RRC
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Apuntes sobre RRC 1 1 Radio Resource Control (RRC), descripción básica La capa RRC es una capa de nivel 3 en el interfaz radio que está colocada encima de las capas de acceso del interfaz aire. Provee acceso a las capas superiores de señalización para que puedan acceder al interfaz radio, encargándose de gestionar las funciones de las capas más bajas. Algunas de sus funcionalidades son: - Broadcast de información del sistema - Coordinación de funciones de otras capas de acceso - Establecimiento, restablecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones RRC entre el UE y E-UTRAN - Configuración, modificación y liberación de portadoras radio en el plano de usuario. - Gestión de parámetros relativos a la calidad del enlace. En la siguiente figura se puede apreciar esquemáticamente donde se situa RRC respecto al resto de los protocolos de acceso radio: Figura 1 Vida de un paquete en la pila de protocolos 1.1 Broadcast de información del sistema Una de sus principales funciones es envío de información relativa a la celda o a la red a todos los UEs que estén asociados a la celda. La información es enviada en forma de elementos de información en SIBs (System Information Blocks) y MIBs (Master Information Blocks). El MIB es lo primero que leen los UEs cuando se conectan a la celda y continúe un número limitado de los parámetros más frecuentes
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Apuntes sobre RRC
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1 Radio Resource Control (RRC), descripción básica
La capa RRC es una capa de nivel 3 en el interfaz radio que está colocada encima de las capas
de acceso del interfaz aire. Provee acceso a las capas superiores de señalización para que
puedan acceder al interfaz radio, encargándose de gestionar las funciones de las capas más
bajas. Algunas de sus funcionalidades son:
- Broadcast de información del sistema
- Coordinación de funciones de otras capas de acceso
- Establecimiento, restablecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones RRC
entre el UE y E-UTRAN
- Configuración, modificación y liberación de portadoras radio en el plano de usuario.
- Gestión de parámetros relativos a la calidad del enlace.
En la siguiente figura se puede apreciar esquemáticamente donde se situa RRC respecto al
resto de los protocolos de acceso radio:
Figura 1 Vida de un paquete en la pila de protocolos
1.1 Broadcast de información del sistema
Una de sus principales funciones es envío de información relativa a la celda o a la red a todos
los UEs que estén asociados a la celda.
La información es enviada en forma de elementos de información en SIBs (System Information
Blocks) y MIBs (Master Information Blocks). El MIB es lo primero que leen los UEs cuando se
conectan a la celda y continúe un número limitado de los parámetros más frecuentes
Apuntes sobre RRC
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1.2 Estados RRC
En RRC el UE puede estar en dos estados:
- RRC_IDDLE, el UE no tiene conexión, esta monitorizando información de sistema y de
paging y haciendo medidas de celdas vecinas para re-selección de celda.
- RRC_CONNECTED, el UE ha establecido una conexión RRC. El UE monitoriza canales de
control asociadas con el canal de datos común para determinar qué datos se planifican
para el UE. Provee información de calidad de canal y realiza medidas de celdas vecinas.
En la siguiente figura se puede apreciar un esquema de los estados con sus principales
funcionalidades:
1.3 Control de conexión RRC
RRC ofrece tres SRB (Signalling Radio Bearers) para la transferencia de mensajes del plano de
control SRB0, SRB1 y SRB2. En estas portadoras pueden ir mensajes NAS, que irán siempre
encapsulados en mensajes RRC con o sin información de control RRC. En los mensajes de
control RRC se pueden añadir mensajes NAS, un ejemplo es en el envío de mensajes iniciales
NAS durante el setup de la conexión RRC, en estos casos los criterios de éxito y error son
conjuntos para ambos mensajes.
RRC_IDDLE
Paging
Selección/Re-selección
de celda
RRC_CONNECTED
Servicios multicast y
unicast
Handover
Conexión S1
Medidas de celdas
vecinas
RACH
Mensaje RRC / Mensaje RRC NAS
Figura 2 Maquina de estados RRC
Apuntes sobre RRC
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1.3.1 Establecimiento de conexión RRC
El establecimiento de conexión RRC es el establecimiento de SRB1 entre el UE y la E-UTRAN
para que posteriormente se puedan enviar mensajes NAS y de usuario. Utilizando la
información contenida en el SIBs un UE envía un mensaje RRC connection request a E-UTRAN,
en el que indica su identificación de capas superiores y el motivo del establecimiento de
conexión.
Las capas inferiores realizan el procedimiento RACH para asegurar la transmisión con éxito del
la petición de conexión. La red puede responder con:
- un comando RRC connection reject en el que se indica al UE si reintentar la conexión
tras un tiempo de espera o reintentarlo en una frecuencia o tecnología de acceso distinta.
- un comando RRC connection setup que configura la RAB (Radio Access Bearer, es el
servicio portador que proporciona AS a NAS para la transferencia de datos de usuario entre el
UE y Core).
Cuando el UE recibe confirmación positiva de la red y termina de preparar los recursos envía
un mensaje RRC connection setup indicando que PLMN y MME ha seleccionado para que E-
UTRAN pueda establecer la conexión S1 con él (un mismo eNB puede estar compartidos por
varios PLMN y MME). Para acelerar el proceso el UE puede añadir piggybacked el mensaje
UE E-UTRAN
RRC connection request
RRC connection setup
RRC connection setup
UE E-UTRAN
RRC connection request
RRC connection reject
Figura 3 RRC connection request rechazado
Figura 4 RRC connection request aceptado
Apuntes sobre RRC
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inicial NAS en su RRC connection setup. Una vez que la seguridad se ha activado todos los
mensajes en SRB1 y SRB2 van cifrados y protegidos.
1.3.2 Reconfiguración de conexión RRC
El procedimiento de reconfiguración RRC se utiliza para establecer, modificar o liberar
señalización y portadoras radio. También implica configurar un servicio portador por defecto
entre UE y CN, este servicio se configura con un bit-rate no garantizado permitiendo tener
lugar a la señalización de nivel de aplicación tan pronto como se establezca una conexión RRC
segura. Se utiliza el mismo procedimiento para realizar handovers, transferencia de mensajes
NAS y configuración de medidas. En cualquier caso algunos tipos de reconfiguración no
pueden ser realizados hasta que la seguridad en AS no sea activada.
Como parte de este procedimiento la E-UTRAN envía mensajes RRC connection
reconfiguration con los elementos de información adecuados. En un handover realizado con
éxito el UE responde con el mensaje RRC connection reconfiguration complete
1.3.2.1
1.3.3 Restablecimiento de conexión
Para gestionar perdidas temporales de de cobertura durante la movilidad así como para
gestionar fallos durante los procesos de reconfiguración se introduce un procedimiento de
restablecimiento de conexión que se utiliza para reanudar las operaciones en SRB1 y para
reactivar la seguridad. No se emplea para reanudar cualquier otro servicio radio portador.
UE E-UTRAN
RRC connection reestablishment request
RRC connection reestablishment
RRC connection reestablishment complete
UE E-UTRAN
RRC connection reconfiguration
RRC connection reconfiguration complete
Figura 5 Reconfiguración de conexión
Figura 6 Restablecimiento de conexión RRC aceptado
Apuntes sobre RRC
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El procedimiento solo puede ser iniciado si se ha activado la seguridad AS, en cualquier otro
caso el UE descartara todos sus portadores radios y pasará al estado RRC_IDDLE. El UE inicia el
proceso de reconfiguración RRC transmitiendo un mensaje RRC connection reestablishment
request a la celda seleccionada:
- Si la celda puede adquirir un contexto UE basado en el mensaje la E-UTRAN puede
reconfigurar el SRB1 enviando un mensaje RRC connection reestablishment.
- Alternativamente E-UTRAN puede rechazar la petición
El UE reanuda SRB1 y la seguridad AS correspondiente mientras que el resto de los servicios
portadores y medidas permanecen suspendidas hasta que el proceso finalice con éxito.
Cuando el proceso termina con éxito el UE devuelve el mensaje RRC connection
reestablishment complete.
Para finalizar la conexión RRC y liberar todos los recursos radio asociados con el UE la E-UTRAN
transmite un mensaje RRC connection release.
1.4 Movilidad Inter-RAT e Intra-RAT
La movilidad en el modo RRC_IDDLE está controlada por el UE en función de la información de
sistema transmitida en la celda, en concreto:
- SIB3 contiene toda la información para todos los tipos de re-selección (intra-
frecuencia, inter-frecuencia e inter-RAT).
- SIB4 contiene todos los detalles acerca de las celdas vecinas elegibles para re-selección
intra-frecuencia, incluyendo una lista de las celdas que no deben ser consideradas.
- SIB5 contiene la misma información que SIB4 pero para re-selección inter-frecuencia.
Adicionalmente existe un SIB por RAT. La movilidad en modo RRC_IDDLE es posible gracias a la
redirección de las RRC connection establishment y release.
Las medidas inter-frequency, intra-frequency e inter-RAT en el modo RRC_CONNECTED son
configuradas durante la RRC connection reconfiguration. En este procedimiento también se
configuran los objetos de medida, los huecos de medidas y los requisitos de reporte de
medidas. Se establecen distintos eventos como criterios para determinar si la celda o sus
vecinas están en niveles adecuados.
UE E-UTRAN
RRC connection reestablishment request
RRC connection reestablishment reject
Figura 7 Restablecimiento de conexión rechazado
Apuntes sobre RRC
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La movilidad inter-RAT hacia la E-UTRAN se consigue enviando un mensaje RRC connection
reconfiguration desde el RAT origen; en caso de que tenga éxito se establecen los SRBs, los
servicios portadores y la activación de la seguridad en la E-UTRAN y se envía desde esta un
mensaje RRC connection reconfiguration complete hacia el UE.
La movilidad desde la E-UTRAN hasta otro RAT se consigue emitiendo un mensaje “mobility
from E-UTRA” al UE. Si el handover es un RAT cdma2000 el comando será precedido por un
“handover from E-UTRA preparation request” de la E-UTRAN al UE seguido de un “UL
handover preparation transfer” del UE a E-UTRAN. Estos dos mensajes se usan para adquirir la
información no 3gpp requerida para el handover. En cualquier caso, el éxito del handover
desde E-UTRAN se señaliza en el RAT objetivo.
1.5 Otros procedimientos RRC
- Configurar la integridad y el cifrado de los planos de señalización y de usuario, aunque
es PDCP quien realmente realizara el cifrado y el chequeo de integridad.
- Proveer contenedores específicos para los mensajes NAS, denominados downlink
information transfer y uplink information transfer.
- Si la E-UTRAN y la EPC no tienen información sobre lo que soporta el UE, el RRC de la E-
UTRAN puede requerir información al UE con un mensaje UE capability request. El UE
responde con la información en un mensaje UE capability information.
- El procedimiento de paging se utiliza para indicar al UE cambios en los SI e iniciación
de terminación de llamadas. Los mensajes de paging se envían en unos momentos
determinados y, cuando el UE identifica uno para él, readquiere SI o inicia un RRC
connection establishment dependientdo del motivo del paging.
UE E-UTRAN
RRC connection reconfiguration (enviado de otro RAT)
RRC connection reconfiguration complete
Handover from E-UTRA preparation request
UL handover preparation transfer
E-UTRAN
Solo handovers hacia
CDMA2000 RAT
Mobility from E-UTRA command
UE
Figura 8 Señalización de handover a E-UTRAN
Figura 9 Señalización de handover desde E-UTRAN
Apuntes sobre RRC
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1.6 RRC (TS 36.331 v9.0.0 (2009-09) )
1.6.1 Arquitectura
1.6.1.1 Estados y transiciones incluyendo inter-RAT
Un UE está en RCC_CONNECTED cuando una conexión RRC ha sido establecida. Si no es el caso
el UE estará en RRC_IDLE. Los estados se caracterizan como sigue:
- RRC_IDLE:
o Un DRX (Discontinuos Reception, es una desconexión periodica del receptor
normalmente para ahorrar energía, de esta forma el UE no tendría que
decodificar PDDCH o PDSCH en algunas subtramas) podría ser configurado.
o Movilidad del UE controlada
o El UE:
� Monitoriza un canal de Paging para detectar llamadas entrantes,
cambios de información del sistema, notificacioens ETWS y CMAS
(ambas si el UE las soporta).
� Realiza medidas de celdas vecinas y reselección de celda.
� Adquiere información del sistema (SI)
- RRC_CONNECTED:
o Transferencia unicast de o hacia el UE
o En las capas inferiores el UE puede ser configurado con un DRX especifico.
o Mobilidad a nivel de red controlada (por ejemplo handover y cambio de celda
con asistencia de red controlada (NACC) a GERAN)
o El UE:
� Monitoriza un canal de paging y/o contenidos SIB tipo I para detectar
cambios en la información de sistema.
� Proveer información sobre la calidad de canal y feedback
� Adquirir información del sistema.
1.6.1.2 Signalling Radio Bearers
Signalling Radio Bearers (SRBs) son resources blocks dedicados exclusivamente a la transmisión
de mensajes RRC y NAS. Se definen los siguientes tres SRBs:
- SRB0 es para mensajes RRC utilizando el canal lógico CCCH (Common Control CHannel,
canal lógico utilizado para transportar información de control durante el
establecimiento de conexión.
- SRB1 para mensajes RRC (que puede incluir NAS piggybacked) y mensajes NAS antes
del establecimiento de SRB2, utilizando todos el canal lógico DCCH (Dedicated Control
CHannel, canal de control utilizado para transportar información de control de un UE
especifico cuando el UE tiene tiene una conexión RRC con el eNB)
Apuntes sobre RRC
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- SRB2 es para mensajes NAS utilizando el canal lógico DCCH. SRB2 tienen menor
prioridad que los SRB1 y son siempre configurados por la E-UTRAN después de la
activación de seguridad.
En downlink piggybaking de los mensajes NAS se utiliza solo para un procedimiento
dependiente: establecimiento/liberación/modificación de portadora. En el uplink el
piggybacking NAS se utiliza solo para transferir el mensaje inicial NAS durante el setup de la
conexión.
Una vez que la seguridad se ha activado, todos los mensajes en SRB1 y SRB2, incluyendo
aquellos que contengan mensajes NAS o no 3GPP, son protegidos y cifrados por PDCP.
Independientemente NAS aplica protección de integridad y cifrado a los mensajes NAS.
1.6.2 Servicios
1.6.2.1 Servicios provistos a las capas superiores
El protocolo RRC ofrece los siguiente servicios a las capas superiores:
- Broadcast de información de control común
- Notificación de UEs en RRC_IDLE
- Transferencia de información dedicada de control (por ejemplo para un UE especifico)
1.6.2.2 Servicios esperados de las capas inferiores
- De la capa PDCP, protección de integridad y cifrado
- De la capa RLC, transferencia segura y en orden de información, eliminando duplicados
y con soporte para concatenación/segmentación
1.6.3 Funciones
Las principales funciones del protocolo son:
- Broadcast de información de sistema:
o Incluyendo información común NAS
o Información aplicable a los UEs en estado RRC_IDLE (por ejemplo reselección
de parámetros de celda, información de celdas vecinas, etc y también
información aplicable a UEs en estado RRC_CONNECTED, por ejemplo
información de configuración de canal común.
o Notificaciones ETWS o CMAS
- Control de conexión RRC:
o Paging.
Apuntes sobre RRC
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o Establecimiento/modificación/liberación de conexiones RRC incluyendo
asignación/modificación de identidades UE (CRNTI, Cell Radio Network
Temporary Identifier), establecimiento/modificación/liberación de SRB1 y
SRB2
o Activación inicial de seguridad, por ejemplo configuración inicial de integridad
AS (SRBs) y cifrado AS (SRBs, DRBs)
o Movilidad de conexión RRC pej intra e inter frecuencia, gestión de la seguridad
asociada, pej cambio de clave y/o algoritmo, especificación de información de
contexto RRC transferida entre nodos de la red.
o Establecimiento/modificación/liberación de RBs tranportando datos de
usuario (DRBs)
o Configuración de control radio incluyendo asignación/modificación de
configuraciones ARQ, HARQ y DRX
o Control QoS, incluyendo asignación/modificación de información de
planificación semi persistente (SPS, Semi-Persistent Scheduling) para DL y UL,
asignación/modificación de parámetros para control de tasa UL en el UE (por
ejemplo alojamiento de prioridad y prioridad de bit rate para cada RB.
o Recuperación de errores radio
- Movilidad inter-rat incluyendo transferencia de información de contexto.
- Configuración de medidas y de reportes:
o Establecimiento/modificación/liberación de medidas.
o Setup y liberación de huecos de medidas.
o Reporte de medidas.
- Otras funciones incluyendo información sobre la capacidad de acceso radio de los UE y
soporte para compratición de E-UTRAN
- Gestión de errores genéricos de protocolo
- Suporte de auto-optimización y auto-configuración
1.7 Procedimientos
1.7.1 Generales
La E-UTRAN podría iniciar el procedimiento subsecuente antes de recibir la respuesta del UE
de un procedimiento iniciado previamente.
El UE debe:
- Procesar los mensajes recibidos en el orden en que RRC los reciba, pej un mensaje
debe ser completado antes de comenzar a procesar el subsiguiente.
- Dentro de una subclausula ejecutar los pasos necesarios que especifique la descripción
del procedimiento.
- Asignar a rrc_TransactionIdentifier en la respuesta del mensaje, en caso de este
incluido, el mismo valor recibido en el mensaje de la E-UTRAN al que se responde.
Apuntes sobre RRC
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Para los siguientes procedimientos el UE mantiene un único valor para cada campo, excepto
durante el handover en el que UE puede almacenar temporalmente la configuración anterior
de forma que pueda dar marcha atrás en caso de fallo.
- En caso de recibir un ‘setup’ aplicar la correspondiente condiguracion recibida y
comenzar a utilizar los recursos asociados, a no ser que se especifique lo contrario.
- En caso de recibir ‘release’ limpiar la configuración correspondiente y dejar de usar los
recursos asociados.
1.7.2 Información del sistema (SI)
1.7.2.1 Introducción
La información del sistema se divide en el MIB (Master Information Block) y un número de SIBs
(System Information Blocks). Los MIB incluyen un número limitado de los parámetros de celda,
los más esenciales y frecuentes, que son utilizados para adquirir información de la celda y es
transmitido en el BCH (Broadcast CHannel). Los SIBs, excepto el SIB1 son transportados en
mensajes SI (System Information) y el mapeo de los SIBs a SI se puede configurar de forma
flexible empleando la schedulingList incluida en el SIB1, existen algunas restricciones en el
mapeo de los mensajes:
- Cada SIB debe estar contenido en un único mensaje SI
- Solo los SIB que tenga los mismos requisitos de planificación (periodicidad) pueden se
mapeados en el mismo mensaje SI
- SIB2 siempre debe ser mapeado en el mensaje SI que se corresponda con la primera
entrada de las lista de mensajes de SI en shcedulingInfoList
Puede haber más de un mensaje que se corresponda con la primera entrada que aparezca en
schedulingInfoList. Puede haber más de un mensaje que se transmita con la misma
periodicidad. SIB1 y todos los mensajes SI son transmitidos en el DL-SCH (DownLink Shared
CHannel, es un canal de transporte para transmitir datos de usuario o mensajes RRC, así como
la SI que no sea transmitida en el BCH).
Los MIB utilizan una planificación fija con una periodicidad de 40 msg. La primera transmisión
del MIB se planifica en las subtrama 0 de las tramas radio en las que el SFN (System Frame
Number, identifica la trama radio de 10 msg de una celda de un nodo B) modulo 4 sea 0 y las
repeticiones se planifican en la subtrama 0 para todas las demás tramas radio.
SIB1, utilizan una planificación fija con una periodicidad de 80 msg. La primera transmisión de
SIB1 se planifica en la subtrama 5 de las tramas radio para la que el SFN mod 8 sea 0 y las
repeticiones se planifican en todas las demás tramas radio en las que el SFN mod 2 sea 0.
Los mensajes SI son transmitidos dentro de una ventana periodica en el dominio del tiempo
(denominada SI-window) utilizando planificación dinámica. Cada mensaje SI está asociado con
una SI-window y no se solapan las SI-window de diferentes mensajes SI. La longitud de estas
ventanas es configurable y común a todos los mensajes SI_. Dentro de la SI-window, el
mensaje correspondiente puede ser transmitido un número de veces en el cualquier trama, a
Apuntes sobre RRC
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excepción de subtramas MBSFN (Multimedia Broadcast Single Frequency Network, es un modo
de transmisión), subtramas TDD en uplink y subtramas 5 de tramas en las que SFN mod 2 = 0
(serian SB1). El E adquiere la información detallada de la planificación en el dominio del tiempo
decodificando el SI-RNTI(System Information Radio Network Temporary Identifier) en el
PDCCH (Phisical Downlink Control CHannel).
Un único SI-RNTI es utilizado para dirigir SIB1 así como el resto de los mensajes SI.
SIB1 configura la longitud de SI-window y la periodicidad de transmisión de los mensajes SI).
Los cambios en la información del sistema solo ocurren en subtramas concretas en el tiempo,
pej se utiliza el concepto de periodo de modificación. La información del sistema dentro de un
periodo de modificación se mantiene igual. Los limites del period de modificación se
establecen mediante las subtramas con SFN mod m = 0 en las que m es parámetro configurado
a través del SIB1.
Cuando alguna de la información de sistema es cambiada por la red, primero notifica al UE
acerca del cambio, y en el siguiente periodo de modificación se transmite la información
nueva.
BCCH modification period (n)
Change notification Updated information
BCCH modification period (n+1)
Los mensajes de paginación se usan para informar a los UEs en RRC_IDLE y RRC_CONNECTED
sobre cambios en la información del sistema. Si el UE recibe un mensaje de información del
sistema que incluye systemInfoModification sabe que la información del sistema cambiara en
el siguiente periodo de modificación, no se añade información sobre los campos que van a
cambiar.
SIB1 incluye systemInfoValueTag que indica si un cambio ha ocurrido en los mensajes SI. El UE
puede utilizar este campo, para comprobar si la información SI almacenada previamente sigue
siendo válida, pej tras una volver de una perdida de cobertura. Parte de la SI no actualiza este
campo, por ejemplo ETWS, CMAS o los parámetros que cambien regularmente como por
ejemplo el system type de CDMA2000, de igual manera esta información tampoco tiene
porque actualizar el systemInfoModification dentro del mensaje de Paging.
El UE comprueba que la información del sistema permanece siendo válida bien comprobando
systemInfoValueTag en los SIB1 después de la modificación de los limites de un periodo, o bien
intentando encontrar la indicación systemInfoModification al menos modificationPeriodCoeff
vece, durante los periodos de modificación en caso de que no se haya recibido información de
paging.
Apuntes sobre RRC
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1.7.2.2 Adquisición de Información del Sistema (SI)
E-UTRAN
MasterInformationBlock
UE
SystemInformationBlockType1
SystemInformation
El UE aplica el procedimiento de adquisición de información de sistema para obtener SI AS y
NAS que es emitida broadcast por E-UTRAN. Este procedimiento aplica a UE en RRC_IDLE y a
UE en RCC_CONNECTED
1.7.2.2.1 Iniciación
La adquisición debe hacerse en los siguientes casos:
- cuando se haga una selección o reselección de celda
- después de terminar un handover
- tras entrar en E-UTRA desde otro RAT (Radio Access Technology)
- en la recepción de fuera de cobertura
- tras recibir notificación de que la información del sistema ha cambiado
- tras recibir notificación sobre ETWS o CMAS
- tras recibir un request CDMA2000 de capas superiores
- tras exceder la duración máxima de validez.
A no ser que se indique lo contrario la información del sistema recibida sustituye a cualquier
otra información que estuviese almacenada previamente.
1.7.2.2.2 Información del sistema requerida por el UE
El UE debe:
- Asegurarse de que tiene una información del sistema valida de los siguientes
elementos:
o Si esta en RRC_IDLE: MIB, SIB1 y SIB2 a SIB8 dependiendo del soporte que
tenga de otras RAT.
o Si esta en RCC_CONNECTED: MIB, SIB1 y SIB2 y SIB8 dependiendo de si soporta
CDMA2000
- Borrar toda la información del sistema almacenada después de 3 horas a partir de
cuándo fue confirmada como válida.
Apuntes sobre RRC
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- Considerar cualquier información almacenada como no valida, a excepción de SIB10 y
SIB11, en caso de que systemInfoValueTag incluida en SIB1 sea diferente de la que
este almacenada.
1.7.2.3 Adquisición de información del sistema por el UE
El UE debe:
- Aplicar la configuración BCCH especificada (punto 9.1.1.1 del norma).
- Si el procedimiento es disparado por una notificación de cambio de información del
sistema, comenzar a adquirir la información del sistema requerida, como se define en
5.2.2.3
