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5G到4G跨系统切换信令流程

 和老康一起学5G 2024-05-23 发布于北京

拥有5G(NR)和4G(LTE)网络的移动通信运营商也可能无法保证5G(NR)网络的100%覆盖;在某些时候无法使用5G(NR)覆盖或服务情景时终端(UE)将尝试将无线接入回退到4G的EPS系统

一、回落4G 5G终端通常基于以下两种;

1.1 基于覆盖切换(NR>LTE)在此场景中UE建立无线承载时,gNB向UE发送包含A2测量配置的测量配置消息,UE根据该测量配置消息进行测量。如果gNB收到A2测量报告,它会下发Inter-RAT B2测量和A1测量配置。当UE上报事件B2时gNB可以触发跨RAT切换,gNodeB收到A1测量报告后,停止跨RAT切换测量。

1.2 语音服务切换(NR>LTE) 这是当终端(UE)建立Voice Flow(5QI=1),且LTE网络承载语音业务的承载策略时,gNodeB拒绝Voice Flow的建立并指示UE进行B1测量。gNB收到UE发送的B1测量报告后,根据B1测量报告中携带的PCI找到符合条件的LTE小区。

二、5G到4G系统切换信令 图(1)显示了网络(Inter-RAT)切换概览。从中可看到5GS包括连接到5GC的5G RAN(无线网、DU、CU),4G EPS连接到4G EPC的4G RAN(无线网、BBU)。5G和4G核心节点还维护控制面和用户面连接,控制面AMF通过N26接口连接到MME,UPF通过S5-U接口连接到网关。

图1.5G与4G互联互通架构和结构示意图

终端(UE)与5G小区连接并具有活动数据会话并观察指示5G服务小区低于定义阈值--A2测量事件。gNB可使用定义4G(EARFCN)测量对象来配置B2事件以找出合适的4G小区。UE开始在定义的EARFCN上寻找4G小区,例如39150并在B2事件满足后立即报告PCI。

--Inter RAT切换可以基于B1或B2事件触发,具体取决于供应商的实现!

三、切换呼叫流程 终端(UE)从5G到4G系统切换流程如下图(2)所示;图2.终端(UE)从5G到4G切换流程主要消息

  • Step1 RRC:测量报告-UE向源gNB发送测量报告其中包括:服务小区和相邻 4G小区信号强度;

  • Step2 NGAP:HandoverRequired-收到测量报告后,服务gNB检查邻区关系表(NRT)中报告的4G小区PCI,如果邻区可用则可以使用NGAP协议通过N2接口向AMF发起HandoverRequired消息,其中包括:UE ID(AMF-UE-NGAP-ID、RAN-UE-NGAP-ID)、切换类型、切换原因、目标小区 ID、要切换的PDU会话以及具有完整UE上下文和功能源到目标透明容器 。

  • Step3 gtp-v2:转发重定位请求-服务AMF使用gtp协议通过N26接口向目标MME发送转发重定位请求,其中包括IMSI、TEID、UE PDN信息、目标信息和原因。

  • Step4 S1AP:切换请求-目标MME向目标eNB发送切换请求,包括MME-UE-S1AP-ID、切换类型、Hanodver原因、E-RAB信息、源到目标透明容器、UE能力和UE安全上下文。

  • Step5 S1AP:HandoverRequestAcknowledge-收到来自MME的切换请求后,目标4G eNB启动UE准入过程,如果资源可用,则eNB并响应包含 UE ID的HandoverRequestAcknowledgement(MME-UE-S1AP、eNB-UE-S1AP))、已接纳的e-RAB和目标到源传输容器列表。如果eNB确实没有足够资源来接纳UE,则可以发送切换失败以及提及没有可用资源的适当原因。

  • Step6 gtpv2:转发重定位响应-切换确认后,MME通过N26接口向5G AMF发送转发重定位响应,包括TEID和UE承载上下文。

  • Step7 NGAP:切换命令-AMF向源gNB发送切换命令。该消息包括在Step#5中接收到的信息。源gNB现在可以在Step#8中将切换命令作为RRC消息mobilityFromNRCommand发送到UE。收到切换命令后UE 将离开源小区并开始与目标4G小区的连接。

  • Step8 mobilityFromNRCommand-5G gNB- 将其作为切换命令发送给UE,其中包括targetRAT-Type eutra、targetRAT Container和nas-SecurityParamFromNR信息。

  • Step8.a RRC重配置:UE RRC将目标RAT容器解码为RRC重配置,其具有指示所有4G目标小区信息(如载波带宽、作为目标的UE-CRNTI、RACH配置和其他信道信息)的mobilityControlInfo。

  • Step9 RACH:在目标eNB处执行随机接入过程,将Step#8.a中接收到的信息视为rach-ConfigCommon或rach-ConfigDedicated的一部分。当 eNB不使用专用前导码进行切换时,使用rach-ConfigCommon;当eNB 使用专用无争用RACH时,使用rach-ConfigDedicated。

  • Step10 RRCReconfigurationComplete-UE成功连接到目标4G小区后,通过向目标eNB发送RRCReconfigurationComplete消息来完成切换过程。UE开始向目标eNB发送上行数据。

  • Step11 S1AP:HandoverNotify:一旦UE在4G eNB处具有成功的RACH并且RRCReconfigurationComeplete完成,则eNB用HandoverNotify通知MME,指示HO成功。它包括UE ID(MME-UE-S1AP和eNB-UE-S1AP)、目标小区ECGI和跟踪区域信息。

  • Step12 gtpv2:前向重定位完成通知--一旦MME收到来自目标完成通知,指示UE已到达4G目标小区,并且AMF可以在5G下继续进行UE上下文清理 系统。

  • Step13 NGAP:UEContextReleaseCommand-通过发送UEContext ReleaseCommand,AMF将指示源gNB释放与该UE相关的资源。消息中的 AMF 包含 UE-NGAP-ID,用于识别 UE 上下文并导致指示成功切换

  • Step4 gtpv2 ForwardRelocation Complete Notification Acknowledge:AMF在5G RAN和5G Core启动UE上下文清理过程后立即发送重定位完成通知确认。

  • Step15 NGAP UEContextReleaseComplete-源gNB在成功删除UE上下文后发送UEConextReleaseComplete,并释放UE的所有关联资源。

    最后当UE成功切换到4G小区时它执行跟踪区域更新过程来更新其当前的服务跟踪区域。

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