4G LTE寻呼流程介绍

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寻呼技术介绍

1. 寻呼概述

寻呼（Paging）是指网络（无论是接入网还是核心网）寻找或唤醒手机的过程。由于手机具有移动性，其位置不断变化，且手机可能会因故障关闭或进入低功耗模式，因此手机并不总是与基站或核心网保持RRC连接。

当网络中的其他用户尝试呼叫手机时，网络需要定位并唤醒手机，以通知其请求上行资源，重建RRC连接。

2. 寻呼的前提条件

当手机的RRC连接被释放，处于RRC idle状态时，即SRB1和SRB2、DRB等承载已被释放，而基站仅保留了SRB0承载的资源，此时需启动寻呼流程，通知终端重新建立RRC连接。

若手机已处于RRC连接状态，则基站可通过SRB1、核心网通过SRB2承载直接通知手机，并通过现有的DRB承载传输数据。

3. 寻呼的触发源与条件

MME触发：

• 当核心网需要向处于RRC_IDLE状态下的用户设备（UE）发送数据时，例如有用户呼叫该UE，MME会发送寻呼消息。eNodeB根据寻呼消息中携带的UE的跟踪区列表（TAL），通过逻辑信道PCCH向所有隶属于TAL的小区广播寻呼消息，以寻呼UE。寻呼消息包括指示寻呼来源的字段及UE标识，后者可以是S-TMSI或IMSI。
• 当核心网有地震海啸警报系统（ETWS）需通知处于RRC_IDLE状态下的UE时，也会触发寻呼。

基站触发：

• 当接入网需要更新MIB、SIBx消息，如频点更改或邻区变动时，需要及时唤醒终端，以便其读取新的MIB和SIBx消息。
• 系统消息变更时，eNodeB将通过寻呼系统消息通知小区内所有EMM注册态的UE，并在随后的系统消息修改周期中发送更新的系统消息。虽然触发源不同，但在空中接口的寻呼机制相同。

4. 为什么要使用寻呼？

寻呼是一种全网或区域广播机制，用于在网络不知道UE确切位置（具体位于哪个小区）时呼叫并唤醒处于空闲态的UE。

简单来说，这就像在大型商场中广播：“顾客XXX，请到服务台，有人找。” 商场（网络）不知道你在哪个店铺（小区），因此通过广播系统（寻呼信道）呼叫你。

主要用途包括：

• 处理来电呼叫：当有移动终止的语音或数据业务时，核心网会触发寻呼。
• 系统消息更新通知：当网络侧的系统信息发生变化时，需通过寻呼通知该区域内的所有空闲态UE，使其重新读取系统消息。
• ETWS/CMAS地震海啸预警：在发生公共安全事件时，网络会通过寻呼紧急广播预警信息。

5. 寻呼流程及其信令路径

一个典型的来电寻呼流程涉及核心网和接入网，其信令路径如下图所示：

整个流程从核心网MME开始，作为控制平面的中心，MME在需要联系空闲态UE时，会向其所属跟踪区域内的所有eNodeB发送寻呼请求。eNodeB接收到请求后，会执行一系列复杂的计算，以确定在哪个精确的无线帧和子帧上发送寻呼信息。

6. 寻呼消息的关键组成部分

一条Paging消息主要包括以下几个信息元素：

• UE身份标识：
  • S-TMSI：这是最常用的标识，是一个临时ID，有助于保护用户隐私。
  • IMSI：在国际漫游等特定情况下，或者网络无法通过S-TMSI识别UE时使用。由于IMSI是永久性标识，涉及安全隐私，因此其使用受到严格限制。
• TAI List：跟踪区标识列表，但在eNodeB侧通常已知寻呼范围。
• CN域指示：表明消息来自电路域还是分组域的核心网节点。

7. UE如何高效监听寻呼——DRX与寻呼时机

这是寻呼机制中最核心、最精巧的部分。如果UE持续监听寻呼，电池将迅速耗尽。为解决这一问题，LTE引入了非连续接收（DRX）机制。

核心理念是：UE无需在所有时间都监听PDCCH，而是在特定的、预定义的时间点醒来进行监听，其余时间则进入睡眠状态以节省电量。

这些特定的时间点称为寻呼时机（Paging Occasion, PO）。一组PO构成一个寻呼帧（Paging Frame, PF）。

如何计算寻呼时机？—— UE的“闹钟”

PF和PO由一系列公式和参数计算得出，确保每个UE都知道自己应在哪个精确的时间点醒来监听。这些参数在网络广播的系统消息（SIB2）中广播。

关键参数包括：

• Default Paging Cycle（T）：默认寻呼周期。UE每隔T个无线帧（一个无线帧10ms）醒来一次。T可以是32, 64, 128, ... 256个无线帧。
• nB：寻呼密度参数。nB可以是T, T/2, T/4, T/8, T/16, T/32。它决定了在一个寻呼周期内总共有多少个PO。
• UE_ID：使用IMSI模1024计算得到。

UE_ID = IMSI mod 1024

这确保了不同用户设备（UE）的寻呼时机能够均匀分布。

计算方法（简化版）：

计算寻呼帧（PF）：

SFN mod T = (T div nB) * (UE_ID mod N)

其中

N = min(T, nB)

UE会计算出所有符合上述公式的系统帧号（SFN），这些SFN即为其PF。

计算寻呼时机（PO）：

依据

UE_ID

以及参数

Ns

（

Ns = max(1, nB/T)

），通过查表方式确定在PF中具体的某个子帧（0至9）作为其PO。

示例说明：

假设

T=64

（即640毫秒），

nB = T/2 = 32

，一个国际移动用户识别码（IMSI）尾数为123的UE，其

UE_ID = 123 mod 1024 = 123

。

通过计算，它可以在每个64帧的周期内，确定在一个特定的无线帧（PF）中的某个特定子帧（PO）上醒来监听寻呼。在周期的其余时间，它处于休眠状态，从而大幅节省电力。

网络侧如何协调

网络侧（eNodeB）知晓所有已注册UE的IMSI和DRX参数。当移动管理实体（MME）下发一条寻呼消息时，eNodeB会：

• 根据消息中的UE标识（S-TMSI或IMSI）计算出该UE的PF和PO。
• 在该准确的PO时刻，发送寻呼消息。

这种机制确保了“呼叫者”和“被呼叫者”在同一时间和频道相遇，实现了高效和节能。

关键特性

寻呼容量

一个PO内可以承载多条寻呼记录（多个UE_ID）。然而，容量有限，受制于物理下行共享信道（PDSCH）的资源块分配。

在UE密集的环境中（如体育场馆、地铁），如果同时有多起来电，可能导致寻呼信道拥堵。此时，可通过优化nB参数（增加nB，即增加PO数量）来分散负载。

跟踪区域（TA）与TA列表（TA List）

寻呼并非在单一小区进行，而是在UE最近注册的整个跟踪区域内进行。

为减少不必要的信令，网络会给UE分配一个TA List（一组TA）。UE在该列表内移动时无需更新位置。仅当UE离开TA List时，才发起跟踪区更新。寻呼也在TA List范围内的所有小区广播。

RRC状态转换

寻呼成功触发了UE从RRC_IDLE状态到RRC_CONNECTED状态的转变。UE接收到寻呼后，会立即启动随机接入过程，建立RRC连接，并向MME发送Service Request消息，从而建立业务通道。

与5G NR寻呼的比较

5G NR的寻呼基本原理与LTE相似，同样基于DRX和寻呼时机。

主要差异在于物理信道和参考信号的设计，例如使用PDCCH的DCI Format 1_0来调度PDSCH上的寻呼消息，并采用P-RNTI加扰。

5G支持基于服务的架构，寻呼请求由接入和移动性管理功能（AMF）发出，但核心逻辑保持一致。

总结

4G LTE的寻呼流程是一种精心设计的、以终端节电为目标的高效呼叫机制。其核心在于通过DRX和精确计算的寻呼时机（PF/PO），在无法确定UE确切位置的情况下，实现了“网络精准呼叫”与“UE极致省电”之间的完美平衡。理解寻呼流程，是掌握LTE/5G移动性管理和终端状态机管理的关键。

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关键词：LTE connected occasion Default Request