UE在LTE系统内的移动性分为空闲态的移动性和激活态的移动性，在文章《LTE系统内切换流程分析》我们分析了UE激活态下的移动性管理，本文来说明空闲态下的UE移动性管理流程。
当UE开机但是没有与无线网络建立连接时的状态，称为UE处于空闲态。空闲态管理是eNodeB通过系统广播消息下发相关的配置信息，UE据此选择一个合适的小区驻留并接受服务，提高UE接入的成功率和服务质量，保证驻留在一个信号质量最好的小区。空闲态管理内容主要包括：
PLMN选择
小区选择，重选
小区重定向
跟踪区更新
系统消息广播
寻呼
下面我们分别对这些过程逐个讲解
1.PLMN选择
当UE开机或者从无覆盖区域进入覆盖区域，首先选择最近一次已经注册过的PLMN并尝试在这个PLMN注册。如果注册成功，则将PLMN信息显示出来，开始接受运营商的服务；如果没有最近一次的PLMN或者最近一次PLMN注册不成功，UE会根据USIM卡中关于PLMN的优先级信息，通过自动或者手动的方式继续选择其他的PLMN。PLMN标识由MCC(Mobile Country Code)和MNC(Mobile Network Code)组成。UE开户时的PLMN只有一个，称为HPLMN(Home PLMN)图1列举了中国大陆运营商PLMN标识
图1.中国大陆运营商PLMN标识
当UE不在HPLMN覆盖区域时，可以根据USIM卡里存储的关于PLMN的信息，选择其他的PLMN接受服务，这个过程就是所谓的漫游。
2.小区选择与重选
当UE选择了一个PLMN之后，UE首先进行小区搜索，搜索到小区后，就会在该PLMN中选择一个小区驻留。UE在该小区驻留后，通过监听系统消息，根据领区测量规则和重选规则，对当前小区以及领区进行测量，选择一个信号质量更好的小区进行驻留。
2.1 小区搜索
小区搜索就是UE与小区取得时间和频率同步，得到物理小区标识，并根据物理小区标识，获得小区信号质量与小区其他信息的过程。在选择或者重选小区时，UE将会在所有的频点上搜索小区。在LTE系统中，同步信道是专门用于小区搜索的信号，分为主同步信道PSS和辅同步信道SSS。同步信号在时频图上的位置可以参考附录。小区的ID共有504个（168组，每组3个），SSS与小区ID组一一对应,范围是0-167PSS与组内ID号对应，范围是0-2。
2.2小区选择
搜索完小区后，UE下一步就是小区选择了。UE进行小区选择需要判断小区是否满足相应的选择规则，即E-UTRAN小区参考信号接收功率测量值RSRP。小区的RSRP值必须高于配置小区的最小接收电平，且RSRQ必须高于配置小区的最小接收信号质量。
2.3领区测量
小区选择完成之后，会根据当前服务小区的信号质量和邻区优先级信息，对邻区进行测量。根据不同的测量规则，可以分为同频小区测量、异频小区测量、异系统小区测量等。根据不同的对象实施不同的测量规则。
2.4小区重选
通过小区重选规则来确定是否进行重选小区。根据小区优先级的高低，重选规则包括同频小区重选、异频小区重选、异系统小区重选等。
3 小区重定向
重定向是指eNodeB通过RRC Connection Release消息释放UE，同时在连接释放消息中带有重定向目标频点（组）信息，指令UE到目标频点（组）重新接入。重定向的类型主要包括
我们以RIM来简单的介绍，LTE语音的解决方案之一是通过回落3G来实现的，这个过程称之为CSFB，CSFB过程就用到RIM。RIM功能提前将GSM、UTRAN的无线网络信息告知手机，节省手机在3G网络的测量时间从而达到快速接通的目的。图2展示了CSFB的信令流程，图3.展示了RRC Connection Release信令内容。
图2.CSFB中的快速重定向信令流程
图3.RRC Connection Release信令内容
4.跟踪区更新
UE通过跟踪区注册告知核心网自己的跟踪区TA（Tracking Area）,当UE处于空闲状态时，核心网能够知道UE所在的跟踪区，同时当处于空闲状态的UE需要被寻呼时，必须在UE所注册的跟踪区所有小区进行寻呼。TA是小区级别的配置，跟踪区代码表示为TAC，多个小区可以配置相同的TA，一个小区只能属于一个TAC。TAC划分按照地理位置的远近划分，就像行政地图一样。通过TAI来表示一个TA，TAI=PLMN+TAC。
图4.北京市行政地图(图片来自互联网)
UE在以下任一条件满足的情况下发起跟踪区更新的请求：
UE通过跟踪区更新告核心网自己的TA，核心网根据UE所属的TA，将寻呼消息发送到UE所属的TA的所有eNodeB。
5.系统消息广播
系统消息根据内容的不同，分为1个MIB(Master Information Block)与11个SIB(System Information Block)，MIB消息在PBCH上广播，SIB通过PDSCH的RRC(through Radio Resource Control)消息下发。PBCH和PDSCH在时频资源图上的位置可以在附录中查到。
5.1系统消息内容
为了便于查找，在此简单罗列一下MIB和SIB消息的常用的消息内容：
MIB：下行信道带宽，PHICH配置，系统帪号，天线配置数量；
SIB1：PLMN识别码，TAC，小区ID；
SIB2：上行信道带宽；
SIB3：同频测量门限，异频和异系统测量门限，小区需要的最小信号接收电平，重选优先级；
SIB4：同频邻区列表；
SIB5：异频邻区列表；
SIB6：包含到异系统UTRAN切换所需要的信息；
SIB7：包含到异系统GERAN切换所需要的信息。
需要详细系统消息内容的网友请自行查阅3GPP技术规范 TS 36.331 V15.3.0 （http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.331/）。
5.2系统消息调度周期
MIB消息调度周期固定为40ms，在每个SFN MOD 4 = 0的无线子帧发送，SIB1调度周期为80ms，在每个SFN MOD 8 = 0的无线帧发送，其他SIB消息调度周期由参数决定。
5.3系统消息更新
系统消息什么时候开始更新呢？可以通过下图来说明。
图5. UE读取更新系统消息时机
当UE在满足黄色框里面的条件时开始主动读取系统消息。当UE在上述场景中成功读取系统消息之后，为了节省UE的电量，UE不会重复的读取系统消息，只会在红色框中的时机重新读取并更新系统消息。
6.寻呼
寻呼时为了发送寻呼消息给空闲态的UE，寻呼消息根据使用场景可以由MME触发也可以由eNodeB触发。
MME发送寻呼消息时，eNodeB根据寻呼消息所携带的UE的TAL(TA List)信息，通过逻辑信道PCCH向其下属于TAL的所有小区发送寻呼消息寻呼UE。寻呼消息中包含指示寻呼来源的域，以及UE标识。
系统消息变更时，eNodeB将通过寻呼消息通知小区内所有EMM注册态的UE，并在紧随下一个系统消息修改周期中发送更新的系统消息。eNodeB要保证小区内所有EMM注册态UE能收到系统消息。
6.1 寻呼消息相关信道及映射
寻呼消息由PCCH逻辑信道承载，PCCH逻辑信道数据块由PCH传输信道来承载，PCH传输信道的数据块由PDSCH物理信道来承载。可以参考图6.的信道映射关系
图6.LTE下行信道映射关系
由于下行共享物理信道上除了承载PCH传输信道以外，还可以承载DL-SCH传输信道。因此终端在接收寻呼消息之前，终端需要先去监听PDCCH物理信道，根据物理信道上是否携带P-RNTI(16bit识别码，取值为xFFFE)，来判断本次寻呼周期是否有发寻呼消息给自己。
6.2 空口寻呼机制
为了降低RRC_IDLE状态下UE的电力消耗，UE使用非连续接收方式DRX(Discontinuous Reception)方式接收寻呼消息。UE在特定的子帧（1ms）监听PDCCH，这些特定的子帧成为寻呼世纪PO(Paging Occasioin)，这些子帧所在的无限帧(10ms)称为寻呼帧PF(Paging Frame)。如图7.所示。
图7.寻呼机制示意图
计算出PF和PO的具体位置后，UE开始监听相应子帧PDCCH，如果发现有P-RNTI，根据PDCCH只是的RB分配和调制方式，从统一子帧的PDSCH上获取寻呼消息。如果寻呼消息含有本UE的ID，则发起寻呼相应；否则，在间隔T个无线子帧后继续监听相应子帧的PDCCH。
6.3寻呼处理过程
eNodeB收到发送寻呼消息的指示，从下一个PO开始，在每个PO上生成一个寻呼消息，填写system Info Modification，持续一个DRX周期；或者计算UE的最近一个PO，生成一个寻呼消息，填写Paging Record，如果这个PO上已经有其他UE的Paging Record或者system Info Modification，则进行合并后在发送。
UE使用DRX来降低功率消耗。在每个DRX周期，UE只会在自己的PO去读取P-RNTI，根据P-RNTI从PDSCH信道读取寻呼消息宝。不同的UE可能会有不同的PO，这样当他们在同一个DRX周期内被MME寻呼时，RRC层需要将他们的寻呼记录合并到同一个寻呼消息中。当某些特定UE的寻呼和系统消息改变触发的群呼同时发生时，RRC层也需要合并paging消息。
RRC_IDLE状态的UE在每个DRX周期内的PO子帧打开侦听PDCCH。UE解析出授予自己的寻呼时，UE向MME返回的寻呼响应将在NAS层产生。UE响应MME的寻呼体在RRC Connection Request 消息信元Establishment Cause值为 mt-Access。
当UE未从PDCCH解析处P-RNTI或者UE解析出P-RNTI但未发现属于自己的Paging Record时，UE立即关闭接收极，进入DRX休眠期以节省电力。
附录：1.4MHz 2×2 MIMO PCI = 0时频资源图
完
2018/10/21
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