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WG003407 3G到2G的切换 ISSUE1.0


课程 WG003407 3G到2G的切换 到 的切换 ISSUE 1.0

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目 录

目 录
课程说明 ..................................................................................................................................1
课程介绍 .......................................................................................................................................1 课程目标 .......................................................................................................................................1 相关资料 .......................................................................................................................................1

第 1 章 基本的切换流程 ............................................................................................................2
1.1 概述 ........................................................................................................................................2 1.2 切换流程 .................................................................................................................................2 1.2.1 UE 迁出 UTRAN ..........................................................................................................3 1.2.2 UE 迁入 BSS ...............................................................................................................3 1.3 3G 到 2G 系统间切换的消息适配 ...........................................................................................5 1.3.1 关于 classmark2 的填写 ..............................................................................................5 1.3.2 关于加密模式的填写 ....................................................................................................5 1.3.3 关于 SAI 的填写 ...........................................................................................................6 1.4 切换要求的数据配置 ..............................................................................................................6 1.4.1 3G MSC 需要增加的数据配置 .....................................................................................7 1.4.2 RNC 的数据配置 .........................................................................................................7

第 2 章 切换中的案例分析 ........................................................................................................8
2.1 概述 ........................................................................................................................................8 2.2 典型案例 .................................................................................................................................8 2.2.1 UE 向 RNC 上报 RRC_From_UTRAN_Fail ................................................................8

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课程说明

课程说明
课程介绍
本课程通过对 3G 到 2G 切换的基本的流程,切换的数据配置和典型问题的定 位方法的介绍,使学员对 3G 到 2G 的切换有一个整体的概念,并且能够通过 分析相关的协议和检查切换的数据配置对一些切换过程中可能出现的问题进 行解决。

课程目标
完成本课程学习,学员能够熟悉: 3G 到 2G 切换的流程 3G 到 2G 切换的数据的配置 常见的切换问题定位方法

相关资料
(1) (2) (3) 3GPP TS 24.008: “ Mobile radio interface layer 3 specification” 3GPP TS 25.413: “UTRAN Iu Interface RANAP Signalling” V3.9.0 3GPP TS 23.009: “Handover Procedures”

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第 1 章 基本的切换流程 带格式的: 字体: Arial 格式的

第1章 基本的切换流程 章
1.1 概述
切换过程是移动通讯区别于固定通讯的一个显著特征之一, 当 UE 使用的
小区或制式(FDD ,TDD)发生变化时, 我们就说 UE 发生了切换。切换是 移动的需要,切换的目的就是要确保 UE、MS 和网络侧的连接在移动的过程 中不被中断,不影响上层业务。通过切换可以使 UE、MS 接入信号质量较好 的小区提高服务质量。WCDMA 支持的切换包括软切换, 硬切换,和系统间 切换等。切换是由无线网络侧发起,具体来讲,2G 系统是由 BSC 发起,3G 系统是由 RNC 发起。虽然有些测试手机看似具有触发切换的功能,但实际上 是通过向网络侧伪造测量报告后触发网络发起切换。对于 3G 到 2G 的切换发 起过程描述如下:

图1-1 3G->2G 切换发起过程

其典型的过程是:测量控制—>测量报告->切换判决—>切换执行->新的测 量控制。

1.2 切换流程
WCDMA 支持 UE 在 UTRAN 和现存系统(如 GSM)之间进行切换,下面分 别分析 UE 迁入 BSS 和迁出 UTRAN 的两种情况,最后给出完整的局间 3G 到 2G 的切换流程图。

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第 1 章 基本的切换流程

1.2.1 UE 迁出 UTRAN
如前面概述所述,当 RNC 认为有必要时,可以首先进行测量控制,让 UE 进 行异系统测量,在信号比较好的时候,进行系统间切换。

UE

UTRAN

CN

1.RELOCATION REQUIRED 2. RELOCATION COMMAND 3.INTER-SYSTEM HANDOVER COMMAND

图1-2 迁出 UTRAN 流程图

信令流程描述: (1) (2) (3) UTRAN 向 CN(MSC SERVER)发 Relocation Required 消息,要求 CN(MSC Server)为系统间切换做好准备; CN(MSC SERVER)向 UTRAN 发 Relocation Command 消息, 表示 目标 BSS 已准备好了切换资源; UTRAN 向 UE 发送 Inter-System Handover Command 消息,要求 UE 进行系统间切换。 在 UE 进行系统间切换失败的时候, 会向 UTRAN 发送 Inter-System Handover Failure 消息,继续使用原来的信道。

1.2.2 UE 迁入 BSS

UE

BSS
1.HANDOVER REQUEST 2. HANDOVER REQUEST ACKNOWLEDGE

CN

3. HANDOVER TO BSS COMPLETE

4. HANDOVER COMPLETE

图1-3 迁入 BSS 流程图

具体流程如下:

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第 1 章 基本的切换流程

(1) (2)

CN(MSC Server)用 Handover Request 消息通知 BSS 有 UE 需要迁 入; BSS 在准备好资源之后, CN 向 (MSC SERVER) 发送 Handover Request Acknowledge 消息,在这条消息中包含着 Handover Command 消息, 由 MSC Server 把 Handover Command 消息发送给 BSS,再由 BSS 发 给 UE;

(3) (4)

UE 在成功接入 BSS 之后,向 BSS 发送 Handover Complete (To BSS) 消息。 表明切换流程结束。 BSS 发送 Handover Complete 消息给 MSC Server,

综上所述,我们可以总结 3G 到 2G 切换的局间和局内的切换流程如下:
UE/MS RNS-A
Iu-Relocation-Required A-Handover-Request A-Handover-Request-Ack Iu-Relocation-Command RRC-HO-Command A-Handover-Detect RI-HO-Complete A-Handover-Complete Iu-Release-Command Iu-Release-Complete RI-HO-Access

UE/MS 3G_MSC-A BSS-B

图1-4 3G->2G 的局内切换流程图

UE/MS/RNS-A 3G_MSC-A Iu-RELOCATIONREQUIRED MAP-Prep-Handover req. MSC-B

BSS-B/MS/UE VLR-B MAP-Allocate-Handover-Number req. A-HO-REQUEST A-HO-REQUEST-ACK MAP-Prep-Handover resp. IAM MAP-Send-Handover-Report resp. (1) MAP-Send-Handover-Report req.

Iu-RELOCATIONCOMMAND

ACM MAP-Process-Access-Sig req. A-HO-DETECT A-HO-COMPLETE

Iu-RELEASECMD/COM

MAP-Send-End-Signal req. ANSWER RELEASE MAP-Send-End-Signal resp.

End of call

图1-5 3G->2G 的局间切换流程图

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第 1 章 基本的切换流程

1.3 3G 到 2G 系统间切换的消息适配
对于 3G 到 2G 的切换,3G MSC 必须充分考虑兼容现网 2G 设备(绝大多数 为 R99 以前的版本)的各种特性。根据协议分析,发现在 2G MSC 不作升级 的情况下,除按 3GPP R99 协议,3G MSC 应作的适配外,仍应对 3G MSC 提出更多的特殊要求。 2G MSC 应发而未发给 3G MSC 的参数,要求由 3G MSC 在发给 RNC 的消息中补充完整。 避免 2G MSC 不识别不处理 3GMSC 发的切换消息带的 IE 而导致切换流 程中止,要求 3G MSC 不发送 2G MSC 不能识别的参数和 IE; 在这种原则下,我们对一些信元就要做特殊的处理。为了简化这种处理的复 杂性,因此在目标 LAI、GCI 表中增加了切换参数字段,指示该 BSC 在切换 时的具体情况,可以通过配置此切换参数来决定在切换到该 BSC 时应该带那 些参数。下面对几个常见的信元进行介绍。

1.3.1 关于 classmark2 的填写
要求: 要求 3G 到 2G 切换时,classmark2 的 RF 值修正到 0~5 范围之内 原因: 原因:classmark2 是 UE 在第一条直传消息(如 CM service Req,Paging Response) 中上报给 MSC。 在切换过程中, MSC 通过 Handover Request 3G 消息把 classmark2 信息, 传至 2G MSC, 并最终由 2G BSS 处理。 classmark2 的 RF 字段规定了 UE 的初始接入功率水平的不同等级。3G 终端 RF 的取值 是 0~7,2G 终端为 0~5,如果 2G BSS 发现 RF 字段的取值为 6、7,可能 拒绝 Handover Request 消息导致切换失败。因此 3G MSC 要对此参数进行 适配。

1.3.2 关于加密模式的填写
要求:WCDMA 系统是要求必须启动加密过程的。这样在系统间切换时,由 要求 于 2G 系统可能不启用加密的, MSC 在向 RNC 发送 Relocation Command 3G 消息中指示 UE 不加密 原因:目前的 2G 现网没有开启加密功能,此时在 BSS 向 2G MSC 发送 原因 Handover Request ACK 命令时将不携带 Chosen Encryption Algorithm IE 同 时在 L3 Information 中也不带 Cipher mode setting,导致手机不能够正确转 加密算法。故在 2G MSC 没有给出加密算法的情况下,3G MSC 要适配这情 况。

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第 1 章 基本的切换流程

1.3.3 关于 SAI 的填写
要求: 要求:3G MSC 收到含有 SAC 字段的源小区之后,能将源小区转化成不含有 SAC、仅含有 PLMNID、LAC、CI 等字段的格式,使 2G MSC 能够识别切换 用户的源小区。 原因: Relocation Required 消息中 3G 用户的源小区可表示为:source RNC 原因: ID+SAI,其中 SAI 为 Serving Area ID,用于标识某个位置区中的一个或几个 小 区 。 可 具 体 表 示 为 : SAI=PLMN ID(3oct)+LAC(2oct)+SAC(2oct)+extension。而 R99 以前版本中所定义的 源小区为:BSS ID+Cell Identifier,其中 Cell ID=CGI =PLMN ID+LAC+CI、 因此,为避免含有 SAC 的源小区不能被 2G MSC 识别而遭到丢弃,需要 3G LAC 的对应关系, 3G 源小区转化成不含有 SAC 将 MSC 根据 SAC 和 Cell ID、 的编码方式,并通过 Prepare Handover 消息通知 2G MSC。

1.4 切换要求的数据配置
为了实现 3G 到 2G 切换的完成,我们需要在 3G MSC 和 RNC 进行一些必要 的数据配置,使之支持 WCDMA->GSM 系统间切换。数据配置和切换发起的 关系是: (1) 增加 GSM 小区,配置以下信息: 移动国家码 MCC、移动网络码 MNC、 位置区码 LAC、GSM 小区标识 CELL ID、网络色码 NCC、基站色码 BCC、频段指示 FREQ_BAND、频点号 Frequency Number、小区独立 偏移 CIO。 (2) 配置 FACH 测量时机,FACH 测量时机中可配置是否进行异频 FDD 测 量,异频 TDD 测量和异系统测量,如需进行异系统切换,需在 FACH 测量时机中配置为启动异系统测量,否则 RNC 不会启动异系统测量控 制。 (3) UE 呼叫之后,如进入 WCDMA 系统覆盖边缘,发现 WCDMA 系统信号 逐步减弱后根据 RNC 下发的测量控制上报 2D 事件, 指示活动集质量变 差。 (4) RNC 对 GSM 邻区向 UE 下发异系统测量控制, 如 UE 只有一个收发信机, 则需要启动压缩模式才可以进行异系统测量控制,RNC 收到 2D 事件后 会启动物理信道重配置过程将异系统压缩模式参数配置给 UE,UE 在物 理信道重配置成功后回物理信道重配置完成消息。 (5) (6) RNC 向 UE 发送异系统测量控制消息,指示测量的 GSM 小区列表、测 量量、报告量以及测量报告标准。 UE 根据 RNC 测量控制信息对 GSM 小区进行测量之后上报异系统测量 报告,RNC 启动判决,发起 WCDMA=>GSM 切换过程
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第 1 章 基本的切换流程

1.4.1 3G MSC 需要增加的数据配置
(1) 1、在 3G MSC 位置区小区表增加 2G MSC 临近的位置区小区信息,

位置区 LAI 格式:MCC+MNC+LAC,位置区类别选择“LAI”,位置区类型 选择“临近 VLR 区域”,同时增加相应的 2G MSC/VLR 号码。 (2) (3) (4) 配置 MTP 层数据配置,保证 2G MSC 与 3G MSC 之间信令传输; 配置 SCCP 层数据配置, 配置 2G MSC 在 GT 表、 SCCP SSN 表及 SCCP DSP 表中的对应记录,保证局间 MAP 切换相关信令传输; 配置局间中继数据,和普通的数据配置相同。

1.4.2 RNC 的数据配置
(1) 增加 GSM 小区,配置以下信息: 移动国家码 MCC、移动网络码 MNC、 位置区码 LAC、GSM 小区标识 CELL ID、网络色码 NCC、基站色码 BCC、频段指示 FREQ_BAND、频点号 Frequency Number、小区独立 偏移 CIO. (2) 配置 FACH 测量时机,FACH 测量时机中可配置是否进行异频 FDD 测 量,异频 TDD 测量和异系统测量,如需进行异系统漫游,需在 FACH 测量时机中配置为启动异系统测量, 否则 SIB 11 中 RNC 不会下发 GSM 邻接小区信息. (3) (4) 配置 GSM 系统的 SsearchRAT(-16..10),-16 不进行 WCDMA=>GSM 漫 游,10 永远进行 WCDMA=>GSM 漫游. 配置这些信息之后,SIB 3 中发送 SsearchRAT,SIB11 中下发 GSM 邻 接小区信息.

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第 2 章 切换中的案例分析

第2章 切换中的案例分析 章
2.1 概述
对于 3G 到 2G 的切换, 最常见的失败就是 3G MSC 发送的消息信元, MSC 2G 识别不了,导致切换失败。从前面的所述我们可以了解到, 协议的规定是正确 的, 但协议的规定不是很完备, 即协议没有规定一种明确可行的办法来解决 3G->2G 的切换(且 2G_MSC 不升级),这就要设备商可以在满足协议的前提下, 自己找到解决这个问题的办法。

2.2 典型案例
2.2.1 UE 向 RNC 上报 RRC_From_UTRAN_Fail
1. 现象描述 切换流程在走到 RNC 向 UE 下发 Handover From Utran Command 消息后, UE 立即向 RNC 上报 RRC_From_UTRAN_Fail 消息, 失败原因值为:Protocol error unspecified, GSM 目标小区也没有检测到 UE 的接入信息, 此次切换到此 失败;但 UE 继续与 RNC 保持通话状态,UE 继续进行 2G 侧的 ID3 的测量, 时隔 5 秒后再次发起切换, 并以同样的原因失败。这个流程循环进行。 2. 定位过程 通过仔细比较切换失败的消息, 发现 2G_MSC 向 3G_MSC 返回的 Handover Command 消息中(该消息被包含在 2G_MSC 发给 3G_MSC 的 Handover Prepared ACK 消息中)的信元结构与切换成功的同一条消息有些不一致. 切换失败时 2G_MSC 发出的 Handover Command 消息码流如下: 0000 0110 2B MsgType 3A 0011 1010 50 0101 0000 NCC =111 BCC = 010 频点 80

09 0000 1001 0 0 0 0 1 TCH/F + FACCH/F and SACCH/F ,Timeslot = 001 40 0100 0000 010 TSC(Training Sequence Code), 0 没有跳频, 0 0 spare,
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第 2 章 切换中的案例分析

50 0101 0000 60 0110 0000

频点 80 Handover reference value

05 0000 0101 0 =ATC,Sending of Handover access is mandatory 0, 0, spare ,0 0101 POWER LEVEL 63 0110 0011 01 0000 0001 Mode of the First Channel IEI speech full rate or half rate version 1

切换成功时 2G_MSC 发出的 Handover Command 消息码流如下: 06 2B MsgType 09 00 001 001 27 频点 39 0C 00001 100 20 001 0 0 000 27 频点 39 15 Handover reference value 05 0000 0101 0 =ATC,Sending of Handover access is mandatory 0, 0, spare ,0 0101 POWER LEVEL D8 1101 1000 63 0110 0011 01 0000 0001 D 是 IEI, NCI = 1 ROT = 0 SI =00 Mode of the First Channel IEI speech full rate or half rate version 1

90 Cipher Mode Setting, 9 是 IEI 0 0 0 SC=0 不加密。 显然切换失败时返回的 Handover Command 消息中, 没有正常的切换成功时 的消息码流中用红色字体标注的 2 个可选 IE 信元, Synchronization Indication 和 Cipher Mode Setting,是不是这 2 个可选 IE 导致了切换失败呢? 对于这 2 个 IE 的意义分析如下: Synchronization Indication 的格式如下.
8 7 6 5 4 NCI 3 ROT 2 SI 1 octet 1

Synch. Indic. IEI

各信元的意义如下: ROT: Report Observed Time Difference (Octet1 bit 3)
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第 2 章 切换中的案例分析

0 Mobile Time Difference IE shall not be included in the HANDOVER COMPLETE message 1 Mobile Time Difference IE shall be included in the HANDOVER COMPLETE message SI: Synchronization indication (octet 1) Bit 21 0 0 Non-synchronized 0 1 Synchronized 1 0 Pre-synchronised 1 1 Pseudo-synchronised

NCI: Normal cell indication (octet 1, bit 4) 0 1 Out of range timing advance is ignored Out of range timing advance shall trigger a handover failure procedure

TS0418 协 议 的 9.1.15.1 节 规 定 如 果 Handover Command 消 息 中 没 有 Synchronization Indication 信元, 则缺省为 non-synchronized. 2G_MSC 发出 的该消息中填写该信元和不填的唯一的区别在于 Out of range timing advance shall trigger a handover failure procedure, 这个和时间提前量概念有关, 基站 解码手机信号时由于二者的距离会有一定的时间偏差,反映在信号流上就是 底层信号流的解码需要一个偏移才能使二者同步,这个偏移就是 TA(timing advavce).如果 TA 不在正常范围内,就会使 TA 越界,信号无法正常同步,导致 切换失败. 但显然如果是这个导致切换失败, 其失败现象不会是以 Protocol error unspecified 这种协议错误的形式来体现. 经分析, 在目前的情况下, 填 与不填该 IE, 都不应该有问题. 而 Cipher Mode Setting IE 的格式如下.
8 7 6 5 4 3 2 1 SC octet 1

Ciph Mod Set IEI

algorithm identifier

If SC=1 then: bits 432 000
10

cipher with algorithm A5/1
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第 2 章 切换中的案例分析

001 010 011 100 101 110 111

cipher with algorithm A5/2 cipher with algorithm A5/3 cipher with algorithm A5/4 cipher with algorithm A5/5 cipher with algorithm A5/6 cipher with algorithm A5/7 reserved

If SC=0 then bits 4, 3 and 2 are spare and set to "0" SC (octet 1) Bit 1 0 1 No ciphering Start ciphering

通过对协议分析,在 UMTS->GSM 的系统间切换中, Handover Command 必 须带上 Cipher Mode Setting 这个信元, 协议中描述如下, 请注意红色字体,. 3GPP 协议 0418 (2002 年 12 月) 3.4.4.1 Handover initiation The HANDOVER COMMAND message contains: The characteristics of the new channels, including for the multislot configuration and the TCH/H + TCH/H + ACCHs configuration the exact ACCHs to be used. The message may also contain definitions of the channel mode to be applied for one or several channel sets. If a previously undefined channel set is defined by the HANDOVER COMMAND message, a definition of the channel mode for the new channel set shall be included in the message. The characteristics of the new cell that are necessary to successfully communicate (e.g. frequency list in the case of slow frequency hopping), including the data that allows the mobile station to use the pre-knowledge about synchronization it acquires by the measurement process (i.e. BSIC + BCCH frequency).

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第 2 章 切换中的案例分析

A power command (see 3GPP TS 05.08). The power level defined in this power command shall be used by the mobile station for the initial power on the new channel(s). It shall not affect the power used on the old channel(s). An indication of the physical channel establishment procedure to be used. A handover reference, used as specified in the following clause. The choice of the handover reference by the network is out of the scope of the present document and left to the manufacturers. Optionally a timing advance to be used on the new cell. Optionally a cipher mode setting. In that case, this ciphering mode has to be applied on the new channel. If no such information is present, the ciphering mode is the same as on the previous channel. In either case the ciphering key shall not be changed. In case of 2G to 2G handover, the HANDOVER COMMAND message shall not contain a cipher mode setting IE that indicates "start ciphering" unless a CIPHERING MODE COMMAND message has been transmitted previously in this instance of the dedicated mode: if such a HANDOVER COMMAND message is received it shall be regarded as erroneous, a HANDOVER FAILURE message with cause "Protocol error unspecified" shall be returned immediately, and no further action taken. In the case of UTRAN to GSM handover, the HANDOVER COMMAND message, which is sent transparently via RNC from BSS to the mobile station, shall always contain the cipher mode setting IE to indicate the ciphering mode to be used in GSM. In the case of CDMA2000 to GSM handover, the HANDOVER COMMAND message, which is sent transparently via RNC from BSS to the mobile station, shall always contain the cipher mode setting IE. 3. 总结如下. (1) Handover Command 消息中的 Cipher Mode Setting IE, 是用来在系统 间切换中指示 UE 切换到目标小区后所使用的加密算法, 如果消息中没 有该 IE, 表示仍然沿用源小区中所使用的加密算法, 而如果消息中携带该 IE, 则表示使用该 IE 所指示的算法(当然, 这个指示的算法仍然可以是源 小区的算法, 还可以表示不做加密); (2) 对于 2G<->2G 局间系统内的切换, Handover Command 消息中可以携 带 Cipher Mode Setting IE,也可以不携带; 而从 3G->2G 的切换中, Handover Command 消息中必须带 Cipher Mode Setting IE, 以指示切 换到 GSM 小区后所使用的加密算法.这样规定是有道理的, 如果不带这 个 IE, 表示的是保持原来的加密算法, 而 3G 的加密算法和 2G 是不一样 的, 因此不可能保持原来的算法, 因此必须带 Cipher Mode Setting IE, 指 示改用 2G 自己的加密算法..

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第 2 章 切换中的案例分析

(3)

由于 2G_MSC 不升级, 因此 3G_MSC 按照 2G_MSC 能认识的 R98 协议 结 构 构 造 了 MAP_Prepair_Handover 消 息 ( 该 消 息 里 打 包 了 另 一 条 HO_Requeest 消息), 消息里携带的原加密算法为”不加密”, 促使切换正 常进行. 2G_MSC 收到消息后, 把 HO_Request 转发给 BSC, BSC 也因 此 认 为 这 是 个 2G 和 2G 之 间 系 统 间 切 换 , 因 此 返 回 的 HO_Request_ACK 可以不携带 Cipher Mode Setting IE, 表示沿用原来 的加密算法, 即不加密. 这个信息最后被 RNC 通过 HO_COMMAND 消息 发给手机, 但手机是知道这是一个 3G->2G 的系统间切换, 手机发现 HO_COMMAND 消息里不带 Cipher Mode Setting IE, 按照协议, 手机因 此上报 Protocol Error Unspedified. 切换因此失败.

(4)

通过以上分析, 我们可以了解到, 协议的规定是正确的, 但协议的规定不 是很完备, 即协议没有规定一种明确可行的办法来解决 3G->2G 的切换 (且 2G_MSC 不升级), 但设备商可以在满足协议的前提下, 自己找到解决 这个问题的办法; 实际上我们也很容易就找到解决问题的办法.

解决方法为: 3G_MSC 在向 2G_MSC 发送 MAP_Prepair_Handover 消息时, 将 打 包 于 其 中 的 A 接 口 HO_Request 消 息 中 带 上 符 合 R98 协 议 的 IE:Chosen_encryption_algorism, 填写一种 2G 加密算法,当 3G_MSC 收到 2G_MSC 回 的 HO_PREP_ACK 消 息 时 , 判 断 打 包 在 其 中 的 层 3 消 息 Handover Command 中是否带了 Cipher_mode_setting, 如果带了该 IE, 透传 该消息, 不做任何处理, 如果没有带,则表明 2G_BSC 要求切换前后的加密模 式不发生变化,这样 3G_MSC 可在层 3 消息 Handover Command 中填上该 IE 再 发 给 RNC , 该 IE 所 表 示 的 加 密 算 法 就 是 发 往 2G 的 MAP_Prepair_Handover 中的 Chosen_encryption_algorism 所表示的算法; 综上所述, 由于设备在软件处理上的一个纰漏, 使得 3G->2G 的切换失败, 但通 过充分的分析和内部验证, 则更进一步证明了在 2G_MSC 不升级的情况下, 3G->2G 切换是完全可行的. 同时, 在 2G_MSC 和 2G_BSC 都不升级的情况下, 3G->2G 的切换也是完全可行的.

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