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摘要：在移动的通信系统中，对于正在进行通信中的移动台，当它从一个基站的覆盖区域移动到另一个基站的覆盖区域时，为了保证通信的连续性与通信的质量，核心网网络控制系统会启动切换过程，将移动设备与网络之间的通信链路从当前正在连接的基站转移到目的基站，以保证用户当前业务的连续性。所谓切换就是指当用户从一个小区的覆盖区域移动到另一个小区的覆盖区域时，新的无线链路必须在用户和新的小区之间建立，而用户和之前旧的小区之间的无线链路必须释放和删除，从而使得用户的通话能够继续。
关键词：LTE；切换技术；研究
1切换的分类
根据不同的划分标准，切换可以划分多种不同的切换类型。如果按照切换实现方式的不同可以将切换分为移动台 MS（Mobile Station）控制的切换、系统核心网控制的切换以及由前两者一起控制的切换。如果按照切换的执行进程中新的切换流程建立方式来划分的话，可以分为软切换 Soft Handover、硬切换 Hard Handover以及在 TD-SCDMA 中实现的接力切换。
2 LTE系统切换的过程
切换是移动通信系统中的关键技术，切换过程必须快而准确，目标小区的选择必须是最佳，使用户察觉不到切换的进行，以免影响用户的体验感。
2.1切换测量过程
测量控制（RRC Connection Reconfiguration），是演进无线接入网 E-UTRAN 下发给终端 UE 的测量要求；测量报告（Measurement Report），是终端 UE 按照E-UTRAN 下发的测量要求进行测量后，上报给演进无线接入网 E-UTRAN 的测量结果。其中测量控制消息中包含以下信息：
1）测量标识：演进无线接入网 E-UTRAN 链路的建立、修改、释放测量与 UE进行测量报告时使用的参考序列号，用户标识不同的测量过程。
2）测量命令：
（1）建立：E-UTRAN 建立一个全新的测量链路：
（2）修改：E-UTRAN 修改之前配置的相关测量：
（3）释放：终止一个测量，并删除之前的相关测量配置
3）测量类型：
（1）同频测量：测量当前服务小区与相邻小区的下行载频；
（2）异频测量：测量与当前服务小区不同的下行载频频率；
（3）异系统之间测量：测量与演进无线接入网 E-UTRAN 不同的无线接入网技术例如 UTRAN，CDMA 等；
（4）其他测量类型：如业务测量、质量测量、UE 内部测量等；
4）测量对象：UE 应该完成的测量对象，如一个载频或一个邻区列表；
5）测量量：UE 测量的具体量，如 RSRP；
6）测量报告准则：测量报告的触发准则，如周期上报或事件上报；
7）报告量：UE 在上报的测量报告中所需包含的内容；
在 UE 侧，当 RRC 层接收到演进型基站 E-UTRAN 的测量控制消息后，就通过测量信息要求物理层相关设备对测量量进行测量，物理层和无线资源控制层（RRC）对测量结果进行平滑滤波，RRC 层会根据事件触发准则进行事件评估测量，当基站 E-UTRAN 要求的测量报告准则满足时，此时 UE 将向 E-UTRAN 发送测量报告（Measurement Report）消息。在 LTE 系统中包含了 A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2 共 7 种不同的测量报告事件，其中 A1 用于异系统、异频测量的停止；A2 用于异系统、异频测量的启动；A3 用于同频之间的切换；A4 用于标示相邻小区信号质量高于指定信号质量的绝对门限；A5 用于标示当前服务小区质量低于指定的绝对门限，同时相邻小区的小区信号质量高于指定信号质量的绝对门限；B1用于标示异系统之间相邻小区信号质量高于指定信号质量的绝对门限；B2 用于指示当前服务小区质量低于指定信号质量的绝对门限，同时异系统相邻小区的小区质量高于指定信号质量的绝对门限。
2.2切换判决过程
用户设备UE 将被检测小区即目标小区的测量结果经物理层平滑滤波后触发报告事件，将其结果作为切换算法的基本切换参数输入。演进型基站 eNodeB 在接收到测量报告事件后，并根据切换判决准则决定是否需要进行小区切换或开启、关闭异频或者异系统的测量以及控制 UE 在服务小区的更新行为。在 LTE 系统中没有限定具体的切换算法，在网络侧可以根据需要定义输入的报告事件组合从而用于实现不同的切换算法。
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2.3切换执行过程
当 UE 或者 eNodeB选定目标小区后，就可以向目标小区发起切换行为，源eNodeB给用户 UE 发送切换指示命令，指示用户 UE 切换到目标 eNodeB小区，之后 UE 给目标 eNodeB小区发送消息通知其已经切换到目标 eNodeB小区，此时目标 eNodeB会给源 eNodeB发送消息，通知源 eNodeB该 UE 已经切换到目标小区，可以删除相应的链路信息。源 eNodeB 收到可以删除相应链路信息之后将删除UE 的上下文等信息。
3 E-UTRAN切换流程特性分析
Inter-e NB切换由 S1 或 X2 接口切换信令过程支持。在通常情况下，系统使用 X2接口执行 eNB 之间的切换，因为这种方式相对能够节省 S1 接口资源，同时减少对核心网节点的影响。但在一些情况下，X2 接口不能支持切换信令，此时就必须由S1 接口支持切换过程，其中包含以下几种情况：
1）在发起切换的源 eNB 和切换目标 eNB 之间没有建立 X2 接口；例如在跨越 PLMN边界时，属于两个 PLMN 的 eNB 之间一般不会部署 X2 接口；即便有 X2 接口，跨越 PLMN 切换也必须用于基于 S1 的切换，另外网络运行商也可能在考虑成本、地形、物力等问题时，在某些 eNB 之间不部署 X2 接口。
2）在发起切换的源 eNB 中配置相关参数，到目标 eNB 的切换必须从 S1 接口发起。如目标 eNB 与发起切换的源 eNB 不属于同一个网络池的区域时，切换过程中会涉及到 MME 或者 SGW 的改变。当发生 MME 和 S-GW 节点改变时使用 S1接口向目标eNB发起切换。
3）发起切换的源 eNB 在尝试通过 X2 接口执行切换准备时，从目标eNB收到负面的应答，如目标eNB告知切换发起方也就是源eNB，它与发起方连接的 MME 之间没有X2接口。
4）源 eNB 尝试通过 X2 接口发起切换，但从目标 eNB 收到带有特定原因的失败响应信息。
3.1基于 X2 接口的切换流程分析
在基于 X2 接口的切换过程中，移动管理实体 MME 是不变的，而服务网关 SGW是有可能发生变化，此外基于 X2 接口的切换过程也要用到 MME 网元与源 eNB以及目标 eNB 之间的 S1-MME 参考点。当 UE收到切换命令时，它将删除所有已经没有数据传输的 EPS 承载与相应在目标小区上的 EPS 无线承载。作为切换执行阶段的一部分，源eNB 把下行分组数据转发到目标 eNB，当 UE已经到达目标 eNB，从源eNB 转发而来的下行数据则可以传递给 UE。
X2 接口切换信令过程分为切换准备过程和切换取消过程，另有在 S1 接口上执行的路径转换过程，用于完成基于 X2 接口上的切换。
切换准备过程用于源 eNB 通过 X2 接口通知目标 eNB 为 UE 的本次切换准备预留相应的切换资源。
切换取消过程用于取消正在进行的切换，切换的取消过程总是由源 eNB 决定并触发。路径转换过程用于目标 eNB 通知核心网节点更改与特定 UE 的连接，在E-UTRAN 中将用户平面路径从源 eNB 转移到目标 eNB。
在切换过程中，通过 X2 接口进行切换准备过程，源 eNB 直接要求目标 eNB进行切换资源预留，在切换过程中不涉及到与 MME 的交互，减少了无线侧与 MME网元的交互，并且由于对从源 eNB 到目标 eNB 的分组进行了缓存，因此 X2 接口降低了分组的损失，提高了系统的利用率。
3.2基于 S1 接口的切换流程分析
S1 接口切换从信令流程上可以分为切换准备、切换资源分配、切换通知和切换取消等过程。
切换准备过程由源 eNB 发起，通过核心网节点，要求目标 eNB 为本次切换过程准备资源。
切换资源分配过程由 MME 发起，在目标 eNB 中为本次切换准备和预留所需要的资源。切换通知是在 UE 成功接入到目标 eNB 后，由目标 eNB 发起切换通知过程，通知 MME 网元这个 UE 已经成功转移到目标小区。
4 总结
基于 S1 接口的切换过程完成的工作有为 UE 选择新的服务节点，在切换后的新路由上建立传输路径并删除旧服务节点上的相关资源，以及为数据转发建立转发路径并在转发结束后删除该路径资源。建立传输路径指为 EPS 承载建立上行从目标 eNB 到目标 SGW 的隧道连接。当选择了新的 SGW，UE 的服务 MME 就向这个目标服务网关发送承载请求消息，其中包含 PDN 网关为 S5/S8 参考点上行业务流量分配的 TEID 和 PDN 地址。
参考文献：
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[2]黄韬，刘韵洁，张智江等.LTE/SAE 移动通信网络技术.北京：人民邮电出版社，2009.07.
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[4]姜怡华.3GPP 系统架构演进（SAE）原理与设计.北京：人民邮电出版社，2010.03.
[5]洪亮.LTE 系统的切换机制优化.南京邮电大学.2010.01.
论文作者:袁剑彪
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/18
标签：测量论文; 目标论文; 小区论文; 过程论文; 接口论文; td-scdma论文; 系统论文; 《基层建设》2016年15期论文;