LTE互操作解决方案Word文件下载.docx

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随着无线宽带业务的进一步发展，LTE网络用户逐步增加，运营商在这个阶段可以逐步扩充LTE无线网络。

以数据业务为主，终端主要为数据卡以及少量PDA，业务覆盖人口小于40%，对数据业务的系统间互操作有强烈需求。

在这种LTE部署的中期阶段，考虑支持数据业务的移动性功能。

第三阶段，大规模应用

随着无线宽带业务的更进一步发展，LTE将大规模部署，覆盖大部分甚至全部区域。

对包括语音呼叫的全业务支持，涉及各类终端（主要为手机），业务覆盖人口大于70%，对语音业务和数据业务的系统间互操作有强烈需求。

在这种LTE部署的后期阶段，考虑支持语音业务移动性功能。

支持LTE与UTRAN/GERAN之间的互操作，需要对3G/2G网络设备进行升级并全面支持与LTE互操作协议版本，但网络设备升级会给运营商带来额外的成本压力，对现有网络设备稳定性等方面也会带来影响。

采取何种方式可能需要根据运营商具体情况进行分析、定制。

以下从接入网角度出发，提供几种方式以供参考：

1.3G/2G接入网设备不升级。

由于成本或网络稳定性等其他原因，运营商不具备网络升级条件，此时考虑完全不对3G/2G接入网设备进行升级，那么随着LTE部署阶段的发展，只能支持LTE到3G/2G网络的小区重选、重定向、数据及语音的单向切换，而3G/2G到LTE网络只能支持小区重选。

3G/2G到LTE网络的小区重选是采用“PLMN选择”方式实现的，即LTE与3G/2G网络采用不同的PLMN，设置LTE的PLMN为高优先级（如SIM中设置HPLMN为LTE的PLMN），这样让用户在3G/2G与LTE网络同覆盖的时候，空闲时会优先在LTE的PLMN中搜索合适小区驻留，从而优先使用LTE网络服务。

与下面其他两种方式比较，采用“PLMN选择”方式时，由于UE是以6分钟的倍数（TS36.1224.4.3.3节）周期性地搜索LTE网络，所以3G/2G到LTE网络选择的时间会非常长，用户的业务体验可能会比较差。

2.3G/2G接入网设备进行少量升级。

3G/2G接入网设备升级支持部分与LTE互操作协议，该方式可以支持LTE与3G/2G网络之间的双向小区重选、重定向，以及LTE到3G/2G网络的数据及语音的单向切换。

这种方式在3G/2G接入网中仅增加广播信息以及到LTE重定向功能（包含测量配置）。

通过在3G/2G网络中优选LTE参数的设置，在LTE与3G/2G网络同覆盖区域，使Idle状态的用户优先驻留于LTE网络中，优先使用LTE网络服务。

3.3G/2G接入网设备进行全面升级。

3G/2G接入网设备全面升级支持与LTE互操作协议，这样可以支持LTE与3G/2G网络之间的小区重选、重定向、数据的灵活自由切换，以及目前协议定义的LTE到3G/2G网络的语音单向切换。

对于3G/2G网络到LTE的语音切换，将根据标准进展而支持。

此方式需要3G/2G接入网除了增加广播信息、重定向部分（包含测量配置），还有系统间切换部分。

下表对上述几种可能的方式进行了对比说明。

表1.1-1LTE与3G/2G系统间互操作的几种选择方式对比

3G/2G接入网设备

不进行升级

进行少量升级

进行全面升级

功能

LTE->

3G/2G小区重选√

3G/2G重定向√

3G/2GPS切换√

3G/2G语音切换√

3G/2G->

LTE小区重选√

LTE重定向×

LTEPS切换×

LTE语音切换×

LTE重定向√

LTEPS切换√

（目前标准不完善，后续根据标准进展而支持）

共同点

均涉及核心网设备升级

3G/2G网络RNC/BSS设备需要的升级改动

不需要任何改动

RNC/BSS增加广播信息和重定向信息（包含测量配置）

RNC/BSS增加广播信息、重定向信息（包含测量配置）、系统间切换流程处理

对用户、运营商要求

运营商需要有多个PLMN，用户需要更换SIM卡

无

系统间切换速度

3G/2G切换速度快；

LTE通过HPLMN选择，速度非常慢

LTE通过小区重选或重定位，速度较慢

LTE切换速度快

一.2LTE系统间互操作策略

在网络发展的不同阶段或不同网络系统构成分层结构的情况下，常常会因为一些原因而进行系统间切换，这些系统间切换的出发点不同，所要达到的目的也可能不同。

如为保证业务连续性基于链路质量的切换、为保证网络负载均衡基于负荷的切换等。

以下针对LTE系统间的几种切换策略进行说明。

●基于链路质量的切换：

当一个用户在LTE系统中进行了呼叫并移动到LTE系统的边缘，此时其无线链路质量变差，如果用户驻留的E-UTRAN小区有同覆盖的UTRAN/GERAN小区（按照网络规划情况，E-UTRAN小区大多是包含在已有UTRAN/GERAN小区覆盖范围内），根据系统间测量结果或盲切换实现E-UTRAN到UTRAN/GERAN的切换。

●基于负荷的切换：

当LTE系统负荷较高，满足进行系统间负荷均衡的条件时，如果有用户接入LTE系统，则LTE系统可以将其指派到UTRAN/GERAN小区中。

如果LTE系统的负荷继续增加，达到了进行负荷控制的条件时，则对于已经在LTE系统中保持呼叫的用户，可以将其切换到UTRAN/GERAN小区中，以保证LTE系统的稳定性。

此时的切换可以根据盲切换来实现。

在LTE建设初期，用户相对较少，网络负荷较低，一般不会出现网络拥塞的情况，不需要考虑LTE系统间的负荷均衡和负荷控制。

随着网络规模扩大，用户数量迅速增加，网络负荷达到一定程度，可能出现网络拥塞的情况。

此时可以先考虑通过LTE系统内部切换等方式实现负荷均衡。

当LTE网络大规模部署、覆盖大多数用户时，此时才需要考虑LTE系统过载时的负荷控制，可通过系统间切换的方式，由UTRAN/GERAN系统来分担LTE系统的负荷。

●基于业务的切换：

当一个用户在LTE系统中发起一个语音呼叫，而LTE系统无法提供IMS类型VOIP业务时，可以考虑将用户切换到同覆盖的UTRAN/GERAN系统中，采用电路域来承载用户的语音业务。

●基于UE移动速度的切换：

在LTE小区和UTRAN/GERAN小区构成了HCS结构（分层的小区结构）的情况下，为避免对快速移动的用户进行频繁的切换操作，LTE系统可以将该用户切换到覆盖较大的UTRAN/GERAN小区中。

●基于用户签约属性的切换：

根据不同用户的签约信息，在异系统切换的时候可能存在限制某些用户切换到某个异系统网络。

核心网通过S1接口SPID信息告知eNodeB该用户相关的签约信息标识，eNodeB根据该标识映射为预先定义的不同策略。

●总体策略：

在GSM、UMTS、LTE混合组网的场景下，优先选择LTE网络。

当LTE网络信号质量不好，或负荷较高时，依据终端能力，CS业务尽量优选切换到GSM网络，PS业务尽量优选切换到UMTS网络。

一.3说明

本文主要从接入网角度描述系统间切换功能。

系统间互操作还需要相关各个网元、其它系统的支持：

1.eNB需要支持系统间测量（包括测量GAP）功能；

移动性相关的判决算法将在RRM算法文档中说明，不在本文档中体现；

2.EPC支持系统间互操作功能；

3.UTRAN/GERAN、CDMA2000支持与LTE系统间互操作功能；

4.暂不包含与核心网相关的修改升级的具体分析；

5.UE需要支持双模操作；

6.暂不考虑小区重选专用优先级（E-UTRAN到其它RAT，或其它RAT到E-UTRAN）；

7.暂不包含与核心网相关IdlemodeSignallingReduction（ISR）功能的系统间切换描述；

8.3GPP内系统间切换，只考虑SGSN支持3GPPR8接口（S3/S4接口）的情况，暂不考虑SGSN支持Gn/Gp接口的情况。

一.4LTE系统间互操作系统结构

一.4.1Intra-3GPP系统结构

EPS网络架构相对于UMTS系统的变化主要体现为以下两个方面：

一是全IP的扁平化网络架构，而是支持多种3GPP、非3GPP无线系统的接入，如GERAN/UTRAN、E-UTRAN、WLAN、WiMAX、cdma2000等。

下图给出了非漫游场景下，UE通过E-UTRAN接入EPC核心网的系统架构。

其中，PDN-GW可通过SGi接入运营商网络，类似于UMTS系统中的GGSN实体，MME则类似于SGSN控制面，S-GW类似于SGSN实体的用户面。

PCRF实体负责通过Gx接口为PDN-GW提供相关的测量控制与计费规则。

图1.413GPP接入EPS非漫游架构

上图所示的是S-GW和PDN-GW分离时的网络架构，它们之间的参考点是S5接口，由于EPC核心网支持多种接入方式，因此，S-GW与PDN-GW除支持GTP移动性协议之外，常常还需要支持MobileIP协议。

目前的3GPP标准中，定义了S5接口既可以采用GTP协议，也可以采用PMIP协议。

在设备实现时，为了方便，还可以采用S-GW与PDN-GW合一的实现方案，此时，S5接口将被看作内部接口。

用户除可以通过E-UTRAN接入PDN-GW外，还可以通过GERAN/UTRAN接入EPC核心网（连接至S-GW），最终锚定至PDN-GW。

由于射频原因，UE在从E-UTRAN切换至GERAN/UTRAN时，目前要求UE锚定的PDN-GW不变，以保证业务的无缝体验。

一.4.2LTE与其他非3GPP系统结构

为了支持多种非3GPP接入网接入统一的EPC核心网，可以将其分为可信非3GPP接入和不可信非3GPP接入两大类。

对于可信非3GPP接入，UE将直接通过非3GPP接入网链接至PDN-GW，如果是不可信非3GPP接入，UE则需要通过归属网络可信任的ePDG（evolvedPDG）网关连接至PDN-GW实体。

下图给出了非漫游情形下，UE通过非3GPP接入EPC核心网的系统架构图。

图1.42非3GPP采用S2a/S2b接口接入EPS（非漫游）

图1.43非3GPP采用S2c接口接入EPS网络（非漫游）

S2a与S2b接口之间的主要区别在于，S2a接口对应可信非3GPP接入，S2b接口对应不可信非3GPP接入。

S5接口可以基于GTP协议或PMIP协议。

一.4.3LTE与HRPD系统结构

对于E-UTRAN与cdma2000HRPD网络之间的切换优化，在标准中提供了如下架构：

在MME和HRPDAN之间添加了直接接口S101，基于隧道协议，透传终端与目标网络的信息交互。

通过源网络的透传，终端发起到目标网络的重新附着和承载建立过程，这样能够保证切换过程对于源和目的网络的影响最小，耦合性最小和业务中断时间最小。

图1.44E-UTRAN与cdma2000HRPD网络的切换优化

目前，在标准中提供了E-UTRAN至HRPD网络的细化切换流程和HRPD到E-UTRAN的高层的切换流程。

为了减小切换时业务中断时间，提升用户体验，3GPP在切换过程中，提出了预注册阶段的概念，这个过程是在决定进行切换之前完成的，完成时间相对较长，当然，这个过程根据网络的特性可以选择需要或不需要。

一.4.4参考点说明

EPS网络新增了一系列网元实体，从而增加了相应的参考点，各参考点简要描述如下：

1.S1-MME：

E-UTRAN和MME之间的控制平面参考点，用于各种控制信令的传输，基于S1-AP协议。

2.S1-U：

E-UTRAN与S-GW间的用户平面隧道参考点，也可以用在切换的时候，额N偶的B间的通路切换，基于GTP-U协议。

3.X2：

两个eNodeB之间的参考点，用于支持移动性及用户平面的隧道特征，与S1基于相同的用户平面。

4.S3：

MME与2G/3GSGSN之间的参考点，用于不同的3GPP接入时，交换空闲和激活状态的用户信息和承载信息，基于GTP-C协议。

5.S4:

S-GW与2G/3GSGSN之间的参考点，执行相关控制和移动性管理功能。

若直接随到没有建立，S4将提供用户平面的隧道。

该接口既可以只有信令面接口（GTP-C），也可以包括用户面的接口（GTP-U）。

如果作为信令面的接口，采用GTPV2协议。

如果没有采用“DirectTunnel（直接隧道）”机制，该参考点可以用于传输用户面数据，采用GTPV1协议。

6.S5：

S-GW与PDN-GW之间的参考点，用于支持这两个网关实体之间的承载管理及用户平面的隧道，该参考点应用于S-GW和PDN-GW分设，S-GW建立到PDN-GW的连接过程以及在用户移动性管理中S-GW重定位过程。

该参考点基于GTPV2协议，类似于SGSN与GGSN之间的Gn节点。

7.S6a：

MME和HSS之间的参考点，用于为用户接入提供认证和授权，基于IETF定义的Diameter协议。

8.Gx：

PDN-GW与PCRF之间的参考点，支持从PCRF向EPC提供策略控制和计费规则的传输，基于Diameter协议。

9.S8：

vPLMN中S-GW和hPLMNo中PDN-GW之间的参考点，支持从PCRF向EPC提供策略控制和计费规则的传输，基于Diameter协议。

10.S9：

hPCRFID和vPCRF之间的参考点，用于为漫游地传输QoS策略与计费控制信息，以实现系统的本地疏导功能。

该参考点可类比于漫游场景下的Gx接口。

11.S10：

两个MME之间的参考点，主要用于MME之间的移动性管理，例如MME间的负载重分配，以及MME之间的信息传输，基于GTPv2协议。

12.S11：

MME与S-GW之间的参考点，支持承载管理，如用户附着或业务请求等，基于GTPv2协议。

13.S12：

UTRAN与S-GW之间的参考点，用于UTRAN和S-GW之间用户平面数据的隧道传输，基于GTP-U协议，类似于UTRAN与SGSN的Iu-PS/Gn-U接口。

14.S13：

MME与EIR之间的参考点，用于UE标识符校验流程，基于Diameter协议。

15.Rx：

PCRF与AF之间的参考点，用于为PCRF提供业务动态信息，基于Diameter协议。

例如，对于IMS网络，AF即是指P-CSCF，Rx接口即为PCRF与P-CSCF之间的接口。

16.SGi：

PDN-GW与PDN之间的参考点，其中，PDN可以是外部公共数据网，也可以是内部私有数据网，例如为运营商的IMS网络提供服务，该参考点是UMTS系统中Gi参考点的演进。

17.S101：

为MME与HRPDAN之间的接口，用于实现E-UTRAN与HRPD网络之间的预注册、会话维持及切换功能。

其中，E-UTRAN到HRPD之间通过S101隧道传输的HRPD空中接口消息定义在3GPP2协议C.S0087-0中。

18.S103参考点：

为S-GW与HSGW（HRPD服务网关）之间的接口，用于从E-UTRAN到HRPD之间切换时的下行数据传送。

S103参考点隧道的建立由S101借口的信令流程提供。

第二章E-UTRAN与UTRAN之间互操作

lE-UTRAN->

UTRAN互操作

●UTRAN->

E-UTRAN互操作

二.1E-UTRAN->

二.1.1小区重选

小区重选对于网络侧而言，只需要E-UTRAN配置SIB用于小区重选参数即可，如相关门限、定时器参数、测量偏置等。

其它操作都在UE侧完成。

在实现上，小区重选需要考虑小区优先级。

优先级是按频点区分的，相同载频的优先级相同，CSG小区频点的优先级最高，小区优先级也就是对应载波的频点优先级。

小区重选的原则首先选择高优先级的E-UTRAN小区，依次为同频E-UTRAN小区、同优先级异频E-UTRAN小区、低优先级E-UTRAN小区、3G小区、2G小区。

该优先级顺序也可由运营商根据实际需要进行配置。

重选到新小区的条件主要满足：

1、在时间TreselectionRAT内，新小区信号强度高于服务小区；

2、UE在以前服务小区驻留时间超过1s。

其中TreselectionRAT为小区重选定时器，对于每一种RAT的每一个目标频点或频率组，都定义了一个专用的小区重选定时器，当在E-UTRAN小区中评估重选或重选到其他RAT小区都要应用小区重选定时器。

为实现系统间小区重选需要在SystemInformationBlockType3中配置s-NonIntraSearch（系统间测量触发门限）。

E-UTRAN到UTRAN的小区重选参数，主要在SystemInformationBlockType6中配置，包含UTRAN小区频点信息和UTRAN邻小区相关信息等。

主要配置参数如下表所示。

表2.1-1E-UTRAN到UTRAN的小区重选主要参数

主要参数

说明

carrierFreq

UTRAN下行频点

cellReselectionPriority

UTRAN小区重选优先级

threshX-High

重选到比服务频点优先级高的UTRAN小区频点的高门限

threshX-Low

重选到比服务频点优先级低的UTRAN小区频点的低门限

q-RxLevMin

UTRAN小区中所需要的最小接收电平

p-MaxUTRA

上行最大允许传输功率

q-QualMin

UTRANFDD小区重选条件的最小质量要求

t-ReselectionUTRA

UTRAN小区重选定时器值

t-ReselectionUTRA-SF-Medium

在中速状态下的UTRAN小区重选时间比例因子

t-ReselectionUTRA-SF-High

在高速状态下的UTRAN小区重选时间比例因子

二.1.2E-UTRAN到UTRAN重定向

当LTE网络基于覆盖、负荷、业务、移动速度等原因，无法为UE继续提供满足Qos质量的服务时，此时需要考虑将UE切换到其他网络系统。

在LTE部署初期，可以考虑采用重定向方式支持。

该功能主要是将UE先从E-UTRAN网络中释放，通过RRC释放消息（RRCConnectionRelease）的redirectionInformation信息中携带UTRAN频点信息，通知UE重定向到UTRAN网络中。

这样，UE回到Idle状态后，根据LTE网络侧指示的UTRAN频点信息，在UTRAN小区重新发起接入。

E-UTRAN到UTRAN重定向过程如下图所示。

图2.11E-UTRAN到UTRAN网络重定向

二.1.3PS切换

E-UTRAN到UTRAN的PS切换过程，用于连接状态下UE移动性，被分为两个阶段：

准备阶段和执行阶段。

一．准备阶段：

图2.12准备阶段

E-UTRAN到UTRAN的PS切换准备阶段过程描述：

1源侧eNB根据RRM算法（基于覆盖、负荷、业务、移动速度等原因），判决发起E-UTRAN到UTRAN的PS切换过程。

2源侧eNB发送HandoverRequired消息（携带无线相关信息）给源侧MME，以请求核心网在目标系统建立资源。

3源侧MME通过消息中切换类型判断为E-UTRAN到UTRAN的系统间切换。

MME发起切换资源分配过程，发送ForwardRelocationRequest消息给目标SGSN。

消息内容包括MME相关信息（如IMSI，MME的Address和TEID）以及HandoverRequired消息携带信息（如SourcetoTargetTransparentContainer）。

4目标SGSN判断S-GW是否需要改变。

如果S-GW需要改变，那么SGSN将选择出一个目标S-GW，并发送CreateBearerRequest消息（如IMSI，SGSN的Address和TEID，PDNGW的Address和TEID）给该目标S-GW，用以在目标侧建立业务承载。

目标S-GW分配本地资源，并返回CreateBearerResponse消息（如S-GW的Address和TEID）给目标SGSN。

5目标SGSN发送RelocationRequest消息（如IMSI，安全信息，RAB建立列表，SourceRNCtoTargetRNCTransparentContainer）给目标RNC，请求建立无线网络资源。

目标RNC根据RelocationRequest消息中信息分配资源，并返回RelocationRequestAcknowledge响应消息（如TargetRNCtoSourceRNCTransparentContainer，RAB建立成功/失败列表）给目标SGSN。

6如果为‘indirectforwarding’并且S-GW改变，目标SGSN发送CreateBearerRequest消息（如RNC的Address和TEID）给目标S-GW，用以建立数据反传承载，从而建立数据反传通道。

如果没有DirectTunnel，那么消息中携带的为SGSN的Address和TEID。