LTE:Discontinuous Reception(DRX)

Discontinuous Reception(DRX) Introduction

什麼是 Discontinuous Reception(DRX)？字面上的意思是不連續接收，意思即是UE的接收器，不會連續性的一直接收，會關閉接收器一段時間，等過一陣子再開啟，以達到UE省電的效果。在UE沒有DRX的狀況下，只能一直開著接收器去監聽基地台是否有作paging的動作，若有paging，UE則會開始與基地台從RRC idle進入到RRC connected的狀態。但若是如此，UE無時無刻開著接收器，會顯得相當的耗電，這時候就要藉由DRX的功能去降低UE開啟接收器的時間去達成省電的目的。

Short DRX Cycle and Long DRX Cycle

Long DRX Cycle

• 關閉接收器的時間較長
• 較為省電
• 使用者感受到的delay時間較長

Short DRX Cycle 

• 關閉接收器的時間較短
• 較沒這麼省電
• 使用者感受到的delay時間較短

DRX Cycle有分 Short跟Long UE可能會直接進Long Cycle或是先進一段Short Cycle再進Long Cycle，這表示Short cycle算是option。

為什麼要這樣設計呢，因為Long Cycle雖然比較省電，但是使用者在使用UE時，總是會有時間密集性，所以短時間突發的使用就讓Short Cycle來處理，而長時間的省電就由Long Cycle來處理。

Discontinuous Reception(DRX) Parameter

你一定馬上會有一個疑問，那EnodeB要怎麼知道UE什麼時候關接收器，什麼時候開接收器，要怎麼同步。如果沒有良好的同步，必定會造成很嚴重的問題。所以在基地台的RRC message 裡面就會明確指出什麼時間點要關接收器，什麼時間點要開接收器，當UE收到這些參數之後，就會跟EnodeB有默契，知道什麼時候該開，什麼時候該關。

以下則是相關的參數。

DRX Parameter	Description
DRX Cycle	定義為一次DRX的時間長度，也就是指一次打開接收器加上一次關閉接收器的時間長(這是使用Subframe time及longdrx-CycleStartOffset所計算出來的)。
onDurationTimer	這是指在DRX cycle中打開接收器的時間。
drx-Inactivity timer	表示UE在收到PDCCH的資料，還需要接收器還要開啟多久，也就是說當沒有收到PDCCH來的資料時，這個Timer就會啟動，若Timer超過設定值之後，就會接收器就會關起來，但若在這個Timer仍在計數的時候，又收到PDCCH，則這個Timer就會歸零。
drx-Retransmission timer	表示UE等候HARQ重傳時，必須監聽的最大PDCCH子訊框個數(什麼HARQ，是一個LTE錯誤重傳的機制，以後再寫。(HARQ細節的部份我們先不考量進來，不過下面有解釋DRX與HARQ的關係)
shortDRX-Cycle	DRX Cycle有分Long DRX cycle或DRX Short，這個參數表示short DRX cycle代表short DRX cycle要用多久，才會轉變成Long DRX cycle ，若是沒有設定，則直接使用Long DRX。
drxShortCycleTimer	因為有分Short DRX跟Long DRX，當超過一定的時間之後，會由Short DRX轉變成Long DRX。因為Long DRX雖然較省電，但是喚醒的時間也較久，所以LTE設計了一個機制，若是一段時間沒有資料要傳，則由Short DRX轉變成Long DRX。

Discontinuous Reception(DRX) mode in different RRC status

在不同的RRC狀態時，會有不同的DRX的表現 

先從以下的圖說起，這個圖是引用IEEE的資料

在RRC Connected時候，可以看的到，跟ACTIVE真的要傳資料並無太大的不同，最大的不同是LTE-U_u是DRX Enabled介面，所以會進行Connected節電。而在最右邊的RRC idle時，可以看的到所有的核心網路都只有把Context 保留住，但是並沒有實體做連結，而eNodeB更是把UE context移除了，所以這時候如果有要Downlink資料要傳送，核心網路會重建，並且會讓eNodeB去對UE做Paging。EnodeB做Paging的時間會選擇UE在DRX cycle的On Duration去做傳送。所以代表UE要接收到資料的時間會較長。

結論:

• Active mode DRX 用在RRC Connected狀態，使用Short DRX Cycle與Long DRX Cycle，RRC Connected表示UE與EnodeB之間是有空中資源，可以隨時進行資料傳輸，On Duration時，在聆聽的是PDCCH。
• Idle mode DRX  用在RRC Idle狀態，使用Long DRX Cycle ，RRC Idle表示UE與EnodeB之間沒有空中資源，必須透過Paging(下行)或是Random Access(上行)來取得空中資源，On Duration時是聆聽aging channel。

Discontinuous Reception(DRX) Operation

要了解DRX，必須要先從上面這張圖開始

DRX的時間為兩個，一個是On Duration，另一個則是Opportunity for DRX，On duration 是指要打開接收器的時間，Opportunity for DRX則是可以關閉接收器的部分，為什麼是Opportunity ，而不是Off Duration呢，因為要考慮到HARQ重傳的狀況。所以才會使用這個字眼。

有兩種可能會讓UE進入DRXCycle

• 在On duration接收的時候會收到從網路來的資料，當沒有從PDCCH來的資料時，就會開始Inactivity timer。這個計時器就是在算網路跟UE間多久沒有進行活動，當Inactivity timer到期的時候，就會進入DRX Cycle
• 另一種則是收到EnodeB所傳送的DRX Command MAC control element指令，則UE也會進入DRX Cycle

進入DRX Cycle之後會先有做以下的事情

• 會將onDurationTime與drx-InactivityTimer，因為這都是On Duration 所需的計時器。
• 判斷是否有Short DRX cycle ，若是有的話，則使用Short DRX，若是沒有的話，則是使用Long DRX Cycle，還記得前面提到Long DRX與Short DRX的差別嗎，是這是使用Subframe time及longdrx-CycleStartOffset所計算出來的。會有這樣的設計，UE通常剛進入DRX會有很高的機會再收到資料，當處於Short DRX cycle一段時間沒傳資料之後，才會進入Long DRX Cycle。

進入Long DRX Cycle時，符合以下的條件會打開接收器監聽訊號

( [(SFN * 10) + subframe number] mod (longDRX_Cycle)  == (drxStartOffset) ) 

• [(SFN * 10) + subframe number] 這個東西代表每個subframe的系統絕對位置，Frame的架構以後再寫吧，這邊寫就扯遠了。
• mod代表除某個東西的餘數
• LongDRX_Cycle是網路給的Long DRX Cycle數值
• drxStartOffset代表是在哪個訊框開始的，我可以在某個訊框開始週期

整段的意思就是如果我在某些訊框剛好是Long DRX Cycle時才會開起來，因為Long DRX 數值通常比較大，所以開起來的次數當然明顯比較少，一到一萬除於100能整除的數字一定比除於10的數字少。

進入Short DRX Cycle，符合以下的條件會打開接收器監聽訊號

( [(SFN * 10) + subframe number] mod (shortDRX_Cycle) == (drxStartOffset) mod (shortDRX_Cycle))

• [(SFN * 10) + subframe number] 這個東西代表每個subframe的系統絕對位置，Frame的架構以後再寫吧，這邊寫就扯遠了。
• mod代表除某個東西的餘數
• ShortDRX_Cycle是網路給的Short DRX Cycle數值
• drxStartOffset代表是在哪個訊框開始的，我可以在某個訊框開始週期
• 為什麼右邊是還會除餘shortDRX_Cycle，老實說我不清楚，也找不到原因，只知道如果除餘一個數字會讓 Long DRX跟 Short DRX的offset會不同。

因為Long DRX 數值通常比較大，所以開起來的次數當然明顯比較少，一到一萬除於100能整除的數字一定比除於10的數字少。

Discontinuous Reception(DRX) and HARQ Relation 

但要注意一件事情，也就是我們中間有提到的HARQ重傳機制會如何影響到DRX的機制

鑒於很多資料都不清楚，我用以下一張圖來說明HARQ與DRX的關係(僅為概念圖)

可以看到上圖有一個HARQ RTT Timer也有一個DRX Retransmission timer，HARQ RTT timer表示 HARQ的重傳最快什麼時候會回來，在發生HARQ解碼錯誤，通常是傳送過程被影響，於是會啟動HARQ RTT Timer，而且必定是HARQ RTT timer結束之後HARQ重傳才會到，代表這中間都還可以不理會繼續做DRX。而DRX-Retransmission timer為 HARQ RTT timer結束之後會開啟，當開啟之後，就會暫停DRX的機制，等待重傳，等到Retransmission time結束後就會回歸DRX機制。這是為了重傳而設計的機制

重點:只有在drx-InactivityTimer和drx-RetransmissionTimer都不啟動時，UE才會關閉接收器。也就是說InactivityTimer時間到了，但RetransmissionTimer還在跑，還是要乖乖的把接收器打開來等待HARQ機制重傳

 

HARQ後記

看了這麼多，可以發現協會開放了這麼多的參數，就是要給每個營運商自己去控制UE的省電程度與開啟DRX之後的延遲程度，所以到最後還是把這個調整的課題留給營運商!

LTE: TRACKING AREA UPDATE REQUEST 詳解

Tracking  Area Update(TAU) Conecpt

Tracking Area Update是UE用來更新自己在基地台區域位置的一個信令，目的是要讓基地台知道UE目前移動到哪個區域位置。詳細概念請參照這裡。你一定會問另外一個問題，UE要怎麼知道自己是在哪個Tracking Area。UE是靠著EnodeB的System information Block 1(SIB1)去得到自己的tracking Area。所以UE收到新的EnodeB的廣播訊息，他就會檢查Tracking Area Code。

When Tracking Area Update (TAU) Occur

在以下的狀況下，UE會使用Tracking Area Update (TAU)

• Normal TAU: 當UE進入到新的tracking area時，而這個tracking area不是在自己的tracking area list裡面，這時候UE會進行TAU，來讓MME知道UE進到新的tracking area。
• Combined TAU: 如果UE在CS/PS mode 1 或CS/PS mode 2時，也就是運作在有CS Fallback時，當UE進到一個新的Tracking Area時，他會進行Combined TAU，同時更新Tracking Area與WCDMA、GSM的Location Area(LA)。因為CS Fallback，Device要隨時能找的到2G、3G的基地台去使用Circuit Switched Service來撥打電話。CS Fallback相關資訊請參照這篇
• Periodic TAU: 定時TAU，UE在T3412定時器的時間到時，會做TAU update。因為UE有可能很長時間在同一個Tracking Area，所以一般會讓UE定期去做一個Tracking Area update，讓MME知道UE還活著。
• 在inter-RAT的狀況，UE在切換不同的technology時，都會進行tracking area update。
• MME load balancing: 當UE接收到EnodeB的 RRC CONNECTION RELEASE 訊息，並內含cause code "load balancing TAU required'", UE必須要進行TAU的程序，讓新的MME確認UE本身Trackin Area。
• 向網路更新UE使用的某一些使用參數，例如UE network capability information或the “MS network capability或DRX parameter等等。

Tracking Area Update Request  signaling Detail

  M=Mandotory，O=Optional

Information Element	Presense	Description
Security header type	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
EPS update type	M	用來指示update 的型態，可能為以下的其中一種，詳細請參閱最上面的說明 TA updating combined TA/LA updating’ combined TA/LA updating with IMSI attach periodic updating 除了指示update型態之外，如果UE當下有另外的data要傳而尚未傳送，可以再active flag裡面指示，則網路在做完TAU程序之後，也就是，會對UE的進行Bearer establishment。簡單的說就是讓網路端知道UE有要傳送資料。以節省額外的信令。
NAS key set identifier	M	用來指示目前UE上有什麼NAS Security Key。是KSIASME或是映射到的KSISGSN，因為對安全性沒什麼概念，這邊不太了解，詳細資料在24.301 subclause 4.4.2
Old GUTI	M	UE支援A/Gb mode(2G)或 lu mode(3G) TIN 為 P-TMSI 並且 UE有 P-TMSI 及RAI時, 則UE 必須將Old GUTI欄位設為 P-TMSI 及 RAI 並將Old GUTI type 設定為mapped GUTI. 若UE擁有合法的GUTI則必須設定額外設定 Additional GUTI - If TIN 為GUTI或RAT-related TMSI 並且the UE擁有合法的GUTI, the UE必須將Old GUTI 設定為GUTI並且在Old GUTI type中設為native GUTI。 UE不支援A/Gb mode(2G)或 lu mode(3G) : UE 必須附加GUTI並且在Old GUTI type中設為native GUTI。
Non-current native NAS key set identifier	O	若UE從A/Gb mode或lu mode 轉換到S1 mode時，若有既有的native NAS key set，則要在這邊標註擁有何種EPS security context。
GPRS ciphering key sequence number	O	當UE由 A/Gb mode(2G)或lu mode(3G)轉換到S1 mode(4G)時，且在EMM idle mode及TIN 為P-TMSI時，就要附上GPRS ciphering keysequence number。
Old P-TMSI signature	O	如果UE上有P-TMSI就要在這邊告知網路，P-TMSI，為3G或2G在packet domain使用的temp id，這是用做Idle state Signalling Reduction(ISR)所使用。
Additional GUTI	O	一樣是Idle state Signalling Reduction(ISR)時使用，TIN若是使用P-TMSI，並且UE有GUTI、P-TMSI及RAI。
NonceUE	O	當UE由 A/Gb mode(2G)或lu mode(3G)轉換到S1 mode(4G)時，就要附上NonceUE，讓網路端知道UE目前使用的Nonce，藉以生成新的EPS security context。
UE network capability	O	此為UE用來傳送自己能力給網路端，包括 UE本身加密的能力EEA0-EEA7'、EIA0-EIA7、UEA0-UEA7等等 access class control for CS Fallback(22.011) LTE Location Service(24.171) LTE Positioning Protocol (LPP) (36.355) 1xSRVCC(23.216)
Last visited registered TAI	O	UE上次註冊的Tracking Area Indicator
DRX parameter	O	用來指示網路端UE所使用的DRX(Discontinuous Reception) parameter，雖然DRX是UE定期關閉接收器已作省電之用的功能，但Network仍需要知道UE DRX的時機，以達到最佳的效果。
UE radio capability information update needed	O	The UE shall include this IE if the UE radio capability information in the network needs to be updated.
EPS bearer context status	O	用來指示MME，現在UE目前有哪些EPS bearer。若MME收到發現，目前UE上並沒有相對應的EPS bearer，.他會自行將UEinactive的EPS bearer刪除。
MS network capability	O	UE用作傳送GPRS相關能力的欄位 GEA algorithms能力，GEA1-GEA7 是否支援SMS over CS domain 是否SMS over PS domain 是否支援UCS2 encoding for SMS 是否支援ISR 詳情請參照 24.008 subclause 10.5.5.12
Old location area identification	O	如果UE使用combined tracking area update，就要附上原有正確的Location Area 資訊，這也是因為CSFB才有需要的功能，請參照CSFB。
TMSI status	O	如果UE在做combined tracking area update沒有TMSI存在就必須在此指示
Mobile station classmark 2	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力24.008 subclause 10.5.1.6
Mobile station classmark 3	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力，包括multiband等等更多欄位，詳細在24.008 subclause 10.5.1.7
Supported Codecs	O	如果UE支援SRVCC時，要在這邊列出在GERAN(2G)及UTRAN(3G)支援的codec，支援的codec列表在26.103，格式在24.008 subclause 10.5.4.32
Additional update type	O	在combined attach(CS fallback)時提供額外的資訊，0代表沒有額外的資訊，1代表 SMS only，代表可使用LTE NAS傳送SMS給MME，MME再傳送給MSC，這個feature叫做SMS over SGs，可以參考以下網頁。
Voice domain preference and UE's usage setting	O	This IE shall be included if the UE supports CS fallback and SMS over SGs, or f the UE is configured to support IMS voice, but does not support 1xCS fallback. 如果UE支援 CS fallback與 SMS over SGs就必須在這邊標明以下資訊 UE's usage setting:Voice Centric 或Data Centric 定義在23.221 subcluse7.2a 或參照這裡 voice domain preference:CS Voice only、IMS PS Voice only、優先CS voice或優先IMS PS。

 

Tracking Area Update Request 其實相當單純，最主要複雜的部分還是在於要跟3G/2G做TA/LA comibned updated，加上UE上的TIN設定，會讓UE在回傳自己的identity時會回傳不同的資訊。另一點跟attach一樣，會有相當多的UE Voice資訊提供給網路，讓網路可以做Voice Service的判斷。

LTE: ICIC(Inter-cell interference coordination) 與 eICIC (enhanced Inter-cell interference coordination)

WHY ICIC and eICIC

• LTE的Frequency reuse factor為1，據說是為了增加頻率使用效率(未查證)，表示每個基地台都使用相同的頻寬，意思就是在基地台邊緣的手機，會同時接收到兩個基地台甚至數個基地台的訊號，而且都是相同的頻率。所以在基地台邊緣的手機有很高的機會被其他的基地台訊號干擾。
• 對於一般的traffic，可以承受高的封包錯誤率。頂多是速度慢，但若是control channel若是高封包錯誤率，會導致手機嚴重斷訊。
• 若是 Heterogeneous networks 則會對Frequency Reuse更敏感，因為大的Marco Cell會整個覆蓋大區域至十公里以上，而以街道為單位的pico cell或以辦公室為單位的Femto cell，則會整個被Macro cell干擾，因為用的是同一頻率!

ICIC (Inter-cell interference coordination) 

3GPP release 8時提出Inter-cell interference coordination(ICIC) 解決方案，目的在解決上述的基地台邊緣干擾問題。解決方式是利用eNodeB與eNodeB之間的X2去協同溝通資源。但僅限於降低traffic Channel的干擾，而沒有對control channel處理

• ICIC使用功率大小與頻率動態分配的方式去降低基地台間的干擾
• 在鄰近的基地台同樣的時間使用不同的Resource Block(RB)。也就是說鄰近的基地台不會指派同一個RB。好處是，因為分派給UE的RB不同，當然就不會產生干擾。壞處就是會降低一個基地台的傳輸速率。
• 第二種方式是僅有基地台邊緣的UE才會分配不同的RB，而離基地台近的UE還是使用整個完整頻寬
• 第三種方式則是比第二種更多了power的控制，當基地台會特別增強在邊緣UE使用的RB的Power。當然，這些RB，也是非鄰近基地台所使用，而離基地台較近的UE，他們所收到的RB還是會以較低的功率發送。

eICIC (enhanced Inter-cell interference coordination)

3GPP release 10時，提出了eICIC，也就是增強型的eICIC。最主要是解決HetNet(Heterogeneous Networks) interference，也就是異質網路的干擾，但重點是，同時降低traffic channel及control channel的干擾，才會比較有效。如果是macro cell使用X2去設定，而femto則是使用OAM去設定。

• eICIC 除了使用功率大小、頻率分配，另外也使用時間分配的方式去降低干擾。
• eICIC在時間分配上，多了一個ABS(Almost blank subframe)，就是在解決HetNet的干擾問題，在ABS的frame中，Macro Cell不送任何traffic，最多僅能送及低功率的control frame。而在這些frame之中，安插不同UE的traffic channel，就可以讓femto或pico cell去傳輸他們的traffic channel。

LTE IP分配 (LTE IP address allocation)

透過Attach request與attach accept的步驟。UE除了得到EPS Bearer之外，UE同時也必須要取得IP，用以透過PDN Gateway去跟IP network傳輸。但因為UE在attach過程中還沒有IP的能力。這時只能藉由NAS去讓UE取得IP。我們現在就是要介紹LTE EPC如何去協助UE取得IP。

UE跟網路取得IP的方式

• IPv6  stateless address autoconfiguration
  網路給UE prefix，讓UE加上自己的interface ID，就可以形成一個IPv6的address，而DNS server address的部分則是使用ESM去取得。
• Stateless DHCPv6
  網路給UE prefix，但是DNS則由DHCP取得。
• DHCPv4
  若是使用DHCPv4，網路會assign address給UE 0.0.0.0，再讓UE去使用DHCPv4去取得IP

注意:不支援stateful IPv6的取得。

UE支援的IP型態

• IPv4
  如果UE只支援IPv4，在PDN type欄位要設定IPv4
• IPv6

  如果UE只支援IPv6，在PDN type欄位要設定IPv6

• IPv4v6
  如果UE同時支援IPv4及IPv6或不知道支援性，則PDN type必須要設定IPv4v6

在UE做PDN connection request的時候，會指定PDN type，並且在protocol configuration  options附上偏好取得IP的方式。網路收到之後，會參考網路相關的偏好去回給UE。例如雖然UE要求IPv4 但是網路僅支援IPv6，則網路會拒絕UE的連線，而當UE要求IPv4v6的時候，若網路只支援IPv4，那只會回給UE僅支援IPv4。IPv6亦是如此
實務上通常營運商會規定手機連上PDN要用什麼PDN type。

何時取得IP

ESM(EPS Session Management)訊息中做交換，藉由PDN連線時，同時進行。利用下面兩個步驟去協調IP取得的方式

UE -->PDN connection request (PDN Type、Protocol configuration options)--> MME

UE <-- Activate Default EPS Bearer Context Request(PDN Type、Protocol configuration options) <-- MME

 

Note:在同一個PDN 連線用的IP都一樣，所以同一個不管是default bearer 或dedicated bearer都是使用同一個IP

UE有下列幾種方式取得IP

a) 由HPLMN 分配IP (dynamic or static HPLMN address)

b) 由VPLMN 分配IP (dynamic VPLMN address)

c) 由PDN operator 去分配

參考資料:

24.301 subclause 6.2

23.401 subclause 5.3.1

LTE: Attach Accept message +ESM : Activate Default EPS Bearer Context Request 詳解(EMM及ESM)

Attach Accept是Network用來 回覆UE Attach Request 的訊息，通常Attach accept會由RRC CONNECTION RECONFIGURATION夾帶。而attach Request也會夾帶ESM的Activate Default EPS Bearer Context Request去啟動UE 封包的連線能力。畢竟網路都已經接受UE的Attach，就該讓人家準備開始連線。

主要會做以下幾件事情

• EMM會回報EPS Attach Result
  這個Attach result是要拿來告知UE，LTE網路是EPS only還是EPS(Evolved Packet switched)跟CS(Circuit Switched)能力都有，這邊的CS不是指LTE有CS，而是指LTE可以跟GSM或UMTS做連動的能力。當UE收到 EPS only就會認定LTE只能處理packet相關的信令，就不會傳送CS相關的信令。
• GUTI的配發我們在attach request提到過UE會提供先前使用的GUTI，或是用IMSI、IMEI來代表身分。如果MME發現UE提供的GUTI是不合法或是其他MME提供的，MME將會提供新的GUTI給UE
• TAI List的配發Tracking Area List可以讓UE在附近區域都不用進行Tracking Area Update。
• EMM Cause通常UE送出Combined attach，網路回報 EPS only，則會在attach accept附上EMM cause:18，代表 CS domain not available。有些UE會在收到EMM cause就自己離開網路。
• ESM Activate Default EPS Bearer Context RequestAttach上，網路就要開始建立Bearer，才可讓UE進行後續的傳輸，詳細資訊請參照下面ESM的部分

EMM:ATTACH ACCEPT

Information Element	Presense	Description
Security header type	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
EPS attach result	M	Network收到UE的Attach request，會回覆attach result給UE，讓UE知道網路的是否支援CS 的能力，還是只有PS的能力。 0 0 1 EPS only 0 1 0 combined EPS/IMSI attach
Spare half octet	M	這個欄位沒有特別的意義，僅是補足半個Octect，讓下個欄位從完整的OCTECT開始。
T3412 value	M	這個欄位在指示UE，做Tracking Area update的週期，預設為54分鐘，超過這個timer，UE不管身在何方都會做一次tracking area update。
TAI list	M	UE註冊之後，網路會給UE一個預設Tracking Area list，這跟區域性有關係，目的是為了UE不要這麼頻繁的去做Tracking Area update。
ESM message container	M	乘載ESM Message 的部分，必須要額外解碼才有辦法看出來，會另外在下面使用Table列出，這部分是對應到Activate Default EPS Bearer Context Request，網路要啟動Default EPS bearer來乘載封包，讓UE可以與S-GW與P-GW去做溝通
GUTI	O	網路如果要分配GUTI給UE就會用這個欄位。
Location area identification	O	通常是用做CSFB，因為CSFB會在3G對應到Location Area，所以這部分是讓UE知道自己在WCDMA上的Location Area。
MS identity	O	如果UE做Combined attach，網路可能會傳送TMSI給UE。
EMM cause	O	用作指示EMM若是有問題，將會帶EMM cause code，但是有帶EMM cause 不見得是Reject，有時候UE送出Combined attach但網路只有EPS only，這時候就會帶CS domain not available給UE。詳細資料請參考24.301 subclause 9.9.3.9
T3402 value	O	指示UE，如果attach request或tracking area update超過五次時要等多久才會重新進行attach或tracking area update。若沒有指示，則UE則會使用預設12分鐘。
T3423 value	O	設定UE在EMM-REGISTERED狀態，ISR啟動，但是沒有CELL可以上的狀況會啟動timer，當timer時間到時，設定TIN為P-TMSI，表示CS Fallback停止。
Equivalent PLMNs	O	網路用來讓UE了解還有其他的Equivalent PLMNs，UE收到之後會將Equivalent PLMNs寫入SIM卡，UE未來做CELL selection會納入列表中。
Emergency number list	O	網路用來指示緊急電話的號碼所用
EPS network feature support	O	用來指示EPS網路是否支援以下的功能 IMS voice over PS session in S1 mode (IMS VoPS) emergency bearer services in S1 mode (EPC-LCS), location services via EPC (EPC-LCS) location services via CS domain(CS-LCS), 用來指示網路是否支援IMS、IMS的緊急電話、CS/PS location server 等功能。UE收到這個指示才知道要不要註冊IMS，或是緊急電話可不可以用PS等等。
Additional update result	O	網路用來回覆UE Addition update type，用來指示CS Fallback not preferred或是 SMS only，當UE運作在不同的Mode時，則會有不同的行為模式。詳細的行為模式請參照此連結。

ESM:ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REQUEST
ESM最主要是做以下幾件事情

• 建立Default Bearer給UE確認的APN，並且給予bearer相關的QoS參數，讓UE知道PDN address，等於是給UE門票，讓他準備進場。
• 發配GPRS/UMTS參數(若有inter-RAT的必要的話)除了要給LTE 的參數，若是網路及UE有支援inter-RAT的話，也會有相關的GPRS/UMTS的參數在這邊傳遞，為的就是要讓UE handover過去不需要再重建 Data Connection，降低Handover的時間

Information Element	Presense	Description
EPS bearer identity	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
Procedure transaction identity	M	表示本次訊息交換的ID，用於讓EMM要 routing給ESM，要建立起EPS bearer之前所使用，建立完後，就會使用EPS bearer ID
EPS QoS	M	這個欄位表示網路要啟動的Bearer的Qos參數是多少，會有以下參數。 QCI (Quality of Service Class Identifier) Maximum bit rate for uplink Maximum bit rate for downlink Guaranteed bit rate for uplink Guaranteed bit rate for downlink Maximum bit rate for uplink (extended) Maximum bit rate for downlink (extended) Guaranteed bit rate for uplink (extended) Guaranteed bit rate for downlink (extended) 可以看的到這邊會定義uplink跟downlink的最大的 Bit Rate、保證Bit Rate，至於為什麼會有extend，因為原本的欄位並沒有定義LTE這麼大的bit rate，所以做了一個extend的欄位給LTE用。下面有張圖是不同的QCI所代表的含意。有機會在寫個QoS的專題文章。
Access point name	M	APN，用作指示PDN連線主要的名稱，用作辨識你要連到什麼PDN。至於為什麼是optional，UE若沒有帶APN，將會由network分配APN給他，與attach request不同的是，這邊是必要欄位。不管UE有沒有帶APN，網路都會回應APN。
PDN address	M	PDN address就是UE用來上網Gateway，也就是P-Gateway的address，有可能是IPv4或IPv6 ，雖然是必要欄位，但也有可能是0.0.0.0，讓UE使用DHCP去取得IP address。
Transaction identifier	O	若UE支援lu mode或A/Gb mode則用來傳遞 Transcation id，這個值是用來快速Handover到2G及3G時使用的，若沒有這個值必須要在GPRS/UMTS重建PDP context。
Negotiated QoS	O	看到這個欄位，你會想，剛剛上面不是有Qos參數了，怎麼這邊還有，這邊是拿來給GPRS及UMTS網路所使用的QoS，細節就不贅述。請參照24.008 subclause 10.5.6.5
Negotiated LLC SAPI	O	與上面兩個一樣，這個參數是GPRS所使用，UE要有這個參數才可以快速Handover到GPRS去。
Radio priority	O	這個是網路給UE在GPRS/UMTS在PDP context底層的radio priority。
Packet flow Identifier	O	這也是GPRS/UMTS所使用的參數，在SGSN中每一個UE都會有不同的Packet flow id，會代表著不同的Qos的參數，所以這個ID會代表著不同的PDP context的QoS。
Protocol configuration options	O	UE用來透過這個選項去告訴P Gateway及其他網路元件資訊所使用，這個欄位特別的地方在於MME收到此項資訊，他會轉發給其他的網路元件，例如他會轉發000C給 P-CSCF說UE建立起bearer之後要使用DHCP拿IPv4的address，詳細資訊請參照:24.008 subclause10.5.6.3。

QCI Table
23.203  Table 6.1.7:

LTE- UE mode and UE's usage setting (Voice Centric or Data Centric)

做UE做了半天或是用UE用了半天，你的UE是什麼什麼UE，你清楚嗎?
UE是在什麼Mode?是Voice Centric 還是Data Centric?
這些東西是在做什麼用的，簡單的說就是定義UE的Packet-Switched及Voice Switched能力以及當有CS Fallback時該怎麼去取捨要連哪，是LTE、WCDMA或GSM。
建議理解這篇文章之前先了解一下什麼是CS Fallback。
UE Mode
UE運作在下列四種mode之一

• PS mode 1 of operation: the UE registers only to EPS services, and UE's usage setting is "voice centric"
• PS mode 2 of operation: the UE registers only to EPS services, and UE's usage setting is "data centric"
• CS/PS mode 1 of operation: the UE registers to both EPS and non-EPS services, and UE's usage setting is "voice centric"
• CS/PS mode 2 of operation: the UE registers to both EPS and non-EPS services, and UE's usage setting is "data centric".

這四個Mode主要的區別有兩個，

• 一個是UE是不是除了PSdomain之外有註冊CS domain。
• 另一個是Voice Centric或是Data Centric，這個設定稱為 UE's usage setting，下面有說明

另外很顯然的，若是要有CS Fallback或 SMS over SGs UE必須要運作在CS/PS mode 1/2下。

UE's usage setting
這個設定最主要是改變UE是以Voice Service為主，還是Data Service為主，所以會牽涉到當device要二擇的時候，會優先選擇哪一個

• Voice Centric Device
  若UE為Voice  Centric Device則UE會保持Voice連線為主要的行為模式。若在combined EPS/IMSI attach或Combined TA/LA update時，收到網路的additional update result欄位，CSFB Not Preferred或SMS-only，這表示LTE network不偏好UE使用LTE CSFB服務或是僅提供SMS over SGs服務。這時候UE因為是以Voice為中心所考量，他就會放棄LTE Data Domain，去對UTRAN(3G)及GERAN (2G)做連接。
• Data Centric Device若UE為Data Centric Device，則UE會以保持Data連線為主要的行為模式，就算UE沒有Voice service，還是會保持跟E-UTRN的連線，如果從網路端收到SMS-only，則UE會繼續與E-UTRN連線，而不做CS-Fallback。而收到"CSFB Not Preferred"才會再額外做CSFB。

UE Mode Changing
以下是24.301 Figure 4.3.2.1.1對四種Mode變更的狀態圖。

 
以下是會導致四個Mode轉換的原因

• 由Mode 1 到Mode 2(直的箭頭)，就是在UE's usage setting上面的變更。
• 而CS/PS mode跟PS mode(橫的箭頭)之前的轉換牽涉到幾個部分，第一個是UE內的Voice Domain Preference設定變更，第二個IMS註冊成功或是失敗。

看起來這四種mode變更都是UE本身設定上的改變所影響，除了IMS註冊成功或失敗與否。


你一定會想，為了一個Voice，搞得這麼複雜，在LTE沒有Circuit Switched真的是很麻煩，一切的一切都是為了未來VoLTE，，封包網路去做布局，現在LTE初期布置若沒有完善的方案，會讓LTE變成只是純粹用來上網的工具，而沒辦法一步一步讓語音導入全封包的時代，那LTE就顯得沒有意義了。

中心的

LTE: Attach Request message +ESM : PDN Connectivity Request詳解(EMM及ESM)

 
UE在做完RRC連線後，就會開始進行NAS層的行為，
這部分通常是包在RRC Message 中的DedicatedInfoNAS中，剛EnodeB收到之後會直接往後端MME丟。讓MME去處理NAS層Signaling。
RRC Connection Setup Complete會夾帶Attach Request，而Attach Request又會夾帶PDN Connectivity Request。
EMM Part:Attach Request
M= Mandatory   O= Optional

Information Element	Presense	Description
Security header type	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
NAS key set identifier	M	用來指示目前UE上有什麼NAS Security Key。是KSIASME或是映射到的KSISGSN，因為對安全性沒什麼概念，這邊不太了解，詳細資料在24.301 subclause 4.4.2
EPS attach type	M	指示Attach的型態 EPS attach--有Packet Switched的能力 Combined Attach--此種attach是用來做CS Fallback，是有一種Voice Fallback到3G或2G的功能 EPS Emergency Attach--用做LTE 緊急通話服務的指示
EPS mobile identity	M	此為UE送至NAS的identity，可以為下列三種 IMSI--用作UE第一次連上網路時使用，因為這時網路還沒有分配GUTI，所以先使用IMSI作為身分辨識 GUTI-- 當UE有連過此網路時便會使用GUTI來當作自己的身分，這可以避免，被有心人竊聽，因為attah request 都是沒加密的狀況。 IMEI--當沒有IMSI或GUTI時，使用IMEI做身份辨識，當一個人他沒插SIM card到手機裡面卻要打緊急電話的時候，就會用到。 關於此部分 可以參照這篇文章
UE network capability	M	此為UE用來傳送自己能力給網路端，包括 UE本身加密的能力EEA0-EEA7'、EIA0-EIA7、UEA0-UEA7等等 access class control for CS Fallback(22.011) LTE Location Service(24.171) LTE Positioning Protocol (LPP) (36.355) 1xSRVCC(23.216)
ESM message container	M	乘載ESM Message 的部分，必須要額外解碼才有辦法看出來，會另外在下面使用Table列出
Old P-TMSI signature	O	如果UE上有P-TMSI就要在這邊告知網路，P-TMSI，為3G或2G在packet domain使用的temp id，這是用做Idle state Signalling Reduction(ISR)所使用。
Additional GUTI	O	一樣是Idle state Signalling Reduction(ISR)時使用，TIN若是使用P-TMSI，並且UE有GUTI、P-TMSI及RAI。
Last visited registered TAI	O	UE上次註冊的Tracking Area Indicator
DRX parameter	O	用來指示網路端UE所使用的DRX(Discontinuous Reception) parameter，雖然DRX是UE定期關閉接收器已作省電之用的功能，但Network仍需要知道UE DRX的時機，以達到最佳的效果。
MS network capability	O	UE用作傳送GPRS相關能力的欄位 GEA algorithms能力，GEA1-GEA7 是否支援SMS over CS domain 是否SMS over PS domain 是否支援UCS2 encoding for SMS 是否支援ISR 詳情請參照 24.008 subclause 10.5.5.12
Old location area identification	O	如果UE使用combined tracking area update，就要附上原有正確的Location Area 資訊，這也是因為CSFB才有需要的功能，請參照CSFB。
TMSI status	O	如果UE在做combined tracking area update沒有TMSI存在就必須在此指示
Mobile Station Classmark 2	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力24.008 subclause 10.5.1.6
Mobile Station Classmark 3	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力，包括multiband等等更多欄位，詳細在24.008 subclause 10.5.1.7
Supported Codecs	O	如果UE支援SRVCC時，要在這邊列出在GERAN(2G)及UTRAN(3G)支援的codec，支援的codec列表在26.103，格式在24.008 subclause 10.5.4.32
Additional update type	O	在combined attach(CS fallback)時提供額外的資訊，0代表沒有額外的資訊，1代表 SMS only，代表可使用LTE NAS傳送SMS給MME，MME再傳送給MSC，這個feature叫做SMS over SGs，可以參考以下網頁。
Voice domain preference and UE's usage setting	O	This IE shall be included if the UE supports CS fallback and SMS over SGs, or f the UE is configured to support IMS voice, but does not support 1xCS fallback. 如果UE支援 CS fallback與 SMS over SGs就必須在這邊標明以下資訊 UE's usage setting:Voice Centric 或Data Centric 定義在23.221 subcluse7.2a voice domain preference:CS Voice only、IMS PS Voice only、優先CS voice或優先IMS PS。

看完EMM的感想，幾乎非常多的optional Information Element都是給Voice Service的，例如SRVCC或CS Fallback。這都是LTE上沒有Circuit Switched的結果，導致要在Packet上做更多的Solution。
ESM Part:PDN Connectivity Request
M= Mandatory O= Optional

Information Element	Presense	Description
EPS bearer identity	M	表示本次EPS bearer id是多少，通常從5開始往後遞增到15，所以這邊隱含了一個UE可以擁有 11個EPS bearer id，但實際上僅能建立8個EPS bearer，EPS bearer id 和後來在GTP-C 上建立的Bearer Context ID 相互對應。
Procedure transaction identity	M	表示本次訊息交換的ID，用於讓EMM要 routing給ESM，要建立起EPS bearer之前所使用，建立完後，就會使用EPS bearer ID
Request type	M	用來指示PDN連接是首次連接還是Handover之後的連接，可以是initial request或是handover，但是有一個特例是Emergency，緊急電話的連接。
PDN type	M	設定PDN的IP type，可以有IPv4、IPv6，或IPv4v6，這個部分是很容易造成UE沒辦法建立PDN的主因，萬一要求IPv4，但是網路回IPv6，會造成UE不接受。
ESM information transfer flag	O	用來指示UE是否需要security protected ESM information，就是ESM是否要加密。0是不要求加密，1是要求加密
Access point name	O	APN，用作指示PDN連線主要的名稱，用作辨識你要連到什麼PDN。至於為什麼是optional，UE若沒有帶APN，將會由network分配APN給他
Protocol configuration options	O	UE用來透過這個選項去告訴P Gateway及其他網路元件資訊所使用，這個欄位特別的地方在於MME收到此項資訊，他會轉發給其他的網路元件，例如他會轉發000C給 P-CSCF說UE建立起bearer之後要使用DHCP拿IPv4的address，詳細資訊請參照:24.008 subclause10.5.6.3。

ESM最重要的責任就是建立EPS Bearer及傳遞參數給後端網路，因為在建立起bearer之前UE是無法與後端網路溝通的。僅能與MME做溝通。

PS: UE Mode的解釋與Voice Centric跟Data Centric的差別，未來再寫。

C連接安裝完成

LTE:Cell selection - PLMN Selection Order

Cell selection introduction
在GSM、UMTS及LTE的cell selection中。有兩種Mode

• Automatic Mode
  如果選擇這個Mode，則UE會去找尋SIM卡中各種資訊去自動選擇到最適合的cell，因為有許多資訊，就會牽涉到優先順序，順序下面有資訊
• Manual Mode
  如果選擇這個Mode，則User可以使用UE去掃描附近有的cell，並選擇連上，有點類似wifi中去掃描SSID，不過通常掃描時間都蠻久的，不過掃描到了，也不見得可以上，還是要有相對應的認證(Authentication)資料才可以上，營運商不可能給你隨便上他們的網路。

Cell selection introduction
以下為LTE PLMN自動搜尋優先順序

1. IMSI裡面的MCC及MNC欄位
   拿來當作Home PLMN
2. USIM裡面的EF_LOCI及EFPSLOCI(last registered PLMN)
   因為EF_LOCI欄位有Location Area，所以可以有最後的MCC、MNC，此為之前最後註冊上的PLMN，EFPSLOCI則是Routing Area，也有MCC及MNC的資料可以參考。
3. USIM裡面的EF_EHPLMN(Equivalent HPLMN)
   用來等同於Home PLMN，因為Home PLMN只有一個，又因為許多營運商，並不是使用單一個PLMN，因為一個PLMN不夠用，故衍伸了EHPLMN。
4. USIM裡面的EF_HPLMNwAct(Home PLMN with Access Technology)
   因為IMSI已經有Home PLMN資訊，通常是拿來指出Home PLMN所使用的Access Technology，意思是指在PLMN紀錄裡面會同時標明，PLMN是使用何種technology，是GSM、WCDMA還是LTE。
5. USIM裡面的EF_PLMNwAct(PLMN with Access Technology, User Controlled PLMN selector with Access Technology)
   一般性的PLMN的列表，如果跟Home PLMN不同就是Roaming，這個是使用者可以控制的，理論上手機裡面有程式是可以自己編輯偏好的PLMN。
6. USIM裡面的EF_OPLMNwAct(Operator Controlled PLMN with Access Technology
   營運商所控制的OPLMN列表，只有Operator才可以控制的PLMN，通常使用者是無法去更改，只有營運商才能更改

掃完上述的PLMN才算是整個automatic mode做完，最後會無差別掃所有的支援的band，如果都沒有掃到手機就會顯示無訊號。
備註:這個是3GPP only的方式，如果有是global mode的話，就會牽涉到MSPL，MLPL，PRL等，會複雜很多。
經過高人指點之後，修改了一些資料，感謝這位高手