[4G&5G专题-81]：流程 - 4G LTE 小区切换流程大全
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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-81]：流程 - 4G LTE 小区切换流程大全相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
第1章 小区切换概述
1.1 什么是小区切换
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。
切换是无线蜂窝通信系统移动性管理的重要组成部分，切换的成功率是无线蜂窝通信系统移动性管理性能的重要考量指标。当TD-LTE 网络与2G, 3G, WLAN等不同制式网络并存时，小区间发生的切换将更复杂、更频繁，造成切换失败的概率也更大，查找引发切换失败的原因会更困难。
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。
1.2 切换的类型
从无线空口资源的分配角度看，小区切换大致分如下几种：
(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！！！
1.3 三种切换优缺点比较
（1）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。
（2）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。
（3）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。
1.4 LTE的切换分类
从小区切换的范围，把切分为：
（1）基站内部小区间切换
（2）基站间小区间切换
（3）MME间小区间切换
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。
本文将介绍这三种切换的流程！
1.5 小区切换的总体流程
当正在使用网络服务的UE从一个小区移动到另一个小区，或由于无线传输业务负荷量调整、激活操作维护、设备故障等原因，为了保证通信的连续性和服务的质量，系统要将用户与原小区的通信链路转移到新的小区上，这个过程就
是切换。
切换的四个不同阶段，如下图所示：
UE从原小区逐渐靠近目标小区时，原小区的RSRP逐渐降低，目标小区RSRP逐渐升高。
1）测量和报告阶段：
UE对邻区进行测量，并将结果报告给服务eNodeB，eNodeB判断是否满足切换条件；
2）准备切换阶段：
当eNodeB判断目前所有的切换条件都满足时，就开始为UE选择目标eNodeB。选择目标eNodeB的过程可能触发eNodeB之间的信令交换；
3）切换执行阶段：
目的eNodeB选定后，当前eNodeB就会告知UE何时执行切换，以及其他一些接入目的eNodeB时需要得到的消息。因为UE和目的eNodeB之间没有建立，所以UE会采用随机接入流程来接入目的eNodeB ；
4）切换完成阶段：
源基站释放资源、链路，删除用户信息。
第2章 UE的小区测量报告
2.1 LTE切换的本质
LTE切换是：UE测量报告辅助下的网络的快速切换，这句话的含义如下：
- UE的测量切换的前提！没有UE的测量报告，基站是不知道如何进行切换的。
- 切换的决策在网络，即基站。
2.2 LTE测量过程
测量过程主要包括以下三个步骤：
测量配置：由eNB通过RRC Connection Reconfigurtion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：UE会对当前服务小区进行测量，并根据RRC Connection Reconfigurtion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：测量报告触发（给基站）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Measurement Report（MR报告）消息，发送给eNB。
2.3 测量配置的下发时机
UE什么时候开始测量，测量的周期、频率、制式是什么，需要一套配置参数。测量配置参数是网侧下发的。
（1）RRC空闲态下，测量配置是通过SIB4 -- SIB8 下发
（2）RRC连接状态下，通过RRCConnectionReconfiguration下发
2.4 测量配置的内容
- 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。
2.5 上报测量报告的触发方式
（1）周期型
UE定期的进行测量，并周期的上报测量报告
（2）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，其作用是开启异频或异系统测量，为切换进行准备。
A3：邻区质量高于服务小区一个门限，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，可以使得的把负载分摊到邻区。
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。
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。
2.6 测量指标与测量报告的内容
测量报告的主要内容包括：
- 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）
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。
2.7 邻区信息获取
邻区的信息，是终端从邻区列表中获得的，邻区配置终端通过中RRC configuation从基站获得，而基站的邻区信息是通过网管配置或ADR自动获取的。
- carrier Freq: 即Earcfn。
- allowed Meas Bandwidth：允许测量的带宽。
- presence antena port1：若设置为true，表示所有的邻区至少有两个特定小区天线端口。
- offset Freq：频率偏移。
- 邻区列表：添加修改邻区列表：cellindex，pci，邻区偏移量； 黑名单添加修改删除列表
第3章 小区切换流程
3.1 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。
- UE上报合适的测量报告（Measure Reports），触发基站切换
- 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
- 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
- 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
- UE接收到新的测量配置后，回复RRC Connection Configuration Complete
3.2 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
3.3 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
参考：
以上是关于[4G&5G专题-81]：流程 - 4G LTE 小区切换流程大全的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
[4G&5G专题-78]：流程 - 4G LTE 核心网的Attach流程
[4G&5G专题-94]：流程 - 4G LTE 同频切换与异频切换的案例分析
[4G&5G专题-77]：流程 - 4G LTE 接入网的随机接入流程
[4G&5G专题-85]：架构 - 4G LTE 空口信道映射与信道内部处理流程