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關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

羅德與施瓦茨中國 ? 來源:djl ? 2019-10-16 10:19 ? 次閱讀

摘要:SR-LTE通信方式是一種LTE與CDMA的混合通信方式,在國內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。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LTE與1xRTT同時待機,通信時分復用。在SR-LTE出現之前,業界普遍采用的是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機,實現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。這種技術的優點是運行簡單,運營商網絡側變動小。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移到終端側,SVLTE的缺點就更加明顯。SR-LTE采用單射頻硬件,在LTE連接態和空閑態下,SR-LTE終端會周期性地,短暫終端與LTE的連接,而轉去監聽1xRTT尋呼信道。這種技術的優點是使用同一套接收機硬件,功耗小,成本低,在目前業界逐漸成為代替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聽CDMA尋呼,對LTE數據性能會產生一定的影響。

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)網絡搜索,2)LTE注冊,3)CDMA 1xRTT注冊,4)CDMA尋呼,5)終端觸發LTE ESR過程,6)終端接通CDMA 1XRTT通話,7)經過一段時間CDMA 1XRTT通話掛斷,8)終端恢復到LTE連接狀態,LTE數據得以繼續。

1)終端初始化后進入網絡搜索狀態,對于網絡對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,網絡通過檢查此消息中interRAT_Parameters的cdma2000_1xRTT參數,若rxConfig1xRTT=dual,則表示終端當前工作在SR-LTE狀態,若rxConfig1xRTT=single,則表示終端當前工作在非SR-LTE狀態。如圖2所示,這個終端在第一次LTE注冊時處于非SR-LTE狀態。LTE附著完成后,激活默認承載,進入LTE Connected狀態(LTE在線)。

關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

圖1

關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

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,網絡側發起CDMA尋呼消息。

5)根據3GPP TS 23.272定義,當終端收到1xRTT尋呼,UE應在發送1xRTT尋呼消息前,通知LTE網絡中斷LTE數據通信,這是通過UE向網絡發送Extended Service Request消息來實現,流程如如圖3所示。UE發起LTE連接請求,在UE發送的ESR消息中,攜帶ServiceType=Mobile Terminating CS Fallback(或者1xCS fallback),如圖4所示。如呼叫是終端發起的,則ServiceTpye=Mobile Originating CS Fallback(或者1xCS fallback)。在ESR消息發送完成后,網絡側發送RRCConnectionRelease消息,釋放LTE RRC信令。

關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用


圖3

關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

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,重新發起LTE注冊,之后觸發Tracking Area Update過程,并重新建立PDN連接。如圖5所示。

關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

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芯片終端開機選網的差異

開機注冊過程,A芯片終端采用LTE優先注冊,LTE注冊完后再做CDMA注冊。B芯片終端選網注冊沒有優先關系,先注冊到LTE網絡或者1xRTT網絡都可能發生。一般來說,網絡注冊 會采取LTE優先,因為可以在LTE注冊流程中可以判斷LTE網絡是否支持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,發起第二次LTE注冊,重新回到LTE網絡。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,取決于終端所在網絡的情況而異。

2.3 A芯片終端與B芯片終端開機狀態的差異

A芯片終端和B芯片終端開機時的狀態有所差異。A芯片終端開機時,有可能處于兩種狀態,一種是SR-LTE狀態,另一種是非SR-LTE狀態。如果終端處于SR-LTE狀態,則在UE LTE注冊過程中,UE Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數,rxConfig1xRTT=dual,網絡收到此消息后,知道終端已處于SR-LTE模式。若UE Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數,rxConfig1xRTT=single,則表示終端處于非SR-LTE狀態,終端在完成LTE注冊后,會重置modem進行模式切換,進入SR-LTE模式并發起第二次LTE接入。所以,當網絡側收到Capability Information中攜帶的cdma2000_1xRTT參數,rxConfig1xRTT=single,注冊完成后,應下發RRCConnectionRelease消息,使網絡側處于RRC IDLE狀態,等待終端的第二次接入,避免終端發起RRCConnectionRequest消息時,網絡側仍處于RRC CONNECTED狀態,出現狀態機錯誤。對于B芯片終端,則每次開機的時候,都是處于SR-LTE狀態,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參數均為rxConfig1xRTT=dual。

A芯片終端在LTE注冊完成后,轉入進行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,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絡側,這會導致網絡側認為B芯片終端還是注冊在網絡中。而當B芯片完成1xRTT注冊后,會重新發起LTE注冊請求,在RRCConnectionRequest消息中攜帶的注冊類型為“MO Signaling”,由于網絡側認為B芯片終端仍然注冊在網絡中,當它收到注冊類型為“MO Signaling”的RRCConnectionRequest消息會認為UE狀態錯誤。針對這種情況,網絡側需要對這種行為進行識別。

上述兩者行為的區別在于,A芯片與B芯片在第一次注冊LTE網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。所以網絡側必須對這兩種方式進行適配,否則會產生狀態錯誤。我們在實現中采用延時監控的方式解決這個問題。當LTE注冊完成后,網絡側暫時不釋放RRC信令(不發RRCConnectionRelease),然后等待1xRTT的注冊,如果是B芯片終端,終端完成1xRTT注冊后會重新發起LTE隨即接入,向網絡側發送preamble消息。這時,當網絡側捕捉到preamble消息,在回應RAR消息前,網絡側內部釋放掉RRC信令(注意,此時的操作是網絡側內部釋放RRC信令,而不發送RRCConnectionRelease消息給終端),使得網絡側RRC狀態機恢復到RRC IDLE狀態,然后再發送RAR消息。這樣就保證了了在收到終端的RRCConnectionRequest消息時,網絡側處于正確的狀態。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,終端是不會重新發起LTE隨機接入的,網絡側在完成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,網絡側會認為SR-LTE整個注冊流程已經完成。

3 羅德與施瓦茨的SR-LTE協議測試解決方案

羅德與施瓦茨公司的LTE協議測試儀CMW-PCT是一種通用的協議測試解決方案,不但能支持2G/3G/4G的協議一致性測試,還能廣泛支持世界主流運營商的定制化協議測試。R&S SR-LTE協議測試方案,使用CMW500 PCT作為網絡仿真器,如圖6所示。CMW-PCT協議測試儀的特點是能支持多種不同制式小區的模擬,SR-LTE解決方案可以同時模擬FDD-LTE小區,TDD-LTE小區,1xRTT小區以及eHRPD小區,實現不同的通信場景,模擬運營商真實的網絡狀況。能對SR-LTE終端的選網,注冊,數據通信,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測試(Operator Acceptance Test)。

圖6

羅德與施瓦茨公司的CMWmars協議分析工具,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,顯示消息內容結構以及原始數據。CMWmars還具有強大的消息過濾,檢索,消息關聯分析等能力,并支持編輯腳本對消息進行分析和提取。

關于SR-LTE信令流程和終端信令行為分析和應用

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協議測試方案。

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