B根据收到的E-RAB QoS信息进行接纳控制，以提高
切换的成功率。接纳控制要考虑预留相应的资源、C-RNTI以及分配专用随机接
入 Preamble 码等。
6 目标eNB准备L1/L2切换并发送切换请求应答给源eNB。该消息中包含一个
RRC container，具体内容是触发 UE进行切换的切换命令。源eNodeB对切换
命令采用透传的方式（不做任何修改），发送给 UE（该消息是发送给UE以执
行切换的RRC消息）。
执
行
切
换
7 切换命令（携带了移动性控制信息的 RRC连接重配置消息）是由目标eNode B生成
的，通过源 eNode B将其透传给UE。源eNode B 对这条消息进行必要的加密和完
整性保护。当UE 收到该消息之后，就会利用该消息中的相关参数发起切换过程；
8 源eNB发送SN STATUS TRANSFER消息给目标eNB，传输PDCP状态，保存申请的E
-RABs的上行PDCP SN接收机状态和下行PDCP SN发射机状态（如RLC AM）；
9 接收了包括移动控制信息的RRC连接重配置消息之后，UE执行与目标eNB的同步，
UE从目标eNB得到特定的钥匙并配置将要在目标小区内使用的选择的安全算法；
10目标eNB使用上行分配和时间提前作为应答。
切
换
完
成
11当UE成功接入目标小区后， UE发送RRC 连接重配置完成消息， 向目标 eNode
B确认切换过程完成。目标 eNode B 通过接收 RRC连接重配置完成消息，确认切换成功。
至此，目标 eNode B可以开始向 UE发送数据；
12 目标eNB发送PATH SWITCH消息给MME以告知UE已经改变小区；
13 MME发送更新用户面请求消息给S-GW；
14 服务小区转换下行数据通路到目标eNB侧；
15 服务网关发送一个更新用户面应答消息给MME；
16 MME确认包含PATH SWITCH ACKNOWLEDGE消息的PATH SWITCH消息；
•通过发送UE context释放，目标eNB通知源eNB切换成功并由源eNB触发资源释放，
*收到来自MME的PATH SWITCH ACKNOWLEDGE消息后，目标eNB发送
18 一旦接收到UE context释放消息，源eNB可释放与UE context关联的无线和控制面相关
资源。
切换准备期间
源eNB和目标eNB之间的用户面隧道能够建立。对于每个提供了数据前
行的E-RAB上行数据前行和下行数据前行各有一个隧道建立
切换执行期间
用户数据能从源eNB被递交到目标eNB。这一递交可以以一种依靠业务
和调度特定执行的方式完成
只要在源eNB侧来自EPC的分组被接收或者源eNB的缓冲区未空，从源
到目的eNB的下行用户数据的前行按序完成
切换完成期间
目标eNB发送一个PATH SWITCH消息给MME以告知UE已经获得接入，
MME发送一个USER PLANE UPDATE REQUEST消息给服务网关，用
户面通路被服务网关从源eNB切换到目的eNB
只要在源eNB侧来自服务网关的分组被接收或者源eNB缓冲区非空，源
eNB就应该进行转交用户面数据
用户面处理
S
1
切
换
流
程
图
1. 源 eNode B对UE进行测量配置，UE的测量结果将用于辅助源 eNode B 进行切换判决；
2. UE根据测量配置，进行测量上报；
3. 源eNode B 参考UE的测量上报结果，根据自身的切换算法，进行切换判决；
4. 源eNodeB向MME发送Handover Required消息，主要包括MME/eNB UE S1AP ID,
Target ID等消息；
5. MME发送Handover Request消息给目标eNodeB，其中包括要建立的EPS承载的列表等
内容，每个EPS承载的信息包括SGW的地址，上行GTP－U的在SGW侧的TEID值，EPS 承载
的QoS等。目标eNodeB收到上述消息后会建立UE上下文，包括承载的信息，安全上下文等；
7. 目标eNodeB 也回送Handover Request Ack消息给MME，其中包含EPS承载建立结果的
信息。
切
换
准
备
执
行
切
换
8. MME发送Handover Command消息给源eNodeB， 将目标eNodeB分配的需要转发的EPS
Bearers的TEID 值和目标eNodeB的地址通知源eNodeB；
9. 切换命令（携带了移动性控制信息的RRC连接重配置消息）是由目标eNodeB生成的，通过源
eNode B将其透传给UE。源eNodeB对这条消息进行必要的加密和完整性保护。当UE收到该消
息之后，就会利用该消息中的相关参数发起切换过程；
10-11.源eNodeB发送序列号（SN，Sequence Number）状态传输消息，此消息经MME，最
终到达目标eNodeB。此消息将无损切换的EPS Bearer的PDCP的状态通知目标eNodeB；
（数据：源eNodeB此时可以经过Data Forwarding Tunnel将下行数据转发给目标eNodeB。）
12. UE与目标eNodeB建立上，下行同步；
13. 上行资源分配+终端定时；
14.当UE成功接入目标小区后，UE发送RRC连接重配置完成消息，向目标eNodeB确认切换完成。
至此目标 eNode B可以开始向UE发送数据。此时目标eNodeB可以将从源eNodeB转发过来的下
行数据发送给UE，UE也开始发送上行数据。
切
换
完
成
15. 目标eNodeB发送Handover Notify消息给MME；
16. MME将触发相应的资源释放过程，收到UE上下文释放消息之后，源eNodeB可以释放
无线承载和与UE上下文相关的控制平面资源。任何正在进行的数据前转将继续进行。
１）小区搜索
２）随机接入
３）开机附着
４） service request
５） paging
６） TAU
７）切换
总结
