LTE切换详解

站内切换：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个小区。也即切换过程封闭在一个基站内。

X2切换（站内）：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个基站的一个小区，这两个基站存在并配置了X2接口。 S1切换（站间）：连接态的UE从某基站的一个小区切换至另一个基站的一个小区，这两个基站未配置X2接口。

切换包括切换测量、切换判决、切换执行三个阶段：

测量阶段，UE根据eNodeB下发的测量配置消息(RRC重配)进行相关测量，并将测量结果上报给eNodeB。

判决阶段，eNodeB根据UE上报的测量结果进行评估，决定是否触发切换。

执行阶段，eNodeB根据决策结果，控制UE切换到目标小区，并最终由UE完成切换。 LTE中整个切换流程采用UE辅助网络控制的设计思路：基站下发测量控制；UE进行测量上报；基站执行切换判决、资源准备、切换执行和原有资源释放。即，当UE在CONNECTED模式下时，eNodeB可以根据UE上报的测量信息来判决是否需要执行切换，如果需要切换，则发送切换命令给UE，UE执行切换动作并切换至目标小区。当然，根据频率属性，LTE系统内切换又分同频切换和异频切换。

（一） 站内切换流程与信令解析站内切换流程解析对于eNodeB站内小区切换： 

切换只是更新Uu口资源，源小区和目标小区的资源申请和资源释放都通过eNodeB内部消息实现； 

没有eNodeB间的数据转发，同时也没有UE的随机接入过程，也不需要与核心网有信令交互。

站内小区间切换流程和信令流程如下图所示。

流程解析

站内小区间切换基本思路是，当eNodeB源小区收到UE的测量上报，并判决UE向目标小区切换时，eNodeB自行调配资源，完成目标小区的资源准备，之后通过空口的重配消息通知UE向目标小区切换，在切换成功后，eNodeB通知源小区释放原来小区的无线资源。 详细流程解析如下：

1、Measurement Reports 方向：UE ——> eNodeB

解析：UE在执行测量过程中，如果发现测量环境满足Measurement Control中描述的事件时，则通过Measurement Report消息上报给eNodeB。 2、Handover Command 方向：eNodeB ——> UE 解析：eNodeB接收到测量报告后，开始决策是否需要下发切换命令，如果确定要切换的话，就开始准备目标小区的准入和无线资源准备，然后通过RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下发切换命令。

当eNodeB给UE发送携带mobilityControlInfo 的“RRC连接重配置”消息（RRCConnectionReconfiguration）时，触发eNB内小区间（同频/异频）切换出准备成功次数进行采样统计。 RRC连接重配有5种作用，见前博文描述。 3、Handover Confirm 方向：UE ——> eNodeB

解析：UE接收到切换命令后，根据命令指示与目标小区完成同步，回复RRC Connection Reconfiguration Complete到目标切换小区告知Handover Confirm，并接入目标小区，释放源小区资源。

站内切换信令要点解析

信令消息

信令解析

RRC Connection Reconfiguration信令reportConfigToAddModList消息携带的重要IE有：

reportConfigId，报告配置标识。该参数用于标识一个测量报告配置，下面的

reportConfigEUTRA即为其内容，描述触发一个E-UTRA 测量报告事件的标准，E-UTRA测量报告事件标记为AN\\ BN，其中N等于1~6。

triggerType，触发类型。该参数标识触发测量报告类型，t=0为周期触发，示例中t=1为事

件触发，其详细描述对应下面的event消息。

eventId，触发事件ID。该参数为触发报告的 E-UTRA事件索引，示例中t=3表示为A3事

件，其详细描述对应下面的eventA3消息。

a3_Offset，A3偏移。该参数表示A3事件所使用的偏移，实际值=IE value * 0.5dB，示例

中a3_Offset=3，则实际值为1.5dB。

reportOnLeave，离开报告。该参数表示cellsTriggeredList 中的一个小区满足离开条件时，

UE是否初始化测量上报过程，TURE表示需要初始化测量上报过程，示例中FALSE表示不需要。

hysteresis，滞后值。表示该事件的滞后值，实际值 =IE Value *0.5 dB，示例中hysteresis =3，

则实际值为1.5dB。

timeToTrigger，触发时间。该参数为触发测量报告的事件需要满足特定条件的持续时间，取

值范围为{ms0, ms40, ms, ms80, ms100, ms128, ms160, ms256, ms320, ms480,ms512, ms0, ms1024, ms1280, ms2560,ms5120}，示例中timeToTrigger=ms320表示320ms。

triggerQuantity，触发量。该参数描述用于评估事件触发条件的量，其值rsrp和rsrq 分别

对应参考信号接收功率（RSRP）和参考信号接收质量（RSRQ）。

reportQuantity，报告量。该参数表示测量报告中包含的量，示例中both表示测量报告中既

包含rsrp 量，也包含rsrq 量。

maxReportCells，最大报告小区数。该参数表示测量报告中上报最大小区数量。

reportInterval，报告间隔。该参数表示周期报告间的间隔，取值范围为{ms120, ms240,

ms480, ms0, ms1024, ms2048, ms5120, ms10240,min1,min6, min12, min30, min60, spare3, spare2, spare1}。如果UE执行周期性上报（即当reportAmount超过1时），该reportInterval适用于triggerType 为‘event’以及 triggerType 为‘periodical’的情形。示例中值为ms1024 对应为1024ms，如果是min6 则对应6min等。

reportAmount，报告数量。该参数表示适用于触发类型为事件以及周期的测量报告数量，

取值范围为{r1, r2, r4, r8, r16, r32, r, infinity}。

RRC Connection Reconfiguration信令measIdToAddModList消息包含要添加或修改的测量标识列表，其中每个条目都有measId（用于识别一个测量配置，即测量目标的连接以及报告的配置），相关的 measObjectId（用于标识一个测量对象配置） 以及相关的reportConfigId（用于标识一个测量报告配置

信令解析

RRCConnection Reconfiguration信令measObjectToAddModList消息，主要描述要添加或修改的测量对象列表、本小区与其他系统的邻区信息。其携带的重要IE有：

measObjectId，测量对象ID。该参数表示从下面的measObject中选择其中一组，示例中，

measObjectId=1说明选择了measObject中t=1的一组。

carrierFreq，E-UTRAN承载频率。该参数表示测量小区的E_UTRA 载频，通常以EARFCN

（E-UTRA AbsoluteRadio Frequency Channel Number）标识，取值范围0~65535，计算公

式为（以下行为例，TDD上下行同频）：

NDL = 10* (FDL– FDL_low ) + NOffs-DL

其中NDL为EARFCN标识，FDL为实际中心频点（MHz），FDL_low为频点所在频段的下限，NOffs-DL为偏置起始值，相关取值如下表。也可通过NDL反推FDL，计算公式为： FDL = FDL_low + 0.1(NDL– NOffs-DL)

示例中，NDL=38350，查下表可以得知属于39频段，同时得出FDL_low=1880，NOffs-DL=38250，因此可以计算得出小区中心频点FDL=1880+0.1（38350-38250）=1900MHz。

allowedMeasBandwidt，允许测量带宽。用于描述参数传输带宽配置载频上所允许的最大测量带宽，取值范围为{0：mbw6,:1：mbw15,:2：mbw25,:3：mbw50,:4：mbw75,:5：mbw100}，分别表示 6, 15, 25, 50, 75 以及100资源块，对应1.4、3、5、10、15、20MHz的系统带宽。

presenceAntennaPort1，当前天线端口1属性。该参数用于表示目标小区是否都使用

AntennaPort 1，当设置为TRUE时，UE可以认为该小区中至少使用两个小区专用的天线端口，示例中为FALSE则表示该小区只有一个天线端口。

neighCellConfig，相邻小区配置。该参数用于提供MBSFN和邻区上/下行配置相关信息，为

2bit的二进制数，对于TDD，00\\10\\01仅仅用于与服务小区相同的上行/下行分配场景，11用于与服务小区不同的上行/下行分配场景，具体含义为：

00：表示不是所有的邻区都有与服务小区相同的MBSFN子帧分配

10：表示所有邻区的MBSFN子帧分配是与服务小区相同或者是其子集 01：表示在所有邻区中没有MBSFN子帧

11：与服务小区相比较，在邻区中有不同的TDD上行/下行分配

offsetFreq，承载频率的偏移值。表示适用于载频的偏移值。该参数用于调整异频邻区的频率优先级。小区偏移量---CellIndividualOffset：CELL级别(dBm) cellsToAddModList，相邻小区添加或修改列表。包含cellIndex（邻区列表索引）、physCellID（物理小区标识）和cellIndivedualOffset（适用于特定邻区的小区各自偏移）三个参数。 MeasurementReports信令解析

信令解析

当UE完成测量后，会依照测量报告配置对报告条件进行评估，当设定条件满足时，UE会将测量结果填入MeasurementReport消息，发送给eNodeB。该消息携带主要IE如下： measID，测量标识。每个measId对应一个measObjectId和一个reportConfigId。其中，measId是数据库测量配置条目索引；measObjectId是测量对象标识，对应一个测量对象配置项；reportConfigId是测量报告标识，对应一个测量报告配置项。 measResultPCell，服务小区测量结果：

rsrpResult，RSRP测量结果。 RSRP（Reference Singnal 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。取值范围为0~97，实际值=取值-140dBm，示例中取值为43，则实际RSRP值为-97dBm。

rsrqResult，RSRQ测量结果。 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，E-UTRA 载波接收信号场强指示（E-UTRA Carrier RSSI）表示由UE从所有源上观察到的总的接收功率（以W为单位）的线性平均，包括公共信道服务和非服务小区，邻仅信道干扰，热噪声等。RSRQ比值中分子和分母应该在相同的资源上获得。取值范围为0-34，实际值=(取值-40)/2dB，示例中取值为28，则实际RSRQ值为-6dB。

measResultListEUTRA，eUTRA邻小区测量结果：

physCellId，物理小区ID。测量目标邻小区的PCI。 rsrpResult，测量目标邻小区的RSRP测量结果。 rsrqResult，测量目标邻小区的RSRQ测量结果。

经验总结：测试过程中会看到大量的测量报告，要看测量报告是由哪个事件、怎么样的参数触发时，需从测量报告的measID->找到上次切换完成的RRC重配消息的对应的measID->对应的ReportConfigID->对应的事件及参数配置。

HandoverCommand信令解析Handover Command消息包含在RRC Connection

Reconfiguration信令中的，见上描述。但RRC重配不一定就是切换命令，有5种作用。 HandoverConfirm信令解析Handover Confirm消息包含在RRC Connection Reconfiguration Complete信令中。

当UE的SRB2建立完成后，UE给eNodeB发送rrcConnectionReconfigurationComplete消息，该消息可以看做是UE对RRC Connection Reconfiguration消息的响应消息，并无实质性内容。

（一） X2口切换流程与信令解析X2口切换流程解析X2口切换，由A3（或A4/A5)触发事件上报。当目标小区和源小区分别属于两个eNodeB时，且有X2链路时，此时会引发eNodeB间的X2切换。前提是2个eNodeB之间配置了X2关系，且X2切换使能。X2口切换流程和信令流程如下图所示。

流程解析

X2口切换的基本思路是，当源eNodeB收到UE的测量上报，并判决UE向目标eNodeB切换时，会直接通过X2接口向目标eNodeB申请资源，完成目标小区的资源准备，之后通过空口的重配消息通知UE向目标小区切换，在切换成功后，目标eNodeB通知源eNodeB释放原来小区的无线资源。此外还要将源eNodeB未发送的数据转发给目标eNodeB，并更新用户平面和控制平面的节点关系。 详细流程解析如下：

1、Measurement Reports

方向：UE ——> Source eNodeB

解析：UE在执行测量过程中，如果发现测量环境满足Measurement Control中描述的事件时，则通过Measurement Reports消息上报给eNodeB。 2、Handover Request

方向：Source eNodeB ——> Target eNodeB

解析：源eNodeB参考UE上报的测量结果，根据自身切换算法，进行切换判决。判决切换后，向目标eNodeB发送切换请求Handover Request。触发eNB间X2口小区间(同频/异频)切换出准备请求次数进行采样统计。

3、Handover Request ACK

方向：Target eNodeB——> Source eNodeB

解析：目标eNodeB接收到Handover Request后，开始进行L1/L2的切换准备，同时向源eNodeB发送切换请求ACK消息。

4、Handover Command

方向：Source eNodeB ——> UE

解析：源eNodeB收到目标eNodeB的切换请求ACK后，通过RRC Connection Reconfiguration 消息向UE下发切换命令，携带了移动性控制信息的RRC连接重配置消息。触发eNB间X2口小区间同频（异频）切换出准备成功次数进行采样统计。

5、SN Status Transfer

方向：Source eNodeB ——> Target eNodeB

解析：源eNodeB发送序列号（SN，Sequence Number）状态传输消息到目标eNodeB。

6、Handover Confirm

方向：UE ——> Target eNodeB 解析：UE接到切换命令后，从源eNodeB中去附着，并执行与目标小区的同步。（与eNodeB内切换相同，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通过L1/L2消息获取目标eNodeB提供的相关上行资源分配和定时提前Time Advance信息后，开始发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，向目标eNodeB确认切换过程完成。 7、Path Switch Request

方向：Target eNodeB ——> MME

解析：Handover Confirm步骤完成后，目标eNodeB开始将上行数据发送给SGW。但此时目标eNodeB并不知道此次切换是否要进行SGW的Relocation，只是将上行数据转发给从源eNodeB获取的SGW，此时由于到目标eNodeB的下行隧道尚未建立，因而下行的数据仍然要通过源eNodeB转发到目标eNodeB，从而，需要MME和SGW之间进行路径确认。因此，目标eNodeB向MME发送一个路径转换请求消息来告知其UE更换了小区。此时空口已经切换完成。

8、User Plane UpdateRequest 方向：MME ——> S-GW

解析：MME根据Path Switch Request消息向S-GW发送用户平面更新请求消User Plane UpdateRequest，相当于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发送UE的用户面数据，将下行数据路径切换到目标eNodeB侧（由于SGW保持不变，因此不需要SGW与PGW之间的信令交互）。S-GW在旧路径上发送一个或多个“end marker包”到源eNodeB，End Marker数据包不含有任何数据，在GTP的头部表明是End Marker数据包，指示对应的是GTP Tunnel上的数据传输结束。随后，S-GW就释放源eNodeB的用户平面资源，并发送User Plane Update Response消息给MME，表示用户平面更新的响应，即Modify Bearer Response。

10、Path Switch Request Ack

方向：MME ——> Target eNodeB

解析：MME发送Path Switch ACK消息给目标eNodeB，告知路径转换完成。 11、Release Resource

方向：Target eNodeB——> Source eNodeB

解析：目标eNodeB接收到从MME发回的路径转换ACK消息后，马上发送UE Context Release消息给源eNodeB，通知其切换成功并触发源eNodeB的资源释放（Release Resource）。

几个要点： 1. 步骤8到11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eNodeB转移到目标eNodeB上。在S-GW转换了下行路径之后，前转路径和新路径的下行包在目标eNodeB可能会交替到达，目标eNodeB应该先传递所有的前转数据包给UE，然后再传递从新路径接收到的数据包。在目标eNodeB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eNodeB的重排功能，S-GW在E-RAB转换路径后，立即在旧路径发送一个或多个“End Marker数据包”。“EndMarker数据包”内不包含用户数据，由GTP头部指示其为EndMarker包。在完成发送含有标识符的包以后，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eNodeB应该将此包转发给目标eNodeB。在察觉了“End Mark包”以后，目标eNodeB应该丢弃“End Marker包”并发起任何必要的流程来维持用户数据的按序递交，这些数据是通过X2口前转的或者路径转换后从S-GW通过S1接收的。 2. 源eNodeB收到UE上下文资源释放消息后，释放无线承载和与UE上下文相关的控制平面资源。不过，任何正在进行的数据前转将继续进行，直到完成。 3. 切换完成后，目标eNodeB重新下发测量控制信令（RRC Connection Reconfiguration）给UE，包含measConfig内容，UE也需回复RRC Connection Reconfiguration Complete消息给eNodeB。