带SN切换流程_切换中你不知道的秘密LTE切换时延计算

在蜂窝移动通信系统中，切换可在服务小区信号变坏时把用户(UE)及其上下文从源小区迁移到目标小区，从而将UE切换到目标小区继续会话过程。

LTE网络中切换仅支持与核心网连接(ECM-CONNECTED)状态的终端。

终端在同一MME，服务网关也不更改场景下，终端切换主要流程如下：

根据以上流程，终端切换可分为三阶段：

•切换准备：源小区切换判决(UE和eNB的测量控制和测量结果评估)，目标小区的资源准备(Step#1到Step#6)

•切换执行：UE接收切换命令和新小区无线资源获取(Step#7到Step#11)

•切换完成：源小区资源释放(Step#12到Step#18)

切换时延

切换时延是衡量系统性能指标之一。根据3GPP 36.881切换时延可定义为：终端接收到源小区切换命令的时间(RRC连接重配置中包括目标小区信息-- mobilityControlInfo)开始，到终端(UE)发送RRC连接重配置完成给目标小区截止；也就是说切换延迟是在切换执行(步骤)期间所花费的时间。

切换时延因素

切换过程中与延迟相关的因素包括：切换执行相关所有步骤，即从Step#7到Step#11。

Step#7:RRC连接重新配置消息中包括Mobilitycontrollinfo；在这一步UE接收到接入(目标小区)必要参数(即新的C-RNTI、目标eNB安全算法标识及可选的专用RACH前导-前导序列码、目标eNB SIBs等)的RRC Connection Restruction消息，并由源eNB下发命令，执行切换。切换进程中的延迟包括：RRC连接重构、移动性控制及相关重构，具体内容如下：

• 层2 Reset/重配置；

• MAC层Reset；

• 对所有新建的RBs重建/重配置PDCP和RLC；

• 对RRC消息进行加密和完整性保护；

• 层3重配置(测量配置等)；

    在TS36.331的11.2节定义，切换在RRC层最大允许时延为15 ms.

Step#8：SN状态转移: 在这一步源eNB向目标eNB发送SN状态转移消息，以传递上行PDCP SN接收状态；下行链路PDCP SN发送使用那个E-RABs的PDCP状态 (即RLC AM)。由于这是eNB与eNB的信令与空中接口无关；其可以与后续的Step 9并行执行，此步中的延迟可被总延迟忽略。

Step#9：终端接收切换命令后在目标小区上同步(Step#7:RRC Connection Reconfiguration  message中包括 mobilitycontrolinfo信息) ，UE此步中执行的内容如下：

• 物理层同步和重新配置;

• 终端开始与目标Pcell进行下行(DL)同步;

• 物理层重配置;

• 通过RACH接入目标小区(如果mobilityControlInfo,中指定了一个专用的RACH前导，则遵循不竞争流程；如果没有指定前导序列码，则遵循一个基于竞争接入流程)；

• 层2重配置

• 密钥更新:UE向目标eNB索取密钥和安全算法配置，以便在目标小区使用。

根据TS 36.133定义，当接收到RRC消息终端即开始切换，UE在最后一个包含RRC命令的TTI结束后，准备开始在新(小区)上行PRACH信道中发送数据；此处Dhandover是RRC进程延滞和(数据)“中断时间”；该中断时间定义为：旧小区PDSCH上最后一个包括RRC命令的TTI,到UE在新小区PRACH信道进行传输的时间差，其中不包括RRC进程的延迟。

中断时间

• 目标小区搜索；

• 终端无线时钟处理/基带调整，根据目标eNB密钥进行加密算法应用；

• 无线接入相关(根据随机接入序列码接入时机的获取时延)；

Step#9.1:目标小区搜索:在多数情况下目标小区是根据UE的测量报告选择，可假定是“已知的”，因此其延迟可被认为是0毫秒。

Step#9.2: UE射频处理/基带重新调整时间，安全更新;其实际数值根据不同的参数有很大差异，为此可认为UE 处理时间(射频/基带重新调整，获取目标eNB特定密钥，配置安全算法在目标小区使用)在 TS  36.133定义中为20 ms。

Step#9.3获取目标eNB中首个可用PRACH延迟: 假设一个典型RACH配置中 每5个子帧有1 个RACH可用，该步的最小延迟为0.5ms，典型延迟为2.5 ms。

Step#9.4前导码传输:最后一个延迟单元是每次前导传输需要1个子帧，即1ms。

Step#10:上行指配+UE的TA。

Step#10:在这一步中，目标eNB为UE的接入进行了UL资源和TA分配。假设LTE FDD和子帧数连续，如果UE在子帧 n 中发送RACH序列，根据规范eNB最早可以在子帧 n + 3中发送RAR响应 (5.1.4 of TS 36.321)。假设授权解码或TA延迟不包括在这一步,这一步的最小延迟将是3 ms，典型场景的平均延迟将是5 ms。

Step#11: UE发送RRC连接重新配置完成:当成功接入目标小区时，UE发送(包含C-RNTI)的RRCConnectionReconfigurationComplete 消息以确认切换；同时还把上行缓冲区状态报向目标eNB发送，表明UE完成了切换过程。目标eNB验证在RRCConnectionReconfigurationComplete消息中发送的C-RNTI。之后目标eNB可开始在下行向UE发送数据。

根据TS 36.213中6.1.1节，UE最早可在 k1 > = 6个子帧之后发送RRC ConnectionReconfigurationComplete ；这一步延迟一般为6 ms，其中:包括UE处理延迟(调度授权解码和UL数据的时间对齐 + 层1数据编码)和RRC连接重配置传输完成。典型场景每Step时间延迟表：

注意：上述数值假设条件是在第一次就尝试成功。现实中接入尝试并不总是正确的，特别是在切换场景中，信道质量可能会降低；其中有些步骤可能需要重新传输，实际延迟值会更高。