LTE中的切換過程解析

1、LTE中的切換過程解析1. 概述 切換是指UE在連接狀態(tài)下，由于在不同的小區(qū)間移動時，UE需要通過一些列信令過程從而完成UE上下文的倒換和更新過程。切換的目的往往有兩類，比如基于覆蓋的切換，和基于負(fù)荷的切換?；诟采w的切換往往是為了解決用戶在移動的過程中業(yè)務(wù)的連續(xù)性。而基于負(fù)載的切換往往是基于負(fù)載狀況觸發(fā)的切換，以保證整個系統(tǒng)的性能最優(yōu)。 而對于LTE網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)內(nèi)的切換，我們往往又分為三種：站內(nèi)切換：連接態(tài)的UE從某基站的一個小區(qū)切換至另一個小區(qū)。也即切換過程封閉在一個基站內(nèi)。X2切換：連接態(tài)的UE從某基站的一個小區(qū)切換至另一個基站的一個小區(qū)，這兩個基站存在并配置了X2接口。S1切換

2、：連接態(tài)的UE從某基站的一個小區(qū)切換至另一個基站的一個小區(qū)，這兩個基站未配置X2接口。切換包括切換測量、切換判決、切換執(zhí)行三個階段：測量階段，UE根據(jù)eNodeB下發(fā)的測量配置消息(RRC重配)進(jìn)行相關(guān)測量，并將測量結(jié)果上報給eNodeB。判決階段，eNodeB根據(jù)UE上報的測量結(jié)果進(jìn)行評估，決定是否觸發(fā)切換。執(zhí)行階段，eNodeB根據(jù)決策結(jié)果，控制UE切換到目標(biāo)小區(qū)，并最終由UE完成切換。LTE中整個切換流程采用UE輔助網(wǎng)絡(luò)控制的設(shè)計思路：基站下發(fā)測量控制；UE進(jìn)行測量上報；基站執(zhí)行切換判決、資源準(zhǔn)備、切換執(zhí)行和原有資源釋放。即，當(dāng)UE在CONNECTED模式下時，eNodeB可以根據(jù)UE上

3、報的測量信息來判決是否需要執(zhí)行切換，如果需要切換，則發(fā)送切換命令給UE，UE執(zhí)行切換動作并切換至目標(biāo)小區(qū)。當(dāng)然，根據(jù)頻率屬性，LTE系統(tǒng)內(nèi)切換又分同頻切換和異頻切換。2. 站內(nèi)切換 站內(nèi)切換流程與信令解析站內(nèi)切換流程解析對于eNodeB站內(nèi)小區(qū)切換：切換只是更新Uu口資源，源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的資源申請和資源釋放都通過eNodeB內(nèi)部消息實現(xiàn)；沒有eNodeB間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時也沒有UE的隨機(jī)接入過程，也不需要與核心網(wǎng)有信令交互。站內(nèi)小區(qū)間切換流程和信令流程如下圖所示。2.1站內(nèi)切換流程解析站內(nèi)小區(qū)間切換基本思路是，當(dāng)eNodeB源小區(qū)收到UE的測量上報，并判決UE向目標(biāo)小區(qū)切換時，eN

4、odeB自行調(diào)配資源，完成目標(biāo)小區(qū)的資源準(zhǔn)備，之后通過空口的重配消息通知UE向目標(biāo)小區(qū)切換，在切換成功后，eNodeB通知源小區(qū)釋放原來小區(qū)的無線資源。詳細(xì)流程解析如下：1、Measurement Reports方向：UE > eNodeB解析：UE在執(zhí)行測量過程中，如果發(fā)現(xiàn)測量環(huán)境滿足Measurement Control中描述的事件時，則通過Measurement Report消息上報給eNodeB。2、Handover Command方向：eNodeB > UE解析：eNodeB接收到測量報告后，開始決策是否需要下發(fā)切換命令，如果確定要切換的話，就開始準(zhǔn)備

5、目標(biāo)小區(qū)的準(zhǔn)入和無線資源準(zhǔn)備，然后通過RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下發(fā)切換命令。當(dāng)eNodeB給UE發(fā)送攜帶mobilityControlInfo 的“RRC連接重配置”消息（RRCConnectionReconfiguration）時，觸發(fā)eNB內(nèi)小區(qū)間（同頻/異頻）切換出準(zhǔn)備成功次數(shù)進(jìn)行采樣統(tǒng)計。 RRC連接重配有5種作用，見前博文描述。3、Handover Confirm方向：UE > eNodeB解析：UE接收到切換命令后，根據(jù)命令指示與目標(biāo)小區(qū)完成同步，回復(fù)RRC Connection Reconfigu

6、ration Complete到目標(biāo)切換小區(qū)告知Handover Confirm，并接入目標(biāo)小區(qū)，釋放源小區(qū)資源。2.2站內(nèi)切換信令要點解析2.2.1 reportConfigToAddModList信令RRC Connection Reconfiguration信令reportConfigToAddModList消息攜帶的重要IE有：reportConfigId，報告配置標(biāo)識。該參數(shù)用于標(biāo)識一個測量報告配置，下面的reportConfigEUTRA即為其內(nèi)容，描述觸發(fā)一個EUTRA 測量報告事件的標(biāo)準(zhǔn)，EUTRA測量報告事件標(biāo)記為AN BN，其中N等于16。triggerType，

7、觸發(fā)類型。該參數(shù)標(biāo)識觸發(fā)測量報告類型，t=0為周期觸發(fā)，示例中t=1為事件觸發(fā)，其詳細(xì)描述對應(yīng)下面的event消息。eventId，觸發(fā)事件ID。該參數(shù)為觸發(fā)報告的 EUTRA事件索引，示例中t=3表示為A3事件，其詳細(xì)描述對應(yīng)下面的eventA3消息。a3_Offset，A3偏移。該參數(shù)表示A3事件所使用的偏移，實際值=IE value * 0.5dB，示例中a3_Offset=3，則實際值為1.5dB。reportOnLeave，離開報告。該參數(shù)表示cellsTriggeredList 中的一個小區(qū)滿足離開條件時，UE是否初始化測量上報過程，TURE表示需要初始化測量上

8、報過程，示例中FALSE表示不需要。hysteresis，滯后值。表示該事件的滯后值，實際值 =IE Value *0.5 dB，示例中hysteresis =3，則實際值為1.5dB。timeToTrigger，觸發(fā)時間。該參數(shù)為觸發(fā)測量報告的事件需要滿足特定條件的持續(xù)時間，取值范圍為ms0, ms40, ms64, ms80, ms100, ms128, ms160, ms256, ms320, ms480,ms512, ms640, ms1024, ms1280, ms2560,ms5120，示例中timeToTrigger=ms320表示320ms。triggerQuanti

9、ty，觸發(fā)量。該參數(shù)描述用于評估事件觸發(fā)條件的量，其值rsrp和rsrq 分別對應(yīng)參考信號接收功率（RSRP）和參考信號接收質(zhì)量（RSRQ）。reportQuantity，報告量。該參數(shù)表示測量報告中包含的量，示例中both表示測量報告中既包含rsrp 量，也包含rsrq 量。maxReportCells，最大報告小區(qū)數(shù)。該參數(shù)表示測量報告中上報最大小區(qū)數(shù)量。reportInterval，報告間隔。該參數(shù)表示周期報告間的間隔，取值范圍為ms120, ms240, ms480, ms640, ms1024, ms2048, ms5120, ms10240,min1,

10、min6, min12, min30, min60, spare3, spare2, spare1。如果UE執(zhí)行周期性上報（即當(dāng)reportAmount超過1時），該reportInterval適用于triggerType 為event以及 triggerType 為periodical的情形。示例中值為ms1024 對應(yīng)為1024ms，如果是min6 則對應(yīng)6min等。reportAmount，報告數(shù)量。該參數(shù)表示適用于觸發(fā)類型為事件以及周期的測量報告數(shù)量，取值范圍為r1, r2, r4, r8, r16, r32, r64, infinit

11、y。RRC Connection Reconfiguration信令measIdToAddModList消息包含要添加或修改的測量標(biāo)識列表，其中每個條目都有measId（用于識別一個測量配置，即測量目標(biāo)的連接以及報告的配置），相關(guān)的 measObjectId（用于標(biāo)識一個測量對象配置） 以及相關(guān)的reportConfigId（用于標(biāo)識一個測量報告配置）。2.2.2 measObjectToAddModList信令RRCConnection Reconfiguration信令measObjectToAddModList消息，主要描述要添加或修改的測量對象列表、本小區(qū)與其他系統(tǒng)

12、的鄰區(qū)信息。其攜帶的重要IE有：measObjectId，測量對象ID。該參數(shù)表示從下面的measObject中選擇其中一組，示例中，measObjectId=1說明選擇了measObject中t=1的一組。carrierFreq，E-UTRAN承載頻率。該參數(shù)表示測量小區(qū)的E_UTRA 載頻，通常以EARFCN（E-UTRA AbsoluteRadio Frequency Channel Number）標(biāo)識，取值范圍065535，計算公式為（以下行為例，TDD上下行同頻）：        NDL = 10* (FDL

13、60; FDL_low ) +  NOffs-DL    其中NDL為EARFCN標(biāo)識，F(xiàn)DL為實際中心頻點（MHz），F(xiàn)DL_low為頻點所在頻段的下限，NOffs-DL為偏置起始值，相關(guān)取值如下表。也可通過NDL反推FDL，計算公式為：        FDL = FDL_low + 0.1(NDL NOffs-DL)   示例中，NDL=38350，查下表可以得知屬于39頻段，同時得出FDL_low=1880，NOffs-DL=38250，因此可以計算得出小區(qū)中

14、心頻點FDL=1880+0.1（38350-38250）=1900MHzallowedMeasBandwidt，允許測量帶寬。用于描述參數(shù)傳輸帶寬配置載頻上所允許的最大測量帶寬，取值范圍為0：mbw6,:1：mbw15,:2：mbw25,:3：mbw50,:4：mbw75,:5：mbw100，分別表示 6, 15, 25, 50, 75 以及100資源塊，對應(yīng)1.4、3、5、10、15、20MHz的系統(tǒng)帶寬。presenceAntennaPort1，當(dāng)前天線端口1屬性。該參數(shù)用于表示目標(biāo)小區(qū)是否都使用AntennaPort 1，當(dāng)設(shè)置為TRUE時，UE可以認(rèn)為該小區(qū)中至少使

15、用兩個小區(qū)專用的天線端口，示例中為FALSE則表示該小區(qū)只有一個天線端口。neighCellConfig，相鄰小區(qū)配置。該參數(shù)用于提供MBSFN和鄰區(qū)上/下行配置相關(guān)信息，為2bit的二進(jìn)制數(shù)，對于TDD，001001僅僅用于與服務(wù)小區(qū)相同的上行/下行分配場景，11用于與服務(wù)小區(qū)不同的上行/下行分配場景，具體含義為：    00：表示不是所有的鄰區(qū)都有與服務(wù)小區(qū)相同的MBSFN子幀分配     10：表示所有鄰區(qū)的MBSFN子幀分配是與服務(wù)小區(qū)相同或者是其子集     01：表示在所有鄰區(qū)中沒有MBSFN

16、子幀     11：與服務(wù)小區(qū)相比較，在鄰區(qū)中有不同的TDD上行/下行分配offsetFreq，承載頻率的偏移值。表示適用于載頻的偏移值。該參數(shù)用于調(diào)整異頻鄰區(qū)的頻率優(yōu)先級。小區(qū)偏移量-CellIndividualOffset：CELL級別(dBm)cellsToAddModList，相鄰小區(qū)添加或修改列表。包含cellIndex（鄰區(qū)列表索引）、physCellID（物理小區(qū)標(biāo)識）和cellIndivedualOffset（適用于特定鄰區(qū)的小區(qū)各自偏移）三個參數(shù)。2.2.3 MeasurementReports信令當(dāng)UE完成測量后，會依照測量報告配置對報告條件進(jìn)

17、行評估，當(dāng)設(shè)定條件滿足時，UE會將測量結(jié)果填入MeasurementReport消息，發(fā)送給eNodeB。該消息攜帶主要IE如下：measID，測量標(biāo)識。每個measId對應(yīng)一個measObjectId和一個reportConfigId。其中，measId是數(shù)據(jù)庫測量配置條目索引；measObjectId是測量對象標(biāo)識，對應(yīng)一個測量對象配置項；reportConfigId是測量報告標(biāo)識，對應(yīng)一個測量報告配置項。measResultPCell，服務(wù)小區(qū)測量結(jié)果：rsrpResult，RSRP測量結(jié)果。 RSRP（Reference Singnal Received Power）參考信號

18、接收功率，定義為在考察的測量帶寬內(nèi)，承載小區(qū)專有參考信號的資源粒子的功率貢獻(xiàn)的線性平均值。取值范圍為097，實際值=取值-140dBm，示例中取值為43，則實際RSRP值為-97dBm。rsrqResult，RSRQ測量結(jié)果。 RSRQ（Reference Singnal Received Quanity）參考信號接收質(zhì)量，定義為比值NxRSRP/(E-UTRA carrier RSSI)，其中N表示E-UTRA carrier RSSI測量帶寬中的RB的數(shù)量，E-UTRA 載波接收信號場強(qiáng)指示（E-UTRA Carrier RSSI）表示由UE從所有源上觀察到的總的接收功

19、率（以W為單位）的線性平均，包括公共信道服務(wù)和非服務(wù)小區(qū)，鄰僅信道干擾，熱噪聲等。RSRQ比值中分子和分母應(yīng)該在相同的資源上獲得。取值范圍為0-34，實際值=(取值-40)/2dB，示例中取值為28，則實際RSRQ值為-6dB。measResultListEUTRA，eUTRA鄰小區(qū)測量結(jié)果：physCellId，物理小區(qū)ID。測量目標(biāo)鄰小區(qū)的PCI。rsrpResult，測量目標(biāo)鄰小區(qū)的RSRP測量結(jié)果。 rsrqResult，測量目標(biāo)鄰小區(qū)的RSRQ測量結(jié)果。經(jīng)驗總結(jié)：測試過程中會看到大量的測量報告，要看測量報告是由哪個事件、怎么樣的參數(shù)觸發(fā)時，需從測量報告的measID->

20、;找到上次切換完成的RRC重配消息的對應(yīng)的measID->對應(yīng)的ReportConfigID->對應(yīng)的事件及參數(shù)配置。2.2.4HandoverCommand信令解Handover Command消息包含在RRC Connection Reconfiguration信令中的，見上描述。但RRC重配不一定就是切換命令，有5種作用。HandoverConfirm信令解析Handover Confirm消息包含在RRC Connection Reconfiguration Complete信令中。當(dāng)UE的SRB2建立完成后，UE給eNodeB發(fā)送rrcConnectionReconfig

21、urationComplete消息，該消息可以看做是UE對RRC Connection Reconfiguration消息的響應(yīng)消息，并無實質(zhì)性內(nèi)容。3. X2切換X2口切換，由A3（或A4/A5)觸發(fā)事件上報。當(dāng)目標(biāo)小區(qū)和源小區(qū)分別屬于兩個eNodeB時，且有X2鏈路時，此時會引發(fā)eNodeB間的X2切換。前提是2個eNodeB之間配置了X2關(guān)系，且X2切換使能。X2口切換流程和信令流程如下圖所示。3.1 X2切換信令流程解析X2口切換的基本思路是，當(dāng)源eNodeB收到UE的測量上報，并判決UE向目標(biāo)eNodeB切換時，會直接通過X2接口向目標(biāo)eNodeB申請資源，完成目標(biāo)小區(qū)的資源準(zhǔn)備，之

22、后通過空口的重配消息通知UE向目標(biāo)小區(qū)切換，在切換成功后，目標(biāo)eNodeB通知源eNodeB釋放原來小區(qū)的無線資源。此外還要將源eNodeB未發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)eNodeB，并更新用戶平面和控制平面的節(jié)點關(guān)系。詳細(xì)流程解析如下：1、Measurement Reports    方向：UE > Source eNodeB    解析：UE在執(zhí)行測量過程中，如果發(fā)現(xiàn)測量環(huán)境滿足Measurement Control中描述的事件時，則通過Measurement Reports消息上報給eNodeB。2、Handover Request

23、0;   方向：Source eNodeB > Target eNodeB    解析：源eNodeB參考UE上報的測量結(jié)果，根據(jù)自身切換算法，進(jìn)行切換判決。判決切換后，向目標(biāo)eNodeB發(fā)送切換請求Handover Request。觸發(fā)eNB間X2口小區(qū)間(同頻/異頻)切換出準(zhǔn)備請求次數(shù)進(jìn)行采樣統(tǒng)計。3、Handover Request ACK    方向：Target eNodeB> Source eNodeB    解析：目標(biāo)eNodeB接收到Handover Request后，開始進(jìn)行L1/L2

24、的切換準(zhǔn)備，同時向源eNodeB發(fā)送切換請求ACK消息。4、Handover Command  方向：Source eNodeB > UE  解析：源eNodeB收到目標(biāo)eNodeB的切換請求ACK后，通過RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下發(fā)切換命令，攜帶了移動性控制信息的RRC連接重配置消息。觸發(fā)eNB間X2口小區(qū)間同頻（異頻）切換出準(zhǔn)備成功次數(shù)進(jìn)行采樣統(tǒng)計。5、SN Status Transfer  方向：Source eNodeB > Target

25、 eNodeB    解析：源eNodeB發(fā)送序列號（SN，Sequence Number）狀態(tài)傳輸消息到目標(biāo)eNodeB。6、Handover Confirm  方向：UE > Target eNodeB  解析：UE接到切換命令后，從源eNodeB中去附著，并執(zhí)行與目標(biāo)小區(qū)的同步。（與eNodeB內(nèi)切換相同，如果在切換命令中配置了隨機(jī)接入專用Preamble碼，則使用非競爭隨機(jī)接入流程接入目標(biāo)小區(qū)，如果沒有配置專用Preamble碼，則使用競爭隨機(jī)接入流程接入目標(biāo)小區(qū)）。UE通過L1/L2消息獲取目標(biāo)eNodeB提

26、供的相關(guān)上行資源分配和定時提前Time Advance信息后，開始發(fā)送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，向目標(biāo)eNodeB確認(rèn)切換過程完成。7、Path Switch Request  方向：Target eNodeB > MME  解析：Handover Confirm步驟完成后，目標(biāo)eNodeB開始將上行數(shù)據(jù)發(fā)送給SGW。但此時目標(biāo)eNodeB并不知道此次切換是否要進(jìn)行SGW的Relocation，只是將上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給從源eNodeB獲取的SGW，此時由于到目標(biāo)eNodeB的下行隧道尚

27、未建立，因而下行的數(shù)據(jù)仍然要通過源eNodeB轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)eNodeB，從而，需要MME和SGW之間進(jìn)行路徑確認(rèn)。因此，目標(biāo)eNodeB向MME發(fā)送一個路徑轉(zhuǎn)換請求消息來告知其UE更換了小區(qū)。此時空口已經(jīng)切換完成。8、User Plane UpdateRequest  方向：MME > S-GW  解析：MME根據(jù)Path Switch Request消息向S-GW發(fā)送用戶平面更新請求消User Plane UpdateRequest，相當(dāng)于Modify BearerRequest。9、User Plane UpdateResponse&#

28、160; 方向：S-GW > MME  解析：S-GW收到User Plane Update Request消息后，不再向源eNodeB發(fā)送UE的用戶面數(shù)據(jù)，將下行數(shù)據(jù)路徑切換到目標(biāo)eNodeB側(cè)（由于SGW保持不變，因此不需要SGW與PGW之間的信令交互）。S-GW在舊路徑上發(fā)送一個或多個“end marker包”到源eNodeB，End Marker數(shù)據(jù)包不含有任何數(shù)據(jù)，在GTP的頭部表明是End Marker數(shù)據(jù)包，指示對應(yīng)的是GTP Tunnel上的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。隨后，S-GW就釋放源eNodeB的用戶平面資源，并發(fā)送User Plane Update Response消息給MME，表示用戶平面更新的響應(yīng)，即Modify Bearer Response。10、Path Switch Request Ack  方向：MME > Target eNodeB  解析：MME發(fā)送Path Switch ACK消息給目標(biāo)