TD-LTE切换过程介绍_百度文库

1、一. TD-LTE 系统的切换技术1. TD-LTE 切换概述作为 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。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

2、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。2. 切换类型在连接模式下的 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,详细说明见后。其中 eNB 包括以下几种切换: a. 基于无线质量的切换通

3、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。b. 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。 c. 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

4、小区或是相邻 UMTS 小区中。3. 切换过程a. 切换准备:源 eNB 根据漫游限制配置 UE 的测量报告, UE 根据预定的测量规则 发送报告; 源 eNB 根据报告及 RRM 信息决定 UE 是否需要切换。 当需要切换时, 源 eNB 向目标 eNB 发送切换请求;目标 eNB 根据收到的 QoS 信息执行接纳控制,并返回至 ACK 。b. 切换执行:源 eNB 向 UE 发送切换指令, UE 接到后进行切换并同步到目标 eNB ; 网络对同步进行响应,当 UE 成功接入目标 eNB 后,向目标 eNB 发送切换确认消息。 c. 切换完成:MME 向 S-GW 发送用户面更新请求, 用户

5、面切换下行路径到目标侧; 目标 eNB 通知源 eNB 释放原先占用的资源。切换过程完成。4. 切换判决标准切换测量在切换算法中占有着重要的地位, UE 的测量报告对 eNB 的切换决策具有 关键作用,在 LTE 标准中定义的切换测量和判决的相应标准为:a. 参考信号接收功率 (RSRP:即对于需要考虑的小区,在需要考虑的测量频带上, 承载小区专属参考信号的电磁波干扰 (RE功率贡献(以 W 为单位的线性平均值。b. 切换滞后差值 (HOM:即当前服务小区与相邻小区的 RSRP 差值,该值可根据通 信环境不同而自行设定,其大小决定了切换时延长短。c. 触发时长 (TTT:即在此段时间内必须持续

6、满足某一 HOM 条件才能进行切换判决, TTT 可以有效防止切换中“乒乓效应”的发生。下面介绍 LTE 中的切换算法:UE 监测所有被测小区经过滤波器后的 RSRP , 并给服务小区的 eNB 发送测量报告。 当下面的条件在给定的 TTT 内持续被满足时, eNB 将对 UE 进行切换。 UE 根据他的速 度来设定 TTT 参数。 RSRPT 是目标小区的参考信号接收功率,而 RSRPS 是服务小区的 参考信号接收功率。RSRPT >RSRPS+HOM下图描述了该切换算法的一个重要实例: 时间/ms决策 命令 RSRP :参考信号接收功率 TTT:触发时长P:准备时间 HOM:切换滞后

7、差值在接收到测量报告之后,当前服务的 eNB 使用网络内部程序开始准备将 UE 切换 到新的目标小区。假设目标小区总有足够的资源给将要切换过来的 UE 。准备时间被建 模为一个常数协议延迟,在图中表示为 P 。准备完成之后,服务小区在下行向 UE 发送 切换命令消息。二. TD-LTE 系统的切换流程 下面对上图的具体流程进行介绍。步骤 1:源 eNode B对 UE 进行测量配置, UE 的测量结果将用于辅助源 eNode B进行切换判决。 步骤 2:UE 根据测量配置,进行测量上报。步骤 3:源 eNode B参考 UE 的测量上报结果,根据自身的切换算法,进行切换判决。步骤 4:源 eN

8、ode B向目标 eNode B发送切换请求消息,该消息包含切换准备的相关信息,主 要有 UE 的 X2和 S1信令上下文参考、 目标小区标识、 密钥 KeNode B*、 RRC 上下文、 AS 配置、 E-UTRAN 无线接入承载(E-RAB , E-UTRAN Radio Access Bearer上下文等。同时也包含源小区物理层标识和 消息鉴权验证码,用于可能的切换失败后的恢复过程。 UE 的 X2和 S1信令上下文参考可以帮助目 标 eNode B找到源 eNode B的位置。 E-RAB 上下文包括必要的无线网络层 (RLN , Radio Network Layer 和传输层 (

9、TNL , Transport Network Layrer寻址信息以及 E-RAB 的服务质量 (QoS , Quality of Service 信息等。切换准备信息有一部分是包含于接口消息本身的(例如目标小区标识 ,另一部分存在于 接口消息的 RRC 容器(RRC container中(例如 RRC 上下文 。 步骤 5:目标 eNode B根据收到的 E-RAB QoS信息进行接纳控制,以提高切换的成功率。接纳控 制要考虑预留相应的资源、 C-RNTI 以及分配专用随机接入 Preamble 码等。目标小区所使用的 AS 配置 可以是完全独立于源小区的完全配置, 也可以是在源小区基础之

10、上的增量配置 (增量配置是指对相 同的部分不进行配置, 只通过信令重配不同的部分, UE 对于没有收到的配置, 将继续使用原配置 。 步骤 6:目标 eNode B进行 L1/L2的切换准备,同时向源 eNode B发送切换请求 ACK 消息。该消息 中包含一个 RRC container,具体内容是触发 UE 进行切换的切换命令。源 eNode B切换命令采用透传 的方式(不做任何修改 ,发送给 UE 。切换命令中包含新的 C-RNTI 、目标 eNode B的案例算法标识, 有可能还携带随机接入专用 Preamble 码、接入参数、系统信息等。如果有必要,切换请求 ACK 消息 中还有可能

11、携带 RNL/TNL信息, 用于数据前转。 当源 eNode B收到切换请求 ACK 消息或者是向 UE 转发 了切换命令之后,就可以开始数据前转了。步骤 7:切换命令(携带了移动性控制信息的 RRC 连接重配置消息是由目标 eNode B生成的, 通过源 eNode B将其透传给 UE 。源 eNode B对这条消息进行必要的加密和完整性保护。当 UE 收到该 消息之后,就会利用该消息中的相关参数发起切换过程。 UE 不需要等待低层向源 eNode B发送的混 合自动重传请求 (HARQ , Hybrid Automatic Repeat reQuest /自动重传请求 (ARQ , Aut

12、omatic Repeat reQuest 响应,就可以发起切换过程。步骤 8:源 eNode B发送序列号(SN , Sequence Number状态传输消息到目标 eNode B,传送 E-RAB (仅那些需要保留 PDCP 状态的 E-RAB 需要执行 SN 状态的转发, 对应于 RLC AM模式 的上行 PDCP SN 接收状态和下行 PDCP SN发送状态。上行 PDCP SN接收状态至少包含了按序接收的最后一个上行 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乱序的丢失的上行 SDU 的 SN (如 果有这样的 SDU 的话,这些 SDU 可能需要

13、UE 在目标小区进行重传 。下午 PDCP SN发送状态指示了在 目标 eNode B应该分配的下一个 SDU 序号。如果没有 E-RAB 需要传送 PDCP 的状态报告,源 eNode B可 以省略这条消息。步骤 9:UE 收到切换命令以后,执行与目标小区的同步,如果在切换命令中配置了随机接入专 用 Preamble 码,则使用非竞争随机接入流程接入目标小区,如果没有配置专用 Preamble 码,则使用 竞争随机接入流程接入目标小区。 UE 计算在目标 eNode B所需使用的密钥并配置网络选择好的在目 标 eNode B使用的安全算法,用于切换成功之后与目标 eNode B进行通信。步骤

14、 10:网络回复上行资源分配指示和定时提前。步骤 11:当 UE 成功接入目标小区后, UE 发送 RRC 连接重配置完成消息,向目标 eNode B 确 认切换过程完成。如果资源允许,该消息也可能伴随着一个上行缓存状态报告(BSR , Buffer Status Report 的改善。目标 eNode B 通过接收 RRC 连接重配置完成消息,确认切换成功。至此,目标 eNode B可以开始向 UE 发送数据。步骤 12:目标 eNode B向 MME 发送一个路径转换请求消息来告知 UE 更换了小区。此时空口 的切换已经成功完成。步骤 13:MME 向 S-GW 发送用户平面更新请求消息。

15、步骤 14:S-GW 将下行数据路径切换到目标 eNode B侧。 S-GW 在旧路径上发送一个或多个 “ end marker 包”到源 eNode B,然后就可以释放源 eNode B的用户平面资源。步骤 15:S-GW 向 MME 发送用户平面更新响应消息。步骤 16:MME 向目标 eNode B 发送路径转换请求 ACK 消息。步骤 1216就完成了路径转换 过程,该过程的目的是将用户平面的数据路径从源 eNode B转到目标 eNode B。在 S-GW 转换了下 行路径以后, 前转路径和新路径的下行包在目标 eNode B可能会交替到达。 目标 eNode B应该首先 传递所有的

16、前转数据包给 UE ,然后再传递从新路径接收的包。在目标 eNode B 使用这一方法可以 强制性保证正确的传输顺序。 为了辅助在目标 eNode B的重排功能, S-GW 在 E-RAB 转换路径以后, 立即在旧路径发送一个或者多个“ end marker 包” 。 “ end marker 包”内不含用户数据,由 GTP 头 指示。 在完成发送含有标志符的包以后, S-GW 不应该在旧路径发送任何数据包。 在收到 “ end marker 包”以后,如果前转对这个承载是激活的,源 eNode B应该将此包发送给目标 eNode B。在察觉了 “ end marker 包”以后,目标 eNode B应该丢弃“ end marker 包”并发起