[4G&5G专题-93]：流程 - 4G LTE 终端在RRC 连接状态下的小区切换通用过程
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[4G&5G专题-93]：流程 - 4G LTE 终端在RRC 连接状态下的小区切换通用过程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
第1章 切换概述
1.1 移动性管理
（1）什么是移动性管理
移动性管理（MM，Mobile Management）即是对移动终端位置信息、安全性以及业务连续性方面的管理，努力使终端与网络的联系状态达到最佳，进而为各种网络服务的应用提供保证。
（2）终端的状态
- 空闲态：
空闲态则是UE接收到自身高层配置的连接建立请求消息时候，所进行无线资源和无线信道的配置。
而通俗的理解则是在用户开机之后需要拨号的时候则需要进行随机接入。
在随机接入的过程中，首先需要通过MAC来建立上行同步，并通知高层进行RRC建立连接，建立SRB1，但没有进一步的业务传送。
终端处于监控与 跟随网络的状态。
- 连接态：
正常连接状态顾名思义则是在通话的整个过程则称作为连接状态，在此状态下，需要建立SRB2和DRBS以完成无线链路的建立，只有建立起来之后才能进行通信。
（2）移动性管理分类
移动性管理（MM，Mobile Management）即是对移动终端位置信息、安全性以及业务连续性方面的管理，努力使终端与网络的联系状态达到最佳，进而为各种网络服务的应用提供保证。
1.2 什么是小区切换（hand over）
切换是终端在RRC连接状态下，由一个小区切换到相邻小区的过程，这个过程称为“切换”。
移动通信系统的小区间切换（hand over）是指移动终端在无线接入网的控制下完成从源小区到目标小区的无线链路连接的迁移，是保证无缝的移动通信服务的基木技术手段，在不同小区无线信道之间交换一个正在进行中的通话，而不使其中断的操作。
当UE(User Experience，用户体验)处于业务连接状态并保持业务服务时，从一个小区移动到另一个小区，原来的服务小区不可能再给UE继续提供服务，为了不中断业务，无线承载系统将寻找最合适的小区或网络为UE提供继续服务，实现无线网络无缝覆盖的移动性管理，这就是小区切换。
切换是移动通信系统中一项非常重要的技术，切换失败会导致掉话，影响网络的运行质量。
1.3 为什么要切换
当前服务小区的信号质量过低，需要选择一个信号质量更好的目标小区，已为用户提供优质的服务。
因此切换的前提是测量，测量的是目标小区的信号质量。
1.4 小区切换的决策者
小区选择和小区重选的决策者是终端，而小区切换的决策者是基站，只有基站才权决定小区是否能够切换以及切换到哪个目标小区。
这是因为基站是所有空口无线资源的拥有者和分配者，只有他们有权为终端分配无线资源。
第2章 切换的分类
2.1 按照空口频段分
同频切换：目标小区与当前服务小区使用相同的射频载波频率。
异频切换：目标小区与当前服务小区使用不同的射频载波频率。
2.2 按照网络设备分
（1）基站内部小区间切换（intra eNode）
（2）基站间小区间切换（inter eNode）
（3）MME间小区间切换（inter MME）
一般来说X2切换的优先级高于S1切换，X2是基站之间的接口，S1是基站和核心网的接口，即优先小范围切换。
2.3 按照制式分
（1）LTE系统内部的切换（intra-RAT)
（2）LTE与其他制式之间的切换（inter-RAT)，如LTE与WCDMA, GSM等。
2.4 按照切换的影响程度分
(1) 硬切换： 先于前任分手，再谈新恋爱
硬切换是发生在不同频率小区间的一种切换模式，FDMA (Frequency Division Multiple Access,频分多址)和TDMA (Time Division Multiple Access,时分多址)系统支持硬切换。
硬切换过程是:当UE从源小区移动到目标小区时，因源小区与目标小区的载频不同，UE进入目标小区后就与源小区信道断开，经过同步过程，UE再自动向目标小区的新频率调谐，与目标小区联系，建立新的信道，开始新频率下的上下行数据通信，最后完成从源小区到目标小区的切换。
显然，硬切换在切换过程中存在一个暂停中断期，硬切换是一个“释放、建立”的过程，特点是“先断开、后切换”。并且在任何时刻，UE只连接一个小区。
但这种“断连”的时间非常短，用户不一定每次能够感觉到。
2G GSM的FDMA (Frequency Division Multiple Access,频分多址)就是一种硬切换。
(2) 软切换：脚踩两只船，先谈新恋爱，再与前任分手
软切换是发生在相同频率不同小区之间的一种切换模式。
由于切换是在同频小区间进行，当UE移动到多个小区覆盖交界区域处于切换状态时，因频率相同，UE可同时和多个小区保持联系，接收这些小区的信道质量报告，并与系统指定门限比较，取最佳值对应的小区作为目标小区切换，这时UE才将与源小区的联系信道切断，完成UE从源小区到目标小区的切换。因此，软切换是一个“建立、比较、释放”的过程，特点是“先切换、后断开”。在切换状态的任何时刻，UE可同时连接多个小区。
因此，软切换是一个“建立、比较、释放”的过程，特点是“先切换、后断开”。
在切换状态的任何时刻，UE可同时连接多个小区。
因此软切换过程中，不会出现中途中断的情形，用户体验是较好的。
3G CDMAd的码分多址系统就是一种软切换。
（3）接力切换（handover）
LTE和3G TD-SCDMA采用的是一种接力切换。
接力切换是一种改进的硬切换技术，可提高切换成功率，与软切换比，可以克服切换时对邻近基站信道资源的占用，能够使系统容量得以增加。接力切换用户体验处于硬切换和软切换之间。
接力切换需要UE对本小区基站和相邻小区基站的参考信号强度进行测量，并上报给基站，基站对测量信号进行判决，如果判决的结果是需要切换，基站就会先与邻小区通信，请求邻小区预先准备好无线资源以及终端的上行文，等邻小区准备好资源和终端的上下文后后，就切断当前小区的资源，由邻小区接管对该终端的控制。
在LTE系统中，当UE处于连接状态时，网络完全掌控UE,不仅了解UE与源小区和邻区的信道质量，还了解整个网络的负载均衡情况。
也就是说，通常情形下，信道条件的改变可能会触发UE切换，但在LTE中，网络负载均衡的原因也有可能产生UE切换。
这说明LTE切换已不是仅仅因为小区改变而产生UE切换，还有因整个网络负载均衡而使UE切换的情况，即LTE切换是：UE辅助网络的快速切换，所以LTE切换涉及的网络实体有eNodeB, MME和S-GW。、
为了辅助网络做出切换判决，源小区可以为UE配置测量，使UE在切换前上报服务区及邻区的信道质量或网络的负载情况，从而使网络侧可以合理地判决UE是否需要切换。
接力切换的关键是切换前的测量！！！
（4）三种切换优缺点比较
- 与软切换相比，软切换和接力切换都具有较高的切换成功率、较低的掉话率以及较小的上行干扰等优点。
- 不同之处在于接力切换不需要同时有多个基站为一个移动台提供服务，因而克服了软切换需要占用的信道资源多、信令复杂、增加下行链路干扰等缺点。
- 与硬切换相比，两者具有较高的资源利用率，简单的算法以及较轻的信令负荷等优点。
- 不同之处在于接力切换断开原基站和与目标基站建立通信链路几乎是同时进行的，因而克服了传统硬切换掉话率高、切换成功率低的缺点。
- 传统的软切换、硬切换都是在不知道UE的准确位置下进行的，因而需要对所有邻小区进行测量，而接力切换只对UE移动方向的少数小区测量。
第3章 切换的步骤
3.1 切换的大致步骤
（1）切换的触发原因
（2）基站下发测量命令
（3）终端进行测量
（4）终端在条件满足时上报测量报告
（5）基站对是否能够切换进行判决
（6）基站为切换进行无线资源的准备
（7）基站启动切换流程
3.2 同频切换流程
3.3 异频或异系统间切换
异频或异系统之间的切换最为复杂，大致分为两大类
（1）盲切：需要基站告诉终端，切换到哪一个目标邻区。
（2）基于测量报告：需要基站告诉终端，对哪个异频的目标小区进行测量。
备注：
异频之所以这么复杂，这是因为终端异频测量时，还要保留当前服务小区的状态和上下文，这需要基站合理的调度当前服务小区的时频资源，已已预留一部分时间，确保在保持当前服务小区业务的情况下，终端能够同时分时复用自己的硬件，在提供当前小区服务的情况下，还需要能够暂时更换频点，对目标小区进行测量。
第4章 小区切换的详细步骤
4.1 步骤1：触发原因
终端进行小区切换的原因很多，大致分为两大场景：同频与异频，这两种场景下的，切换的原因不同。
- 同频
同频切换的原因很简单，就是基于覆盖，也就是说，当前服务小区的信号质量太差，需要切换到信号质量更好的小区中，以便提供更好的服务。
- 异频
大部分邻区的部署都是异频的。
异频切换的原因就很多了，大致有分为 两种子类型：
必要类切换：
- 基于覆盖，与同频切换的原因一样，当前服务小区的信号质量太差，需要切换到信号质量更好的小区中，以便提供更好的服务。
- 基于上行链路质量：当前服务小区上行链路质量太差，需要切换。
- 基于距离：终端离当前服务小区的基站太远，延时太大，需要切换到距离更近的小区，可以提供更好的服务。
非必要类切换：
- 基于业务：某些业务，由目标小区提供更好
- 基于负载：当前服务小区的负载过重，需要切换到其他小区
- 基于频率优先级：运营商更倾向于终端使用某个频段
- 基于速度：目标频段可以提供更高的速率
- 基于载波属性：目标小区能够支持载波聚合等。
更详细的解读如下：
4.2 步骤2：基站对切换测量的控制
测量控制是在基站的控制下进行的，只有基站告诉了终端，终端才知道如何测量邻区，如何上报邻区的测量报告等。
（1）测量控制命令的下发方式
基站通过RRC重配信令，指示终端进行邻区测量。
（2）测量控制命令的下发时机
同频测量：
在UE与基站RRC连接建立后，基站就会立即通过RRC重配消息，通知终端进行同频邻区测量（当然，也包括当期服务小区自身的小区参考信号的测量）
A2：服务小区质量低于一个门限，其作用是开启异频或异系统测量，为切换进行准备。
异频测量：
A2：服务小区质量低于一个门限，其作用是开启异频或异系统测量，为切换进行准备。
（3）测量控制命令的内容
测量包括信息：
- 测量报告ID。
-
trigger Type：报告触发类型，分为事件型和周期型。事件型分为eventA1、eventA2、eventA3、eventA4、eventA5、eventB1、eventB2。
- trigger Quantity：用来评估事件型触发报告的标准类型：RSRP或RSRQ。
- report Quantity：报告上报的值，RSRP或RSRQ，或者两个都上报。
- report interval：上报间隔（周期型）。
- report Amount：上报次数（周期型）。
- max report cells：测量上报小区的最大个数。
测试事件的配置：//Ax-Bx-Cx， 每一个事件有独立的配置！！！
邻区频点信息：
备注：终端是根据邻区的频点信息进行测量的。
邻区频点参数名：
GAP启动与停止
4.3 步骤3：终端对源和目的小区参考信号进行测量
（1）同频邻区的测量
在实际部署中，邻区如果采用同频部署，邻区之间是需要特定的配置，避免邻区之间相互干扰。
邻区之间需要统一协调空口无线资源。终端会在终端正常的业务传送期间自行地根据邻区的信息，主动在后台邻区测量，并上报测量报告。
因为是同频，对目标小区测量时，不需要切换空口的载波频率。
（2）异频小区的测量
异频小区部署时，终端在处理当前服务小区数据是，还需要UE在调度自身的空档期，去切换空口频率到目标小区，并且与目标小区进行主同步与辅同步，读取目标邻区的MIB和SIB, 测量目标小区的参考信号，测量完目标邻区的参考信号后，重新把空口频率切换到当前服务小区的空口频率，整个过程必须在几个1ms子帧内完成。
因此通常情况下，对目标小区的测量不是一次完成的，需要经历多次分时复用的测量。以尽量减少对当期服务小区的影响。
这里有两种GAP测量模式：
- GAP1：一次测量事件6ms，测量周期为40ms：40ms中，有6ms用于邻区测量，终端的空口资源损失率=6/40.
- GAP2：一次测量事件6ms，测量周期为80ms：80ms中，有6ms用于邻区测量，终端的空口资源损失率=6/80.
当然，上述空口资源的损失是针对该手机的，并不影响基站。
4.4 步骤4：终端对测量结果的上报
步骤3得到的测量报告，并不一定立即上报的，需要满足一定的条件或这说事件，才能上报。这个条件就是所谓的A1-Ax事件。
上报的条件也是基站通过RRC重配消息设置的。
（1）上报的条件：周期性与事件性
- 周期型
UE定期的进行测量，并周期的上报测量报告
- 事件型
UE定期的进行测量，且只有满足某种条件时才给基站上报测量报告。这种待满足的条件，称为“事件”。
常见的用于切换的测量事件为A1-A6
A1：服务小区质量高于一个门限。--- 其作用是关闭正在进行的异频或异系统测量，这是后不需要测量邻区，不需要切换。
A2：服务小区质量低于一个门限，--- 其作用是终端提醒基站，开启异频或异系统测量的配置，让终端开始进行测量，为后续切换进行准备。
A3：邻区质量高于服务小区一个门限（邻区的信号质量过于本小区）。---其作用是用于同频或异频的基于覆盖的切换。邻区质量高于本服务小区，并不一定需要进行切换。
A4：邻区质量高于一个门限，其作用是用于负载均衡的切换。---邻区质量较好，可以考虑把负载分摊到邻区。
A5：服务小区低于一个门限，邻区质量高于一个门限，为切换进行准备。---表明当前服务小区质量较差，邻区质量较好，可以考虑切换
有的时候网络信号有波动性，但是网络并不是特别care这样的小范围的波动性，只有累计到达一定程度的时候才会引起网络的主意，所有引用hysterisis(迟滞性)来解决这一问题。
（2）滤波
对测量结果进行平滑处理。
（3）上报的内容
- 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）
RSRP（Reference Signal Received Power）参考信号接收功率：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。反映了终端离基站“逻辑距离”的远近。
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。
分子和分母应该在相同的资源上获得。反映了终端接收信号受到干扰的程度。
（4）上报格式
- 服务小区和邻小区一起上报的。
- 以测量ID为索引
4.5 步骤5：基站对切换的判决
4.6 步骤6-7：基站发起切换流程
（1）基站间信令面交接
源基站与基站之间的交互，优先走X2接口，没有X2接口，则走MME接口。
（2）基站间数据面的交接
4.7 步骤8：切换识别后的保护
第5章 小区切换流程
5.1 基站内部小区间切换流程
当UE所在的源小区和要切换的目标小区同属一个eNodeB时，发生eNodeB内切换。eNodeB内切换是各种情形中最为简单的一种，因为切换过程中不涉及eNodeB与eNodeB之间的信息交互，也就是X2、S1接口上没有信令操作，只是在一个eNodeB内的两个小区之间进行资源配置，所以基站在内部进行判决，并且不需要向核心网申请更换数据传输路径。
（1）UE上报合适的测量报告（Measure Reports），触发基站切换
（2）基站下发切换命令给UE，即下发带有Mobility ControlInfo信元的RRC重配置消息（RRC Connection Reconfiguration），该信元标识此条消息为切换命令
（3）UE接收到Mobility ControlInfo信元后，采用消息中携带的配置接入目标小区，接入成功后在目标小区上报重配置完成信息（RRC Connection Configuration Complete），切换成功
（4）基站收到切换成功的消息后，按照新小区的配置给UE重新下发测量配置，即带有Measurement Control信元的RRC重配置消息
（5）UE接收到新的测量配置后，回复RRC Connection Configuration Complete
5.2 基站间小区间切换流程
当UE所在的源小区和要切换的目标小区不属于同一eNodeB时，发生eNodeB间切换，eNodeB间切换流程复杂，需要加入X2和S1接口的信令操作。
X2切换的前提条件是目标基站和源基站配置了X2链路，且链路可用。
切换准备阶段
（1）当UE进入RRC连接态后，eNodeB通过RRC Connection Reconfiguration消息给UE下发测量控制消息（Measure Control），该消息携带测量ID、邻区列表、测量量、测量报告量以及报告模式等
（2）UE收到测量控制消息后进行测量，满足报告标准时进行测量上报。
（3）源eNodeB判决是否满足测量标准，若满足，发送Handover Request消息给目标eNodeB，请求目标基站在目标小区给UE分配资源，并触发源eNodeB和目标eNodeB之间的X2逻辑链路的建立，用于转发源eNodeB缓存的用户数据以及相关信令。
（4）目标基站接收到切换消息会进行准入判断，如果允许此UE切换，会在目标小区给该UE分配包含临时标识等的无线资源，并向目标基站发送 Handover Request Acknowledge 指示，切换准备成功；同时，完成基站间X2逻辑通道的建立。
切换执行阶段
（5）源基站通过RCC Connection Reconfiguration消息给UE发送切换命令，该消息携带目标小区给UE分配的资源信息，并停止发送下行数据；如果存在需要转发的 E-RAB 承载，则源基站启动转发流程，发送 SN Status Transfer 消息，回传缓存的数据给目标eNodeB
切换完成阶段
（6）UE收到RCC Connection Reconfiguration消息后，按照切换命令的信息在目标基站发起非竞争性的随机接入过程（RA Preamble & RA Response），接入成功后会发送RCC Connection Reconfiguration Complete消息给目标基站
（7）目标基站接收到完成消息后，向MME发送 Path Switch Request 消息，请求核心网切换用户面路径，将 S1-U接口 从 SGW-源基站 切换到 SGW-目标基站
（8）MME发送Modify Bear Request 消息给SGW，要求SGW切换用户面路径，SGW将S1-U接口从源eNodeB切换至目标eNodeB，并回复Modify Bear Response消息。至此，下行数据的路径为：SGW -> 目标eNodeB -> UE。SGW回复Path Switch Request Acknowledge消息给MME，表示S1-U接口已经切换成功
（9）目标基站接收到Path Switch Request Acknowledge消息后，向源基站发送UE Connection Release消息，指示源基站删除用户，切换成功；源基站不会立即释放用户，等本端数据转发完再本地释放
5.3 MME间小区间切换流程
S1切换流程与X2切换类似，只不过所有的站间交互信令及数据转发都需要通过S1口到核心网进行转发，时延比X2口略大。协议36.300中规定eNodeB间切换一般都要通过X2接口进行，但当源eNodeB和目标eNodeB之间不存在X2接口，或者源eNodeB尝试通过X2接口切换，但被目标eNodeB拒绝，则会触发S1接口的eNodeB间切换。
切换准备
（1）当UE进入RRC连接态后，eNodeB通过RRC Connection Reconfiguration消息给UE下发测量控制消息（Measure Control），该消息携带测量ID、邻区列表、测量量、测量报告量以及报告模式等。
（2）UE收到测量控制消息后进行测量，满足报告标准时进行测量上报
（3）源eNodeB判决是否满足测量标准，若满足，发送Handover Required消息给MME，该消息携带切换所需信息：MME UE S1AP ID、eNB UE S1AP ID、Handover type设置为IntraLTE、Intral-LTE HO Information ListRequest等， 若在切换过程涉及两个不同的MME，该消息可通过MME侧的路由功能转发给目标基站的MME
（4）目标eNodeB从目标MME收到 Handover Request消息后，开始做切换准备，如：为该用户在新小区建立新的SAE承载
（5）目标eNodeB首先会进行准入控制，根据EPS承载的QoS信息进行准入控制。目标eNodeB根据EPS承载的QoS为用户分配资源，并且为用户预留一个C-RNTI以及一个RACH导码
（6）目标小区根据EPS承载相关信息，在完成L1/L2层配置后向目标MME发送Handover Request Acknowledge消息，并通过路由功能转发给源MME
切换执行
（7）源MME从接收到的Handover Request Acknowledge消息中提取切换必要的信息（如new C-RNTI、目标eNodeB加密算法参数、SIB等），作为Handover Command消息的重点部分，并发送给源eNodeB
（8）源eNodeB收到源MME发送的Handover Command消息（S1-AP消息）说明目标eNodeB已经做好切换准备，因此源eNodeB需要向UE发送Handover Command消息（RRC消息），通知UE进行切换。同时，源eNodeB也需要做出对应动作
（9）源eNodeB产生并向UE发送Handover Command消息（RRC消息），并负责完成对消息必要的完整性保护以及加密
（10）源eNodeB向源MME发送的eNodeB SN Status Transfer消息（S1-AP消息），告知SAE承载的上行PDCP SN接收状态和下行PDCP SN接收状态
（11）源MME转发给目标MME后，目标MME向目标eNodeB发送MME SN Status Transfer消息（S1-AP消息），该消息与eNodeB SN Status Transfer消息结构及功能相同
切换完成
（12）UE收到Handover Command消息后，向目标eNodeB执行上行同步流程，通过RACH接入目标小区
（13）当UE成功接入目标小区后，UE向目标小区发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息（应包含C-RNTI），指示目标eNodeB已经完成切换流程。目标eNodeB完成对C-RNTI的校验后，就可以向UE发送数据报文了
（14）目标小区接收到RRC Connection Reconfiguration Complete消息后向MME发送Handover Notify（TAI+ECGI）消息，告知MME该用户的服务小区改变了，需要改变用户面下行的（eNodeB端的）GTP-U到SGW的隧道终点（GTP TEID）
（15）MME向SGW发送Modify Bearer Request消息，SGW切换下行数据路径到目标侧
（16）SGW向MME发送一条Modify Bearer Response（携带发送上行数据需要的SGW IP和TEID）消息
（17）如果满足TAU触发的条件，那么UE会触发一次TAU过程
（18）切换完成后，MME知道该用户已经切换到目标eNodeB，释放UE在源eNodeB的S1接口资源
以上是关于[4G&5G专题-93]：流程 - 4G LTE 终端在RRC 连接状态下的小区切换通用过程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
[4G&5G专题-81]：流程 - 4G LTE 小区切换流程大全
[4G&5G专题-79]：流程 - 4G LTE 寻呼流程Paging
[4G&5G专题-78]：流程 - 4G LTE 核心网的Attach流程
[4G&5G专题-77]：流程 - 4G LTE 接入网的随机接入流程