一.TD-LTE系統(tǒng)的切換技術(shù)

1. TD-LTE切換概述

作為TD-SCDMA演進技術(shù)的TD-LTE系統(tǒng)，可以采用快速硬切換方法實現(xiàn)不同頻段之間以及各系統(tǒng)間的切換，從而更好地實現(xiàn)地域覆蓋和無縫切換，并且實現(xiàn)與現(xiàn)有3GPP和非3GPP的兼容。軟切換由于設(shè)備復(fù)雜度高、定時難度大，會帶來較高處理能力的需求，因而未被采用。核心網(wǎng)的設(shè)計也發(fā)生了相應(yīng)的改變，增加了系統(tǒng)架構(gòu)演進(SAE)和3GPP模塊，實現(xiàn)了LTE系統(tǒng)與3GPP和非3GPP系統(tǒng)切換的兼容。

切換過程都會被分為4個步驟：測量、上報、判決和執(zhí)行。接收功率、誤比特率和鏈路距離都能夠作為測量標準從而進行理論上的估計和相應(yīng)的處理。TD-LTE系統(tǒng)的切換是UE輔助的硬切換，他和FDD-LTE硬切換的***區(qū)別在于：在TD-LTE中導(dǎo)頻信號是在一個特殊的時隙上進行傳輸，而FDD-LTE系統(tǒng)中導(dǎo)頻信道則占用一整個幀長度，所以基于導(dǎo)頻信道的測量標準對于TD-LTE來說并不是那么精確。所以對于TD-LTE的測量，還需要結(jié)合信道質(zhì)量、UE的位置和導(dǎo)頻信號強度來進行。

2. 切換類型

在連接模式下的E-UTRAN內(nèi)切換是終端輔助網(wǎng)絡(luò)控制的切換。切換主要分成切換準備、切換執(zhí)行和切換完成3個部分，詳細說明見后。其中eNB包括以下幾種切換：

a.基于無線質(zhì)量的切換

通常進行此類切換的原因是：UE的測量報告顯示出存在比當前服務(wù)小區(qū)信道質(zhì)量更好的鄰小區(qū)。

b.基于無線接入技術(shù)覆蓋的切換

此類切換是在UE丟失當前無線接入技術(shù)(RAT)覆蓋從而連接到其他RAT的情況下產(chǎn)生的。例如，一個UE遠離了城市區(qū)域從而丟失TD-LTE覆蓋，網(wǎng)絡(luò)就會切換到UE檢測到的質(zhì)量次好的RAT，如通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)或者全球移動通信系統(tǒng)(GSM)。

c.基于負載情況的切換

此類切換用于當一個給定小區(qū)過載時，盡量平衡屬于同一操作者的不同RAT間的負載狀況。例如，如果當一個TD-LTE小區(qū)非常擁擠，一些用戶就需要轉(zhuǎn)移到相鄰TD-LTE小區(qū)或是相鄰UMTS小區(qū)中。

3. 切換過程

a.切換準備：源eNB根據(jù)漫游限制配置UE的測量報告，UE根據(jù)預(yù)定的測量規(guī)則發(fā)送報告;源eNB根據(jù)報告及RRM信息決定UE是否需要切換。當需要切換時，源eNB向目標eNB發(fā)送切換請求;目標eNB根據(jù)收到的QoS信息執(zhí)行接納控制，并返回至ACK。

b.切換執(zhí)行：源eNB向UE發(fā)送切換指令，UE接到后進行切換并同步到目標eNB;網(wǎng)絡(luò)對同步進行響應(yīng)，當UE成功接入目標eNB后，向目標eNB發(fā)送切換確認消息。

c.切換完成：MME向S-GW發(fā)送用戶面更新請求，用戶面切換下行路徑到目標側(cè);目標eNB通知源eNB釋放原先占用的資源。切換過程完成。

4. 切換判決標準

切換測量在切換算法中占有著重要的地位，UE的測量報告對eNB的切換決策具有關(guān)鍵作用，在LTE標準中定義的切換測量和判決的相應(yīng)標準為：

a.參考信號接收功率(RSRP)：即對于需要考慮的小區(qū)，在需要考慮的測量頻帶上，承載小區(qū)專屬參考信號的電磁波干擾(RE)功率貢獻(以W為單位)的線性平均值。

b.切換滯后差值(HOM)：即當前服務(wù)小區(qū)與相鄰小區(qū)的RSRP差值，該值可根據(jù)通信環(huán)境不同而自行設(shè)定，其大小決定了切換時延長短。

c.觸發(fā)時長(TTT)：即在此段時間內(nèi)必須持續(xù)滿足某一HOM條件才能進行切換判決，TTT可以有效防止切換中“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生。

下面介紹LTE中的切換算法：

UE監(jiān)測所有被測小區(qū)經(jīng)過濾波器后的RSRP，并給服務(wù)小區(qū)的eNB發(fā)送測量報告。當下面的條件在給定的TTT內(nèi)持續(xù)被滿足時，eNB將對UE進行切換。UE根據(jù)他的速度來設(shè)定TTT參數(shù)。RSRPT是目標小區(qū)的參考信號接收功率，而RSRPS是服務(wù)小區(qū)的參考信號接收功率。

RSRPT>RSRPS+HOM

下圖描述了該切換算法的一個重要實例：

在接收到測量報告之后，當前服務(wù)的eNB使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部程序開始準備將UE切換到新的目標小區(qū)。假設(shè)目標小區(qū)總有足夠的資源給將要切換過來的UE。準備時間被建模為一個常數(shù)協(xié)議延遲，在圖中表示為P。準備完成之后，服務(wù)小區(qū)在下行向UE發(fā)送切換命令消息。#p#

二.TD-LTE系統(tǒng)的切換流程

下面對上圖的具體流程進行介紹。

步驟1：源eNode B對UE進行測量配置，UE的測量結(jié)果將用于輔助源eNode B進行切換判決。

步驟2：UE根據(jù)測量配置，進行測量上報。

步驟3：源eNode B參考UE的測量上報結(jié)果，根據(jù)自身的切換算法，進行切換判決。

步驟4：源eNode B向目標eNode B發(fā)送切換請求消息，該消息包含切換準備的相關(guān)信息，主要有UE的X2和S1信令上下文參考、目標小區(qū)標識、密鑰KeNode B*、RRC上下文、AS配置、E-UTRAN無線接入承載(E-RAB，E-UTRAN Radio Access Bearer)上下文等。同時也包含源小區(qū)物理層標識和消息鑒權(quán)驗證碼，用于可能的切換失敗后的恢復(fù)過程。UE的X2和S1信令上下文參考可以幫助目標eNode B找到源eNode B的位置。E-RAB上下文包括必要的無線網(wǎng)絡(luò)層(RLN，Radio Network Layer)和傳輸層(TNL，Transport Network Layrer尋址信息以及E-RAB的服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality of Service)信息等。切換準備信息有一部分是包含于接口消息本身的(例如目標小區(qū)標識)，另一部分存在于接口消息的RRC容器(RRC container)中(例如RRC上下文)。

步驟5：目標eNode B根據(jù)收到的E-RAB QoS信息進行接納控制，以提高切換的成功率。接納控制要考慮預(yù)留相應(yīng)的資源、C-RNTI以及分配專用隨機接入Preamble碼等。目標小區(qū)所使用的AS配置可以是完全獨立于源小區(qū)的完全配置，也可以是在源小區(qū)基礎(chǔ)之上的增量配置(增量配置是指對相同的部分不進行配置，只通過信令重配不同的部分，UE對于沒有收到的配置，將繼續(xù)使用原配置)。

步驟6：目標eNode B進行L1/L2的切換準備，同時向源eNode B發(fā)送切換請求ACK消息。該消息中包含一個RRC container，具體內(nèi)容是觸發(fā)UE進行切換的切換命令。源eNode B切換命令采用透傳的方式(不做任何修改)，發(fā)送給UE。切換命令中包含新的C-RNTI、目標eNode B的案例算法標識，有可能還攜帶隨機接入專用Preamble碼、接入?yún)?shù)、系統(tǒng)信息等。如果有必要，切換請求ACK消息中還有可能攜帶RNL/TNL信息，用于數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)。當源eNode B收到切換請求ACK消息或者是向UE轉(zhuǎn)發(fā)了切換命令之后，就可以開始數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)了。

步驟7：切換命令(攜帶了移動性控制信息的RRC連接重配置消息)是由目標eNode B生成的，通過源eNode B將其透傳給UE。源eNode B對這條消息進行必要的加密和完整性保護。當UE收到該消息之后，就會利用該消息中的相關(guān)參數(shù)發(fā)起切換過程。UE不需要等待低層向源eNode B發(fā)送的混合自動重傳請求(HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest)/自動重傳請求(ARQ，Automatic Repeat reQuest)響應(yīng)，就可以發(fā)起切換過程。

步驟8：源eNode B發(fā)送序列號(SN，Sequence Number)狀態(tài)傳輸消息到目標eNode B，傳送E-RAB(僅那些需要保留PDCP狀態(tài)的E-RAB需要執(zhí)行SN狀態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)，對應(yīng)于RLC AM模式)的上行PDCP SN接收狀態(tài)和下行PDCP SN發(fā)送狀態(tài)。上行PDCP SN接收狀態(tài)至少包含了按序接收的***一個上行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亂序的丟失的上行SDU的SN(如果有這樣的SDU的話，這些SDU可能需要UE在目標小區(qū)進行重傳)。下午PDCP SN發(fā)送狀態(tài)指示了在目標eNode B應(yīng)該分配的下一個SDU序號。如果沒有E-RAB需要傳送PDCP的狀態(tài)報告，源eNode B可以省略這條消息。

步驟9：UE收到切換命令以后，執(zhí)行與目標小區(qū)的同步，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計算在目標eNode B所需使用的密鑰并配置網(wǎng)絡(luò)選擇好的在目標eNode B使用的安全算法，用于切換成功之后與目標eNode B進行通信。

步驟10：網(wǎng)絡(luò)回復(fù)上行資源分配指示和定時提前。

步驟11：當UE成功接入目標小區(qū)后，UE發(fā)送RRC連接重配置完成消息，向目標eNode B確認切換過程完成。如果資源允許，該消息也可能伴隨著一個上行緩存狀態(tài)報告(BSR，Buffer Status Report)的改善。目標eNode B通過接收RRC連接重配置完成消息，確認切換成功。至此，目標eNode B可以開始向UE發(fā)送數(shù)據(jù)。

步驟12：目標eNode B向MME發(fā)送一個路徑轉(zhuǎn)換請求消息來告知UE更換了小區(qū)。此時空口的切換已經(jīng)成功完成。

步驟13：MME向S-GW發(fā)送用戶平面更新請求消息。

步驟14：S-GW將下行數(shù)據(jù)路徑切換到目標eNode B側(cè)。S-GW在舊路徑上發(fā)送一個或多個“end marker包”到源eNode B，然后就可以釋放源eNode B的用戶平面資源。

步驟15：S-GW向MME發(fā)送用戶平面更新響應(yīng)消息。

步驟16：MME向目標eNode B發(fā)送路徑轉(zhuǎn)換請求ACK消息。步驟12～16就完成了路徑轉(zhuǎn)換過程，該過程的目的是將用戶平面的數(shù)據(jù)路徑從源eNode B轉(zhuǎn)到目標eNode B。在S-GW轉(zhuǎn)換了下行路徑以后，前轉(zhuǎn)路徑和新路徑的下行包在目標eNode B可能會交替到達。目標eNode B應(yīng)該首先傳遞所有的前轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包給UE，然后再傳遞從新路徑接收的包。在目標eNode B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eNode B的重排功能，S-GW在E-RAB轉(zhuǎn)換路徑以后，立即在舊路徑發(fā)送一個或者多個“end marker包”。“end marker 包”內(nèi)不含用戶數(shù)據(jù)，由GTP頭指示。在完成發(fā)送含有標志符的包以后，S-GW不應(yīng)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(zhuǎn)對這個承載是激活的，源eNode B應(yīng)該將此包發(fā)送給目標eNode B。在察覺了“end marker包”以后，目標eNode B應(yīng)該丟棄“end marker包”并發(fā)起任何必要的流程來維持用戶的按序遞交，這些數(shù)據(jù)是通過X2口前轉(zhuǎn)的或者路徑轉(zhuǎn)換以后從S-GW通過S1口接收的。

步驟17：目標eNode B向源eNode B發(fā)送UE上下文釋放消息，通知源eNode B切換的成功并觸發(fā)源eNode B的資源釋放。目標eNode B在收到從MME發(fā)回的路徑轉(zhuǎn)換ACK消息以后發(fā)送這條消息。

步驟18：收到UE上下文釋放消息之后，源eNode B可以釋放無線承載和與UE上下文相關(guān)的控制平面資源。任何正在進行的數(shù)據(jù)前轉(zhuǎn)將繼續(xù)進行。