LTE测量与切换详解说明.doc

LTE 测量与切换详解（非常全面）测量与切换详解（非常全面）1 测量过程测量过程测量过程主要包括以下三个步骤：测量配置测量配置：由 eNB 通过 RRCConnectionReconfigurtion 消息携带的 measConfig 信元将测量配置消息通知给 UE，即下发测量控制。测量执行测量执行：UE 会对当前服务小区进行测量，并根据 RRCConnectionReconfigurtion 消息中的s-Measure 信元来判断是否需要执行对相邻小区的测量。测量报告测量报告：测量报告触发方式分为周期性和事件触发。当满足测量报告条件时，UE 将测量结果填入 MeasurementReport 消息，发送给 eNB。1.1 测量配置测量配置测量配置主要由 eNB 通过 RRCConnectionReconfigurtion 消息携带的 measConfig 信元将测量配置消息通知给 UE，包含 UE 需要测量的对象、小区列表、报告方式、测量标识、事件参数等。当测量条件改变时，eNB 通知 UE 新的测量条件。触发条件：eNB 向 UE 发起/修改/删除测量。发送网元：（eNB）处理：将测量配置填项填入 RRCConnectionReconfigurtion 消息中的measConfig 信元。接收网元（UE）处理：UE 侧维护一个测量配置数据库 VarMeasConfig，在 VarMeasConfig中，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。此外还包含了与 measId 无关的公共配置项quantityConfig、测量量配置、s-Measure 和服务小区质量门限控制等。Measurement objects（测量对象）：UE 测量的对象如下对于频率内和频率间的测量，测量对象是一个单一的 E-UTRA 承载频率。与该承载频率相关的，E-UTRAN 可以配置一系列的特定频偏的小区和黑名单小区。黑名单小区在事件评估或者测量报告中不被考虑。对于不同 RAT 间的 UTRA 测量，测量对象为在一个单一 UTRA 承载频率上的小区集。对于不同 RAT 间的 GERAN 测量，测量对象为一个 GERAN 承载频率集。Reporting configurtions（报告配置）：报告标准：该标准触发 UE 发送一条测量报告。这可以是周期性的或者是单一事件的描述。报告格式：在测量报告中 UE 包含的量以及相关的信息（例如报告小区的数量）。Measurement identities（测量标识）：每一个测量 ID 对应着一个测量对象和一个报告配置。对多个测量 ID 来说可能是对应着多个测量对象和同一个报告配置，也可能是对应这一个测量对象和多个报告配置。Quantity configurations（测量量配置）：定义了测量量和用于所有事件评估和相关测量报告类型。每个测量量可以配置一个滤波器。Measurement gaps（测量间隔）：UE 可以用于在异频实施测量的时间（针对异频测量）。定义了 MGRP（Measurement Gap Repetition Period）和 MGL（Measurement Gap Length）。s-Measure：服务小区质量门限控制。如果没有配置 s-Measure 或者配置了 s-Measure 但是服务小区的 RSRP 低于这个值，那么 UE 会执行相关测量 。关键 IE：carrierFreq：E-UTRAN 承载频率allowedMeasBandwidth：允许测量带宽。在同频小区选择参数或异频列表上配置presenceAntennaPort1：当前天线端口neighCellConfig：相邻小区配置。与 MBSFN 有关offsetFreq：承载频率的偏移值（同频在代码里写死，异频可以在异频列表上配置）。cellsToRemoveList：相邻小区删除列表cellsToAddModList：相邻小区添加/修改列表。配置相邻小区。blackCellsToRemoveList：黑名单小区删除列表blackCellsToAddModList：黑名单小区添加/修改列表cellForWhichToReportCGI：需要报告 CGI 的小区物理 IDtrigerType：报告触发类型。分为事件型和周期型。周期型测量按照测量目的可分为：报告最强小区和小报小区 CGI。reportOnLeave：表示当 cellsTriggeredList 中的小区处于离开状态时，UE 是否应该再执行一次测量报告过程。Hysteresis：滞后参数（0-30）表示事件触发报告条件下进入和离开条件的参数。timeToTrigger：满足条件是触发测量报告的时间triggerQuantity：用来确定评估事件型触发报告的标准，取“RSRP”代表用 RSRP 作为评估标准，取“RSRQ”代表用 RSRQ 作为评估标准。maxReportCells：包括服务小区在内的测量上报小区最大数reportInterval：报告间隔，在切换过程中未收到 RRC Connection Reconfiguration 时 UE 发送测量报告的间隔。reportAmount：满足上报条件的测量报告数目。（对切换未成功的限制，与切换时的回切次数无关）1.2 测量执行测量执行UE 测量可分为 RRC_IDLE 状态下和 RRC_CONNECTED 状态下的测量。RRC_IDLE 状态下的测量：用于小区重选；RRC_CONNECTED 状态下的测量：用于切换。UE 可以进行以下类型的测量：1. 同频测量：在服务小区的下行载频上进行测量，包括：RSRP、RSRQ、Pthloss 等。2.异频测量：在不同于服务小区的下行载频上进行测量，包括 RSRP、RSRQ、Pthloss 等。3.Inter-RAT 测量：PCCPCH RSCP、CPICH RSCP、CPICH Ec/No、GSM Carrier RSSI、BSIC Identification、BSIC Reconfirmation 等按照 UE 的测量量不同可分为 RSRP 和 RSRQ。1.2.1 RSRP1.2.2 RSRQ1.3 测量报告测量报告满足测量报告条件时，通过事件报告 eUTRAN。内容包括：测量 ID、服务小区的测量结果（RSRP 和 RSRQ 的测量值）、邻小区的测量结果（可选）。测量报告方式：按时触发类型，分为周期性和事件触发。周期性触发：按照 eNB 设定的报告间隔与总次数周期性发送reportStrongestCells ：报告最强小区reportCGI ：上报全球小区标识事件触发：满足报告条件时，发送测量报告1.3.1 系统内测量事件系统内测量事件系统内测量事件采用 Ax 来标识，系统内事件的报告各类：eventA1服务小区质量高于一个绝对门限（serving > threshold）。用于关闭正在进行的频间测量，在RRC 控制下去掉激活测量间隙（gap）事件进入条件：Ms - Hys > Thresh事件离开条件：Ms + Hys Thresh eventA3邻小区比服务小区质量高于一个门限，用于频内/频间的基于覆盖的切换。事件进入条件：Mn - Offset - Hys > Ms事件离开条件：Mn - Offset + Hys Thresh事件离开条件：Mn + Offset + Hys threshold2）。用于频内/频间的基于覆盖的切换。可用于负载平衡，与移动到低优先级的小区重选相似。事件进入条件：Ms + Hys Threah2事件离开条件：Ms - Hys > Thresh1 or Mn + Offset + Hys Thresh事件离开条件：Mn + Ofn + Hys threshold2）。用于相同或低优先级的 RAT 小区的测量。事件进入条件：Mn + Hys Thresh2事件离开条件：Mn - Hys > Thresh1 or Mn + Ofn + Hys <Thresh21.3.3 MeasurementReport 消息消息触发条件：当 UE 完成测量后，会依照测量报告配置对报告条件进行评估，当设定条件满足时，UE 会将测量结果填入 MeasurementReport 消息，发送给 eNB。发送网元（UE）处理：测量后将 measResultServCell 包含最好的相邻小区，直至数目达maxReportCells。 如果 triggerType 为“event”，或者 purpose 为“reportStrongestCells”，设置measResult 包含 reportConfig 中 reportQuantity 指示的测量量，按 triggerQuantity 降序排列，也就是说最好的小区被包含在最前面。 如果 purpose 为“reportCGI”，包含含有所有已经成功获取的域的 cgi-Info接收网元（eNB）处理：获取测量结果。测量报告消息内容如图 1 4 所示：图 1 4：测量报告消息内容关键 IE：physCellId：所报告小区的物理小区 IDcellGlobalId：所报告小区的 CGI OPTIONALtrackingAreaCode：跟踪区域码 OPTIONALplmn-IdentityList：PLMN 标识列表 OPTIONALrsrpResult：RSRP 测量结果rsrqResult：RSRQ 测量结果2 切换过程切换过程作为 TD-SCDMA 演进技术的 TD-LTE 系统，可以采用快速硬切换方法实现不同频段之间以及各系统间的切换，从而更好地实现地域覆盖和无缝切换，并且实现与现有 3GPP 和非 3GPP 的兼容。软切换由于设备复杂度高、定时难度大，会带来较高处理能力的需求，因而未被采用。核心网的设计也发生了相应的改变，增加了系统架构演进(SAE)和 3GPP 模块，实现了 LTE 系统与 3GPP 和非 3GPP 系统切换的兼容。2.1 切换技术切换技术切换过程都会被分为 4 个步骤：测量、上报、判决和执行。接收功率、误比特率和链路距离都能够作为测量标准从而进行理论上的估计和相应的处理。TD-LTE 系统的切换是 UE 辅助的硬切换，他和 FDD-LTE 硬切换的最大区别在于：在 TD-LTE 中导频信号是在一个特殊的时隙上进行传输，而 FDD-LTE 系统中导频信道则占用一整个帧长度，所以基于导频信道的测量标准对于 TD-LTE 来说并不是那么精确。所以对于 TD-LTE 的测量，还需要结合信道质量、UE 的位置和导频信号强度来进行。在连接模式下的 E-UTRAN 内切换是终端辅助网络控制的切换。切换主要分成切换准备、切换执行和切换完成 3 个部分，这 3 个部分在文章的信令交互部分有详细的说明。其中 eNB 包括以下几种切换：基于无线质量的切换：基于无线质量的切换： 通常进行此类切换的原因是：UE 的测量报告显示出存在比当前服务小区信道质量更好的邻小区。基于无线接入技术覆盖的切换：基于无线接入技术覆盖的切换： 此类切换是在 UE 丢失当前无线接入技术(RAT)覆盖从而连接到其他 RAT 的情况下产生的。例如，一个 UE 远离了城市区域从而丢失 TD-LTE 覆盖，网络就会切换到 UE 检测到的质量次好的 RAT，如通用移动通信系统(UMTS)或者全球移动通信系统(GSM)。基于负载情况的切换：基于负载情况的切换： 此类切换用于当一个给定小区过载时，尽量平衡属于同一操作者的不同 RAT 间的负载状况。例如，如果当一个 TD-LTE 小区非常拥挤，一些用户就需要转移到相邻 TD-LTE 小区或是相邻UMTS 小区中。2.2 切换切换2.2.1 切换类型切换类型LTE 切换可分为以下几种类型：系统内切换eNB 内切换（intra-eNB）：同一个 eNB 下 2 个小区之间的切换；eNB 间切换（inter-eNB）：X2 切换、S1 切换。不同 eNB 下的 2 个小区之间的切换；系统间切换：E-UTRAN 与其他系统之间的切换（inter-RAT）2.2.2 切换原则切换原则1. eNB 选择信号最强（RSRP/RSRQ 值最大）的小区作为目标小区；2. 如果目标小区同是存在 S1 和 X2 接口，则进行 X2 切换；2.2.3 切换方法切换方法采用了 UE 辅助网络控制的方法，分为测量上报判决执行 4 个步骤。2.3 切换流程切换流程RRCConnectionReconfiguration 这条消息是用来修改 RRC 连接配置的，主要内容包含测量配置（measConfig）、移动性控制（mobilityControlInfo）、无线资源管理（RBs、MAC 层主要配置、物理信道配置）、NAS 消息和鉴权配置。切换命令为携带 IE mobilityControlInfo 的 RRCConnectionReconfiguration 消息。2.3.1 eNB 内切换内切换图 2 1:eNB 内切换流程1. eNodeB 根据区域限制信息配置 UE 的测量过程，并通过 RRC 重配置消息发送测量控制信息给 UE。UE 按照 eNodeB 下发的测量控制在 UE 的 RRC 协议端进行测量配置， 并向eNodeB 发送 RRC Connection Reconfiguration Complete 消息表示测量配置完成。2. UE 按照测量配置向 eNodeB 上报测量报告，包含服务小区和邻小区信息，如RSRP、RSRQ 测量信息。3. eNodeB 基于测量报告和无线资源管理信息作出 UE 切换的判决。当 eNodeB 认为切换有必要，就确定一个合适的目标小区，请求接入控制目标小区。4. 目标小区进行资源准入，为 UE 的接入分配空口资源和业务的 SAE（System Architecture Evolution）承载资源。5. 源小区将切换执行时 UE 接入目标小区所需的参数生成 RRC Connection Reconfiguration 信息发送给 UE 执行切换。主要包括小区 ID、载波频率、目标功率等无线资源和物理资源配置等。6. 与目标小区完成上行同步。7. UE 接收到包含 MobilityControlInfo 的 RRC 重配置消息后，中断与源小区的无线连接，并开始同目标小区建立新的无线连接，在这段时间内，数据传输被中断。这其中包括下行同步建立、定时提前、数据发送等步骤。当 UE 成功接入到目标小区，UE 发送 RRC 连接重配置完成信息到目标小区去指示切换进程对于 UE 已完成。图 2-2：eNB 内切换信令RRC Connection Reconfiguration：该消息携带有 IE mobilityControlInfo，表示切换命令。消息内容如图所示：图 2 3：RRC Connection Reconfiguration 消息内容关键 IE：targetPhysCellId：目标小区的物理小区 IDcarrierFreq：载频(如果没包含此 IE，则认为目标小区处在当前的频率上）t304：T304 定时器 。当 UE 收到携带 IE mobilityControlInfo 的 RRC Connection Reconfiguration 消息时启动此定时器，成功切换到目标小区时停止此定时器，超时则表示切换失败。newUE-Identity：新的 UE 标识2.3.2 基于基于 X2 的切换的切换图 2 4：基于 X2 的切换流程1. Source eNodeB 根据区域限制信息配置 UE 的测量过程，并通过 RRC 重配置消息发送测量控制信息给 UE。UE 按照 eNodeB 下发的测量控制在 UE 的 RRC 协议端进行测量配置， 并向eNodeB 发送 RRC ConnectionReconfiguration Complete 消息表示测量配置完成。2. UE 按照测量配置向 eNodeB 上报测量报告。Source eNodeB 基于测量报告和无线资源管理信息作出 UE 切换的判决。当 Source eNodeB 认为切换有必要，就确定一个合适的目标小区，请求接入控制目标小区的 Source eNodeB。3. 为了在目标侧为切换预留资源，Source eNodeB 向 TargeteNodeB 发送 Handover Request信息，并传送必要的信息，包括：切换原因、目标小区 ID、UE 上下文信息、SAE 承载ID、SAE 承载 QOS 参数、RRC 上下文信息等。目标小区进行资源准入，为 UE 的接入分配空口资源和业务的 SAE 承载资源。4. 目标小区资源准入成功后，向 Source eNodeB 发送 Handover Request Acknowledge 消息，通知源 eNB 已在目标 eNB 中准备好资源。包括：SAE 承载信息。5. Source eNodeB 将切换执行时 UE 接入目标小区所需的参数生成 RRC Connection Reconfiguration 消息发送到 UE。主要包括小区 ID、载波频率、目标功率等无线资源和物理资源配置等。6. 该消息由源 eNB 发送给目标 eNB，用于在切换过程中发送上行/下行 E-RAB 的 PDCP SN和 HFN 状态。7. 与目标小区完成上行同步。8. UE 接收到包含 MobilityControlInfo 的 RRC 重配置消息后，中断与 Source eNodeB 的无线连接，并开始同 Target eNodeB 建立新的无线连接，在这段时间内，数据传输被中断。这其中包括下行同步建立、定时提前、数据发送等步骤。当 UE 成功接入到目标小区，UE 发送 RRC连接重配置完成信息到 Target eNodeB 去指示切换进程对于 UE 已完成。下图是在 eNB 侧跟踪到的信令流程图：图 2 5：基于 X2 切换的信令Handover Request：关键 IE：UE-X2AP-ID ECGI GUMMEICause：原因UE-contextInformation：UE 上下文信息UE-HistoryInformation：UE 历史信息TraceActivation：图 2 6：handover request 消息内容其中 UE 上下文信息中包含上行 GTP 隧道信息，如下图：图 2 7：UE 上下文信息Handover Request Acknowledge：Handover Request Acknowledge 消息内容包含新的 UE-X2AP-ID（UE-X2AP-ID-NEW）、承载信息和切换命令，如下图所示：图 2 8：Handover Request Acknowledge 消息内容SN Status Transfer：对于 PDCP SN 和 HFN 状态被保存的每一个 SAE 承载，在 X2 接口切换时，从源 eNB 到目标eNB 传送上行 PDCP-SN 和 HFN 的接收状态，下行 PDCP-SN 和 HFN 的发送状态 。内容如下图所示：图 2 9：SN Status Transfer 消息内容Path Switch Request：路径转换请求的目的是请求将下行 GTP 隧道转换到新的 GTP 隧道终结点。 消息内容如下图所示：图 2 10：Path Switch Request 消息内容UE CONTEXT RELEASE：切换成功后请求源 eNB 释放相关资源。消息内容如下：图 2 11：UE CONTEXT RELEASE 消息内容2.3.3 基于基于 S1 的切换的切换图 2 12：基于 S1 的切换流程1. Source eNodeB 根据区域限制信息配置 UE 的测量过程，并通过 RRC 重配置消息发送测量控制信息给 UE。UE 按照 eNodeB 下发的测量控制在 UE 的 RRC 协议端进行测量配置， 并向eNodeB 发送 RRC Connection Reconfiguration Complete 消息表示测量配置完成。2. UE 按照测量配置向 eNodeB 上报测量报告。Source eNodeB 基于测量报告和无线资源管理信息作出 UE 切换的判决。当 Source eNodeB 认为切换有必要，就确定一个合适的目标小区，请求接入控制目标小区的 Source eNodeB。3. Source eNodeB 向 MME（Mobility Management Entity） 发送 Handover Required 信息，用于请求目标端准备资源，并传送必要的信息，包括：切换原因、目标小区 ID、TAI 信息、UE RAN 上下文信息等。4. 为了在目标侧为切换预留资源，MME 向 Target eNB 发送 Handover Request 信息，并传送必要的信息，包括：切换原因、目标小区 ID、UE 上下文信息、SAE 承载 ID、SAE 承载 QOS参数、RRC 上下文信息等。目标小区进行资源准入，为 UE 的接入分配空口资源和业务的SAE 承载资源。5. 目标小区资源准入成功后，向 MME 发送 Handover Request Acknowledge 消息，通知已在目标 eNB 中准备好资源。包括：SAE 承载信息。6. MME 向 Source eNodeB 发送 Handover Command 消息，通知源 eNodeB，目标端已经准备好切换的资源。包含：SAE 承载 ID、下行传输层地址等。7. Source eNodeB 将切换执行时 UE 接入目标小区所需的参数生成 RRC Connection Reconfiguration 消息发送到 UE。主要包括小区 ID、载波频率、目标功率等无线资源和物理资源配置等。8. 该消息由源 eNB 发送给 MME，用来传输 PDCP 接收和发送状态序列号。9. 该消息由 MME 发送给目标 eNB，用来传输 PDCP 接收和发送状态序列号。10. 与目标小区完成上行同步。11. UE 接收到包含 MobilityControlInfo 的 RRC 重配置消息后，中断与 Source eNodeB 的无线连接，并开始同 Target eNodeB 建立新的无线连接，在这段时间内，数据传输被中断。这其中包括下行同步建立、定时提前、数据发送等步骤。当 UE 成功接入到目标小区，UE 发送 RRC连接重配置完成信息到 Target eNodeB 去指示切换进程对于 UE 已完成。在 eNB 侧跟踪信令流程图如下：图 2 12：基于 S1 的切换信令流程