LTE通信详解(二)

▊47 LTE同频切换的信令流程

LTE同频切换可分为：

(1) eNodeB内切换；

(2) 同MME内异eNodeB通过X2切换；

(3) 同MME内异eNodeB通过S1口切换；

(4) 跨MME异eNodeB通过X2口切换；

(5) 跨MME异eNodeB通过S1口切换。

同MME异eNodeB间的同频切换信令流程如下：

1. 在无线承载建立时，源eNodeB下发RRC Connection Reconfiguration至UE，其中包含Measurement Configuration消息，用于控制UE连接态的测量过程；

2. UE根据测量结果上报Measurement Report；

3. 源eNodeB根据测量报告进行切换决策；

4. 当源eNodeB决定切换后，源eNodeB发布Handover Request消息给目标eNodeB，通知目标eBodeB准备切换；

5. 目标eNodeB进行准入判决，若判断为资源准入，再由目标eNodeB根据EPS(Evolved Packet Sysytem)的QoS信息执行准入控制；

6. 目标eNodeB准备切换并对源eNodeB发送Handover Request Acknowledge消息；

7. 源eNodeB下发RRC Connection Reconfiguration包含mobilitycontrolInformation至UE，指示切换开始；

8. UE进行目标eNodeB的随机接入过程，完成UE与目标eNodeB之间的上行同步；

9. 当UE成功接入目标小区时，UE发送RRC Connection Reconfiguration Complete给目标eNodeB，指示切换流程已经结束，目标eNodeB可以发送数据给UE了；

10. 执行下行路径数据转换过程；

11. 目标eNodeB通过发送UE Context Release消息通知源eNodeB切换成功，并触发源eNodeB的资源释放；

12. 收到UE Context Release消息，源eNodeB将释放UE上下文相关的无线资源与控制面资源，至此切换结束。

下图是同MME异eNodeB间的同频切换信令流程图：
　

对于无X2接口的同MME的异eNodeB切换，上图中两eNodeB间的交互信令以及缓存的转发数据通过间接通道S1接口进行传输；

对于有X2接口的跨MME的异eNodeB切换，上图中两eNodeB间的交互信令将由S1接口和核心网间接传输，数据转发由X2接口进行；

对于无X2接口的跨MME的异eNodeB切换，上图中两eNodeB间的交互信令以及转发数据将通过S1接口以及核心网间接进行传输。

▊48 LTE的测量GAP介绍

测量GAP就是让UE离开当前的频点到其它频点测量的时间段，主要用于异频异系统测量。

由于UE通常都只有一个接收机，同一时刻只能在一个频点上接收信号。在进行异频异系统切换之前，首先要进行异频异系统测量。在3G里这种情况称作起压模。其实这二者道理是一样的，都是留出一段时间让UE去其它频点进行测量，不同的是对于3G，在压模情况下，采用扩频因子减半和高层调度的方式来避免对业务的影响，在LTE中则是通过良好的调度设计来避免。

当异频或异系统测量被触发后，eNodeB将下发测量GAP相关配置，UE按照eNodeB的配置指示启动测量GAP，如下图所示。当基于覆盖或基于业务的测量GAP同时存在时，eNodeB会根据不同的触发原因，记录这些不同的测量，这些不同的测量成为测量GAP成员。测量GAP的成员可共用测量GAP配置。只有当测量GAP的成员全部停止时，UE才会停止测量GAP。

LTE测量GAP图示如下：
　

▊49 LTE中有那些场景触发随机接入？

随机接入是UE开始与网络通信之前的接入过程，由UE向系统请求接入，收到系统的响应并分配随机接入信道的过程。随机接入的目的是建立和网络上行同步关系以及请求网络分配给UE专用资源，进行正常的业务传输。

在LTE中，以下场景会触发随机接入：

场景1: 初始RRC连接建立，当UE从空闲态转到连接态时，UE会发起随机接入。

场景2: RRC连接重建，当无线链接失败后，UE需要重新建立RRC连接时，UE会发起随机接入。

场景3: 当UE进行切换时，UE会在目标小区发起随机接入。

场景4: 下行数据到达，当UE处于连接态，eNodeB有下行数据需要传输给UE，却发现UE上行失步状态（eNodeB侧维护一个上行定时器，如果上行定时器超时，eNodeB没有收到UE的sounding信号，则eNodeB认为UE上行失步）,eNodeB将控制UE发起随机接入。

场景5: 上行数据到达，当UE处于连接态，UE有上行数据需要传输给eNodeB，却发现自己处于上行失步状态(UE侧维护一个上行定时器，如果上行定时器超时，UE没有收到eNodeB调整TA的命令，则UE认为自己上行失步)，UE将发起随机接入。

▊50 LTE的随机接入基本流程

1、LTE的随机接入分为竞争的随机接入和非竞争的随机接入。

1）基于竞争的随机接入

接入前导由UE产生，不同UE产生的前导可能冲突，eNodeB需要通过竞争解决不同UE的接入（适用于触发随机接入的所有五种场景情况）。

2）基于非竞争的随机接入

接入前导由eNodeB分配给UE，这些接入前导属于专用前导。此时，UE不会发生前导冲突。但在eNodeB的专用前导用完时，非竞争的随机接入就变成基于竞争的随机接入（仅适用于触发随机接入的场景3、场景4两种情况）。

2、随机接入的基本流程如下：

1）UE将自身的随机接入次数置为1。

2）UE获得小区的PRACH配置。

基于竞争的随机接入。UE读取系统消息SIB2中的Prach-ConfigurationIndex消息得到小区PRACH配置。

基于非竞争的随机接入。由eNodeB通过RRC信令告知UE小区的PRACH配置。

3）UE向eNodeB上报随机接入前导。

4）eNodeB给UE发过随机接入响应。

3、基于竞争的随机接入

基于竞争的随机接入，接入前导由UE产生，不同UE产生前导可以冲突，eNodeB需要通过竞争解决不同UE的接入。

基于竞争的随机接入流程图:
　

4、基于非竞争的随机接入

与基于竞争的随机接入过程相比，基于非竞争的接入过程最大差别在于接入前导的分配是由网络侧分配的，而不是由UE侧产生的，这样也就减少了竞争和冲突解决过程。但在eNodeB专用前导用完时，非竞争的随机接入就变成了基于竞争的随机接入。

基于非竞争的随机接入流程图:
　

5、随机接入回退

在LTE系统中，RACH的过载控制要求相对于以前的移动通信系统要宽松，这是因为在LTE中，随机接入占用单独的时频资源，不会对其它上行信道产干扰。一般情况下RACH的碰撞概率处在一个相对较低的水平，但也会因为在一个PRACH上接入的UE过多，导致UE发生前导碰撞而接入失败。为了降低这种情况发生的可能性，LTE中引入回退机制，控制UE进行前导重传的时间。

eNodeB通过随机接入响应告知UE一个回退值，UE如果需要进行前导重传，则在0到这个回退值之间随机选择一个值作为退避时间，在退避时间结束后再进行前导重传。但以下两种情况不会执行回退机制：

UE在首次进行前导传输时，不会执行回退机制；

基于非竞争随机接入的UE在进行前导重传时也不会执行回退机制。

▊51 RA-RNTI和C-RNTI的区别

RA-RNTI - Random Access Radio Network Temporary Identifier

C-RNTI – Cell Radio Network Temporary Identifier

UE发起随机接入时，UE本身可能在RRC_Connected状态或者开始从RRC_IDLE状态到RRC_Connected的迁移。对于前者网络侧已经为UE分配了固定的C-RNTI，而后者网络侧还未分配任何RNTI给UE。这样对于随机接入Preamble后的网络响应，在分配给UE TA和UL Grant之外，还需要分配给UE相关的RNTI。考虑到UE状态的不同，网络在此时为随机接入的UE分配了RA-RNTI，并不考虑UE此时的状态。

随机接入的RA-RNTI在网络侧对UE Preamble的响应时发出，UE在之后的上行消息发送中使用RA-RNTI，网络侧通过RA-RNTI识别区分不同UE发送的消息。

▊52 LTE RRC连接建立的原因分类

与UMTS类似，LTE在建立RRC连接时，RRC Connection Request消息中会携带具体建立原因。与UMTS的十几种原因相比，LTE中协议目前只规定了下面5种原因：

I. MO (Mobile Originating) – signaling；
II. MO – data；
III. MT (Mobile Terminating) – access；
IV. Emergency；
V. highPriorityAccess。

下表给出了NAS过程以及NAS呼叫类型与RRC连接建立原因的关系：
　

▊53 LTE 无线承载介绍

在LTE系统中，一个UE到一个P-GW(PDN-Gateway)之间，具有相同QoS待遇的业务流称为一个EPS (Evolved Packet System)承载，如下图所示。
　

EPS承载中UE到eNodeB空口之间的一段成为无线承载RB；eNodeB到S-GW (Serving Gateway)之间的一段称为S1承载。无线承载与S1承载统称为E-RAB （Evolved Radio Access Bearer）。

无线承载根据承载的内容不同分为SRB (Signaling Radio Bearer)和DRB (Data Radio Bearer)。

SRB承载控制面（信令）数据，根据承载的信令不同分为以下三类SRB：

I. SRB0承载RRC连接建立之前的RRC信令，通过CCCH逻辑信道传输，在RLC层采用TM模式；

II. SRB1承载RRC信令(可能携带一些NAS信令)和SRB2建立之前的NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式；

III. SRB2承载NAS信令，通过DCCH逻辑信道传输，在RLC层采用AM模式。SRB2优先级低于SRB1，在安全模式完成后才能建立SRB2。

DRB承载用户面数据，根据QoS不同，UE与eNodeB之间可同时最多建立8个DRB。

▊54 LTE功率控制的作用和目的

简单来讲，功率控制就是在一定范围内，用无线方式来改变UE或者eNodeB的传输功率，用于补偿信道的路径损耗和阴影衰落，并抑制小区间干扰。

LTE功率控制的主要作用和目的如下所述：

1. 保证业务质量

功率控制通过调整发射功率，使业务质量刚好满足BLER(Block Error Rate)要求，避免功率浪费。

2. 降低干扰

LTE干扰主要来自邻区，功率控制可减小对邻区的干扰。

3. 降低能耗

上行功率控制减少UE 电源消耗，下行功率控制减少eNodeB 电源消耗。

4. 提升覆盖与容量

下行功率控制为不同UE 分配不同功率来满足系统覆盖要求，扩展小区覆盖范围；另外，通过最小化分配在每个UE 上的发射功率使其刚好满足SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio）要求，提高系统容量。 由于对邻区的干扰主要来自边缘用户，上行功率控制采用部分路损补偿FPC（Fraction Power Compensate）降低对邻区干扰，提升网络容量。