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，在國內外的運營商都有這種應用。例如，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。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協議測試方案進行了介紹和分析。

SR-LTE通信方式是一種LTE與CDMA的混合通信方式，在國內外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。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（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，短暫終止與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。

2　SR-LTE典型工作流程

以一個典型的應用場景為例，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：網絡搜索；LTE注冊；CDMA1xRTT注冊；CDMA尋呼；終端觸發LTEESR過程；終端接通CDMA1xRTT通話；經過一段時間CDMA1xRTT通話掛斷；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）終端在網絡搜索成功后開始LTE注冊過程，圖1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UECapabilityInformation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LTEConnected狀態（LTE在線）。

（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3GPPTS23.272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 ServiceRequest消息來實現，流程如圖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1xCSfallback），具體參見圖4。如呼叫是終端發起的，則ServiceTpye=Mobile Originating CS Fallback（或者1xCSfallback）。在ESR消息發送完成后，網絡側發送RRCConnectionRelease消息，釋放LTERRC信令。

圖1　標準LTE注冊流程

圖2　第一次LTE注冊時處于非SR_LTE狀態

（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

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，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注冊完后再進行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1xRTT網絡都可能發生。一般來說，網絡注冊會采取LTE優先，因為在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。

圖5　重新建立PDN連接

B芯片終端開機注冊過程可以先注冊LTE，也可以先注冊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，因終端所在網絡的情況而異。

（2）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UELTE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RRCConnection-Release消息，使網絡側處于RRCIDLE狀態，等待終端的第二次接入，避免終端發起RRC Connection Request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。

（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RRCConnection Request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芯片終端會直接進行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。所以網絡側必須對這兩種方式進行適配，否則會產生狀態錯誤。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。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，而不是發送RRCConnectionRelease消息給終端），使得網絡側RRC狀態機恢復到RRCIDLE狀態，然后再發送RAR消息。這樣就保證了在收到終端的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。

4　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2/3/4G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CMW500PCT作為網絡仿真器（見圖6）。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、TDDLTE、1xRTT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、3/4G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　CMW500 PCT 網絡仿真器

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（見圖7）。此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、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、關聯分析等能力，并支持編輯腳本對消息進行分析和提取。

5　結束語

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協議測試方案進行了介紹和分析。

圖7　CMWmars 協議分析工具

華為全光園區技術方案體驗中心正式揭幕

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