抗干擾、抗衰落、移動性，一直都被認為是移動通信系統(tǒng)的經(jīng)典特征。而連接態(tài)下的切換，也一直以來都是移動通信系統(tǒng)中的必須要研究的重要問題之一。 春天工作室小二，花費了較多的時間，為大家?guī)�來了LTE切換過程解析的系列博文。雖然切換是一個較為老生常談的話題，但小二同志的博文做了大量的參數(shù)和信令解析，非常詳實，很適合初學者的學習和閱讀。
本文由春天工作室小二編寫和整理，春天哥審核。而因文章較長，春天工作室將分篇發(fā)送。
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切換是指UE在連接狀態(tài)下，由于在不同的小區(qū)間移動時，UE需要通過一些列信令過程從而完成UE上下文的倒換和更新過程。切換的目的往往有兩類，比如基于覆蓋的切換，和基于負荷的切換。基于覆蓋的切換往往是為了解決用戶在移動的過程中業(yè)務的連續(xù)性。而基于負載的切換往往是基于負載狀況觸發(fā)的切換，以保證整個系統(tǒng)的性能最優(yōu)。
而對于LTE網(wǎng)絡，系統(tǒng)內(nèi)的切換，我們往往又分為三種：
站內(nèi)切換：連接態(tài)的UE從某基站的一個小區(qū)切換至另一個小區(qū)。也即切換過程封閉在一個基站內(nèi)。
X2切換（站內(nèi)）：連接態(tài)的UE從某基站的一個小區(qū)切換至另一個基站的一個小區(qū)，這兩個基站存在并配置了X2接口。
S1切換（站間）：連接態(tài)的UE從某基站的一個小區(qū)切換至另一個基站的一個小區(qū)，這兩個基站未配置X2接口。
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切換包括切換測量、切換判決、切換執(zhí)行三個階段：
測量階段，UE根據(jù)eNodeB下發(fā)的測量配置消息(RRC重配)進行相關測量，并將測量結果上報給eNodeB。
判決階段，eNodeB根據(jù)UE上報的測量結果進行評估，決定是否觸發(fā)切換。
執(zhí)行階段，eNodeB根據(jù)決策結果，控制UE切換到目標小區(qū)，并最終由UE完成切換。
LTE中整個切換流程采用UE輔助網(wǎng)絡控制的設計思路：基站下發(fā)測量控制；UE進行測量上報；基站執(zhí)行切換判決、資源準備、切換執(zhí)行和原有資源釋放。即，當UE在CONNECTED模式下時，eNodeB可以根據(jù)UE上報的測量信息來判決是否需要執(zhí)行切換，如果需要切換，則發(fā)送切換命令給UE，UE執(zhí)行切換動作并切換至目標小區(qū)。當然，根據(jù)頻率屬性，LTE系統(tǒng)內(nèi)切換又分同頻切換和異頻切換。
（一） 站內(nèi)切換流程與信令解析站內(nèi)切換流程解析對于eNodeB站內(nèi)小區(qū)切換：
l
切換只是更新Uu口資源，源小區(qū)和目標小區(qū)的資源申請和資源釋放都通過eNodeB內(nèi)部消息實現(xiàn)；
l
沒有eNodeB間的數(shù)據(jù)轉發(fā)，同時也沒有UE的隨機接入過程，也不需要與核心網(wǎng)有信令交互。
站內(nèi)小區(qū)間切換流程和信令流程如下圖所示。
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流程解析
站內(nèi)小區(qū)間切換基本思路是，當eNodeB源小區(qū)收到UE的測量上報，并判決UE向目標小區(qū)切換時，eNodeB自行調(diào)配資源，完成目標小區(qū)的資源準備，之后通過空口的重配消息通知UE向目標小區(qū)切換，在切換成功后，eNodeB通知源小區(qū)釋放原來小區(qū)的無線資源。
詳細流程解析如下：
1、Measurement Reports
方向：UE ——> eNodeB
解析：UE在執(zhí)行測量過程中，如果發(fā)現(xiàn)測量環(huán)境滿足Measurement Control中描述的事件時，則通過Measurement Report消息上報給eNodeB。
2、Handover Command
方向：eNodeB ——> UE
解析：eNodeB接收到測量報告后，開始決策是否需要下發(fā)切換命令，如果確定要切換的話，就開始準備目標小區(qū)的準入和無線資源準備，然后通過RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下發(fā)切換命令。
當eNodeB給UE發(fā)送攜帶mobilityControlInfo 的“RRC連接重配置”消息（RRCConnectionReconfiguration）時，觸發(fā)eNB內(nèi)小區(qū)間（同頻/異頻）切換出準備成功次數(shù)進行采樣統(tǒng)計。 RRC連接重配有5種作用，見前博文描述。
3、Handover Confirm
方向：UE ——> eNodeB
解析：UE接收到切換命令后，根據(jù)命令指示與目標小區(qū)完成同步，回復RRC Connection Reconfiguration Complete到目標切換小區(qū)告知Handover Confirm，并接入目標小區(qū)，釋放源小區(qū)資源。


站內(nèi)切換信令要點解析



信令消息
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信令解析
RRC Connection Reconfiguration信令reportConfigToAddModList消息攜帶的重要IE有：

reportConfigId，報告配置標識。該參數(shù)用于標識一個測量報告配置，下面的reportConfigEUTRA即為其內(nèi)容，描述觸發(fā)一個E‑UTRA 測量報告事件的標準，E‑UTRA測量報告事件標記為AN\ BN，其中N等于1~6。

triggerType，觸發(fā)類型。該參數(shù)標識觸發(fā)測量報告類型，t=0為周期觸發(fā)，示例中t=1為事件觸發(fā)，其詳細描述對應下面的event消息。

eventId，觸發(fā)事件ID。該參數(shù)為觸發(fā)報告的 E‑UTRA事件索引，示例中t=3表示為A3事件，其詳細描述對應下面的eventA3消息。

a3_Offset，A3偏移。該參數(shù)表示A3事件所使用的偏移，實際值=IE value * 0.5dB，示例中a3_Offset=3，則實際值為1.5dB。

reportOnLeave，離開報告。該參數(shù)表示cellsTriggeredList 中的一個小區(qū)滿足離開條件時，UE是否初始化測量上報過程，TURE表示需要初始化測量上報過程，示例中FALSE表示不需要。


hysteresis，滯后值。表示該事件的滯后值，實際值 =IE Value *0.5 dB，示例中hysteresis =3，則實際值為1.5dB。

timeToTrigger，觸發(fā)時間。該參數(shù)為觸發(fā)測量報告的事件需要滿足特定條件的持續(xù)時間，取值范圍為{ms0, ms40, ms64, ms80, ms100, ms128, ms160, ms256, ms320, ms480,ms512, ms640, ms1024, ms1280, ms2560,ms5120}，示例中timeToTrigger=ms320表示320ms。

triggerQuantity，觸發(fā)量。該參數(shù)描述用于評估事件觸發(fā)條件的量，其值rsrp和rsrq 分別對應參考信號接收功率（RSRP）和參考信號接收質量（RSRQ）。


reportQuantity，報告量。該參數(shù)表示測量報告中包含的量，示例中both表示測量報告中既包含rsrp 量，也包含rsrq 量。
maxReportCells，最大報告小區(qū)數(shù)。該參數(shù)表示測量報告中上報最大小區(qū)數(shù)量。


reportInterval，報告間隔。該參數(shù)表示周期報告間的間隔，取值范圍為{ms120, ms240, ms480, ms640, ms1024, ms2048, ms5120, ms10240,min1,min6, min12, min30, min60, spare3, spare2, spare1}。如果UE執(zhí)行周期性上報（即當reportAmount超過1時），該reportInterval適用于triggerType 為‘event’以及 triggerType 為‘periodical’的情形。示例中值為ms1024 對應為1024ms，如果是min6 則對應6min等。

reportAmount，報告數(shù)量。該參數(shù)表示適用于觸發(fā)類型為事件以及周期的測量報告數(shù)量，取值范圍為{r1, r2, r4, r8, r16, r32, r64, infinity}。


RRC Connection Reconfiguration信令measIdToAddModList消息包含要添加或修改的測量標識列表，其中每個條目都有measId（用于識別一個測量配置，即測量目標的連接以及報告的配置），相關的 measObjectId（用于標識一個測量對象配置） 以及相關的reportConfigId（用于標識一個測量報告配置）。
信令消息
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信令解析
RRCConnection Reconfiguration信令measObjectToAddModList消息，主要描述要添加或修改的測量對象列表、本小區(qū)與其他系統(tǒng)的鄰區(qū)信息。其攜帶的重要IE有：

measObjectId，測量對象ID。該參數(shù)表示從下面的measObject中選擇其中一組，示例中，measObjectId=1說明選擇了measObject中t=1的一組。

carrierFreq，E-UTRAN承載頻率。該參數(shù)表示測量小區(qū)的E_UTRA 載頻，通常以EARFCN（E-UTRA AbsoluteRadio Frequency Channel Number）標識，取值范圍0~65535，計算公式為（以下行為例，TDD上下行同頻）：
NDL = 10* (FDL–FDL_low ) +NOffs-DL
其中NDL為EARFCN標識，FDL為實際中心頻點（MHz），FDL_low為頻點所在頻段的下限，NOffs-DL為偏置起始值，相關取值如下表。也可通過NDL反推FDL，計算公式為：
FDL = FDL_low + 0.1(NDL– NOffs-DL)
示例中，NDL=38350，查下表可以得知屬于39頻段，同時得出FDL_low=1880，NOffs-DL=38250，因此可以計算得出小區(qū)中心頻點FDL=1880+0.1（38350-38250）=1900MHz。
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allowedMeasBandwidt，允許測量帶寬。用于描述參數(shù)傳輸帶寬配置載頻上所允許的最大測量帶寬，取值范圍為{0：mbw6,:1：mbw15,:2：mbw25,:3：mbw50,:4：mbw75,:5：mbw100}，分別表示 6, 15, 25, 50, 75 以及100資源塊，對應1.4、3、5、10、15、20MHz的系統(tǒng)帶寬。

presenceAntennaPort1，當前天線端口1屬性。該參數(shù)用于表示目標小區(qū)是否都使用AntennaPort 1，當設置為TRUE時，UE可以認為該小區(qū)中至少使用兩個小區(qū)專用的天線端口，示例中為FALSE則表示該小區(qū)只有一個天線端口。

neighCellConfig，相鄰小區(qū)配置。該參數(shù)用于提供MBSFN和鄰區(qū)上/下行配置相關信息，為2bit的二進制數(shù)，對于TDD，00\10\01僅僅用于與服務小區(qū)相同的上行/下行分配場景，11用于與服務小區(qū)不同的上行/下行分配場景，具體含義為：
00：表示不是所有的鄰區(qū)都有與服務小區(qū)相同的MBSFN子幀分配
10：表示所有鄰區(qū)的MBSFN子幀分配是與服務小區(qū)相同或者是其子集
01：表示在所有鄰區(qū)中沒有MBSFN子幀
11：與服務小區(qū)相比較，在鄰區(qū)中有不同的TDD上行/下行分配
offsetFreq，承載頻率的偏移值。表示適用于載頻的偏移值。該參數(shù)用于調(diào)整異頻鄰區(qū)的頻率優(yōu)先級。小區(qū)偏移量---CellIndividualOffset：CELL級別(dBm)
cellsToAddModList，相鄰小區(qū)添加或修改列表。包含cellIndex（鄰區(qū)列表索引）、physCellID（物理小區(qū)標識）和cellIndivedualOffset（適用于特定鄰區(qū)的小區(qū)各自偏移）三個參數(shù)。


MeasurementReports信令解析[attach]322153[/attach]

信令解析
當UE完成測量后，會依照測量報告配置對報告條件進行評估，當設定條件滿足時，UE會將測量結果填入MeasurementReport消息，發(fā)送給eNodeB。該消息攜帶主要IE如下：
measID，測量標識。每個measId對應一個measObjectId和一個reportConfigId。其中，measId是數(shù)據(jù)庫測量配置條目索引；measObjectId是測量對象標識，對應一個測量對象配置項；reportConfigId是測量報告標識，對應一個測量報告配置項。
measResultPCell，服務小區(qū)測量結果：

rsrpResult，RSRP測量結果。 RSRP（Reference Singnal Received Power）參考信號接收功率，定義為在考察的測量帶寬內(nèi)，承載小區(qū)專有參考信號的資源粒子的功率貢獻的線性平均值。取值范圍為0~97，實際值=取值-140dBm，示例中取值為43，則實際RSRP值為-97dBm。

rsrqResult，RSRQ測量結果。 RSRQ（Reference Singnal Received Quanity）參考信號接收質量，定義為比值NxRSRP/(E-UTRA carrier RSSI)，其中N表示E-UTRA carrier RSSI測量帶寬中的RB的數(shù)量，E-UTRA 載波接收信號場強指示（E-UTRA Carrier RSSI）表示由UE從所有源上觀察到的總的接收功率（以W為單位）的線性平均，包括公共信道服務和非服務小區(qū)，鄰僅信道干擾，熱噪聲等。RSRQ比值中分子和分母應該在相同的資源上獲得。取值范圍為0-34，實際值=(取值-40)/2dB，示例中取值為28，則實際RSRQ值為-6dB。

measResultListEUTRA，eUTRA鄰小區(qū)測量結果：
physCellId，物理小區(qū)ID。測量目標鄰小區(qū)的PCI。
rsrpResult，測量目標鄰小區(qū)的RSRP測量結果。
rsrqResult，測量目標鄰小區(qū)的RSRQ測量結果。
經(jīng)驗總結：測試過程中會看到大量的測量報告，要看測量報告是由哪個事件、怎么樣的參數(shù)觸發(fā)時，需從測量報告的measID->找到上次切換完成的RRC重配消息的對應的measID->對應的ReportConfigID->對應的事件及參數(shù)配置。

HandoverCommand信令解析Handover Command消息包含在RRC Connection Reconfiguration信令中的，見上描述。但RRC重配不一定就是切換命令，有5種作用。
HandoverConfirm信令解析Handover Confirm消息包含在RRC Connection Reconfiguration Complete信令中。
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當UE的SRB2建立完成后，UE給eNodeB發(fā)送rrcConnectionReconfigurationComplete消息，該消息可以看做是UE對RRC Connection Reconfiguration消息的響應消息，并無實質性內(nèi)容。


（一） X2口切換流程與信令解析X2口切換流程解析X2口切換，由A3（或A4/A5)觸發(fā)事件上報。當目標小區(qū)和源小區(qū)分別屬于兩個eNodeB時，且有X2鏈路時，此時會引發(fā)eNodeB間的X2切換。前提是2個eNodeB之間配置了X2關系，且X2切換使能。X2口切換流程和信令流程如下圖所示。
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流程解析
X2口切換的基本思路是，當源eNodeB收到UE的測量上報，并判決UE向目標eNodeB切換時，會直接通過X2接口向目標eNodeB申請資源，完成目標小區(qū)的資源準備，之后通過空口的重配消息通知UE向目標小區(qū)切換，在切換成功后，目標eNodeB通知源eNodeB釋放原來小區(qū)的無線資源。此外還要將源eNodeB未發(fā)送的數(shù)據(jù)轉發(fā)給目標eNodeB，并更新用戶平面和控制平面的節(jié)點關系。
詳細流程解析如下：
1、Measurement Reports
方向：UE ——> Source eNodeB
解析：UE在執(zhí)行測量過程中，如果發(fā)現(xiàn)測量環(huán)境滿足Measurement Control中描述的事件時，則通過Measurement Reports消息上報給eNodeB。
2、Handover Request
方向：Source eNodeB ——> Target eNodeB
解析：源eNodeB參考UE上報的測量結果，根據(jù)自身切換算法，進行切換判決。判決切換后，向目標eNodeB發(fā)送切換請求Handover Request。觸發(fā)eNB間X2口小區(qū)間(同頻/異頻)切換出準備請求次數(shù)進行采樣統(tǒng)計。
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3、Handover Request ACK
方向：Target eNodeB——> Source eNodeB
解析：目標eNodeB接收到Handover Request后，開始進行L1/L2的切換準備，同時向源eNodeB發(fā)送切換請求ACK消息。
4、Handover Command
方向：Source eNodeB ——> UE
解析：源eNodeB收到目標eNodeB的切換請求ACK后，通過RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下發(fā)切換命令，攜帶了移動性控制信息的RRC連接重配置消息。觸發(fā)eNB間X2口小區(qū)間同頻（異頻）切換出準備成功次數(shù)進行采樣統(tǒng)計。
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5、SN Status Transfer
方向：Source eNodeB ——> Target eNodeB
解析：源eNodeB發(fā)送序列號（SN，Sequence Number）狀態(tài)傳輸消息到目標eNodeB。

6、Handover Confirm
方向：UE ——> Target eNodeB
解析：UE接到切換命令后，從源eNodeB中去附著，并執(zhí)行與目標小區(qū)的同步。（與eNodeB內(nèi)切換相同，如果在切換命令中配置了隨機接入專用Preamble碼，則使用非競爭隨機接入流程接入目標小區(qū)，如果沒有配置專用Preamble碼，則使用競爭隨機接入流程接入目標小區(qū)）。UE通過L1/L2消息獲取目標eNodeB提供的相關上行資源分配和定時提前Time Advance信息后，開始發(fā)送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，向目標eNodeB確認切換過程完成。
7、Path Switch Request
方向：Target eNodeB ——> MME
解析：Handover Confirm步驟完成后，目標eNodeB開始將上行數(shù)據(jù)發(fā)送給SGW。但此時目標eNodeB并不知道此次切換是否要進行SGW的Relocation，只是將上行數(shù)據(jù)轉發(fā)給從源eNodeB獲取的SGW，此時由于到目標eNodeB的下行隧道尚未建立，因而下行的數(shù)據(jù)仍然要通過源eNodeB轉發(fā)到目標eNodeB，從而，需要MME和SGW之間進行路徑確認。因此，目標eNodeB向MME發(fā)送一個路徑轉換請求消息來告知其UE更換了小區(qū)。此時空口已經(jīng)切換完成。
8、User Plane UpdateRequest
方向：MME ——> S-GW
解析：MME根據(jù)Path Switch Request消息向S-GW發(fā)送用戶平面更新請求消User Plane UpdateRequest，相當于Modify BearerRequest。
9、User Plane UpdateResponse
方向：S-GW ——> MME
解析：S-GW收到User Plane Update Request消息后，不再向源eNodeB發(fā)送UE的用戶面數(shù)據(jù)，將下行數(shù)據(jù)路徑切換到目標eNodeB側（由于SGW保持不變，因此不需要SGW與PGW之間的信令交互）。S-GW在舊路徑上發(fā)送一個或多個“end marker包”到源eNodeB，End Marker數(shù)據(jù)包不含有任何數(shù)據(jù)，在GTP的頭部表明是End Marker數(shù)據(jù)包，指示對應的是GTP Tunnel上的數(shù)據(jù)傳輸結束。隨后，S-GW就釋放源eNodeB的用戶平面資源，并發(fā)送User Plane Update Response消息給MME，表示用戶平面更新的響應，即Modify Bearer Response。
10、Path Switch Request Ack
方向：MME ——> Target eNodeB
解析：MME發(fā)送Path Switch ACK消息給目標eNodeB，告知路徑轉換完成。
11、Release Resource
方向：Target eNodeB——> Source eNodeB
解析：目標eNodeB接收到從MME發(fā)回的路徑轉換ACK消息后，馬上發(fā)送UE Context Release消息給源eNodeB，通知其切換成功并觸發(fā)源eNodeB的資源釋放（Release Resource）。
幾個要點：1. 步驟8到11完成了路徑轉換過程，該過程的目的是將用戶平面的數(shù)據(jù)路徑從源eNodeB轉移到目標eNodeB上。在S-GW轉換了下行路徑之后，前轉路徑和新路徑的下行包在目標eNodeB可能會交替到達，目標eNodeB應該先傳遞所有的前轉數(shù)據(jù)包給UE，然后再傳遞從新路徑接收到的數(shù)據(jù)包。在目標eNodeB使用這一方法可以強制性保證正確的傳輸順序。為了輔助在目標eNodeB的重排功能，S-GW在E-RAB轉換路徑后，立即在舊路徑發(fā)送一個或多個“End Marker數(shù)據(jù)包”�！�EndMarker數(shù)據(jù)包”內(nèi)不包含用戶數(shù)據(jù)，由GTP頭部指示其為EndMarker包。在完成發(fā)送含有標識符的包以后，S-GW不應該在舊路徑發(fā)送任何數(shù)據(jù)包。在收到“End Marker包”以后，如果前轉對這個承載是激活的，源eNodeB應該將此包轉發(fā)給目標eNodeB。在察覺了“End Mark包”以后，目標eNodeB應該丟棄“End Marker包”并發(fā)起任何必要的流程來維持用戶數(shù)據(jù)的按序遞交，這些數(shù)據(jù)是通過X2口前轉的或者路徑轉換后從S-GW通過S1接收的。 2.源eNodeB收到UE上下文資源釋放消息后，釋放無線承載和與UE上下文相關的控制平面資源。不過，任何正在進行的數(shù)據(jù)前轉將繼續(xù)進行，直到完成。 3.切換完成后，目標eNodeB重新下發(fā)測量控制信令（RRC Connection Reconfiguration）給UE，包含measConfig內(nèi)容，UE也需回復RRC Connection Reconfiguration Complete消息給eNodeB。