LTE教程：机制与流程（第2版）

本书详细介绍了LTE系统的处理机制，让读者能透视LTE系统的运作。本书是LTE进阶学习的起步之作，第2版特地补充了《LTE深造指南》相关内容，方便LTE深造者进阶学习。 

“LTE丛书之学好LTE系列”是专为LTE学习而打造的系列教材，内容脱胎于作者深受好评的LTE在线培训课程，并加以完善和增补，循序渐进，娓娓道来，非常适合LTE自学。本书是“LTE丛书之学好LTE系列”的第三册，专门用于LTE的进阶学习，介绍了LTE系统的待机和联机状态的处理机制，详细讲解了LTE系统的RRC信令流程。本书适合LTE的实施人员，如LTE的网络规划设计人员和LTE的网络优化人员阅读，目标读者为运营商、设计院的工程技术人员，网络优化从业人员以及相关大专院校师生。

孙宇彤，LTE学习大使，移动通信技术以及IT技能传播者。拥有多年的技术写作经验，出版了多部通信技术专著。建立了《空中接口学园》和《读懂通信》网站。制作和主讲了LTE技术以及IT实用技能的在线培训课程。

目 录

第1章　待机状态的处理机制 1
本章导读 2
1.1 终端的工作模式 2
1.1.1 LTE终端的工作模式 2
1.1.2 LTE终端工作模式的差别 3
1.1.3 LTE终端工作模式从何而来 3
1.2 终端的待机状态 5
1.2.1 待机状态的使命 5
1.2.2 待机状态的考量 6
1.2.3 待机状态的任务 7
1.2.4 待机状态的运作过程 9
1.2.5 待机状态：驻留 11
1.2.6 待机状态：PLMN选择 12
1.2.7 待机状态：小区选择 13
1.2.8 待机状态：小区重选 15
1.3 见与思：终端的测量机制与判决 16
1.3.1 什么是测量 16
1.3.2 什么是判决 17
1.3.3 小区选择判据 17
1.3.4 小区重选过程与判据 19
1.4 小区同步机制 22
1.4.1 LTE的时间结构 22
1.4.2 小区同步的过程 24
1.4.3 小区同步的相关信号与信道 25
1.4.4 主同步信号 27
1.4.5 辅助同步信号 29
1.4.6 小结：小区同步的过程 32
1.5 小区广播机制 32
1.5.1 LTE系统信息的种类 32
1.5.2 MIB的内容及其发送方式 33
1.5.3 SIB1的内容及其发送方式 34
1.5.4 其他SIB的内容 36
1.6 位置登记与寻呼机制 37
1.6.1 什么是位置登记 37
1.6.2 什么是位置区 37
1.6.3 LTE系统的位置区 38
1.6.4 什么是寻呼 40
1.6.5 寻呼消息的发送方式 40
1.6.6 寻呼消息的接收方式 43
1.7 总结 44
第2章 联机状态的处理机制 45
本章导读 46
2.1 终端的联机状态 46
2.1.1 什么是联机状态 46
2.1.2 联机状态的使命 46
2.1.3 联机状态的主要处理过程 47
2.2 随机接入 48
2.2.1 随机接入简介 48
2.2.2 挑战1：如何区分终端 50
2.2.3 挑战2：如何避免终端之间的冲突 55
2.2.4 挑战3：如何避免终端之间的干扰 57
2.2.5 小结：随机接入机制 58
2.3 安全机制 60
2.3.1 鉴权 60
2.3.2 加密 61
2.3.3 完整性保护 63
2.3.4 LTE的鉴权方法与流程 63
2.4 资源调度机制 64
2.4.1 资源调度简介 64
2.4.2 下行资源调度 65
2.4.3 上行资源调度 70
2.5 功率控制机制 71
2.5.1 功率控制简介 71
2.5.2 下行功率分配机制 72
2.5.3 上行功率控制机制 75
2.6 测量与切换机制 79
2.6.1 测量与切换 79
2.6.2 测量过程 80
2.6.3 测量相关的事件 83
2.6.4 A3事件及相关算法 84
2.6.5 基站如何确定测量事件 85
2.7 总结 86
第3章　S1和X2接口 88
本章导读 89
3.1 核心网概述 89
3.1.1 核心网架构 89
3.1.2 MME 90
3.1.3 SGW 91
3.2 OSI参考模型 92
3.2.1 分层服务 92
3.2.2 OSI参考模型简介 93
3.2.3 OSI分层服务 94
3.2.4 对等层通信 95
3.2.5 移动通信系统的主要分层 95
3.2.6 AS与NAS 97
3.3 S1接口与协议 98
3.3.1 S1-U接口与协议 98
3.3.2 S1-MME接口与协议 100
3.3.3 S1接口的部署 103
3.4 X2接口与协议 103
3.4.1 X2-U接口与协议 104
3.4.2 X2-CP接口与协议 104
3.4.3 X2接口的部署 106
3.5 总结 106
第4章　LTE空中接口 107
本章导读 108
4.1 LTE空中接口概述 108
4.1.1 什么是空中接口 108
4.1.2 LTE空中接口上传送的内容 109
4.1.3 LTE空中接口的分层结构 110
4.1.4 WCDMA空中接口的结构 111
4.1.5 LTE空中接口的结构 112
4.2 LTE空中接口的分层功能 114
4.2.1 RRC子层 114
4.2.2 PDCP子层 116
4.2.3 RLC子层 118
4.2.4 MAC子层 120
4.2.5 PHY层 121
4.3 LTE空中接口的信息传输方式 121
4.3.1 上行方向的分层结构 121
4.3.2 下行方向的分层结构 123
4.3.3 LTE空中接口的对等层通信 124
4.4 总结 124
第5章　LTE的基本信令流程 126
本章导读 127
5.1 信令流程基础 127
5.1.1 什么是信令流程 127
5.1.2 为什么信令流程那么重要 128
5.1.3 LTE系统的基本信令流程 128
5.1.4 LTE系统如何传送信令 129
5.2 位置更新流程 131
5.2.1 位置更新流程基础 131
5.2.2 位置更新的过程 133
5.2.3 TAU信令流程 136
5.2.4 TAU流程实例 140
5.3 附着流程 141
5.3.1 附着流程基础 141
5.3.2 附着的过程 142
5.3.3 初始附着的流程 144
5.3.4 初始附着的完整流程 149
5.3.5 初始附着的流程实例 150
5.3.6 小结：初始附着 152
5.4 收发数据流程 152
5.4.1 终端发起收发数据的过程（待机） 152
5.4.2 网络发起收发数据的过程（待机） 155
5.4.3 网络发起收发数据的过程（联机） 156
5.5 切换流程 158
5.5.1 切换基础 158
5.5.2 测量 159
5.5.3 基于X2接口的切换 160
5.5.4 基于S1接口的切换 164
5.6 释放流程 164
5.6.1 RRC连接释放 165
5.6.2 去附着 165
5.7 总结 167
第6章　IRAT机制与流程 169
本章导读 170
6.1 IRAT基础 170
6.1.1 什么是IRAT 170
6.1.2 IRAT的种类 171
6.1.3 IRAT的策略 172
6.2 小区重选 173
6.2.1 小区重选的原因 173
6.2.2 LTE小区重选的基本流程 174
6.2.3 跨制式小区重选的详细流程 174
6.2.4 LTE重选到异系统的整体流程 177
6.3 异系统切换 178
6.3.1 异系统切换的特点 178
6.3.2 异系统切换的过程 178
6.3.3 异系统互操作的测量过程 180
6.4 重定向 181
6.4.1 什么是重定向 181
6.4.2 重定向的种类 182
6.4.3 重定向（R8）的流程 182
6.4.4 增强重定向（R9）的流程 183
6.4.5 CCO的流程 184
6.5 总结 185
附录A　LTE空中接口信令源码 187
A.1 系统信息 187
A.1.1 MIB 187
A.1.2 SIB1（详解见附录B） 187
A.1.3 SIB2（详解见附录B） 189
A.1.4 SIB3 191
A.1.5 SIB4 192
A.1.6 SIB5 192
A.1.7 SIB6（WCDMA） 193
A.1.8 SIB7（GPRS） 194
A.1.9 SIB8（CDMA） 194
A.2 建立RRC连接 195
A.2.1 RRC Connection Request 195
A.2.2 RRC Connection Setup 195
A.2.3 RRC Connection Setup Complete 197
A.3 承载建立 198
A.3.1 SRB2与默认承载 198
A.4 测量 200
A.4.1 测量配置 200
A.4.2 测量报告 203
A.5 切换 204
A.5.1 同频切换指令 204
附录B LTE信令分析课程介绍 207
B.1 LTE信令分析课程简介 207
B.2 RRC信令解析课程简介 207
B.3 RRC信令解析课程的内容示例 208
缩略语 209
参考文献 215

第2版前言
《LTE教程：机制与流程》出版以来，承蒙读者的喜爱，有了修订的机会。
这次修订主要改正了第1版中出现的错漏和笔误，同时增补了一些信令源码。另外，考虑到与《LTE教程：业务与信令》内容的衔接，本书突出了RRC信令流程的内容，而把NAS信令的内容放到了《LTE教程：业务与信令》一书中。读者想要深入理解附录A列出的RRC信令源码，可以参加附录B介绍的LTE信令分析课程学习。后，本书是LTE进阶学习的起步之作，因此特地补充了《LTE深造指南》，方便LTE深造者进阶学习。
参与第2版修订的有汪洲、孙沛然、杨慧瑞、汪中位、张秋娥、朱美根、蒋中定、查昊、陈文涛、王兴志，在此表示感谢。我还要感谢家人为本书修订做出的贡献，后还要感谢电子工业出版社宋梅编审对本书修订的大力支持。
至此，“LTE丛书之学好LTE系列”已经更新完毕。“LTE丛书之学好LTE系列”借鉴了IT产品开发的迭代思想，不求毕其功于一役，而是讲求协同，每本教程都相当于一个学习的台阶，不断上升，希望能把读者带到LTE技术的更高境界，帮助读者成为LTE技术的行家里手。
其中，《LTE教程：原理与实现》（第2版）和《LTE教程：结构与实施》（第2版）特别适合LTE的初学者，可以作为入门学习的教材；而《LTE教程：机制与流程》（第2版）和《LTE教程：业务与信令》适合用于LTE技术深造。
除了“LTE丛书之学好LTE系列”，作为LTE学习大使，我还开发了配套的LTE在线培训课程，包括入门、进阶和实战三个层次，已经在网易云课堂等在线教育平台发布。课程体系完整，内容透彻深入，与教程相辅相成，配合使用能取得更好的学习效果。
读者想了解“LTE丛书之学好LTE系列”，可以访问http://www.readhere.cn/site/l_ course.htm；想了解LTE在线培训课程，可以访问http://www.readhere.cn/site/l_training.htm；想学习LTE在线培训课程，可以访问http://m.study.163.com/m/provider/2763210/index.htm。读者还可以扫描下面的二维码，直达相关的内容。
                              

读者在学习过程中有任何问题，想要与我联系，可以关注我的微信公众号：“LTE学习大使”。大家还可以加入QQ群：“学好LTE”（291725936），交流学习中的各种问题。

 

《LTE教程：机制与流程》（第2版）是LTE进阶学习的起步之作，作为LTE学习大使，我希望各位读者都能通过“LTE丛书之学好LTE系列”，读懂LTE，学好LTE，为今后无论是从事LTE方面工作还是从事5G方面的工作打下良好的基础。

LTE学习大使
孙宇彤   
于2018年仲春
代序：LTE深造指南2018版（摘要）

【谁需要阅读《LTE深造指南》？】
随着LTE技术在移动通信中一统天下，越来越多的技术人员从事LTE的相关工作，他们经过LTE入门阶段的学习，已经初步了解了LTE系统的结构和关键技术。
在实际工作中，大家会发现仅仅拥有LTE的入门知识是不够的，还需要进行LTE技术的深造，学习LTE的进阶知识。
《LTE深造指南》就是为想深入学习LTE技术的技术人员准备的，目的是帮助大家高效地学习，有效达成学习的目标。
【深造者通常会遇到哪些问题？】
深造者在阅读《LTE深造指南》前，往往已经自行开始了LTE技术的深入学习。深造者通常采用阅读协议、翻阅参考书或者下载参考资料等方式来学习，事倍而功半，学习效果并不好。毫不夸张地说，很多人已经步入了LTE学习的歧途。
比如阅读协议，虽然LTE协议触手可得，但是协议并不是为学习准备的，以TS36.211为例，里面充斥了大量的参数与公式，读完后不懂的内容还是不懂，换句话说，直接阅读协议对理解LTE技术的帮助并不大。
LTE的参考书琳琅满目，但是很多参考书也不是为学习准备的。看完后，虽然书中有不少内容，但是读者很难抓住重点，学习效果并不好。
LTE的参考资料在网络上更是比比皆是，不过这些资料只描述某些具体的细节，知识体系不够完整和系统，读完后往往只见树木，不见森林，能依葫芦画瓢已经很好了，至于灵活应用基本是奢望。
以上这些情况，已经严重影响了LTE深造者的学习效果，亟待改善。
因此，对于深造者来说，为了高效地自学LTE，需要认真地阅读《LTE深造指南》，然后按照《LTE深造指南》介绍的学习路径和学习方法，逐步深入地学习，这样才能一通百通、触类旁通。
【开始LTE深造前必须满足哪些条件？】
在开始深造LTE技术前，深造者必须阅读过《LTE入门指南》，达到以下的水平：
① 能讲出LTE技术的来龙去脉。
② 能讲出LTE系统的组成。
③ 能讲出LTE关键技术的特色。
④ 能讲出LTE的信号处理过程。
比如下面这张图，如果深造者可以讲出其中每个部分涉及的关键技术和处理过程，基本上就算LTE入门了，就可以开始LTE深造的工作了。
 
【LTE深造要做的件事情是什么？】
在开始学习LTE技术前，深造者应该做好准备工作，这就是准备好“LTE丛书之学好LTE系列”。“LTE丛书之学好LTE系列”一套四本，教材内容之间环环相扣，虽然独立成篇，但又是一个有机的整体，全面涵盖了LTE技术从入门到进阶的学习内容。
 
“LTE丛书之学好LTE系列”具有全新的视野，独到的内容，再加上飞一般流畅的阅读体验，无论是LTE新人还是熟手，都适合阅读。可以毫不夸张地说，从这一套书可以读懂LTE！
“LTE丛书之学好LTE系列”的介绍：http://www.readhere.cn/site/l_course.htm。
【LTE深造要做的第二件事情是什么？】
准备好“LTE丛书之学好LTE系列”之后，深造者还需要参加LTE学习大使孙宇彤老师主讲的在线培训课程，特别是进阶和实战课程，以提高学习的效率。这些课程发布在网易云课堂上。
 
【LTE深造有哪些方向？】
做好LTE深造的准备后，根据工作内容，LTE的深造可以分为以下4个方向。
① 研究类：主要针对研究生撰写学术论文和技术规范的预研。
② 开发类：主要针对设备制造商的开发部门。
③ 规划类：主要针对运营商的建设部门和规划设计院。
④ 优化类：主要针对运营商的维护部门、设备制造商的测试部门，以及网络优化人员。
接下来我们就针对以上4个方向，介绍“LTE丛书之学好LTE系列”以及LTE在线培训课程在深造LTE过程中发挥的具体作用。
【研究类读者如何深造LTE？】
研究类深造者在深入阅读“LTE丛书之学好LTE系列”基础上，可以根据自己所在的技术领域，进行重点突破。
比如OFDM技术是LTE以及LTE-A乃至5G的关键技术，深造者需要读懂《LTE教程：原理与实现》（第2版），参加“OFDM技术”的在线培训，全面理解OFDM技术后，可以考虑用MATLAB来实现OFDM信号发生，研究5G中新型多载波以及新型多址技术等改进内容。
又比如在研究网络的吞吐率时，基于香农公式的干扰分析是非常关键的手段。深造者需要读懂《LTE教程：结构与实施》（第2版），尤其是附录的内容，从而可以进行深入的分析。
总之，仔细阅读“LTE丛书之学好LTE系列”，可以为深造者确定论文选题带来很多借鉴。

【开发类读者如何深造LTE？】
开发类深造者除了同样要深入阅读“LTE丛书之学好LTE系列”，还要根据自己所负责的开发内容，结合LTE规范重点突破。
例如，如果是开发RLC子层，就需要认真阅读《LTE教程：机制与流程》（第2版）和《LTE教程：业务与信令》的相关内容，学习LTE进阶培训中的“LTE机制与流程”课程，并在此基础上深入研读规范TS36.322。
【规划类读者如何深造LTE？】
规划类深造者同样要深入阅读“LTE丛书之学好LTE系列”，要仔细研读《LTE教程：结构与实施》（第2版）的实施篇。
其中，链路预算是无线网络规划的基本功，深造者一定要掌握链路预算中用到的主要参数和取值范围，并能灵活应用。
【优化类读者如何深造LTE？】
优化类深造者想提升技术实力，关键是能分析端到端的信令，这样就可以透视网络的运作。
为此，优化类深造者需要先参加“LTE机制与流程”和“LTE信令分析”等在线进阶课程的学习，快速理解LTE的端到端信令及其分析方法。
之后，优化类深造者根据工作的范围，可以参加“LTE语音业务”或者“LTE数据业务”等在线实战课程的学习。
完成了在线课程的学习，优化类深造者需要反复阅读“LTE丛书之学好LTE系列”，特别是《LTE教程：机制与流程》（第2版）和《LTE教程：业务与信令》，结合自己的实际工作，学以致用，直到充分理解，彻底掌握。
【优化类学友的学习体验】
接触孙老师的教材差不多有两年了，对于初学者而言，个人认为基础性知识如网元结构、帧结构、参考信号、控制信道和业务信道等都必须弄清楚，否则后续的机制与流程讲在哪个信道发送什么东西，也就云里雾里搞不清了，而《LTE教程：结构与实施》（第2版）就很好地阐述了这方面的内容，建议反复阅读。
对于网优从业者而言，我个人觉得《LTE教程：机制与流程》是一本不可多得的工具书，书中从待机和联机状态的处理机制，如小区选择、重选、寻呼处理机制、随机接入、安全和调度、功率控制、切换流程等方面入手做了详细的讲解；在信令流程部分，也讲了附着、位置更新、收发数据、切换、释放、IRAT 机制与流程，在现实工作中经常遇到的问题，都可以在该书中找到对应的讲解。
《LTE教程：原理与实现》（第2版）主要讲的是LTE关键的技术—OFDM和多天线技术，个人觉得这本书理论性比较强，有些一时半会也难以理解透，学有余力可以反复阅读琢磨。
新出的《LTE教程：业务与信令》是《LTE教程：机制与流程》的延伸，里面对CSFB和VoLTE知识讲得很详细，对于我想加强这两部