TDLTE切換過(guò)程介紹

1、一TD-LTE系統(tǒng)的切換技術(shù)1. TD-LTE切換概述作為TD-SCDMA演進(jìn)技術(shù)的TD-LTE系統(tǒng)，可以采用快速硬切換方法實(shí)現(xiàn)不同頻段之間以及各系統(tǒng)間的切換，從而更好地實(shí)現(xiàn)地域覆蓋和無(wú)縫切換，并且實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有3GPP和非3GPP的兼容。軟切換由于設(shè)備復(fù)雜度高、定時(shí)難度大，會(huì)帶來(lái)較高處理能力的需求，因而未被采用。核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)也發(fā)生了相應(yīng)的改變，增加了系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)(SAE)和3GPP模塊，實(shí)現(xiàn)了LTE系統(tǒng)與3GPP和非3GPP系統(tǒng)切換的兼容。 切換過(guò)程都會(huì)被分為4個(gè)步驟：測(cè)量、上報(bào)、判決和執(zhí)行。接收功率、誤比特率和鏈路距離都能夠作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)從而進(jìn)行理論上的估計(jì)和相應(yīng)的處理。TD-LTE系統(tǒng)的切換是

2、UE輔助的硬切換，他和FDD-LTE硬切換的最大區(qū)別在于：在TD-LTE中導(dǎo)頻信號(hào)是在一個(gè)特殊的時(shí)隙上進(jìn)行傳輸，而FDD-LTE系統(tǒng)中導(dǎo)頻信道則占用一整個(gè)幀長(zhǎng)度，所以基于導(dǎo)頻信道的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于TD-LTE來(lái)說(shuō)并不是那么精確。所以對(duì)于TD-LTE的測(cè)量，還需要結(jié)合信道質(zhì)量、UE的位置和導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行。2. 切換類型 在連接模式下的E-UTRAN內(nèi)切換是終端輔助網(wǎng)絡(luò)控制的切換。切換主要分成切換準(zhǔn)備、切換執(zhí)行和切換完成3個(gè)部分，詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)后。其中eNB包括以下幾種切換：a.基于無(wú)線質(zhì)量的切換通常進(jìn)行此類切換的原因是：UE的測(cè)量報(bào)告顯示出存在比當(dāng)前服務(wù)小區(qū)信道質(zhì)量更好的鄰小區(qū)。b.基于無(wú)線接入技術(shù)

3、覆蓋的切換此類切換是在UE丟失當(dāng)前無(wú)線接入技術(shù)(RAT)覆蓋從而連接到其他RAT的情況下產(chǎn)生的。例如，一個(gè)UE遠(yuǎn)離了城市區(qū)域從而丟失TD-LTE覆蓋，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)切換到UE檢測(cè)到的質(zhì)量次好的RAT，如通用移動(dòng)通信系統(tǒng)(UMTS)或者全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)。 c.基于負(fù)載情況的切換 此類切換用于當(dāng)一個(gè)給定小區(qū)過(guò)載時(shí)，盡量平衡屬于同一操作者的不同RAT間的負(fù)載狀況。例如，如果當(dāng)一個(gè)TD-LTE小區(qū)非常擁擠，一些用戶就需要轉(zhuǎn)移到相鄰TD-LTE小區(qū)或是相鄰UMTS小區(qū)中。3. 切換過(guò)程a.切換準(zhǔn)備：源eNB根據(jù)漫游限制配置UE的測(cè)量報(bào)告，UE根據(jù)預(yù)定的測(cè)量規(guī)則發(fā)送報(bào)告；源eNB根據(jù)報(bào)告及RRM信息決

4、定UE是否需要切換。當(dāng)需要切換時(shí)，源eNB向目標(biāo)eNB發(fā)送切換請(qǐng)求；目標(biāo)eNB根據(jù)收到的QoS信息執(zhí)行接納控制，并返回至ACK。b.切換執(zhí)行：源eNB向UE發(fā)送切換指令，UE接到后進(jìn)行切換并同步到目標(biāo)eNB；網(wǎng)絡(luò)對(duì)同步進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)UE成功接入目標(biāo)eNB后，向目標(biāo)eNB發(fā)送切換確認(rèn)消息。c.切換完成：MME向S-GW發(fā)送用戶面更新請(qǐng)求，用戶面切換下行路徑到目標(biāo)側(cè)；目標(biāo)eNB通知源eNB釋放原先占用的資源。切換過(guò)程完成。4. 切換判決標(biāo)準(zhǔn)切換測(cè)量在切換算法中占有著重要的地位，UE的測(cè)量報(bào)告對(duì)eNB的切換決策具有關(guān)鍵作用，在LTE標(biāo)準(zhǔn)中定義的切換測(cè)量和判決的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為：a.參考信號(hào)接收功率(RSRP

5、)：即對(duì)于需要考慮的小區(qū)，在需要考慮的測(cè)量頻帶上，承載小區(qū)專屬參考信號(hào)的電磁波干擾(RE)功率貢獻(xiàn)（以W為單位）的線性平均值。 b.切換滯后差值(HOM)：即當(dāng)前服務(wù)小區(qū)與相鄰小區(qū)的RSRP差值，該值可根據(jù)通信環(huán)境不同而自行設(shè)定，其大小決定了切換時(shí)延長(zhǎng)短。 c.觸發(fā)時(shí)長(zhǎng)(TTT)：即在此段時(shí)間內(nèi)必須持續(xù)滿足某一HOM條件才能進(jìn)行切換判決，TTT可以有效防止切換中“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生。下面介紹LTE中的切換算法：UE監(jiān)測(cè)所有被測(cè)小區(qū)經(jīng)過(guò)濾波器后的RSRP，并給服務(wù)小區(qū)的eNB發(fā)送測(cè)量報(bào)告。當(dāng)下面的條件在給定的TTT內(nèi)持續(xù)被滿足時(shí)，eNB將對(duì)UE進(jìn)行切換。UE根據(jù)他的速度來(lái)設(shè)定TTT參數(shù)。RSRPT

6、是目標(biāo)小區(qū)的參考信號(hào)接收功率，而RSRPS是服務(wù)小區(qū)的參考信號(hào)接收功率。 RSRPTRSRPS+HOM下圖描述了該切換算法的一個(gè)重要實(shí)例：在接收到測(cè)量報(bào)告之后，當(dāng)前服務(wù)的eNB使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部程序開(kāi)始準(zhǔn)備將UE切換到新的目標(biāo)小區(qū)。假設(shè)目標(biāo)小區(qū)總有足夠的資源給將要切換過(guò)來(lái)的UE。準(zhǔn)備時(shí)間被建模為一個(gè)常數(shù)協(xié)議延遲，在圖中表示為P。準(zhǔn)備完成之后，服務(wù)小區(qū)在下行向UE發(fā)送切換命令消息。二TD-LTE系統(tǒng)的切換流程下面對(duì)上圖的具體流程進(jìn)行介紹。步驟1：源eNode B對(duì)UE進(jìn)行測(cè)量配置，UE的測(cè)量結(jié)果將用于輔助源eNode B進(jìn)行切換判決。步驟2：UE根據(jù)測(cè)量配置，進(jìn)行測(cè)量上報(bào)。步驟3：源eNode B參考

7、UE的測(cè)量上報(bào)結(jié)果，根據(jù)自身的切換算法，進(jìn)行切換判決。步驟4：源eNode B向目標(biāo)eNode B發(fā)送切換請(qǐng)求消息，該消息包含切換準(zhǔn)備的相關(guān)信息，主要有UE的X2和S1信令上下文參考、目標(biāo)小區(qū)標(biāo)識(shí)、密鑰KeNode B*、RRC上下文、AS配置、E-UTRAN無(wú)線接入承載（E-RAB，E-UTRAN Radio Access Bearer）上下文等。同時(shí)也包含源小區(qū)物理層標(biāo)識(shí)和消息鑒權(quán)驗(yàn)證碼，用于可能的切換失敗后的恢復(fù)過(guò)程。UE的X2和S1信令上下文參考可以幫助目標(biāo)eNode B找到源eNode B的位置。E-RAB上下文包括必要的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層（RLN，Radio Network Layer）和

8、傳輸層（TNL，Transport Network Layrer尋址信息以及E-RAB的服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）信息等。切換準(zhǔn)備信息有一部分是包含于接口消息本身的（例如目標(biāo)小區(qū)標(biāo)識(shí)），另一部分存在于接口消息的RRC容器（RRC container）中（例如RRC上下文）。步驟5：目標(biāo)eNode B根據(jù)收到的E-RAB QoS信息進(jìn)行接納控制，以提高切換的成功率。接納控制要考慮預(yù)留相應(yīng)的資源、C-RNTI以及分配專用隨機(jī)接入Preamble碼等。目標(biāo)小區(qū)所使用的AS配置可以是完全獨(dú)立于源小區(qū)的完全配置，也可以是在源小區(qū)基礎(chǔ)之上的增量配置（增量配置是指對(duì)相同的部分不

9、進(jìn)行配置，只通過(guò)信令重配不同的部分，UE對(duì)于沒(méi)有收到的配置，將繼續(xù)使用原配置）。步驟6：目標(biāo)eNode B進(jìn)行L1/L2的切換準(zhǔn)備，同時(shí)向源eNode B發(fā)送切換請(qǐng)求ACK消息。該消息中包含一個(gè)RRC container，具體內(nèi)容是觸發(fā)UE進(jìn)行切換的切換命令。源eNode B切換命令采用透?jìng)鞯姆绞剑ú蛔鋈魏涡薷模?，發(fā)送給UE。切換命令中包含新的C-RNTI、目標(biāo)eNode B的案例算法標(biāo)識(shí)，有可能還攜帶隨機(jī)接入專用Preamble碼、接入?yún)?shù)、系統(tǒng)信息等。如果有必要，切換請(qǐng)求ACK消息中還有可能攜帶RNL/TNL信息，用于數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)。當(dāng)源eNode B收到切換請(qǐng)求ACK消息或者是向UE轉(zhuǎn)發(fā)了切換

10、命令之后，就可以開(kāi)始數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)了。步驟7：切換命令（攜帶了移動(dòng)性控制信息的RRC連接重配置消息）是由目標(biāo)eNode B生成的，通過(guò)源eNode B將其透?jìng)鹘oUE。源eNode B對(duì)這條消息進(jìn)行必要的加密和完整性保護(hù)。當(dāng)UE收到該消息之后，就會(huì)利用該消息中的相關(guān)參數(shù)發(fā)起切換過(guò)程。UE不需要等待低層向源eNode B發(fā)送的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest）/自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ，Automatic Repeat reQuest）響應(yīng)，就可以發(fā)起切換過(guò)程。步驟8：源eNode B發(fā)送序列號(hào)（SN，Sequence Number）狀態(tài)傳輸消息到目

11、標(biāo)eNode B，傳送E-RAB（僅那些需要保留PDCP狀態(tài)的E-RAB需要執(zhí)行SN狀態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)應(yīng)于RLC AM模式）的上行PDCP SN接收狀態(tài)和下行PDCP SN發(fā)送狀態(tài)。上行PDCP SN接收狀態(tài)至少包含了按序接收的最后一個(gè)上行SDU的PDCP SN，也可能包含以比特映射的形式表示的那些造成接收亂序的丟失的上行SDU的SN（如果有這樣的SDU的話，這些SDU可能需要UE在目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行重傳）。下午PDCP SN發(fā)送狀態(tài)指示了在目標(biāo)eNode B應(yīng)該分配的下一個(gè)SDU序號(hào)。如果沒(méi)有E-RAB需要傳送PDCP的狀態(tài)報(bào)告，源eNode B可以省略這條消息。步驟9：UE收到切換命令以后，執(zhí)行與目

12、標(biāo)小區(qū)的同步，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(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入流程接入目標(biāo)小區(qū)，如果沒(méi)有配置專用Preamble碼，則使用競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入流程接入目標(biāo)小區(qū)。UE計(jì)算在目標(biāo)eNode B所需使用的密鑰并配置網(wǎng)絡(luò)選擇好的在目標(biāo)eNode B使用的安全算法，用于切換成功之后與目標(biāo)eNode B進(jìn)行通信。步驟10：網(wǎng)絡(luò)回復(fù)上行資源分配指示和定時(shí)提前。步驟11：當(dāng)UE成功接入目標(biāo)小區(qū)后，UE發(fā)送RRC連接重配置完成消息，向目標(biāo)eNode B確認(rèn)切換過(guò)程完成。如果資源允許，該消息也可能伴隨著一個(gè)上行緩存狀態(tài)報(bào)告（BSR，Buffer Status Report）的改善。目標(biāo)eNode

13、 B通過(guò)接收RRC連接重配置完成消息，確認(rèn)切換成功。至此，目標(biāo)eNode B可以開(kāi)始向UE發(fā)送數(shù)據(jù)。步驟12：目標(biāo)eNode B向MME發(fā)送一個(gè)路徑轉(zhuǎn)換請(qǐng)求消息來(lái)告知UE更換了小區(qū)。此時(shí)空口的切換已經(jīng)成功完成。步驟13：MME向S-GW發(fā)送用戶平面更新請(qǐng)求消息。步驟14：S-GW將下行數(shù)據(jù)路徑切換到目標(biāo)eNode B側(cè)。S-GW在舊路徑上發(fā)送一個(gè)或多個(gè)“end marker包”到源eNode B，然后就可以釋放源eNode B的用戶平面資源。步驟15：S-GW向MME發(fā)送用戶平面更新響應(yīng)消息。步驟16：MME向目標(biāo)eNode B發(fā)送路徑轉(zhuǎn)換請(qǐng)求ACK消息。步驟1216就完成了路徑轉(zhuǎn)換過(guò)程，該過(guò)

14、程的目的是將用戶平面的數(shù)據(jù)路徑從源eNode B轉(zhuǎn)到目標(biāo)eNode B。在S-GW轉(zhuǎn)換了下行路徑以后，前轉(zhuǎn)路徑和新路徑的下行包在目標(biāo)eNode B可能會(huì)交替到達(dá)。目標(biāo)eNode B應(yīng)該首先傳遞所有的前轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包給UE，然后再傳遞從新路徑接收的包。在目標(biāo)eNode B使用這一方法可以強(qiáng)制性保證正確的傳輸順序。為了輔助在目標(biāo)eNode B的重排功能，S-GW在E-RAB轉(zhuǎn)換路徑以后，立即在舊路徑發(fā)送一個(gè)或者多個(gè)“end marker 包”。“end marker 包”內(nèi)不含用戶數(shù)據(jù)，由GTP頭指示。在完成發(fā)送含有標(biāo)志符的包以后，S-GW不應(yīng)該在舊路徑發(fā)送任何數(shù)據(jù)包。在收到“end marker 包”以后，如果前轉(zhuǎn)對(duì)這個(gè)承載是激活的，源eNode B應(yīng)該將此包發(fā)送給目標(biāo)eNode B。在察覺(jué)了“end marker 包”以后，目標(biāo)eNode B應(yīng)該丟棄“end marker 包”并發(fā)起