LTE 互操作简介
目录
第1章概述 (3)
1.1 LTE系统间互操作背景及需求 (3)
1.2 LTE系统间互操作策略 (6)
1.3 说明 (8)
1.4 LTE系统间互操作系统结构 (8)
1.4.1 Intra-3GPP系统结构 (8)
1.4.2 LTE与其他非3GPP系统结构 (9)
1.4.3 LTE与HRPD系统结构 (11)
1.4.4 参考点说明 (11)
第2章E-UTRAN与UTRAN之间互操作 (15)
2.1 E-UTRAN -> UTRAN互操作 (15)
2.1.1 小区重选 (15)
2.1.2 E-UTRAN到UTRAN重定向 (16)
2.1.3 PS切换 (17)
2.2 UTRAN -> E-UTRAN互操作 (23)
2.2.1 小区重选 (23)
2.2.2 重定向 (23)
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2.2.3 PS切换 (25)
第3章E-UTRAN与GERAN之间互操作 (31)
3.1 E-UTRAN -> GERAN互操作 (31)
3.1.1 小区选择 (31)
3.1.2 E-UTRAN -> GERAN重定向 (32)
3.1.3 PS切换 (33)
3.1.4 CCO with NACC (39)
3.1.5 CCO (42)
3.2 GERAN -> E-UTRAN互操作 (43)
3.2.1 小区选择 (43)
3.2.2 GERAN -> E-UTRAN重定向 (43)
3.2.3 PS切换 (44)
3.2.4 CCO过程 (50)
第4章E-UTRAN与HRPD之间互操作 (51)
4.1 E-UTRAN -> HRPD互操作 (51)
4.1.1 小区重选 (51)
4.1.2 E-UTRAN -> HRPD重定向 (54)
4.1.3 PS切换 (55)
4.2 HRPD -> E-UTRAN互操作 (60)
4.2.1 小区重选 (60)
4.2.2 重定向 (61)
4.2.3 PS切换 (62)
第5章E-UTRAN与cdma2000 1XRTT互操作 (65)
5.1 E-UTRAN -> cdma2000 1XRTT互操作 (65)
5.1.1 小区选择 (65)
5.1.2 E-UTRAN -> cdma2000 1XRTT重定向 (66)
5.1.3 PS切换 (67)
5.2 cdma2000 1XRTT -> E-UTRAN互操作 (67)
5.2.1 小区选择 (67)
5.2.2 cdma2000 1XRTT -> E-UTRAN重定向 (68)
5.2.3 PS切换 (68)
第1章概述
知识点
●LTE系统间互操作背景及需求
●LTE系统间互操作策略
●LTE系统间互操作系统结构
1.1 LTE系统间互操作背景及需求
由于本文涉及系统间互操作，有必要先对各制式系统的惯用名称做一对应介绍：
LTE对应E-UTRAN，UMTS和HSPA对应UTRAN，GSM和EDGE对应GERAN，
CDMA对应1xRTT，后续的EVDO等技术对应HRPD。
图 1.1-1 多制式网络覆盖示意图
如上图所示，在LTE系统部署时，3G系统可能是对城市和郊区的连续覆盖，2G
系统则是整个范围的全覆盖。为保证用户业务的连续性，结合LTE的进展，需要
合理设置LTE与3G/2G系统的互操作原则。并且，还需要考虑如何最大限度的减
少LTE系统的引入给原有的3G/2G系统带来的影响。
LTE与3G/2G互操作状态迁移图，如下图所示。
3
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图 1.1-2 E-UTRA states and inter RAT mobility procedures
图 1.1-3 Mobility procedures between E-UTRA and CDMA2000
目前考虑LTE与3G/2G系统间互操作场景及需求如下：
第一阶段，LTE小规模应用和测试
随着数据业务的进一步发展，某些大城市中心区域、热点地区将会引入LTE无线
网络。该阶段场景和需求情况可能是：宽带internet接入，主要为室内静态应用，
终端可能仅仅是数据卡，对于LTE与3G/2G系统间互操作需求小。在这种LTE
部署的初期阶段，考虑支持小区重选和重定向功能。
第二阶段，LTE逐步扩充
第1章
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。该阶段场景和需求情况可能是：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。该阶段场景和需求情况可能是：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(TS36.122 4.4.3.3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。
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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1.1-1 LTE与3G/2G系统间互操作的几种选择方式对比
1.2 LTE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。
第1章
●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。
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1.3 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Idle mode Signalling Reduction (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3GPP R8接口（S3/S4接口）的情况，
暂不考虑SGSN支持Gn/Gp接口的情况。
1.4 LTE系统间互操作系统结构
1.4.1 Intra-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。
第1章
图 1.4-1 3GPP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Mobile IP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。
1.4.2 LTE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（evolved PDG）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。
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图 1.4-2 非3GPP采用S2a/S2b接口接入EPS（非漫游）
图 1.4-3 非3GPP采用S2c接口接入EPS网络（非漫游）
第1章
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。
1.4.3 LTE与HRPD系统结构
对于E-UTRAN与cdma2000 HRPD网络之间的切换优化，在标准中提供了如下架
构：在MME和HRPD AN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 1.4-4 E-UTRAN与cdma2000 HRPD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。
1.4.4 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：
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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/3G SGSN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/3G SGSN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GTP V2协议。如果没有采用“Direct Tunnel（直接隧道）”机制，
该参考点可以用于传输用户面数据，采用GTP V1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GTP V2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GTP v2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GTP v2协议。
第2章E-UTRAN与UTRAN之间互操作
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HRPD AN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。
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第2章E-UTRAN与UTRAN之间互操作
知识点
●E-UTRAN -> UTRAN互操作
●UTRAN -> E-UTRAN互操作
2.1 E-UTRAN -> UTRAN互操作
2.1.1 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TreselectionRA T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RA T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2.1-1 E-UTRAN到UTRAN的小区重选主要参数
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LTE互操作简介
2.1.2 E-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（RRC Connection Release）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。
第2章E-UTRAN与UTRAN之间互操作
图 2.1-1 E-UTRAN到UTRAN网络重定向
2.1.3 PS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：
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LTE互操作简介
HSS
图 2.1-2 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Handover Required 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Forward Relocation Request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Handover Required 消息携带信息（如Source to Target
Transparent Container）。
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Create Bearer Request消息（如IMSI，
SGSN的Address和TEID，PDN GW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Create Bearer Response消息（如S-GW
的Address和TEID）给目标SGSN。
第2章E-UTRAN与UTRAN之间互操作
5 目标SGSN发送Relocation Request 消息（如IMSI，安全信息，RAB建立
列表，Source RNC to Target RNC Transparent Container）给目标RNC，请求建立无线网络资源。
目标RNC根据Relocation Request 消息中信息分配资源，并返回Relocation Request Acknowledge响应消息（如Target RNC to Source RNC Transparent Container，RAB建立成功/失败列表）给目标SGSN。
6 如果为‘indirect forwarding’并且S-GW改变，目标SGSN发送Create Bearer
Request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Direct Tunnel，那么消息中携带的为SGSN 的Address和TEID。
目标S-GW返回Create Bearer Response响应消息（如S-GW的Address和TEID）给目标SGSN。
7 目标SGSN返回Forward Relocation Response响应消息（如SGSN的Address
和TEID，Target to Source Transparent Container，RAB建立的信息，数据反传的Address和TEID，S-GW是否改变）给源侧MME。
8 如果使用‘indirect forwarding’，为建立数据反传通道，源侧MME将发送
Create Bearer Request消息（如数据反传的Address和TEID）给S-GW。S-GW
返回Create Bearer Response 响应消息（S-GW数据反传的Address和TEID）给源侧MME。
二．执行阶段
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LTE互操作简介
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图 2.1-3 执行阶段
E-UTRAN到UTRAN的PS切换执行阶段过程描述：
1 源侧MME完成准备阶段后，向eNodeB发送Handover Command消息（如
Target to Source Transparent Container，E-RAB前传列表信息）。
2 源侧eNodeB根据Handover Command消息内容，发送HO from E-UTRAN
Command消息给UE，通知UE切换到目标网络。UE将挂起上行数据传输。
3 V oid。