关于SR-LTE信令流程和终端信令行为分析和应用

摘要：SR-LTE通信方式是一种LTE与CDMA的混合通信方式，在国内外的的运营商都有这种应用。如中国电信，美国运营商Version Wireless均采用这种技术进行LTE与CDMA混合组网。以本文介绍SR-LTE终端测试中的基本信令流程，并以中国电信的A芯片和B芯片终端为例，分析两种终端的不同信令行为。

SR-LTE（Single Radio LTE）是LTE与CDMA 1xRTT的一种混合模式，SR是单射频的简称，顾名思义SR-LTE的技术特点是使用一套接收机硬件，实现LTE与1xRTT同时待机，通信时分复用。在SR-LTE出现之前，业界普遍采用的是SVLTE（simultaneous voice and LTE）通信模式，SVLTE通信模式的特点是具有两套独立射频收发机，实现LTE与1xRTT的独立通信，LTE与1xRTT是两个完整的独立模块，可以独立工作同时通信，互不干扰。这种技术的优点是运行简单，运营商网络侧变动小。但这种方案有其缺点之处，由于LTE和1xRTT需要两套独立的硬件，其运行功耗较高，对终端续航时间造成较重负担，而且终端的成本上升。由于用户应用的复杂化，用户体验的瓶颈日益转移到终端侧，SVLTE的缺点就更加明显。SR-LTE采用单射频硬件，在LTE连接态和空闲态下，SR-LTE终端会周期性地，短暂终端与LTE的连接，而转去监听1xRTT寻呼信道。这种技术的优点是使用同一套接收机硬件，功耗小，成本低，在目前业界逐渐成为代替SVLTE的首选方案。SR-LTE技术需要LTE与CDMA工作信令相互配合， 而且由于在LTE工作过程中需要周期性监听CDMA寻呼，对LTE数据性能会产生一定的影响。

1 SR-LTE典型工作流程

下面以一个典型的应用场景为例子，介绍SR-LTE的基本信令流程。在这个例子中，先后完成以下的信令过程：1）网络搜索，2）LTE注册，3）CDMA 1xRTT注册，4）CDMA寻呼，5）终端触发LTE ESR过程，6）终端接通CDMA 1XRTT通话，7）经过一段时间CDMA 1XRTT通话挂断，8）终端恢复到LTE连接状态，LTE数据得以继续。

1）终端初始化后进入网络搜索状态，对于网络对SR-LTE的支持情况，终端通过获取

LTE SIB8广播消息中的 csfb-SupportForDualRxUEs和csfb-RegistrationParam1xRTT来判断。若csfb-SupportForDualRxUEs=true，则UE工作在1xCSFB模式，若csfb-SupportForDualRxUEs=false，且csfb-SupportForDualRxUEs=true，则UE工作在SR-LTE模式。

2）终端在网络搜索成功后开始LTE注册过程，如图1所示，为标准LTE注册流程，在此流程中，网络需要获知手机对SR-LTE的支持情况，以判断终端下一个过程的信令行为。终端上报的UE Capability Information消息会携带终端对SR-LTE的支持情况，网络通过检查此消息中interRAT_Parameters的cdma2000_1xRTT参数，若rxConfig1xRTT=dual，则表示终端当前工作在SR-LTE状态，若rxConfig1xRTT=single，则表示终端当前工作在非SR-LTE状态。如图2所示，这个终端在第一次LTE注册时处于非SR-LTE状态。LTE附着完成后，激活默认承载，进入LTE Connected状态（LTE在线）。

图1

图2

3）在SR-LTE注册完成后，终端进行CDMA注册。

4）在1xRTT注册完成后，网络侧发起CDMA寻呼消息。

5）根据3GPP TS 23.272定义，当终端收到1xRTT寻呼，UE应在发送1xRTT寻呼消息前，通知LTE网络中断LTE数据通信，这是通过UE向网络发送Extended Service Request消息来实现，流程如如图3所示。UE发起LTE连接请求，在UE发送的ESR消息中，携带ServiceType=Mobile Terminating CS Fallback（或者1xCS fallback），如图4所示。如呼叫是终端发起的，则ServiceTpye=Mobile Originating CS Fallback（或者1xCS fallback）。在ESR消息发送完成后，网络侧发送RRCConnectionRelease消息，释放LTE RRC信令。

图3

图4

6）终端接通CDMA呼叫，这时LTE连接中断。

7）终端保持CDMA通话一段时间后，挂断CDMA通话。

8）终端在结束CDMA通话后，重新发起LTE注册，之后触发Tracking Area Update过程，并重新建立PDN连接。如图5所示。

图5

2.1 A芯片终端与B芯片终端的SR-LTE信令行分析

A芯片与B芯片是当前SR-LTE技术的主流芯片解决方案，两种芯片的SR-LTE工作流程有所差异，以下我们以中国电信的A芯片与B芯片 SR-LTE终端为例，分析两种终端的信令行为差异。

2.2 A芯片终端与B芯片终端开机选网的差异

开机注册过程，A芯片终端采用LTE优先注册，LTE注册完后再做CDMA注册。B芯片终端选网注册没有优先关系，先注册到LTE网络或者1xRTT网络都可能发生。一般来说，网络注册 会采取LTE优先，因为可以在LTE注册流程中可以判断LTE网络是否支持VoLTE，进而决定是否需要回落到1xRTT进行语音通话。在实验室测试中，一般采用先LTE后1xRTT注册的方式。

B芯片终端开机注册过程可以先注册LTE，也可以先CDMA。如果先进行LTE注册，在LTE注册完成后，B芯片终端会中断LTE连接，进行1xRTT注册，在1xRTT注册完成后，发起第二次LTE注册，重新回到LTE网络。如果终端先注册CDMA，在终端完成CDMA注册后再进行LTE注册，则LTE注册可以一次完成。两种工作方式都是正常行为，取决于终端所在网络的情况而异。

2.3 A芯片终端与B芯片终端开机状态的差异

A芯片终端和B芯片终端开机时的状态有所差异。A芯片终端开机时，有可能处于两种状态，一种是SR-LTE状态，另一种是非SR-LTE状态。如果终端处于SR-LTE状态，则在UE LTE注册过程中，UE Capability Information中携带的cdma2000_1xRTT参数，rxConfig1xRTT=dual，网络收到此消息后，知道终端已处于SR-LTE模式。若UE Capability Information中携带的cdma2000_1xRTT参数，rxConfig1xRTT=single，则表示终端处于非SR-LTE状态，终端在完成LTE注册后，会重置modem进行模式切换，进入SR-LTE模式并发起第二次LTE接入。所以，当网络侧收到Capability Information中携带的cdma2000_1xRTT参数，rxConfig1xRTT=single，注册完成后，应下发RRCConnectionRelease消息，使网络侧处于RRC IDLE状态，等待终端的第二次接入，避免终端发起RRCConnectionRequest消息时，网络侧仍处于RRC CONNECTED状态，出现状态机错误。对于B芯片终端，则每次开机的时候，都是处于SR-LTE状态，不会有模式切换的情况。

2.4 从LTE注册过渡到CDMA注册之间的差异

如果A芯片终端和B芯片终端都采取先LTE后CDMA的注册方式，两者的初始状态都是SR-LTE模式，则终端在LTE注册过程中终端上报的UE Capability Information消息interRAT_Parameters的cdma2000_1xRTT参数均为rxConfig1xRTT=dual。

A芯片终端在LTE注册完成后，转入进行CDMA注册，LTE链路不中断。在完成CDMA注册后，LTE仍处于原来的状态，不会重新接入LTE。

B芯片终端开机后直接进入SR-LTE模式，在完成第一次LTE注册后，B芯片终端会中断LTE的通信而进行1xRTT的注册，而这个过程没有任何消息通告给网络侧，这会导致网络侧认为B芯片终端还是注册在网络中。而当B芯片完成1xRTT注册后，会重新发起LTE注册请求，在RRCConnectionRequest消息中携带的注册类型为“MO Signaling”，由于网络侧认为B芯片终端仍然注册在网络中，当它收到注册类型为“MO Signaling”的RRCConnectionRequest消息会认为UE状态错误。针对这种情况，网络侧需要对这种行为进行识别。

上述两者行为的区别在于，A芯片与B芯片在第一次注册LTE网络后的信令行为不一样，A芯片终端会做直接做1xRTT注册而不会把LTE中断（无需重做LTE接入），而B芯片终端会中断LTE连接做1xRTT注册，在1xRTT注册完成后，重新接入LTE。所以网络侧必须对这两种方式进行适配，否则会产生状态错误。我们在实现中采用延时监控的方式解决这个问题。当LTE注册完成后，网络侧暂时不释放RRC信令（不发RRCConnectionRelease），然后等待1xRTT的注册，如果是B芯片终端，终端完成1xRTT注册后会重新发起LTE随即接入，向网络侧发送preamble消息。这时，当网络侧捕捉到preamble消息，在回应RAR消息前，网络侧内部释放掉RRC信令（注意，此时的操作是网络侧内部释放RRC信令，而不发送RRCConnectionRelease消息给终端），使得网络侧RRC状态机恢复到RRC IDLE状态，然后再发送RAR消息。这样就保证了了在收到终端的RRCConnectionRequest消息时，网络侧处于正确的状态。针对A芯片终端，由于终端不会中断LTE，所以在1xRTT注册完成后，终端是不会重新发起LTE随机接入的，网络侧在完成1xRTT注册后，开始定时器计时，当定时器超时后，如在这个过程中，没有收到preamble消息，则表明终端并非B芯片终端，网络侧会认为SR-LTE整个注册流程已经完成。

3 罗德与施瓦茨的SR-LTE协议测试解决方案

罗德与施瓦茨公司的LTE协议测试仪CMW-PCT是一种通用的协议测试解决方案，不但能支持2G/3G/4G的协议一致性测试，还能广泛支持世界主流运营商的定制化协议测试。R&S SR-LTE协议测试方案，使用CMW500 PCT作为网络仿真器，如图6所示。CMW-PCT协议测试仪的特点是能支持多种不同制式小区的模拟，SR-LTE解决方案可以同时模拟FDD-LTE小区，TDD-LTE小区，1xRTT小区以及eHRPD小区，实现不同的通信场景，模拟运营商真实的网络状况。能对SR-LTE终端的选网，注册，数据通信，语音呼叫，4G-3G切换等场景进行仿真模拟。罗德与施瓦茨的SR-LTE信令测试方案已成为中国电信、美国Verizon Wireless等主流SR-LTE方案运营商官方认证的测试平台，用于运营商终端入网测试（Operator Acceptance Test）。

图6

罗德与施瓦茨公司的CMWmars协议分析工具，具有强大的日志分析功能，可以分析LTE、1xRTT、eHRPD的空口信令，以及调试打印信息。这个工具具有强大的可视化功能，以直观的方式显示信令消息流程，显示消息内容结构以及原始数据。CMWmars还具有强大的消息过滤，检索，消息关联分析等能力，并支持编辑脚本对消息进行分析和提取。

图7

4 小结

本文介绍了SR-LTE的基本信令流程，并分析对比了A芯片终端与B芯片终端的信令行为差异。最后，我们简单介绍了罗德与施瓦茨公司的SR-LTE协议测试方案。