關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

摘要：SR-LTE通信方式是一種LTE與CDMA的混合通信方式，在國內(nèi)外的的運營商都有這種應用。如中國電信，美國運營商Version Wireless均采用這種技術進行LTE與CDMA混合組網(wǎng)。以本文介紹SR-LTE終端測試中的基本信令流程，并以中國電信的A芯片和B芯片終端為例，分析兩種終端的不同信令行為。

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的技術特點是使用一套接收機硬件，實現(xiàn)LTE與1xRTT同時待機，通信時分復用。在SR-LTE出現(xiàn)之前，業(yè)界普遍采用的是SVLTE（simultaneous voice and LTE）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，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。這種技術的優(yōu)點是運行簡單，運營商網(wǎng)絡側(cè)變動小。但這種方案有其缺點之處，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)航時間造成較重負擔，而且終端的成本上升。由于用戶應用的復雜化，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，短暫終端與LTE的連接，而轉(zhuǎn)去監(jiān)聽1xRTT尋呼信道。這種技術的優(yōu)點是使用同一套接收機硬件，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。

1 SR-LTE典型工作流程

下面以一個典型的應用場景為例子，介紹SR-LTE的基本信令流程。在這個例子中，先后完成以下的信令過程：1）網(wǎng)絡搜索，2）LTE注冊，3）CDMA 1xRTT注冊，4）CDMA尋呼，5）終端觸發(fā)LTE ESR過程，6）終端接通CDMA 1XRTT通話，7）經(jīng)過一段時間CDMA 1XRTT通話掛斷，8）終端恢復到LTE連接狀態(tài)，LTE數(shù)據(jù)得以繼續(xù)。

1）終端初始化后進入網(wǎng)絡搜索狀態(tài)，對于網(wǎng)絡對SR-LTE的支持情況，終端通過獲取

LTE SIB8廣播消息中的 csfb-SupportForDualRxUEs和csfb-RegistrationParam1xRTT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)絡搜索成功后開始LTE注冊過程，如圖1所示，為標準LTE注冊流程，在此流程中，網(wǎng)絡需要獲知手機對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UE Capability Information消息會攜帶終端對SR-LTE的支持情況，網(wǎng)絡通過檢查此消息中interRAT_Parameters的cdma2000_1xRTT參數(shù)，若rxConfig1xRTT=dual，則表示終端當前工作在SR-LTE狀態(tài)，若rxConfig1xRTT=single，則表示終端當前工作在非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，激活默認承載，進入LTE Connected狀態(tài)（LTE在線）。

圖1

圖2

3）在SR-LTE注冊完成后，終端進行CDMA注冊。

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

5）根據(jù)3GPP TS 23.272定義，當終端收到1xRTT尋呼，UE應在發(fā)送1xRTT尋呼消息前，通知LTE網(wǎng)絡中斷LTE數(shù)據(jù)通信，這是通過UE向網(wǎng)絡發(fā)送Extended Service Request消息來實現(xiàn)，流程如如圖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1xCS fallback），如圖4所示。如呼叫是終端發(fā)起的，則ServiceTpye=Mobile Originating CS Fallback（或者1xCS fallback）。在ESR消息發(fā)送完成后，網(wǎng)絡側(cè)發(fā)送RRCConnectionRelease消息，釋放LTE RRC信令。

圖3

圖4

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）終端在結束CDMA通話后，重新發(fā)起LTE注冊，之后觸發(fā)Tracking Area Update過程，并重新建立PDN連接。如圖5所示。

圖5

2.1 A芯片終端與B芯片終端的SR-LTE信令行分析

A芯片與B芯片是當前SR-LTE技術的主流芯片解決方案，兩種芯片的SR-LTE工作流程有所差異，以下我們以中國電信的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。

2.2 A芯片終端與B芯片終端開機選網(wǎng)的差異

開機注冊過程，A芯片終端采用LTE優(yōu)先注冊，LTE注冊完后再做CDMA注冊。B芯片終端選網(wǎng)注冊沒有優(yōu)先關系，先注冊到LTE網(wǎng)絡或者1xRTT網(wǎng)絡都可能發(fā)生。一般來說，網(wǎng)絡注冊 會采取LTE優(yōu)先，因為可以在LTE注冊流程中可以判斷LTE網(wǎng)絡是否支持VoLTE，進而決定是否需要回落到1xRTT進行語音通話。在實驗室測試中，一般采用先LTE后1xRTT注冊的方式。

B芯片終端開機注冊過程可以先注冊LTE，也可以先CDMA。如果先進行LTE注冊，在LTE注冊完成后，B芯片終端會中斷LTE連接，進行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。如果終端先注冊CDMA，在終端完成CDMA注冊后再進行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，取決于終端所在網(wǎng)絡的情況而異。

2.3 A芯片終端與B芯片終端開機狀態(tài)的差異

A芯片終端和B芯片終端開機時的狀態(tài)有所差異。A芯片終端開機時，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UE LTE注冊過程中，UE Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數(shù)，rxConfig1xRTT=dual，網(wǎng)絡收到此消息后，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進行模式切換，進入SR-LTE模式并發(fā)起第二次LTE接入。所以，當網(wǎng)絡側(cè)收到Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數(shù)，rxConfig1xRTT=single，注冊完成后，應下發(fā)RRCConnectionRelease消息，使網(wǎng)絡側(cè)處于RRC IDLE狀態(tài)，等待終端的第二次接入，避免終端發(fā)起RRCConnectionRequest消息時，網(wǎng)絡側(cè)仍處于RRC CONNECTED狀態(tài)，出現(xiàn)狀態(tài)機錯誤。對于B芯片終端，則每次開機的時候，都是處于SR-LTE狀態(tài)，不會有模式切換的情況。

2.4 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芯片終端開機后直接進入SR-LTE模式，在完成第一次LTE注冊后，B芯片終端會中斷LTE的通信而進行1xRTT的注冊，而這個過程沒有任何消息通告給網(wǎng)絡側(cè)，這會導致網(wǎng)絡側(cè)認為B芯片終端還是注冊在網(wǎng)絡中。而當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)絡側(cè)認為B芯片終端仍然注冊在網(wǎng)絡中，當它收到注冊類型為“MO Signaling”的RRCConnectionRequest消息會認為UE狀態(tài)錯誤。針對這種情況，網(wǎng)絡側(cè)需要對這種行為進行識別。

上述兩者行為的區(qū)別在于，A芯片與B芯片在第一次注冊LTE網(wǎng)絡后的信令行為不一樣，A芯片終端會做直接做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)絡側(cè)必須對這兩種方式進行適配，否則會產(chǎn)生狀態(tài)錯誤。我們在實現(xiàn)中采用延時監(jiān)控的方式解決這個問題。當LTE注冊完成后，網(wǎng)絡側(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)絡側(cè)發(fā)送preamble消息。這時，當網(wǎng)絡側(cè)捕捉到preamble消息，在回應RAR消息前，網(wǎng)絡側(cè)內(nèi)部釋放掉RRC信令（注意，此時的操作是網(wǎng)絡側(cè)內(nèi)部釋放RRC信令，而不發(fā)送RRCConnectionRelease消息給終端），使得網(wǎng)絡側(cè)RRC狀態(tài)機恢復到RRC IDLE狀態(tài)，然后再發(fā)送RAR消息。這樣就保證了了在收到終端的RRCConnectionRequest消息時，網(wǎng)絡側(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隨機接入的，網(wǎng)絡側(cè)在完成1xRTT注冊后，開始定時器計時，當定時器超時后，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)絡側(cè)會認為SR-LTE整個注冊流程已經(jīng)完成。

3 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2G/3G/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CMW500 PCT作為網(wǎng)絡仿真器，如圖6所示。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小區(qū)，TDD-LTE小區(qū)，1xRTT小區(qū)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)絡狀況。能對SR-LTE終端的選網(wǎng)，注冊，數(shù)據(jù)通信，語音呼叫，4G-3G切換等場景進行仿真模擬。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方案運營商官方認證的測試平臺，用于運營商終端入網(wǎng)測試（Operator Acceptance Test）。

圖6

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

圖7

4 小結

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，我們簡單介紹了羅德與施瓦茨公司的SR-LTE協(xié)議測試方案。