LTE中的切换过程解析

1、LTE中的切换过程解析1. 概述 切换是指UE在连接状态下，由于在不同的小区间移动时，UE需要通过一些列信令过程从而完成UE上下文的倒换和更新过程。切换的目的往往有两类，比如基于覆盖的切换，和基于负荷的切换。基于覆盖的切换往往是为了解决用户在移动的过程中业务的连续性。而基于负载的切换往往是基于负载状况触发的切换，以保证整个系统的性能最优。 而对于LTE网络，系统内的切换，我们往往又分为三种：站内切换：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个小区。也即切换过程封闭在一个基站内。X2切换：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个基站的一个小区，这两个基站存在并配置了X2接口。S1切换

2、：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个基站的一个小区，这两个基站未配置X2接口。切换包括切换测量、切换判决、切换执行三个阶段：测量阶段，UE根据eNodeB下发的测量配置消息(RRC重配)进行相关测量，并将测量结果上报给eNodeB。判决阶段，eNodeB根据UE上报的测量结果进行评估，决定是否触发切换。执行阶段，eNodeB根据决策结果，控制UE切换到目标小区，并最终由UE完成切换。LTE中整个切换流程采用UE辅助网络控制的设计思路：基站下发测量控制；UE进行测量上报；基站执行切换判决、资源准备、切换执行和原有资源释放。即，当UE在CONNECTED模式下时，eNodeB可以根据UE上

3、报的测量信息来判决是否需要执行切换，如果需要切换，则发送切换命令给UE，UE执行切换动作并切换至目标小区。当然，根据频率属性，LTE系统内切换又分同频切换和异频切换。2. 站内切换 站内切换流程与信令解析站内切换流程解析对于eNodeB站内小区切换：切换只是更新Uu口资源，源小区和目标小区的资源申请和资源释放都通过eNodeB内部消息实现；没有eNodeB间的数据转发，同时也没有UE的随机接入过程，也不需要与核心网有信令交互。站内小区间切换流程和信令流程如下图所示。2.1站内切换流程解析站内小区间切换基本思路是，当eNodeB源小区收到UE的测量上报，并判决UE向目标小区切换时，eN

4、odeB自行调配资源，完成目标小区的资源准备，之后通过空口的重配消息通知UE向目标小区切换，在切换成功后，eNodeB通知源小区释放原来小区的无线资源。详细流程解析如下：1、Measurement Reports方向：UE > eNodeB解析：UE在执行测量过程中，如果发现测量环境满足Measurement Control中描述的事件时，则通过Measurement Report消息上报给eNodeB。2、Handover Command方向：eNodeB > UE解析：eNodeB接收到测量报告后，开始决策是否需要下发切换命令，如果确定要切换的话，就开始准备

5、目标小区的准入和无线资源准备，然后通过RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下发切换命令。当eNodeB给UE发送携带mobilityControlInfo 的“RRC连接重配置”消息（RRCConnectionReconfiguration）时，触发eNB内小区间（同频/异频）切换出准备成功次数进行采样统计。 RRC连接重配有5种作用，见前博文描述。3、Handover Confirm方向：UE > eNodeB解析：UE接收到切换命令后，根据命令指示与目标小区完成同步，回复RRC Connection Reconfigu

6、ration Complete到目标切换小区告知Handover Confirm，并接入目标小区，释放源小区资源。2.2站内切换信令要点解析2.2.1 reportConfigToAddModList信令RRC Connection Reconfiguration信令reportConfigToAddModList消息携带的重要IE有：reportConfigId，报告配置标识。该参数用于标识一个测量报告配置，下面的reportConfigEUTRA即为其内容，描述触发一个EUTRA 测量报告事件的标准，EUTRA测量报告事件标记为AN BN，其中N等于16。triggerType，

7、触发类型。该参数标识触发测量报告类型，t=0为周期触发，示例中t=1为事件触发，其详细描述对应下面的event消息。eventId，触发事件ID。该参数为触发报告的 EUTRA事件索引，示例中t=3表示为A3事件，其详细描述对应下面的eventA3消息。a3_Offset，A3偏移。该参数表示A3事件所使用的偏移，实际值=IE value * 0.5dB，示例中a3_Offset=3，则实际值为1.5dB。reportOnLeave，离开报告。该参数表示cellsTriggeredList 中的一个小区满足离开条件时，UE是否初始化测量上报过程，TURE表示需要初始化测量上

8、报过程，示例中FALSE表示不需要。hysteresis，滞后值。表示该事件的滞后值，实际值 =IE Value *0.5 dB，示例中hysteresis =3，则实际值为1.5dB。timeToTrigger，触发时间。该参数为触发测量报告的事件需要满足特定条件的持续时间，取值范围为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，触发量。该参数描述用于评估事件触发条件的量，其值rsrp和rsrq 分别对应参考信号接收功率（RSRP）和参考信号接收质量（RSRQ）。reportQuantity，报告量。该参数表示测量报告中包含的量，示例中both表示测量报告中既包含rsrp 量，也包含rsrq 量。maxReportCells，最大报告小区数。该参数表示测量报告中上报最大小区数量。reportInterval，报告间隔。该参数表示周期报告间的间隔，取值范围为ms120, ms240, ms480, ms640, ms1024, ms2048, ms5120, ms10240,min1,

10、min6, min12, min30, min60, spare3, spare2, spare1。如果UE执行周期性上报（即当reportAmount超过1时），该reportInterval适用于triggerType 为event以及 triggerType 为periodical的情形。示例中值为ms1024 对应为1024ms，如果是min6 则对应6min等。reportAmount，报告数量。该参数表示适用于触发类型为事件以及周期的测量报告数量，取值范围为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测量标识列表，其中每个条目都有measId（用于识别一个测量配置，即测量目标的连接以及报告的配置），相关的 measObjectId（用于标识一个测量对象配置） 以及相关的reportConfigId（用于标识一个测量报告配置）。2.2.2 measObjectToAddModList信令RRCConnection Reconfiguration信令measObjectToAddModList消息，主要描述要添加或修改的测量对象列表、本小区与其他系统

12、的邻区信息。其携带的重要IE有：measObjectId，测量对象ID。该参数表示从下面的measObject中选择其中一组，示例中，measObjectId=1说明选择了measObject中t=1的一组。carrierFreq，E-UTRAN承载频率。该参数表示测量小区的E_UTRA 载频，通常以EARFCN（E-UTRA AbsoluteRadio Frequency Channel Number）标识，取值范围065535，计算公式为（以下行为例，TDD上下行同频）：        NDL = 10* (FDL

13、60; FDL_low ) +  NOffs-DL    其中NDL为EARFCN标识，FDL为实际中心频点（MHz），FDL_low为频点所在频段的下限，NOffs-DL为偏置起始值，相关取值如下表。也可通过NDL反推FDL，计算公式为：        FDL = FDL_low + 0.1(NDL NOffs-DL)   示例中，NDL=38350，查下表可以得知属于39频段，同时得出FDL_low=1880，NOffs-DL=38250，因此可以计算得出小区中

14、心频点FDL=1880+0.1（38350-38250）=1900MHzallowedMeasBandwidt，允许测量带宽。用于描述参数传输带宽配置载频上所允许的最大测量带宽，取值范围为0：mbw6,:1：mbw15,:2：mbw25,:3：mbw50,:4：mbw75,:5：mbw100，分别表示 6, 15, 25, 50, 75 以及100资源块，对应1.4、3、5、10、15、20MHz的系统带宽。presenceAntennaPort1，当前天线端口1属性。该参数用于表示目标小区是否都使用AntennaPort 1，当设置为TRUE时，UE可以认为该小区中至少使

15、用两个小区专用的天线端口，示例中为FALSE则表示该小区只有一个天线端口。neighCellConfig，相邻小区配置。该参数用于提供MBSFN和邻区上/下行配置相关信息，为2bit的二进制数，对于TDD，001001仅仅用于与服务小区相同的上行/下行分配场景，11用于与服务小区不同的上行/下行分配场景，具体含义为：    00：表示不是所有的邻区都有与服务小区相同的MBSFN子帧分配     10：表示所有邻区的MBSFN子帧分配是与服务小区相同或者是其子集     01：表示在所有邻区中没有MBSFN

16、子帧     11：与服务小区相比较，在邻区中有不同的TDD上行/下行分配offsetFreq，承载频率的偏移值。表示适用于载频的偏移值。该参数用于调整异频邻区的频率优先级。小区偏移量-CellIndividualOffset：CELL级别(dBm)cellsToAddModList，相邻小区添加或修改列表。包含cellIndex（邻区列表索引）、physCellID（物理小区标识）和cellIndivedualOffset（适用于特定邻区的小区各自偏移）三个参数。2.2.3 MeasurementReports信令当UE完成测量后，会依照测量报告配置对报告条件进

17、行评估，当设定条件满足时，UE会将测量结果填入MeasurementReport消息，发送给eNodeB。该消息携带主要IE如下：measID，测量标识。每个measId对应一个measObjectId和一个reportConfigId。其中，measId是数据库测量配置条目索引；measObjectId是测量对象标识，对应一个测量对象配置项；reportConfigId是测量报告标识，对应一个测量报告配置项。measResultPCell，服务小区测量结果：rsrpResult，RSRP测量结果。 RSRP（Reference Singnal Received Power）参考信号

18、接收功率，定义为在考察的测量带宽内，承载小区专有参考信号的资源粒子的功率贡献的线性平均值。取值范围为097，实际值=取值-140dBm，示例中取值为43，则实际RSRP值为-97dBm。rsrqResult，RSRQ测量结果。 RSRQ（Reference Singnal Received Quanity）参考信号接收质量，定义为比值NxRSRP/(E-UTRA carrier RSSI)，其中N表示E-UTRA carrier RSSI测量带宽中的RB的数量，E-UTRA 载波接收信号场强指示（E-UTRA Carrier RSSI）表示由UE从所有源上观察到的总的接收功

19、率（以W为单位）的线性平均，包括公共信道服务和非服务小区，邻仅信道干扰，热噪声等。RSRQ比值中分子和分母应该在相同的资源上获得。取值范围为0-34，实际值=(取值-40)/2dB，示例中取值为28，则实际RSRQ值为-6dB。measResultListEUTRA，eUTRA邻小区测量结果：physCellId，物理小区ID。测量目标邻小区的PCI。rsrpResult，测量目标邻小区的RSRP测量结果。 rsrqResult，测量目标邻小区的RSRQ测量结果。经验总结：测试过程中会看到大量的测量报告，要看测量报告是由哪个事件、怎么样的参数触发时，需从测量报告的measID->

20、;找到上次切换完成的RRC重配消息的对应的measID->对应的ReportConfigID->对应的事件及参数配置。2.2.4HandoverCommand信令解Handover Command消息包含在RRC Connection Reconfiguration信令中的，见上描述。但RRC重配不一定就是切换命令，有5种作用。HandoverConfirm信令解析Handover Confirm消息包含在RRC Connection Reconfiguration Complete信令中。当UE的SRB2建立完成后，UE给eNodeB发送rrcConnectionReconfig

21、urationComplete消息，该消息可以看做是UE对RRC Connection Reconfiguration消息的响应消息，并无实质性内容。3. X2切换X2口切换，由A3（或A4/A5)触发事件上报。当目标小区和源小区分别属于两个eNodeB时，且有X2链路时，此时会引发eNodeB间的X2切换。前提是2个eNodeB之间配置了X2关系，且X2切换使能。X2口切换流程和信令流程如下图所示。3.1 X2切换信令流程解析X2口切换的基本思路是，当源eNodeB收到UE的测量上报，并判决UE向目标eNodeB切换时，会直接通过X2接口向目标eNodeB申请资源，完成目标小区的资源准备，之

22、后通过空口的重配消息通知UE向目标小区切换，在切换成功后，目标eNodeB通知源eNodeB释放原来小区的无线资源。此外还要将源eNodeB未发送的数据转发给目标eNodeB，并更新用户平面和控制平面的节点关系。详细流程解析如下：1、Measurement Reports    方向：UE > Source eNodeB    解析：UE在执行测量过程中，如果发现测量环境满足Measurement Control中描述的事件时，则通过Measurement Reports消息上报给eNodeB。2、Handover Request

23、0;   方向：Source eNodeB > Target eNodeB    解析：源eNodeB参考UE上报的测量结果，根据自身切换算法，进行切换判决。判决切换后，向目标eNodeB发送切换请求Handover Request。触发eNB间X2口小区间(同频/异频)切换出准备请求次数进行采样统计。3、Handover Request ACK    方向：Target eNodeB> Source eNodeB    解析：目标eNodeB接收到Handover Request后，开始进行L1/L2

24、的切换准备，同时向源eNodeB发送切换请求ACK消息。4、Handover Command  方向：Source eNodeB > UE  解析：源eNodeB收到目标eNodeB的切换请求ACK后，通过RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下发切换命令，携带了移动性控制信息的RRC连接重配置消息。触发eNB间X2口小区间同频（异频）切换出准备成功次数进行采样统计。5、SN Status Transfer  方向：Source eNodeB > Target

25、 eNodeB    解析：源eNodeB发送序列号（SN，Sequence Number）状态传输消息到目标eNodeB。6、Handover Confirm  方向：UE > Target eNodeB  解析：UE接到切换命令后，从源eNodeB中去附着，并执行与目标小区的同步。（与eNodeB内切换相同，如果在切换命令中配置了随机接入专用Preamble码，则使用非竞争随机接入流程接入目标小区，如果没有配置专用Preamble码，则使用竞争随机接入流程接入目标小区）。UE通过L1/L2消息获取目标eNodeB提

26、供的相关上行资源分配和定时提前Time Advance信息后，开始发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，向目标eNodeB确认切换过程完成。7、Path Switch Request  方向：Target eNodeB > MME  解析：Handover Confirm步骤完成后，目标eNodeB开始将上行数据发送给SGW。但此时目标eNodeB并不知道此次切换是否要进行SGW的Relocation，只是将上行数据转发给从源eNodeB获取的SGW，此时由于到目标eNodeB的下行隧道尚

27、未建立，因而下行的数据仍然要通过源eNodeB转发到目标eNodeB，从而，需要MME和SGW之间进行路径确认。因此，目标eNodeB向MME发送一个路径转换请求消息来告知其UE更换了小区。此时空口已经切换完成。8、User Plane UpdateRequest  方向：MME > S-GW  解析：MME根据Path Switch Request消息向S-GW发送用户平面更新请求消User Plane UpdateRequest，相当于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发送UE的用户面数据，将下行数据路径切换到目标eNodeB侧（由于SGW保持不变，因此不需要SGW与PGW之间的信令交互）。S-GW在旧路径上发送一个或多个“end marker包”到源eNodeB，End Marker数据包不含有任何数据，在GTP的头部表明是End Marker数据包，指示对应的是GTP Tunnel上的数据传输结束。随后，S-GW就释放源eNodeB的用户平面资源，并发送User Plane Update Response消息给MME，表示用户平面更新的响应，即Modify Bearer Response。10、Path Switch Request Ack  方向：MME > Target eNodeB  解析：MME发送Path Switch ACK消息给目标