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Ya n n i c k B o u g u e n

r i c H a r d o u i n

F r a n o i s - X a v i e r W o l f f

Pr face d A la in Ma lober t i

LTE et les rseaux

4G

S o u s l a d i rect ion de Guy Pu jo l l e

Groupe Eyrolles, 2012, ISBN : 978-2-212-12990-8

19La mobilit en mode connect

Sommaire : Les principaux mcanismes de mobilit en mode connect Le handover en LTE La mobilit intersystme ou comment assurer la continuit de service entre des systmes diffrents Les mcanismes CS Fallback et SR-VCC

Ce chapitre a pour objectif dapporter au lecteur les lments essentiels de la mobilit en mode connect, au sein du systme LTE dune part, et entre le LTE et les autres systmes 3GPP dautre part.

Au cours dun appel sur un rseau mobile, lusager peut tre amen se dplacer hors de la cellule sur laquelle lappel a t tabli. Cette mobilit ne doit pas conduire la coupure de lappel. Pour assurer cette continuit de service, le rseau mobile met en uvre des mcanismes basculant lUE vers la meilleure cellule qui peut laccueillir. Ces mcanismes reposent gnralement sur des mesures radio effectues par lUE sur la cellule serveuse et des cellules voisines. Le rseau choisit alors, essentielle-ment en fonction de ces mesures, la cellule cible et la faon de faire basculer lUE vers cette cellule.

Trois types de mcanismes peuvent tre distingus pour la mobilit en mode connect.

La reslection, qui repose sur les mmes principes que ceux utiliss en mode veille, est employe par exemple en GPRS et en UMTS dans des tats transitoires ou dormants. LUE envoie ou reoit peu de donnes (faible activit) et les priodes dinactivit lui permettent alors de raliser des mesures sur des cellules voisines. Lors dune reslection, le rseau neffectue aucune prparation sur la cellule cible.

La redirection consiste envoyer lUE vers une cellule cible, sans dialogue pralable entre la station de base dorigine et celle de destination. Cette cellule cible peut se trouver sur une autre frquence ou appartenir un autre systme. Aucune ressource radio, logique ou de transmission nest rserve sur la cellule ou sur le systme cible. Cela rduit donc la probabilit de succs de lopration. Par ailleurs, la procdure de bascule peut tre longue et conduire des pertes de donnes, donc une dgradation de la qualit de service perue par lusager. En revanche, elle est simple pour le rseau et nentrane pas de charge de signalisation entre les nuds source et cible.

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Le handover se distingue de la redirection par une phase de prparation de la station de base de destination et par une bascule du flux de donnes plus rapide et souvent plus fiable (car plus proche de linterface radio) : il suit le principe dsign en anglais make before break, cest--dire de prparer lenvironnement radio cible avant de relcher lexistant.

La redirection comme le handover peuvent tre dclenchs la suite de mesures sur des cellules voisines (du mme systme ou dun systme diffrent), ou de faon aveugle, cest--dire sans aucune mesure pralable sur ces cellules candidates. On parle dans ce dernier cas de blind handoverou blind redirection. Ce mode prsente linconvnient dun risque plus lev dchec, puisquon ne vrifie pas que le niveau de signal reu par lUE sur la cellule cible est suffisant pour maintenir la connexion radio, et donc lappel en cours.

La redirection est par exemple utilise pour basculer un appel paquet (PS) de lUMTS vers le GSM/GPRS et elle est alors souvent ralise en combinaison avec des mesures sur les cellules voisines GSM/GPRS.

Le mcanisme de handover est largement utilis sur les rseaux mobiles, en particulier au sein dun mme systme, car dans ce cas le dialogue entre stations de base est simplifi. Il est par exemple mis en uvre pour la mobilit en appel au sein des systmes GSM et UMTS, de mme quentre ces deux systmes pour la continuit des appels voix.

Ce chapitre prsente ainsi :

les diffrents types de handover ;

les phases du handover ;

le handover au sein du systme LTE ;

les mcanismes de mobilit entre le LTE et les autres systmes 3GPP ;

les mcanismes CS Fallback et SR-VCC ;

le rtablissement dappel en LTE.

Les diffrents types de handover

On peut caractriser un handover partir des critres suivants :

la technologie daccs radio (RAT) et/ou la frquence respective des cellules source et cible ;

linterruption ou non du lien radio lors de la bascule.

Ainsi, un handover entre deux cellules du mme systme sera dit intrafrquence si les cellules sont portes par la mme frquence radio et interfrquence dans le cas contraire. On parle de handover inter-RAT ou intersystme lorsque les deux cellules appartiennent deux systmes diffrents. Les frquences sont alors ncessairement diffrentes.

Le second critre est moins vident. Si le lien radio sur la cellule source est relch avant ltablis-sement du lien radio sur la cellule cible, la bascule est ralise avec une interruption de la transmis-sion sur linterface radio entre lUE et le rseau. Cest le type de handover utilis en GSM, ou en

La mobilit en mode connectCHAPITRE 19

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UMTS pour les handover interfrquences. Pour rappel, en GSM un handover est ncessairement interfrquence puisque les cellules voisines sont portes sur des frquences diffrentes. Au contraire, si le second lien radio est tabli entre la cellule cible et lUE alors que le lien sur la cellule source est toujours actif, la transmission radio ne sera pas interrompue. LUE a alors deux liens radio actifs, qui portent les mmes donnes depuis et vers lUE, et qui lui offrent un gain de diver-sit : les deux liens empruntent des chemins radio diffrents et ne sont donc pas soumis aux mmes perturbations. La station de base peut alors rduire sa puissance dmission vers lUE, ou la main-tenir pour amliorer la rception de lUE. Le lien initial peut donc tre conserv au-del de cet ajout et tre supprim par exemple lorsque sa qualit deviendra trop faible pour apporter une information utile lUE (voir la figure suivante). Le terme soft handover a t choisi pour dsigner cette bascule opre sans interruption du lien radio entre lUE et le rseau. Par opposition, on a alors consacr la dnomination hard handover au type de handover prcdent, illustr sur la partie droite de la figure suivante : le lien radio sur la cellule C1 est relch avant ltablissement du lien sur la cellule C2.

Figure 19-1Principes du soft handover et du hard handover

Le principe du soft handover a t en premier lieu utilis dans les systmes CDMA de seconde gnration. Il a t repris dans le systme UMTS (qui repose galement sur un accs rpartition par les codes, ou CDMA) comme principal mcanisme de mobilit intrafrquence. Le soft handover na en revanche pas t dfini dans la premire version (Release 8 3GPP) du systme LTE.

Le tableau suivant prsente les mcanismes de mobilit couramment utiliss en mode connect, sur les systmes GSM, GPRS/EDGE et UMTS, pour les diffrents types de mobilit (intrafrquence, interfrquence et inter-RAT).


Mcanismes de mobilit en mode connect couramment utiliss

* suivant la configuration du rseau et les choix de loprateur

Les phases du handoverCette section prsente les tapes de la ralisation dun handover de faon gnrale, cest--dire sans aborder les spcificits propres au systme LTE. Celles-ci seront dcrites la section Le handover au sein du systme LTE , p. 399.

On peut distinguer trois phases dans la ralisation dun handover :1. la phase de mesure sur la cellule serveuse et sur les cellules voisines ;2. la phase de prparation de la cellule cible, qui met en jeu des changes entre les contrleurs de

stations de base source et destination, ainsi quentre ces contrleurs et le rseau cur ;

3. la phase dexcution, cest--dire la bascule de lUE et des flux de donnes, puis la relche des ressources dans la cellule dorigine.

Le schma suivant montre le squencement de ces phases, les nuds impliqus et les principales actions ralises.

Figure 19-2Les trois phases du handover

Systme considrType de mobilit

Intrafrquence Interfrquence Inter-RAT

GSM (voix) non applicable hard handover hard handover

GPRS/EDGE (donnes)

non applicable reslection et/ou hard handover *

reslectionet/ou hard handover *

UMTS (voix et donnes)

soft handoveret/ou hard handover *

hard handover voix : hard handoverdonnes : reslection(et/ou hard handover *)


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La phase de mesure est toujours optionnelle. Dans le cas de la redirection, la phase de prparation nexiste pas. Dans la suite, les explications donnes dcrivent la procdure de handover, sauf indi-cation explicite.

La phase de mesure

Cette phase prcde la dcision de handover prise par le contrleur de station de base source et donc le dclenchement effectif de ce handover. Les critres de dcision sont essentiellement bass sur la qualit et/ou le niveau de signal des cellules voisines, mesurs par lUE. La station de base informe au pralable lUE des lments suivants, dans un message de configuration : les mesures attendues : par exemple le niveau ou la qualit de signal, la puissance reue ; lobjet mesurer : cellule, frquence porteuse ; le mode de remonte : priodique ou sur vnement.

La ralisation des mesures par lUE peut en outre ncessiter des amnagements dans la trame radio, en particulier des priodes ddies la mesure dune autre frquence ou dun autre systme, grce auxquels lUE ne manque pas les donnes transmises sur la cellule serveuse alors quil effectue ces mesures.

De faon gnrale, le temps que prend lUE pour mesurer les cellules voisines et lexactitude de ces mesures sont des points cruciaux pour le succs du handover et la continuit de lappel. Ils dpen-dent notamment des performances radio intrinsques de lUE, de ses algorithmes de moyennage et de la configuration judicieuse des mesures par loprateur. Les exigences de performance de lUE pour le handover seront abordes la section du mme nom, p. 428.

En UMTS par exemple, lUE effectue ses mesures sur les cellules intrafrquences sans modifica-tion de la trame radio sur la cellule serveuse : il est capable de maintenir sa connexion radio avec cette cellule et de raliser de faon simultane des mesures sur les cellules intrafrquences.

Pour les cellules UMTS portes par une autre frquence ou un autre systme (donc ncessairement sur une frquence porteuse diffrente), il peut tre ncessaire de mnager des intervalles de temps vides sur la trame en mission et rception. Ces intervalles, appels trous, ou gaps en anglais, permettent lUE dajuster son rcepteur sur la frquence mesurer pendant une dure dtermine. la fin de cette priode, lUE bascule nouveau sur la frquence dorigine et la cellule source. Ce mcanisme, appel mode compress (ou Compressed Mode) impose dune part des coupures trs courtes pour viter la dsynchronisation entre lUE et la station de base, et engendre dautre part des interfrences supplmentaires lies au fait que la mme quantit de donnes doit tre transmise sur la trame radio, mais dans un dlai rduit par les trous. Son utilisation est souvent ncessaire pour que lUE effectue des mesures sur des frquences diffrentes (en particulier lorsque lUE na quune seule chane de rception radio UMTS/GSM). En effet, en UMTS lUE a un lien radio ddi avec le NodeB et reoit de celui-ci une trame continue, notamment pour le maintien dun contrle de puissance prcis.

Le contrleur de station de base intgre les mesures remontes par lUE dans son algorithme de dcision. Si les critres de dclenchement sont vrifis, elle entame la phase de prparation dcrite ci-aprs. La dcision repose par exemple sur les critres suivants : Le niveau de signal dune cellule voisine mesure par lUE est suprieur un seuil prdfini et la qua-

lit de la cellule serveuse est infrieure un autre seuil (pour un handover intersystme par exemple).


Le niveau ou la qualit du signal dune cellule voisine est meilleur(e) que celui/celle de la cellule serveuse (pour un handover intra ou interfrquence par exemple).

On comprend que, pour que cette phase de mesure soit possible, loprateur doit paramtrer les cellules intra et intersystmes voisines de la cellule serveuse, et ce pour toutes les cellules du rseau, ce qui reprsente un effort consquent. Il doit galement dfinir les seuils dactivation des mesures et de dclenchement du handover. Par exemple en UMTS, le mode compress et les mesures intersystmes peuvent ntre activs que lorsque le signal de la cellule serveuse est dgrad, afin de limiter la consom-mation du terminal et les interfrences engendres sur la cellule serveuse. Les seuils mis en jeu peuvent varier suivant la topologie du rseau. Un travail doptimisation est donc souvent ncessaire.

La phase de prparationLobjectif premier de cette phase est de maximiser les chances de succs de la procdure de handover, par lchange dinformations entre les contrleurs de stations de base source et cible, en pralable la ralisation de la bascule proprement dite. La prparation commence ds lors que le contrleur source a pris la dcision de raliser un handover de lUE, sur la base des mesures remon-tes par celui-ci et de ses critres de dclenchement.

Elle consiste en un simple change de messages visant : interroger le contrleur de la station de base grant la cellule cible sur la possibilit de raliser ce

handover ; obtenir de sa part les informations et paramtres grce auxquels lUE accdera rapidement et de faon

fiable aux ressources de la cellule, par exemple la configuration des canaux logiques et de transport.

Cet change peut avoir lieu directement entre deux contrleurs du mme systme, sil existe une interface entre ces nuds, ou par lintermdiaire dun ou plusieurs nud(s) du rseau cur. En effet, dans le cas dun handover intersystme, chaque contrleur de station de base communique avec le nud de son rseau cur (SGSN ou MSC en GSM/GPRS et UMTS, MME en LTE), nuds qui relaient ensuite les informations entre systme source et systme cible. On notera cependant que le MME et le SGSN peuvent tre physiquement intgrs dans un mme quipement.

La phase de prparation doit tre excute rapidement, puisquil sagit de la priode pendant laquelle les conditions radio se dgradent pour lUE sur la cellule source. Cependant, cet change est gnralement bref, dans la mesure o il seffectue sur les interfaces terrestres du rseau, sur lesquelles la latence et le taux derreur sont souvent trs faibles.

lissue de cet change, le contrleur source peut commencer le transfert des donnes reues du rseau cur vers le contrleur cible. On parle de data forwarding. Ces donnes sont stockes en mmoire par le contrleur cible, avant larrive de lUE. Ce transfert de donnes doit veiller main-tenir le squencement des paquets tel que reu du rseau cur.

La phase dexcutionPour lexcution du handover, le contrleur source envoie un ordre de bascule lUE. Cette commande est typiquement un message RRC, indiquant lUE la cellule cible (frquence, identi-


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fiant) et des informations sur sa configuration, afin de permettre un accs rapide et fiable de lUE aux ressources qui lui sont rserves ou qui sont partages au sein de la cellule entre les UE.

Ds la rception de cette commande, lUE procde la recherche de la cellule cible, sil ne reoit pas dj son signal de faon simultane celui de la cellule source. Si la cellule cible est porte par une frquence diffrente, lUE ajuste par exemple la frquence de son rcepteur pour dmoduler le signal sur cette nouvelle frquence.

Une fois la cellule cible dtecte, lUE doit accder aux ressources radio de la voie montante afin de transmettre au contrleur de la station de base cible un message signalant sa prsence et le succs de la bascule radio. Ce message dclenche lenvoi par ce contrleur dune notification au rseau cur lui indiquant que le chemin de donnes peut tre bascul. lissue de cette bascule du flux de donnes, celles-ci ne transitent alors plus par le contrleur source, mais sont achemines directe-ment du rseau cur au contrleur cible.

Dans le cas dun handover inter-RAT, la bascule radio est gouverne par une temporisation dclenche par lUE la rception de la commande de handover : si cette temporisation scoule avant que lUE nait pu accder la nouvelle cellule, la procdure choue et lUE retourne sur la cellule dorigine.

Rle de lUELe rle de lUE dans la procdure de handover est crucial deux gards :

pour raliser des mesures fiables sur son environnement et les remonter au contrleur de la station de base ;

pour la bascule proprement dite sur la cellule cible.

La performance radio de lUE (justesse et dlai des mesures, dlai pour basculer sur la cellule cible) est donc un lment cl du succs de cette procdure. Pour loprateur, il est primordial de sassurer que les UE utiliss sur son rseau sont capables de raliser cette procdure radio dans un dlai minimal, afin de limiter le temps dinterruption du service. Cet aspect de performance sera trait la section Les performances de lUE en handover , p. 428.

Le handover au sein du systme LTECette section dcrit la procdure de handover au sein du LTE (handover intra-LTE). Il sagit de la seule procdure dfinie pour la mobilit en mode connect au sein du systme LTE. Le handover intra-LTE est de type hard handover.

Les aspects suivants sont dcrits dans cette section : les mesures ; la prparation du handover ; lexcution du handover ; la procdure en cas dchec ; et enfin, le dlai du handover.


La phase de mesuresNous avons expliqu dans le chapitre 18 que lUE est capable, en mode veille, de dtecter les cellules voisines intra et interfrquences sur la seule indication de leur frquence porteuse, vitant ainsi la ncessit dindiquer sur la cellule serveuse une liste complte de cellules voisines LTE.

En mode connect, il faut considrer deux contraintes.

Les informations dont lUE a besoin pour dtecter une cellule voisine. Ici, les capacits de lUE sont identiques au mode veille : lindication de la frquence porteuse lui suffit pour dtecter les cellules prsentes sur cette frquence dans le voisinage de la cellule serveuse.

Le besoin ou non dintervalles de mesures amnags spcifiquement par leNodeB pour lUE dans la trame radio (trous). Cette question ne se pose pas en mode veille puisque lUE ne reoit pas de donnes en continu de leNodeB.

La dtection des cellules voisines LTE

LUE na pas besoin de recevoir une liste de cellules voisines LTE pour les dtecter. Cette dtection met en jeu les signaux de synchronisation mis par chaque cellule et dcrits au chapitre 7. Par ailleurs, leNodeB peut signaler une liste noire (ou blacklist) de cellules que lUE ne doit pas mesurer. Signaler cette liste lUE pour les mesures limite sa consommation. En effet, mme si, in fine, leNodeB dcide de ne pas raliser le handover vers une cellule cible faisant partie de la liste noire, lUE dtectera et mesurera inutilement ces cellules si elles ne lui sont pas interdites.

Par ailleurs, pour la mesure proprement dite, lUE na pas besoin dintervalles de mesure (gaps) pour les cellules intrafrquences : il est capable de mesurer ces cellules tout en continuant de rece-voir des donnes sur la cellule serveuse, de faon simultane.

Pour les cellules interfrquences en revanche, ces intervalles de mesure peuvent tre ncessaires lUE, suivant ses capacits : seul un UE pourvu de deux chanes de rception radio LTE peut simul-tanment raliser des mesures interfrquences et poursuivre la rception de donnes sur la cellule serveuse. Une telle configuration matrielle implique un cot accru du terminal.

Mesures intrafrquences et interfrquences

En LTE, une cellule se caractrise dans le domaine frquentiel par sa frquence centrale fc et sa largeur de bande. Deux cellules voisines peuvent donc avoir la mme frquence centrale mais une largeur de bande diffrente, ou une frquence centrale diffrente avec la mme largeur de bande. Le terme intrafrquence est rserv au cas de cellules partageant la mme frquence centrale, quelle que soit leur largeur de bande respective (scnarios 1, 2 et 3 sur la figure 19-3). Au contraire, si cette frquence est diffrente, on parlera de cellules interfrquences (scnarios 4, 5 et 6).

LUE effectue les mesures des cellules voisines sur une bande de frquence dont la largeur est indi-que par la cellule serveuse dans ses Informations Systme.


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Figure 19-3Deux cellules intrafrquences ont la mme frquence centrale

Configuration et remonte des mesures

Lors de la configuration dune mesure, leNodeB associe un objet, cest--dire llment sur lequel porte la mesure, une configuration de remonte, cest--dire la faon dont la mesure doit tre remonte leNodeB. Lobjet de mesure peut tre la frquence LTE courante ou une autre frquence LTE. LUE mesure pour chaque cellule dtecte le niveau de signal quil reoit de la cellule. Cette mesure seffectue laide des signaux de rfrence communs la cellule (CRS, voir le chapitre 7) et est appele RSRP (Reference Signal Received Power).

LUE ralise un filtrage sur les mesures de RSRP fournies par la couche physique et remonte cette valeur filtre leNodeB ou la compare au seuil configur pour lvnement.

Ensuite, la remonte des mesures suit un des schmas suivants.

Sur vnement (dit event-triggered en anglais) : dans ce cas, lUE informe leNodeB lorsque lvnement survient. Ce dernier est au pralable configur par leNodeB au moyen du protocole RRC, qui indique notamment le ou les seuil(s) radio associ(s) au critre de dclenchement et la dure T pendant laquelle ce critre doit tre vrifi (appele time-to-trigger). Lvnement suivant peut par exemple tre utilis pour dclencher un handover intrafrquence : une cellule voisine mesure devient meilleure de 6 dB que la cellule courante et le reste pendant T secondes .

De faon priodique : lUE envoie rgulirement leNodeB des rapports de mesures, confor-mment au format et la frquence dfinis par leNodeB lors de la configuration des mesures.

De faon priodique aprs un vnement : il sagit dune combinaison des deux modes prc-dents. Une fois que le critre associ lvnement configur est atteint, lUE envoie des rapports de mesures de faon priodique, dans la limite dun nombre prdtermin de rapports.


La remonte priodique permet leNodeB de suivre lvolution de lUE vis--vis de lobjet mesur et, par exemple, de dclencher un handover lorsque la mesure remonte se dgrade de faon continue. En revanche, elle implique plus de signalisation quune remonte sur vnement et peut donc induire une charge radio plus importante sur la voie montante. Il faut bien noter cependant que la priodicit avec laquelle lUE ralise les mesures ne dpend pas de ce mode de remonte.

En gnral, les mesures intrafrquences LTE sont configures ds ltablissement de la connexion RRC, puisquelles sont indispensables au rseau pour assurer la mobilit sur une plaque de cellules LTE. Les mesures interfrquences peuvent tre configures galement ce moment ; cependant, si le terminal ne dispose pas de deux rcepteurs radio LTE, elles ne pourront tre ralises sans inter-valles de mesure amnags cet effet dans la trame. Cette configuration dintervalles est typique-ment ralise par leNodeB lorsque lUE remonte un vnement comme la cellule serveuse est infrieure au seuil absolu X et que la cellule serveuse se trouve dans une zone avec plusieurs frquences LTE.

On notera galement quen LTE, et cela constitue une diffrence importante avec lUMTS, leNodeB peut configurer en mode connect un seuil de niveau de signal radio au-dessus duquel lUE nest pas oblig de raliser des mesures sur les frquences LTE voisines ou sur les autres systmes, et cela mme si les intervalles permettant ces mesures sont activs. Ce seuil est appel s-Measure, comme pour le mode veille. Lintrt de ce seuil pour loprateur est de limiter la consommation des UE tout en simplifiant la configuration des mesures : celles-ci peuvent tre configures ds ltablissement de la connexion RRC, mais actives par lUE uniquement lorsquil mesure sur la cellule serveuse un RSRP infrieur au seuil s-Measure. La valeur de s-Measure peut aussi tre adapte lactivit de lUE. Un UE actif aura besoin de bonnes conditions radio pour une qualit de service satisfaisante et une bonne continuit de service ; on pourra donc positionner s-Measure prudemment pour cet UE. En revanche, une valeur plus faible pourra tre utilise pour un UE peu ou pas actif pour lequel la consommation de batterie doit tre minimise (UE en mode DRX par exemple).

Il est important davoir lesprit que ce seuil ne sapplique quaux mesures effectues par lUE sur les cellules voisines, et non sur la cellule serveuse, que lUE value de faon continue.

Ce squencement configuration - remonte de mesures est illustr la figure de la section La phase de prparation , p. 403.

Mesures en mode DRX

Lorsque le DRX est utilis en mode connect, la priode de mesure est limite la dure dactivit, comme illustr la figure suivante. De ce fait, les exigences sur la prcision des mesures et la rapi-dit de dtection de nouvelles cellules voisines sont relches et elles dpendent de la dure du cycle DRX. Maintenir les mmes exigences de performances avec et sans DRX impliquerait une activit de mesure et de remonte identique et rduirait donc notablement le gain apport par ce mcanisme.

Le mode DRX a t prsent en dtail dans le chapitre 14.


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Figure 19-4Les mesures en mode DRX ne peuvent tre ralises que pendant les priodes dveil

La phase de prparationLa prparation peut tre ralise entre les deux eNodeB via linterface X2 si elle existe, ou, dfaut, par lintermdiaire du MME via linterface S1. Dans les deux cas cependant, la procdure sur linterface radio est identique. Lutilisation de linterface S1 pour le handover est ncessaire lorsque loprateur ne peut mettre en uvre dinterface X2 entre certains eNodeB. Cependant, les dlais de prparation et de transfert des donnes peuvent tre plus longs puisque les messages tran-sitent par le MME et traversent ainsi deux interfaces S1 (entre eNodeB source et MME, puis entre MME et eNodeB cible). Si la cellule cible appartient au mme eNodeB, celui-ci nengage aucune procdure de prparation.

La figure suivante reprsente la cinmatique des flux de signalisation dans le cas dune procdure de handover via linterface X2.

Lors de la prparation, leNodeB source fournit, entre autres, les informations suivantes leNodeB cible :

lidentifiant global de la cellule cible EGCI, permettant didentifier la cellule cible sans ambigut ;

la cause du handover (par exemple les conditions radio, la rduction de la charge, loptimisation des ressources) ;

des paramtres de scurit, comme les algorithmes implments, la cl KeNB*, lidentifiant short MAC-I (voir le chapitre sur la scurit) ;

la liste et la description des E-RAB configurer ;

le contexte RRC de lUE, qui dcrit notamment la configuration radio de la connexion RRC sur la cellule source, les paramtres du cycle DRX si utilis ;

des informations sur lhistorique de mobilit de lUE, informant leNodeB cible de la liste des 16 dernires cellules visites par lUE, et, par exemple, de dplacements rcurrents entre des cellules ( ping-pong ).

LeNodeB cible, la rception du message X2AP Handover Request, effectue le contrle dadmis-sion : il vrifie quil dispose des ressources radio et systme pour accueillir lUE et, en particulier, des E-RAB actifs sur la cellule source. Sil est capable dtablir au moins lun de ces E-RAB, leNodeB doit rpondre positivement leNodeB source en lui indiquant le ou les E-RAB qui peuvent tre maintenu(s). Il inclut dans sa rponse le message RRC destin lUE et qui sera envoy par leNodeB source lors de la commande du handover. Ce message contient la configuration que


Figure 19-5Diagramme de flux du handover LTE via linterface X2


405

lUE devra appliquer lors de son accs la cellule cible, notamment les radio bearers associs aux E-RAB qui sont maintenus. LeNodeB cible retourne galement leNodeB source, pour chaque E-RAB, le point de terminaison du tunnel GTP entre les deux eNodeB, si un transfert de leNodeB source leNodeB cible des donnes descendantes (reues par leNodeB source de la S-GW) a t demand par leNodeB source dans le message Handover Request.

La phase dexcution

Aprs la rception du message de rponse au Handover Request, leNodeB source dclenche le handover par lenvoi lUE du message RRC Connection Reconfiguration, qui lui indique notamment :

la cellule cible (sa frquence, si diffrente, et son PCI) ;

son identifiant C-RNTI dans cette cellule ;

des paramtres de scurit (par exemple lalgorithme, sil doit changer) lui permettant de driver les nouvelles cls de chiffrement et dintgrit RRC.

Lorsquil reoit ce message, lUE doit immdiatement tenter de basculer sur la cellule cible, mme sil na pu acquitter la rception du message RRC (acquittements HARQ ou ARQ/RLC). Il rinitia-lise sa couche MAC et procde au rtablissement de ses couches RLC et PDCP. La couche RRC configure alors les couches PHY, MAC, RLC et PDCP suivant les paramtres fournis par leNodeB cible et transmis par leNodeB source dans le message RRC Connection Reconfiguration.

LUE drive ensuite la nouvelle cl KeNB*, soit partir de la cl KASME actuelle (cest--dire celle utilise pour le calcul de la cl KeNodeB courante), soit partir de la nouvelle cl KASME si une procdure NAS de scurit a t ralise. LeNodeB indique lUE lequel des deux mcanismes utiliser pour cette drivation.

LUE procde alors laccs alatoire sur le canal RACH de la cellule cible et, en cas de succs, transmet leNodeB le message RRC Connection Reconfiguration Complete, qui termine la proc-dure de signalisation. Laccs au canal RACH peut tre ralis avec un prambule ddi, si la cellule cible la fourni la cellule source lors de la phase de prparation. Ce mode prsente lavan-tage dcarter un risque de collision avec des prambules dautres UE, ce qui augmente donc les chances de succs de la procdure et tend rduire son dlai global (voir le chapitre 14 pour la description de la procdure daccs alatoire).

Enfin, lUE arrte les remontes priodiques de mesures actives sur la cellule source et supprime la configuration des intervalles de mesures utiliss pour les mesures interfrquences ou intersys-tmes. Cependant, dans le cas dun handover interfrquence, lUE conserve les vnements prala-blement configurs sur la cellule source, en intervertissant simplement les frquences source et cible dans la configuration de mesure.

La gestion du plan usager

Lors dun handover, la bascule de lUE de la cellule source vers la cellule cible saccompagne dune interruption de la connexion radio et, par consquent, le transfert des donnes dans les sens montant et descendant est temporairement suspendu.


Le transfert de donnes descendantes vers leNodeB cible

Sans mcanisme de transfert des donnes entre eNodeB, les units de donnes reues de la S-GW par leNodeB source aprs le dclenchement de la bascule de lUE sont perdues. La rmission de ces donnes choit alors aux couches suprieures, si celles-ci mettent en uvre une transmission fiable laide de mcanismes de retransmission (par exemple lorsque le protocole TCP est utilis). Cependant, ces retransmissions sont de fait plus lentes, puisque ralises entre entits distantes (par exemple de type client/serveur), et peuvent induire une diminution du dbit par les couches sup-rieures (mcanisme TCP slow start par exemple). Lexprience de lutilisateur est alors dgrade. Pour viter ces pertes, un transfert des units de donnes PDCP (SDU PDCP) est possible de leNodeB source vers leNodeB cible.

La couche PDCP est utilise, car la numrotation des SDU PDCP est maintenue entre les deux eNodeB pour les radio bearers utilisant le mode RLC acquitt (RLC-AM), alors que la couche RLC est toujours rinitialise lors du handover (le numro de squence RLC est donc remis zro). Cette continuit dans la numrotation PDCP permet ainsi, pour ce type de radio bearer, de dlivrer en squence les units de donnes la couche suprieure (paquets IP typiquement) et dviter de renvoyer sur la cellule cible une unit de donne dj reue par lUE sur la cellule source.

Pour les radio bearers utilisant le mode RLC transparent (RLC-TM) ou non acquitt (RLC-UM), le transfert des donnes leNodeB cible rduit linterruption du service mais ne peut garantir labsence de perte de paquets ni la remise en squence la couche suprieure, la numrotation des SDU PDCP ntant pas maintenue.

Pendant la bascule radio effectue par lUE et dcrite prcdemment, leNodeB source peut commencer transfrer des donnes du plan usager leNodeB cible, si un tel transfert doit tre appliqu pour lun des radio bearers basculs sur la cellule cible.

Pour un radio bearer utilisant le mode RLC-AM, leNodeB source indique leNodeB cible le prochain numro de squence attribuer dans le sens descendant un paquet de donnes nayant pas encore de numro de squence PDCP. LeNodeB source transmet galement les units de donnes suivantes :

les SDU PDCP qui nont pas t intgralement transmises lUE ;

les SDU PDCP dont les units RLC nont pas toutes t acquittes par lUE ;

les nouvelles units de donnes reues de la S-GW, qui nont pas t traites par la couche PDCP.

Les SDU PDCP compltes reues de lUE sont quant elles transfres par leNodeB source la S-GW. Deux tunnels diffrents sont utiliss entre leNodeB source et leNodeB cible pour transfrer les donnes du sens montant et celles du sens descendant.

Le transfert des SDU PDCP permet de raliser un handover sans perte de donnes. Il doit tre conjugu lutilisation des rapports de rception dcrits la section suivante, pour raliser un handover sans doublon.


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Figure 19-6Gestion du plan usager lors du handover en LTE

La figure illustre par un exemple la gestion du plan usager lors dun handover avec transfert des donnes PDCP de leNodeB source leNodeB cible :

0. Lors de lappel en cours sur la cellule source, leNodeB a pu envoyer lUE les SDU PDCP 1 4. Cependant, leNodeB source na pas reu dacquittement pour les SDU 3 et 4. Il les conserve donc dans son buffer de transmission, de mme que la SDU 5 qui na pas t trans-mise lUE. Ce dernier a correctement reu les SDU 1, 2 et 4, et les a acquittes. En revanche, il na pas reu la SDU 3 ; il a donc besoin de sa retransmission par leNodeB.

1. Lacquittement de la SDU 4 narrive pas leNodeB source, le lien radio entre lUE et leNodeB source tant dj dgrad.

2. LeNodeB source envoie lUE lordre de bascule.

3. LeNodeB source commence alors le transfert des SDU PDCP vers leNodeB cible, en indiquant leur numro de squence. Simultanment, il continue de recevoir de la S-GW des units de donnes destination de lUE, quil transfrera galement leNodeB cible aprs le transfert de toutes les SDU PDCP en attente. LeNodeB cible leur attribuera alors des numros de squence PDCP.


4. LeNodeB cible stocke les SDU reues, jusqu larrive de lUE sur la cellule. Il attribue un numro de squence chaque unit de donnes reue de leNodeB source sans numro de squence (SDU 6 par exemple, transmise ds rception de la S-GW par leNodeB source).

5. Lors de laccs de lUE, leNodeB cible informe la S-GW, qui bascule alors le plan de donnes vers leNodeB cible. Celle-ci envoie leNodeB source un indicateur de fin de trafic.

6. LeNodeB cible transmet lUE les donnes PDCP en attente, ainsi que de nouvelles units de donnes reues de la S-GW (SDU 7 et 8). On voit que lUE va recevoir une seconde fois la SDU 4, ce qui constitue donc un doublon et une utilisation non optimale de linterface radio.

Les rapports de rception

Un mcanisme de rapport de rception vite en LTE la transmission sur la cellule cible de SDU PDCP dj reues par lUE ou par leNodeB (doublons). Ce mcanisme ne peut tre utilis que pour les radio bearers utilisant le mode RLC-AM, pour lesquels la numrotation des SDU PDCP est continue entre la cellule source et la cellule cible, comme nous lavons expliqu prcdemment.

Si leNodeB source choisit dutiliser ce mcanisme pour un ou plusieurs E-RAB actif(s) de lUE, il indique lUE dans le message de commande du handover les E-RAB pour lesquels lUE devra envoyer un rapport de rception PDCP leNodeB cible une fois la bascule effectue. LUE doit alors transmettre sur la cellule cible une unit de contrle PDCP, appele PDCP Status Report, donnant ltat des rceptions des SDU PDCP pour ces radio bearers. Ce rapport nest donc pas systmatique pour un radio bearer RLC-AM. Cependant, sil est demand, lUE doit lenvoyer avant toute transmission de donnes sur la cellule cible. Il sert leNodeB cible pour dterminer quelles SDU PDCP doivent tre renvoyes lUE.

Lors du transfert des donnes leNodeB cible, leNodeB source envoie galement un tat denvoi/rception indiquant, pour chacun de ces E-RAB :

pour le sens descendant : le dernier numro de squence PDCP allou, indiquant leNodeB cible quel numro attribuer la premire SDU PDCP qui nen a pas encore ;

pour le sens montant : le numro de squence SN1 de la dernire SDU PDCP reue en squence, informant leNodeB cible quil ne doit pas transmettre la S-GW de SDU PDCP reue de lUE avec un numro de squence infrieur ou gal. La SDU SN2 est donc la premire SDU non reue par leNodeB source ;

pour le sens montant : les numros de squence des autres SDU PDCP reues de lUE aprs cette SDU SN1, qui nont donc pas besoin dtre renvoyes par lUE sur la cellule cible.

Les deux dernires informations servent leNodeB cible pour prparer un PDCP Status Report destination de lUE, pour quil ne renvoie que les SDU manquantes. LeNodeB source peut envoyer cet tat denvoi/rception leNodeB cible directement via linterface X2 (dans le cas dun handover via X2), ou par lintermdiaire du MME (handover via S1).

Avec ces deux rapports PDCP fournis par leNodeB source et par lUE lors de son accs, leNodeB cible sait donc quelles SDU PDCP renvoyer et lesquelles attendre de lUE.


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Figure 19-7Rapport de rception par l'UE pour viter les doublons PDCP

Cette figure reprend lexemple prcdent, mais ici lUE envoie un rapport de rception lors de son accs la cellule cible. Cela informe leNodeB quil a reu la SDU 4 et donc quil doit la supprimer du buffer denvoi. On vite ainsi un doublon sur linterface radio.

En synthse :

Un handover peut tre ralis sans perte de donnes sur un radio bearer si, dune part, un trans-fert de donnes est opr par leNodeB source pour ce radio bearer et, dautre part, le radio bearer utilise le mode RLC-AM.

Le mcanisme de rapport de rception limite le renvoi sur linterface radio de donnes dj transmises (vite les doublons) et amliore ainsi lefficacit radio du handover.

En cas dchec: la procdure de rtablissement

Lors de la rception du message RRC Connection Reconfiguration commandant le handover, lUE dmarre la temporisation du handover. Celle-ci est arrte par lUE lorsque la procdure daccs ala-


toire sur le canal RACH de la cellule cible aboutit. Si cette temporisation expire avant la fin de cette procdure, lUE considre que le handover a chou et lance alors une procdure de rtablissement de connexion RRC. LUE reprend alors la configuration RRC et PDCP utilise dans la cellule source et supprime les configurations des couches physique et MAC tablies pour la cellule cible.

La perte du lien radio et le rtablissement de connexion en LTE

Lors de lappel, la position de lUE au sein de la cellule peut voluer et conduire une dgradation du lien radio avec leNodeB. Lobjectif de loprateur est dviter que cette dgradation ne conduise la perte de la connexion RRC et dassurer une continuit de lappel laide des proc-dures de mobilit. Toutefois, diffrents facteurs, comme la charge du rseau, un dplacement rapide et soudain de lUE ou des perturbations lies lenvironnement (interfrences, obstacle mobile) peuvent provoquer une dgradation brutale des conditions et une rupture du lien radio avant que leNodeB ait pu dclencher un handover. Enfin, le paramtrage du rseau (seuils de handover notamment) est une opration dlicate qui peut ncessiter sur certains sites une priode dobserva-tion et doptimisation aprs le dploiement, priode pendant laquelle lUE peut tre expos des pertes de couverture en fonction de son dplacement.

Il est donc primordial de pouvoir rtablir une connexion RRC si celle-ci est provisoirement rompue du fait dune dgradation svre du lien radio. Une procdure a donc t dfinie, comme dans les systmes GSM et UMTS, pour que lUE recouvre cette connexion avec une cellule.

Nous dcrivons dans cette section les diffrentes tapes de ce mcanisme, savoir :1. la dtection dun problme sur le lien radio ;2. la procdure de rtablissement elle-mme.

Dans la suite, nous supposerons que lUE a tabli un bearer EPS avec le rseau. Une connexion RRC est donc tablie et la procdure de scurit a t effectue.

La dtection de la perte de lien radio

Lorsquune connexion radio est tablie avec leNodeB, lUE en surveille la qualit laide de mesures effectues par la couche physique et remontes la couche RRC aprs application dun filtre.

La couche RRC de lUE dtecte un problme sur la couche physique lorsquelle reoit de celle-ci Nindications successives de perte de synchronisation. Une temporisation RRC (que nous appellerons ici T1) est alors dmarre et nest arrte que si la couche physique remonte M indications conscu-tives de synchronisation avant que cette temporisation expire. Dans ce cas de figure, la couche RRC considre que la synchronisation est rtablie et ne lance aucune procdure particulire. En revanche, si la temporisation expire, ou si le nombre maximal de retransmissions RLC a t atteint, la couche RRC de lUE considre que le lien radio est dfaillant et dmarre alors la procdure de rtablissement de connexion RRC. Elle lance alors la temporisation T2. Si le rtablissement aboutit avant lexpiration de T2, cette temporisation est arrte. Sinon, lUE passe en mode veille et le rta-blissement de la session est alors du ressort des couches suprieures, voire de lutilisateur.

Les valeurs N, M, T1 et T2 sont configures par loprateur et diffuses sur les Informations Systme de chaque cellule.


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Figure 19-8Les tapes dans la perte du lien radio

Le rtablissement de la connexion RRC

Lobjet de cette procdure est de rtablir la connexion RRC. Ceci implique dabord la reprise du radio bearer de signalisation SRB1, portant les messages RRC avant la procdure de scurit RRC et, ensuite, la ractivation de la scurit RRC. On notera que cette procdure est prvue pour permettre un rtablissement de la connexion radio sur la cellule source ou la cellule cible du handover, aprs un chec lors de laccs initial de lUE la cellule cible. Cette procdure ne peut en effet aboutir que lorsque la cellule slectionne par lUE a t pralablement prpare par leNodeB dorigine, cest--dire quelle a reu de celui-ci un ensemble dinformations sur lUE en prparation un handover.

Cette procdure est dcrite dans la suite de cette section et illustre par la figure 19-9. Ici, une inter-face X2 existe entre les deux eNodeB et le handover est donc prpar via cette interface.

Nous supposons que la temporisation T1 a expir (perte du lien radio) et que lUE na pas reu la commande de handover. LUE dclenche la temporisation de rtablissement T2 et procde la slection de cellule. Lorsquune cellule E-UTRAN ligible est slectionne, lUE arrte T2 et prpare le message RRC Connection Reestablishment Request. Si en revanche aucune cellule ligible E-UTRAN nest trouve, ou si lUE slectionne une cellule dune autre technologie daccs (GSM ou UMTS), il passe alors en mode veille et relche tous les radio bearers tablis en LTE.

Dans le message RRC Connection Reestablishment Request, lUE indique notamment :

son identifiant C-RNTI utilis dans la cellule dorigine ;

lidentifiant physique de la cellule dorigine (PCI) ;

un code didentification appel Short MAC-I.

Les deux premiers paramtres permettent leNodeB contrlant la cellule accde de retrouver le contexte de lUE. Le cas chant, leNodeB vrifie que le code didentification Short MAC-I fourni par lUE correspond celui reu de leNodeB dorigine avec le contexte de lUE, lors de la prpa-ration du handover.

En effet, lors de cette prparation, leNodeB dorigine ne fournit pas les cls RRC de lUE utilises pour la protection de lintgrit et le chiffrement des messages RRC, mais uniquement le paramtre Short MAC-I quil a calcul laide de ces cls (voir le chapitre 20). LUE procde au mme calcul


au moment daccder la cellule. Le message RRC Connection Reestablishment Request nest donc pas protg en intgrit, ni mme chiffr, et lidentification fiable nest rendue possible que par la vrification de ce code. Sans cette identification scurise, un UE malveillant pourrait mettre fin lappel de lUE auquel le CRNTI est attribu, en initiant une procdure de rtablissement sur une cellule voisine.

Figure 19-9Cinmatique pour le rtablissement de la connexion RRC

Ce message est alors transmis la couche MAC de lUE, qui dmarre une procdure daccs alatoire pour lenvoyer leNodeB, comme dans le cas dune procdure dtablissement de connexion RRC.


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Lors de cette procdure daccs alatoire, un nouveau C-RNTI est allou lUE par la cellule darrive. LUE reoit en retour le message RRC Connection Reestablishment, laide duquel il drive les nouvelles cls de chiffrement et dintgrit RRC. Tous les messages suivants sont alors protgs en intgrit et chiffrs laide de ces cls, avec les algorithmes de chiffrement et dint-grit utiliss dans la cellule dorigine. La cl de chiffrement du plan usager est galement calcule par lUE la rception de ce message. partir de ce moment, la scurit entre lUE et leNodeB est donc rtablie. Ce dernier peut maintenant procder au rtablissement des radio bearers de donnes, via la procdure de reconfiguration de la connexion RRC. Le basculement du plan usager vers leNodeB cible est alors demand par leNodeB source au MME et suit le mme mcanisme que pour un handover.

Vitesse de dplacement et mobilit

En mode connect, un ajustement peut tre effectu en fonction de la vitesse de lUE sur la rapidit de dtection dun vnement particulier. Dans ce cas, lUE modifie la dure de validation du critre associ lvnement, appele time-to-trigger, selon sa vitesse de dplacement.

Il value sa vitesse en comptant le nombre de handovers raliss dans un intervalle de temps donn et, selon le rsultat et la configuration indique par leNodeB, il considre quil volue une vitesse faible, moyenne ou leve. Il ajuste alors le paramtre time-to-trigger dun coefficient associ cette vitesse et fourni par leNodeB. Le mcanisme est donc identique celui utilis en mode veille (voir le chapitre 18), la seule diffrence portant sur le paramtre affect, time-to-trigger tant lquivalent en mode connect de Treselection. Les paramtres ncessaires la dtection de la vitesse de dplacement (dure dvaluation, nombre de handovers pour chaque niveau de vitesse) et ladaptation du time-to-trigger (coefficient pour chaque niveau de vitesse) sont indiqus par leNodeB dans le message RRC Connection Reconfiguration, typiquement lors de la configuration des vnements de mesure. Cependant, ce mcanisme est optionnel pour leNodeB et loprateur peut faire le choix de ne pas lutiliser.

La mobilit intersystme en appel

Principes gnraux

De faon gnrale, la mobilit intersystme peut suivre les mmes schmas que la mobilit intra-systme, cest--dire handover (avec ou sans mesures), redirection et reslection. Cependant, en cas de handover, ce dernier sera toujours effectu avec une rupture du lien radio. En effet, le mca-nisme de soft handover nest dfini quen UMTS et est possible uniquement entre stations de base de la mme technologie radio. Par ailleurs, un principe gnral adopt par le 3GPP pour la dfini-tion des procdures de handover en appel est que le systme source sadapte au systme cible : cela signifie par exemple que, lors dun handover LTE vers UMTS, les messages changs entre les nuds des deux systmes suivent la syntaxe et le protocole du systme UMTS.

Ce principe est essentiel dans la perspective du dploiement dune nouvelle technologie de rseau mobile. En effet, le dploiement dun tel rseau se faisant progressivement, les zones couvertes par


ce nouveau systme sont habituellement limites aux grands centres urbains dans un premier temps et des surfaces gographiques limites de faon gnrale. Cela implique, pour une technologie dite mobile, de mettre en place ds le dbut des mcanismes de continuit de service depuis le nouveau rseau vers le rseau existant, a minima pour les services interactifs ou conversationnels (appels voix et vido, streaming par exemple). Les oprateurs cherchent alors viter des modifica-tions sur la technologie de rseau existante pour limiter les investissements sur une technologie non prenne. Ainsi, il est primordial que la continuit de service vers le rseau existant soit assure sans faire voluer ce dernier de faon significative. Cest une condition dterminante pour lacceptation de la nouvelle technologie.

De faon similaire, lintrt des oprateurs est que la mobilit vers le nouveau systme, qui suit aussi le principe nonc ci-dessus, soit conue de faon ce que les changements sur le systme existant, invitables, soient limits et simples. Par exemple, les modifications sur la partie UMTS de lUE pour permettre le handover vers le LTE doivent tre minimales.

Un autre point important dans le handover intersystme est que le systme source transmet les capa-cits de lUE au systme cible. Elles sont en effet utilises par ce dernier pour prparer une configu-ration adapte ces capacits (configuration radio, de scurit, de mesure) avant larrive de lUE sur la cellule.

Mcanismes utiliss en LTE

Rappelons que le systme LTE/EPC a t conu pour utiliser larchitecture de service IMS, entire-ment base sur le protocole IP : cela signifie que tous les services, y compris ceux de type conversa-tionnel (voix, visiophonie), sont destins tre ports de bout-en-bout par ce protocole (VoIP pour la voix). Le handover en mode paquet est donc la procdure adquate pour basculer un appel VoIP entre les systmes LTE et UMTS tout en le maintenant sur lIMS pour la signalisation.

Cependant, lors de la dfinition des systmes LTE/EPC, certains oprateurs ont souhait permettre une mobilit vers le mode circuit de lUMTS, afin de ne pas avoir dployer une infrastructure IMS ds le dploiement de leur rseau LTE/EPC. Cela a conduit la dfinition de la procdure CS Fallback, qui transfre un appel VoIP en LTE vers la technologie la plus utilise en UMTS ou en GSM/GPRS pour la voix : le mode circuit (CS).

Plusieurs mcanismes de mobilit en mode connect ont t dfinis pour couvrir diffrents cas dusages (voix, donnes) et de dploiement.

Handover en mode paquet (PS handover, pour Packet-Switched handover), similaire au mca-nisme existant entre 3G et 2G pour la continuit des sessions de donnes, qui peut tre utilis pour la mobilit entre le LTE et le domaine PS des technologies 3G et 2G.

Handover de type paquet vers circuit (SR-VCC pour Single Radio Voice Call Continuity), trans-frant un appel VoIP en LTE vers le domaine CS de la 3G ou de la 2G.

Reslection commande par la station de base (Cell Change Order). Elle peut tre utilise dans certaines configurations, entre LTE et GPRS notamment, lors de sessions de donnes, la place du PS handover, dont la mise en uvre est plus complexe (voir la section Cell Change Order et redirection , p. 427). Comme le handover, elle peut tre prcde de mesures sur la RAT cible.


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Redirection lors de ltablissement ou de la relche de la connexion RRC, similaire la redirec-tion existant en UMTS. Ce mcanisme peut tre utilis en LTE par exemple lors dune procdure de CS Fallback (voir la section Le mcanisme CS Fallback , p. 432) pour renvoyer lUE en 3G ou en 2G afin quil puisse y tablir un appel voix sur le domaine CS.

Lintrt et la mise en uvre effective de tel ou tel mcanisme dpend de la configuration du rseau existant de loprateur (par exemple en fonction de lexistence et la couverture du rseau UMTS et/ou des services proposs sur le rseau GSM/GPRS) et de sa stratgie (selon son choix ou non dinvestir dans le rseau GSM/GPRS, la nature des premiers terminaux LTE etc.).

Mobilit entre les systmes LTE et UMTS

Les mcanismes de mobilit existant entre lUMTS et le LTE sont rsums par le schma suivant. On voit que seul le handover permet de rester dans ltat connect sur le systme cible, tandis que la redirection est possible, dans un sens comme dans lautre. Ces mcanismes sont dcrits dans la suite de ce chapitre, tandis que la reslection a t dcrite dans le chapitre 18.

Figure 19-10tats RRC et mobilit entre les systmes UMTS et LTE

Mobilit entre les systmes LTE et GSM/GPRS

Les mcanismes de mobilit en mode connect dfinis en Release 8 entre les systmes LTE et GSM/GPRS sont :

pour la mobilit du LTE vers le GSM/GPRS : PS Handover ; SR-VCC (appel voix) ; redirection de type Cell Change Order.

pour la mobilit du GPRS vers le LTE : PS Handover ; reslection autonome en mode connect GPRS (Packet Transfer Mode) ; redirection de type Cell Changer Order.


La figure suivante reprsente les mcanismes et les transitions dtats associes entre LTE et GSM/GPRS.

Figure 19-11tats RRC et mobilit entre les systmes GSM/GPRS et LTE

Handover LTE vers UMTSCette section dcrit la procdure de handover en mode paquet depuis le systme LTE vers le systme UMTS. En particulier, les tapes suivantes sont prsentes : les mesures ; la prparation du handover ; lexcution du handover ; lchec du handover : sur quel critre et quel comportement de lUE.

Comme nous lavons voqu plus haut, ce handover en mode paquet est essentiel pour assurer une vritable continuit de service lors du dploiement dun rseau LTE, puisquil sagit du seul mca-nisme de mobilit comprenant une phase de prparation.

La prise en charge de cette procdure par lUE est optionnelle et est indique dans les capacits que lUE communique au rseau lors de son attachement (voir le chapitre 16).

Au cours de cette procdure, le plan usager bascule de la configuration 1 la configuration 2 ci-aprs, dfinies en termes dquipements mis en jeu :1. en LTE : P-GW S-GW eNodeB UE ;2. en UMTS : P-GW S-GW SGSN (si le Direct Tunnel nest pas utilis, voir la section

Mcanismes de Direct Forwarding et de Direct Tunnel , p. 421) RNC UE.

De mme, le plan de contrle entre lUE et le rseau volue :

1. en LTE : MME eNodeB UE ;2. en UMTS : SGSN RNC UE.

LeNodeB nest pas mentionn dans les chanes UMTS, car son rle est identique vis--vis des plan de contrle et plan usager UE rseau.


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Mesures

Une liste des cellules voisines UMTS et GSM

Si lUE na pas besoin de recevoir de liste de cellules pour raliser des mesures sur les cellules voisines LTE, il nen est pas de mme pour les mesures intersystmes. En effet, la norme 3GPP prvoit que lUE reoit de leNodeB une liste complte de cellules voisines UMTS et/ou GSM et quil peut effectuer des mesures uniquement sur ces cellules. La principale raison de cette diff-rence entre les cas intra et intersystmes est que la dtection autonome de cellule, prvue dans les spcifications UMTS, na pas ou trs peu t utilise en UMTS et par consquent na t que peu teste voire peu mise en uvre au sein des terminaux. Constructeurs et oprateurs tant soucieux de rutiliser au maximum limplmentation UMTS existante pour la partie UMTS des terminaux LTE, afin dacclrer larrive de ces terminaux et de limiter leur cot, il a t dcid de conserver le mode de mesure existant, base sur une liste de cellules voisines fournie par le rseau.

Activation et remonte des mesures

La configuration des mesures intersystmes et des intervalles de mesure ventuels est dcide par leNodeB, le plus souvent sur un critre de niveau de signal (RSRP) remont par lUE. En effet, lorsque lUE na plus dans son voisinage de cellule LTE suffisamment bonne pour y basculer, le niveau du signal radio reu par lUE sur la cellule serveuse peut continuer se dgrader sans que leNodeB puisse dclencher de handover intra-LTE, jusqu la rupture du lien. Un seuil absolu de ce niveau RSRP est de ce fait associ un vnement dclenchant la configuration de mesures intersystmes. Si lUE remonte des mesures priodiques, ce seuil est configur au sein de leNodeB. On notera que si lUE a besoin dintervalles de mesure pour raliser des mesures inter-RAT, il neffectuera pas ces mesures tant que ces intervalles ne seront pas configurs par leNodeB, mme si les mesures sont configures et si le RSRP est infrieur au seuil s-Measure. Ce mcanisme est similaire celui dcrit la section Configuration et remonte des mesures (p. 401) pour le dclenchement des mesures interfrquences. Lvnement de type le RSRP de la cellule serveuse est infrieur un seuil (appel vnement A2 dans [3GPP TS 36.331]) peut par exemple tre utilis.

La configuration des mesures et des intervalles peut tre ralise dans la mme procdure, par lenvoi du message RRC Connection Reconfiguration, qui indique notamment lUE lobjet de la mesure inter-RAT (cest--dire la liste des cellules UMTS dans le cas prsent), le mode de remonte (sur vnement, priodique) et enfin la quantit mesure sur ces cellules UMTS (soit le RSCP, quivalent du RSRP, soit le rapport signal sur bruit Ec/No du canal pilote).

Un exemple de configuration est donn sur la figure suivante. Deux frquences porteuses UMTS sont indiques comme objet de mesure, portant chacune trois cellules identifies par leur code dembrouillage (Scrambling Code en anglais). Par ailleurs, deux configurations de remonte sont fournies lUE (priodique et sur vnement). Dans le message RRC de configuration, leNodeB indique lUE trois configurations de mesures, correspondant chacune un couple {objet de mesure, configuration de remonte}. On voit que pour la frquence porteuse UMTS f2, deux confi-gurations de mesures existent : lune avec une configuration de remonte sur vnement, lautre avec une remonte priodique.


Figure 19-12Exemple de configuration de mesures sur la RAT UMTS en LTE

On notera cependant que leNodeB peut utiliser plusieurs critres pour dcider du dclenchement du handover, lalgorithme de dcision tant du ressort de limplmentation de la partie RRM (voir le chapitre 2). Il nest en effet pas dfini dans les spcifications 3GPP, qui fournissent des outils associs aux interfaces normalises (comme les lments ci-dessus) et il constitue un lment cl de diffrenciation pour les constructeurs.

Intervalles de mesure et capacits de lUE

Le mode compress mis en uvre en UMTS nest pas ncessaire en LTE, puisque les UE sont multiplexs par leNodeB dans le domaine temporel (et frquentiel) : leNodeB peut donc sarranger pour ne pas envoyer de donnes pendant des intervalles de temps que lUE utilise pour raliser les mesures attendues sur les cellules voisines UMTS. La ralisation des mesures intersys-tmes implique donc, pour lUE ne disposant pas de deux chanes compltes de rception, une inte-raction avec les oprations de scheduling (voir le chapitre 10). LeNodeB doit donc amnager des intervalles de temps suffisants pour que lUE puisse mesurer les cellules indiques en respectant les exigences de performance dfinies par le 3GPP, mais pas trop longs pour limiter leffet sur lexp-rience de lutilisateur (dbit utile et latence notamment).

Un avantage notable de ces intervalles de mesure par rapport au mode compress de lUMTS est quils nengendrent pas directement dinterfrences sur la cellule, dans les sens montant et descen-dant.

LUE indique dans ses capacits radio (UE radio access capabilities) sil a besoin dintervalles pour mesurer des cellules UMTS, pour chaque combinaison de bande LTE et UMTS. Par exemple, si lUE gre les bandes I (2,1 GHz) et VIII (900 MHz) en UMTS, ainsi que les bandes VII (2,6 GHz) et XX (800 MHz) en LTE, il devra ainsi prciser dans ses UE radio access capabili-ties sil a besoin dintervalles amnags pour mesurer :

des cellules UMTS sur la bande I, alors quil est en LTE sur la bande VII ;

des cellules UMTS sur la bande VIII, alors quil est en LTE sur la bande VII ;

des cellules UMTS sur la bande I, alors quil est en LTE sur la bande XX ;

des cellules UMTS sur la bande VIII, alors quil est en LTE sur la bande XX.


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Ce besoin dintervalles est intimement li limplmentation de la chane de rception radio de lUE et en particulier aux duplexeurs utiliss pour sparer en rception les signaux des diffrentes bandes de frquences.

Prparation du handover

Cette section dcrit en dtail la phase de prparation du handover, sur dcision de leNodeB lorsque les critres de dclenchement sont vrifis. Dans la plupart des cas, ce handover est dmarr suite la rception dun vnement spcifique (voir la section prcdente) et/ou de mesures remontes par lUE. Cependant, dautres facteurs peuvent dclencher un tel mcanisme, par exemple un tat de congestion sur la cellule LTE serveuse et ses voisines immdiates.

Cette phase de prparation implique lUE, leNodeB, le RNC cible et le cur de rseau LTE et UMTS, la fois pour la gestion du plan de contrle (signalisation) et pour celle du plan usager (donnes). lissue de cette phase, le RNC et le SGSN sont informs de larrive de lUE et prpars le recevoir.

Les tapes de cette phase sont dcrites ci-aprs, les numros correspondant ceux indiqus sur la figure suivante.

1. En premier lieu, leNodeB dcide de dclencher un handover vers une cellule UMTS. Un plan usager existe dans les sens montant et descendant pour le transfert de donnes, qui implique lexistence des lments suivants : radio bearer(s) entre lUE et leNodeB, tunnels GTP entre leNodeB, la S-GW et la P-GW.

2. LeNodeB envoie le message S1-AP Handover Required au MME pour quil demande des ressources au RNC cible, au SGSN et la S-GW cible, si celle-ci change.Ce message indique notamment : le type de handover, "LTE-to-UTRAN" ici, permettant au MME de savoir quel protocole

suivre pour la formation du message suivant (vers le SGSN dans le cas prsent) ; la cause de cette procdure, qui indiquera Handover desirable for radio reasons dans le

cas dun handover dclench par les conditions radio ; lidentifiant Target ID de la cible, qui contient lidentifiant du RNC, de la zone de localisa-

tion (LAI) et de la zone de routage (RAI), et que le MME transmettra ensuite au SGSN ; lindication si un chemin est disponible pour effectuer du Direct Forwarding (voir la section

Mcanismes de Direct Forwarding et de Direct Tunnel , p. 421) vers le RNC ; le bloc transparent Source to Target RNC Transparent Container. Ce bloc suit le protocole

UMTS RANAP (entre RNC et rseau cur) et est format comme sil sagissait dun handover entre deux RNC, leNodeB jouant ainsi le rle du RNC source, conformment au principe nonc plus haut la source sadapte la cible . En outre, il est transparent pour le rseau cur, cest--dire quil nest pas interprt par le MME ou le SGSN, mais est insr par ces nuds dans les messages ultrieurs pour tre transmis tel quel au RNC cible. Il fournit notamment lidentifiant de la cellule cible et un conteneur RRC, destin la couche RRC du RNC et qui contient les capacits radio de lUE pour les deux systmes (UMTS et LTE). Les capacits LTE sont utiles dans la perspective dun handover ultrieur vers le LTE ; elles seront alors fournies leNodeB par le RNC de faon similaire.


Les lments de scurit (cls et algorithmes) seront fournis au RNC par le SGSN, aprs driva-tion des cls UMTS CK et IK par le MME (voir les tapes 3 et 4).

3. Le MME associe chaque contexte de bearer EPS un contexte PDP (quivalent en UMTS) ainsi que des paramtres de QoS : les paramtres de QoS EPC sont traduits en paramtres de QoS UMTS selon la correspondance dfinie par [3GPP TS 23.401]. Le MME envoie alors un message Forward Relocation Request au SGSN, contenant notamment lIMSI de labonn, le ou les contexte(s) PDP, lidentifiant Target ID fourni par leNodeB, le bloc Source RNC to Target RNC Transparent Container, les cls CK/IK et ses propres coordonnes (adresse et point de terminaison) pour lchange de signalisation avec le SGSN. Le MME peut dterminer le SGSN cible partir de la zone de routage du domaine paquet (RA) incluse dans le paramtre Target ID. Le MME informe galement le SGSN dans ce message si le Direct Forwarding est utilis pour le transfert de donnes. On notera que, si lUE a un bearer ddi actif, celui-ci sera dclin en UMTS sous la forme dun contexte PDP secondaire (Secondary PDP Context), qui-valent du contexte EPS ddi dfini en LTE. Le maintien de ce bearer ddi lors dune mobilit vers lUMTS implique donc la prise en charge de la fonctionnalit Secondary PDP Context par le rseau UMTS et par lUE.

Figure 19-13Cinmatique pour la phase de prparation du handover LTE vers UMTS (pas de changement de S-GW)

4. Le SGSN dtermine si une S-GW diffrente doit tre utilise (par exemple en cas de change-ment de PLMN). Nous supposerons ici que la mme S-GW est utilise. On notera que mme si


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la S-GW change, elle reste le point dancrage du plan usager pour lUE. Le SGSN vrifie quil peut accueillir le ou les RAB demand(s) (contrle dadmission). Le cas chant, il demande son tour au RNC cible dtablir les ressources pour les Radio Acces Bearers correspondant aux contextes PDP qui doivent tre maintenus en UMTS, par lenvoi du message RANAP Reloca-tion Request. Ce dernier contient notamment les donnes de scurit, les paramtres du ou des RAB (un RAB par contexte PDP), le bloc Source RNC to Target RNC Transparent Containeret lidentifiant de labonn (IMSI). On notera que le SGSN peut rduire la QoS associe un RAB par rapport celle indique par le MME, en fonction de ses capacits propres et de sa charge. Lenvoi des cls de scurit UMTS au RNC par le SGSN vite deffectuer une authen-tification UMTS AKA larrive de lUE sur la cellule UMTS et donc acclre la reprise du transfert de donnes.

5. Le RNC alloue les ressources logiques, radio et rseau pour les RAB et radio bearers quil peut tablir, lissue du contrle dadmission. Il retourne alors au SGSN dans le message RANAP Relocation Request Acknowledge la liste de ces RAB qui peuvent tre maintenus. En outre, il insre dans ce message le bloc Target RNC to Source RNC Transparent Container, destin leNodeB (qui opre comme le RNC source ici) et qui nest ensuite modifi ni par le SGSN ni par le MME. Ce bloc contient en fait le message RRC Handover to UTRAN Command, destin lUE, qui prcise lalgorithme de chiffrement UMTS choisi, la configuration de la connexion RRC et les paramtres des radio bearers tablis par le RNC, dont lUE a besoin lors de son accs la cellule UMTS. partir de ce moment, le RNC doit tre prt recevoir des paquets de donnes destination de lUE.

6. Le SGSN traite ce message du RNC et transmet au MME le message Forward Relocation Response, qui contient le bloc transparent fourni par le RNC. Si le mode Direct Forwardingnest pas utilis, le SGSN indique galement dans ce message les coordonnes du tunnel GTP avec la S-GW (adresse IP et point de terminaison GTP) : si le mode Direct Tunnel est employ, ces coordonnes correspondent une terminaison de tunnel sur le RNC, sinon, sur le SGSN.

Nous supposons que le mcanisme Direct Forwarding est utilis pour le transfert des donnes entre leNodeB et le RNC. Si ce nest pas le cas, le MME indique la S-GW, sur rception de la rponse du SGSN, les coordonnes communiques par ce dernier pour le tunnel GTP et les iden-tifiants des bearers EPS concerns afin de permettre la S-GW de transfrer les donnes au SGSN.

Mcanismes de Direct Forwarding et de Direct Tunnel

Deux mcanismes complmentaires peuvent tre utiliss pour acclrer lenvoi des donnes du plan usager au RNC :

lun pour le transfert des donnes dj reues, de leNodeB vers le RNC lors du handover uniquement (Direct Forwarding) ;

le second, plus gnral, pour la transmission directe des donnes depuis le GGSN ou la S-GW au RNC (Direct Tunnel), ds quun service implique un transfert de donnes vers lUE.

Ces mcanismes sont illustrs par la figure suivante.


Figure 19-14Mcanismes Direct Forwarding et Direct Tunnel

Le mcanisme Direct Forwarding dsigne ainsi le transfert de donnes du plan usager pendant le handover, directement de leNodeB vers le RNC cible, sans transiter par la ou les S-GW. Dans le cas contraire (Indirect Forwarding), ces donnes sont dabord envoyes par leNodeB la S-GW. Ensuite, cette dernire transmet les donnes soit au SGSN, qui les envoie lui-mme au RNC, soit directement au RNC si le mcanisme Direct Tunnel est utilis, via un tunnel GTP entre la S-GW et le RNC. Ce mcanisme peut dj tre mis en uvre en UMTS, entre le GGSN et le RNC, afin de rduire la latence des donnes et de diminuer la charge du SGSN. Ce tunnel, sil est utilis, est maintenu pour la suite de lappel et jusqu sa relche.

En LTE, la sparation des plans de donnes et de contrle dans le rseau cur implique que les donnes sont toujours transmises par la S-GW leNodeB et inversement, sans jamais transiter par le MME.

On voit sur la figure que le tunnel (direct ou indirect) sert toujours dlivrer au RNC les donnes issues de la P-GW, mais quil peut tre utilis galement pour transmettre les donnes envoyes par leNodeB la S-GW dans le cas dun mode Indirect Forwarding (flche noire en pointills longs).

Excution du handover

ce moment de la procdure, leNodeB continue de recevoir des units de donnes sur le plan usager, de la part de la S-GW (sens descendant) et de la part de lUE (sens montant). Le transfert de donnes vers le RNC na pas commenc et leNodeB na pas encore command lUE de basculer sur la cellule cible : il attend pour cela la rponse du RNC cible, qui est transmise par le MME. Celle-ci indiquera leNodeB si le handover est possible et dclenchera lenvoi par leNodeB lUE de la commande de bascule. Ds quil aura donn cet ordre lUE, leNodeB pourra dmarrer le transfert vers le RNC des donnes reues de la S-GW et non transmises lUE, suivant le schma


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de transfert permis par le rseau. Les donnes de lUE reues par leNodeB seront quant elles toujours transmises la S-GW.

Laccs de lUE la cellule cible dclenchera dabord le basculement effectif du plan de donnes sur le rseau UMTS (la S-GW envoie alors les donnes au SGSN, ou directement au RNC), ainsi que la relche des ressources et de la session dans le rseau LTE (eNodeB, MME, S-GW). Le handover sachve lorsque leNodeB a transfr toutes les donnes quil a en mmoire.

Dans cette phase dexcution, ltape la plus critique est la bascule radio de lUE, du fait du risque dchec et de leffet de sa dure sur la qualit de lexprience utilisateur. Dune part, il est possible que lUE ne reoive pas le message de commande, du fait dune dgradation (ou dune rupture) du lien radio sur la cellule LTE. Si le lien continue de se dgrader, lappel en cours est interrompu. Dautre part, la rception par lUE de la cellule UMTS a pu elle aussi voluer, rendant plus difficile laccs de lUE aux ressources de la cellule. Ces deux phnomnes peuvent simplement tre provo-qus par le dplacement de lutilisateur (par exemple le passage dun angle de rue), ou par lvolu-tion de son environnement (cas dobstacles mobiles). Par ailleurs, le service en cours est interrompu pendant une dure au moins gale celle de cette bascule, do limportance de sa dure. Selon le service utilis, leffet sur lexprience de lutilisateur sera plus ou moins important : il peut tre imperceptible entre deux messages de chat par exemple. Le transfert des donnes de leNodeB au RNC pendant cette priode vise rduire linterruption du service, en permettant au RNC denvoyer des donnes lUE ds son accs sur la cellule UMTS.

Les diffrentes tapes de la phase dexcution du handover sont dcrites plus en dtail, les numros des tapes correspondant ceux indiqus sur la figure 19-15.

1. Le MME envoie leNodeB le message S1-AP Handover Command, qui contient essentielle-ment le message RRC envoy par le RNC (Handover to UTRAN, voir la phase de prparation).

2. Sur rception de ce message, leNodeB envoie lUE le message RRC Mobility from E-UTRAN Command, dans lequel il insre le message RRC du RNC et indique lUE la cellule UMTS cible. LeNodeB peut ds lors dmarrer le transfert des donnes au RNC. Nous suppo-sons ici que le Direct Forwarding est utilis.

On notera que, la diffrence du handover intra-LTE, la couche PDCP est ici rinitialise et, par consquent, les numros de squence ventuellement attribus par leNodeB aux units de donnes PDCP ne sont pas conservs. Ceci implique que le RNC et lUE ne peuvent envoyer lun lautre de rapport de rception PDCP. En outre, la couche PDCP dlivre la couche suprieure, ds la commande de bascule, les SDU PDCP reues sur la cellule LTE, mme si la remise en squence ne peut tre assure (SDU intermdiaire non reue).

Pour le sens descendant, leNodeB peut transmettre au RNC les SDU PDCP quil na pas encore envoyes lUE, ou que ce dernier na pas acquittes (pour le mode RLC-AM unique-ment), afin de limiter les pertes de donnes lors du handover. Ainsi, ces units de donnes seront retransmises lUE par le RNC. Du fait de labsence de rapport de rception PDCP, il est possible en mode RLC-AM que lUE reoive et dlivre deux fois le mme paquet la couche IP (une fois sur la cellule LTE et une autre fois sur la cellule UMTS). On peut donc avoir des doublons dans le sens descendant, mais les pertes de donnes peuvent tre vites grce au transfert des donnes de leNodeB au RNC.


Figure 19-15Cinmatique de la phase dexcution du handover LTE vers UMTS (pas de changement de S-GW)

Pour le sens montant, lUE considre les units de donnes PDCP dj transmises comme reues par leNodeB. Cela constitue donc une diffrence avec le comportement de leNodeB, qui peut transfrer au RNC les donnes non acquittes. De ce fait, des pertes de donnes peuvent survenir dans le sens montant. Il sera du ressort des couches suprieures de les corriger si besoin. En revanche, ce comportement vite des doublons dans le sens montant.Ainsi, des doublons et des pertes de paquets peuvent avoir lieu lors du handover LTE vers UMTS, alors quils sont vits lors dun handover intra-LTE.

3. LUE suspend le transfert de donnes sur la cellule LTE et bascule sur la cellule indique, sans acquitter la rception des units RLC leNodeB. LUE recherche la cellule UMTS, rcupre les Informations Systme diffuses par la cellule et ncessaires son accs, puis transmet au RNC le message RRC Handover To UTRAN Complete sur les ressources de la cellule qui lui ont t alloues. Ce message signale au RNC que lUE a russi accder ces ressources et que le plan usager dans le rseau peut tre son tour bascul vers la cellule UMTS, afin de dli-vrer lUE les nouvelles donnes reues par la S-GW. Le RNC peut alors commencer envoyer des donnes lUE, mme si le transfert des donnes par leNodeB nest pas termin.


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De mme, lUE peut son tour transmettre des donnes sur le ou les radio bearer(s) tabli(s), en commenant par le premier paquet IP qui na pas encore t transmis.

4. Le RNC informe alors le SGSN de larrive de lUE par le message RANAP Relocation Complete. partir de ce moment, le SGSN doit accepter les donnes envoyes par le RNC pour cet UE (sens montant) et les transmettre immdiatement la S-GW. Le SGSN informe le MME du succs de la procdure, ce qui conduira la relche des ressources associes lUE dans le MME et leNodeB.

5. Le SGSN contacte ensuite la S-GW pour lui demander de basculer le flux de donnes : celles-ci ne doivent plus tre envoyes leNodeB mais au RNC si le mcanisme Direct Tunnel est utilis, au SGSN sinon. Dans le cas dun tunnel direct, le SGSN indique ladresse IP et le point de termi-naison sur le RNC pour chaque bearer maintenu. Sur rception de ce message, la S-GW met jour sa table de routage et oriente les donnes destines lUE vers le RNC. La S-GW peut informer la P-GW du changement de RAT, en envoyant le message Modify Bearer Request.Aprs ltape 5, le plan usager est bascul et implique lUE, lUTRAN, la S-GW, la P-GW et ventuellement le SGSN si un tunnel direct nest pas employ.

chec du handover

Si lUE ne parvient pas tablir la connexion RRC sur la cellule UMTS, il doit revenir sur la cellule LTE et appliquer la configuration utilise avant lordre de handover, lexception de la configura-tion des couches PHY et MAC, et entamer une procdure de rtablissement RRC (voir la section Les performances de lUE en handover , p. 428).

Cependant, le handover LTE vers UMTS nest pas gouvern par une temporisation, la diffrence du handover intra-LTE : lUE ne dmarre aucune temporisation la rception de la commande de handover par leNodeB. Par consquent, le dlai daccs la cellule UMTS que sautorise lUE peut varier dune implmentation lautre. Lorsque leNodeB dtecte le retour de lUE, il annule la proc-dure de handover en cours dans le rseau par lenvoi au MME du message S1-AP Handover Cancel.

Handover du LTE vers le GSM/GPRS

Cette section prsente le mcanisme de handover PS du systme LTE vers le systme GSM/GPRS, qui vise assurer une continuit de service de donnes entre les deux systmes, par exemple lorsque lutilisateur quitte la zone de couverture LTE et que loprateur ne dtient pas de rseau UMTS.

Si loprateur dtient un rseau GSM/GPRS et UMTS, il peut choisir de privilgier le handover vers lUMTS afin de maintenir un dbit et une exprience meilleurs pour lutilisateur, mais aussi pour conserver un appel voix en VoIP si son rseau UMTS en est capable et viter ainsi une proc-dure de transfert vers le domaine circuit (SR-VCC, voir la section Le transfert dappel VoIP vers le domaine CS : SR-VCC , p. 435). Dans ce cas, et si la couverture UMTS est satisfaisante, le handover vers le systme GSM/GPRS peut ntre que trs rarement utilis. Loprateur fait parfois le choix de ne pas lactiver, ce qui limite les mesures intersystmes en LTE des cellules UMTS uniquement. Il est cependant possible que loprateur ne dispose pas dun rseau UMTS dans la zone o volue lutilisateur et ait alors besoin dutiliser ce handover localement.


Ce handover est trs semblable dans son droulement et les messages changs celui du LTE vers lUMTS. Les principales diffrences avec celui-ci sont : les cellules voisines GSM sont dsignes par leur frquence porteuse uniquement ; lutilisation de conteneurs transparents changs entre stations de base, qui suivent le formalisme

GSM ( la source sadapte la cible ) ;

la gestion des donnes du plan usager ; le mode daccs de lUE la cellule cible, qui suit la norme du systme GSM/GPRS.

Mesures

Pour valuer une cellule GSM, lUE mesure le niveau de signal reu sur la frquence porteuse GSM signale par leNodeB (une porteuse par cellule). Cette grandeur, appele RSSI pour Received Signal Strength Indication, indique la puissance mesure par le rcepteur radio du terminal sur lensemble de cette frquence GSM. Il faut rappeler que la planification cellulaire en GSM repose sur des frquences distinctes entre cellules voisines : une cellule GSM utilise une frquence porteuse qui ne peut tre utilise par ses voisines immdiates. Ainsi, cette mesure de RSSI sur une frquence porteuse est bien la mesure dune cellule, un endroit donn du rseau GSM.

Signalisation rseau et conteneurs

La phase de prparation suit les mmes tapes que pour le handover du LTE vers lUMTS. Les principales diffrences rsident dans le fait que leNodeB et le MME doivent utiliser le formalisme du GSM/GPRS. En particulier, le conteneur fourni par leNodeB au BSS est cod suivant le format utilis entre deux BSS pour un handover GSM. De mme, le message RRC envoy par le BSS leNodeB et destination de lUE est un message GSM, insr dans la commande de handover et interprt par la couche RRC GSM de lUE avant laccs la cellule cible.

Ce message contient galement des informations NAS insres la vole par le SGSN lorsquil reoit la rponse du BSS dans la phase de prparation et qui indiquent notamment lalgorithme de chiffrement choisi. En effet, en GPRS le chiffrement est ralis par la couche LLC entre lUE et le SGSN, et non entre lUE et la station de base, comme cest le cas en UMTS et en LTE.

Gestion du plan usager

la diffrence du RNC en UMTS, le BSS nutilise pas le protocole GTP pour le transfert des donnes du plan usager avec le SGSN. De ce fait, la notion de tunnel direct entre GGSN (ou P-GW en LTE/EPC) et BSS nexiste pas : ces donnes transitent ncessairement par le SGSN. Il en est donc de mme pour le transfert des donnes de leNodeB vers le BSS : en cas de transfert direct ct LTE (Direct Forwarding), les donnes transitent quand mme par le SGSN avant datteindre le BSS ; pour le transfert indirect, elles passent en outre par la S-GW.

Accs au rseau GSM/GPRS

Laccs de lUE la cellule GSM/GPRS est suivi immdiatement dun change de messages de la couche LLC entre lUE et le SGSN, notamment pour lactivation du chiffrement et la ngociation


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des paramtres de la liaison LLC (Logical Link Control, niveau 2). Comme en UMTS, cet change peut tre suivi dune procdure de mise jour de localisation (Routing Area Update) entre lUE et le SGSN, aprs laquelle lchange de donnes peut reprendre.

Cell Change Order et redirection

LeNodeB envoie parfois lUE vers une cellule GSM/GPRS laide dun mcanisme appel Cell Change Order. Ce mcanisme sapparente une redirection, la diffrence que lUE reste en mode connect lors de la bascule. LUE accde alors la cellule GSM/GPRS comme lors dune reslec-tion. Cette bascule est dclenche par lenvoi dun message Mobility from E-UTRAN Command de leNodeB lUE, qui indique le mcanisme Cell Change Order, ainsi que la frquence et lidenti-fiant physique de la cellule GSM. Pour acclrer laccs de lUE la cellule GSM, leNodeB peut fournir une partie des Informations Systme de cette cellule, ce qui vite lUE davoir les dcoder avant dengager la connexion RRC avec le BSS. Il sagit de la principale diffrence avec la redirection par relche de la connexion RRC, prsente ci-aprs.

Le principe de la redirection est en effet trs voisin du Cell Change Order. LeNodeB relche ici la connexion RRC avec lUE en lui indiquant la cellule GSM ou UMTS cible. LUE passe alors en mode veille et effectue une slection initiale de la cellule cible GSM ou UMTS. Ce mcanisme est typiquement utilis pour la procdure de CS Fallback (voir la section Le mcanisme CS Fall-back , p. 432). La redirection peut ainsi tre dclenche vers une cellule GSM ou une cellule UMTS, tandis que le Cell Change Order nest possible que vers une cellule GSM.

La figure suivante illustre les tapes de ces deux mcanismes.

Figure 19-16Mcanismes de Cell Change Order et de redirection vers une cellule GMS/GPRS


Les performances de lUE en handover

Cette section est ddie aux performances de lUE pour le handover. Les performances de lUE pour la reslection ont t abordes dans le chapitre 18.

Comme nous lavons vu, la procdure de handover est contrle par le rseau et lalgorithme de dcision rside dans leNodeB. On peut donc sattendre ce que la diffrence de comportement et les carts de performance entre des UE de constructeurs diffrents soient nettement moins marqus que pour la reslection. LUE ralise toujours des mesures, et donc leur justesse reste un point important, mais ces mesures sont ventuellement moyennes et corriges par leNodeB dans son traitement. En revanche, le dlai effectif de bascule radio est un point crucial, surtout dans un envi-ronnement radio perturb, et dpend entirement de lUE pour une configuration donne du rseau.

Pour le handover intra-LTE, les exigences de performance sur le dlai de bascule varient entre 20 et 130 ms, suivant le fait que lUE connat ou non la cellule cible. Par exemple, si lUE a mesur la cellule cible avant de recevoir lordre de bascule, lexigence de dlai sera de lordre de 20 50 ms. En revanche, pour un handover en aveugle (blind handover), lexigence est relche plus de 100 ms car lUE doit rechercher cette cellule avant dy accder.

Pour le handover intersystme, les exigences sur le dlai de bascule dpendent beaucoup de la configuration de la cellule cible. Par exemple, pour le handover vers lUMTS ce dlai maximal varie de 90 plus de 500 ms et cette plage est lie la priodicit des canaux logiques configurs pour lUE. Ce dlai est minimis lorsque tous ces canaux logiques (donnes et signalisation) sont ports par le HSPA. Ainsi, pour une mobilit de type SR-VCC, on comprend quil sera prfrable dutiliser sur la cellule cible les canaux de transport HSPA aux canaux DCH de la Release 99, afin de rduire ce dlai de bascule (via lutilisation de la fonction CS over HSPA, voir [CS over HSPA]).

La performance globale de lUE pour raliser les handovers est cependant issue dun compromis entre le cot final du produit, qui dpend notamment de la chane de rception radio, et son auto-nomie : un algorithme plus complexe demande plus doprations lmentaires, des mesures plus nombreuses impliquent que la chane de rception sera plus souvent allume.

La mobilit vers le systme LTE

Les mcanismes de mobilit de lUMTS vers le LTE

Le handover UMTS vers LTE

Le handover UMTS vers LTE peut tre ralis pour les appels sur le domaine PS de lUMTS, pour que lutilisateur bnficie dun dbit suprieur et dune latence rduite en LTE. Les appels voix tablis sur le domaine circuit (CS) ne peuvent tre basculs sur le systme LTE, dabord parce quil nexiste pas de tel domaine en LTE/EPC et ensuite parce que la procdure de transfert dappel CS vers VoIP nest pas dfinie en Release 8.

Cela tant, si le rseau LTE/EPC ne permet pas de raliser des appels VoIP, par choix de lopra-teur cette fois (pas dinfrastructure IMS dploye par exemple), les appels VoIP tablis en UMTS ne devront pas non plus tre envoys sur le systme LTE. On comprend quil est important que le


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systme UMTS sache sil peut basculer ou non un RAB vers le systme LTE. Cest le rle de lindi-cateur E-UTRAN Service Handover, grce auquel le rseau cur indique au RNC que le RAB ne doit pas tre bascul. Ce paramtre est par exemple signal lors de ltablissement dun RAB CS pour un appel voix, que loprateur souhaite maintenir en UMTS.

Le handover peut tre utilis lorsque lUE est dans ltat Cell_DCH (un des tats RRC du mode connect en UMTS). Dans les tats Cell_PCH et URA_PCH, lUE utilise la reslection de cellule, comme en mode veille. Dans ltat Cell_FACH, lUTRAN doit faire passer lUE ltat Cell_DCH avant deffectuer le handover. Ces tats UMTS sont dfinis dans [3GPP TS 25.331].

Mesures LTE et mode compress

Comme pour les mesures en mode veille, les cellules voisines LTE ne sont pas indiques indivi-duellement lUE lorsque le RNC lui demande de remonter des mesures de cellules LTE. Seule la frquence est fournie lUE, qui se dbrouille ensuite pour dtecter les cellules prsentes sur cette frquence dans lenvironnement de la cellule UMTS. Ce fonctionnement est donc identique au cas des mesures effectues en LTE sur des cellules voisines LTE.

Les UE LTE auront probablement besoin du mode compress pour effectuer des mesures sur des cellules LTE alors quils sont connects lUMTS. Cette adaptation de la trame radio est dj utilise aujourdhui par la grande majorit des UE UMTS pour raliser les mesures GSM ou UMTS interfrquences en appel. Il sagit donc surtout pour le RNC de sassurer que la dure et la frquence des intervalles sont suffisantes lUE pour dtecter des cellules LTE et les mesurer.

On peut sattendre ce que ces mesures LTE soient demandes lUE ds quil a une connexion RRC active sur une cellule UMTS en zone de couverture LTE. Le RNC peut en effet prendre comme critres pour faire cette d

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