淺析LTE系統(tǒng)CSFB話音解決方案

徐德平，耿魯靜

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 LTE話音方案概述

LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的初衷是提供高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此它采用了全IP化的網(wǎng)絡(luò)體系，只有PS域，沒有CS域，因此LTE的話音業(yè)務(wù)也需要通過PS域進行承載。LTE承載話音的目標(biāo)方案為VoLTE/SRVCC技術(shù)，在LTE覆蓋范圍內(nèi)通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供基于IMS的話音業(yè)務(wù)，若通話過程中終端移出LTE覆蓋區(qū)時，支持通過LTE與2G/3G互操作來保證話音的連續(xù)性。VoLTE的協(xié)議流程較復(fù)雜，對網(wǎng)絡(luò)改造要求較大，考慮產(chǎn)業(yè)支持以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求，預(yù)計2014～2015年左右才能具備規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)條件。

然而話音業(yè)務(wù)是目前手機用戶的最基本業(yè)務(wù)，為保證LTE能夠良好地為大家所認(rèn)可，LTE手機提供良好的話音業(yè)務(wù)是很迫切和重要的。為此，現(xiàn)階段根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和終端的能力，提出了兩種過渡方案。

（1） CS-FallBack（CSFB）方案。CSFB方案指的是終端優(yōu)選LTE駐留，在有話音業(yè)務(wù)需求時，在網(wǎng)絡(luò)的輔助下終端回落到2G/3G建立通話連接。CSFB是3GPP的標(biāo)準(zhǔn)方案，也是目前多數(shù)國際LTE運營商選擇的過渡方案，有許多可以借鑒的經(jīng)驗，產(chǎn)業(yè)也比較成熟，是中國移動目前確定的主要過渡方案。

（2）多模雙待機方案。多模雙待機方案指的是終端同時駐留在LTE和2G/3G網(wǎng)絡(luò)，話音業(yè)務(wù)通過2G/3G提供，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過LTE或2G/3G提供。此方案不是3GPP的標(biāo)準(zhǔn)方案，對終端的依賴性也非常的大，但其網(wǎng)絡(luò)改造代價小，話音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗較好，因此可作為近期發(fā)展LTE話音用戶的方案之一。

2 CSFB方案基本原理

圖1展示了CSFB技術(shù)在無線網(wǎng)部分的大致流程。

（1） 開機選網(wǎng)：終端開機后，在LTE及2G/3G電路域聯(lián)合注冊，本著優(yōu)先發(fā)展LTE的原則，終端應(yīng)駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)；

（2） 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：由LTE直接承載，數(shù)據(jù)傳輸過程若有話音業(yè)務(wù)需求，回落過程將導(dǎo)致數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中斷；

圖1 CSFB技術(shù)在無線網(wǎng)部分的大致流程

（3） 短信業(yè)務(wù)：可由LTE直接承載；

（4） 話音業(yè)務(wù)：

主叫: LTE終端起呼，在網(wǎng)絡(luò)的輔助下回落到2G/3G中，建立2G/3G話音；在用戶掛機之后，返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

被叫: 尋呼信息經(jīng)MSC接續(xù)，傳遞給LTE網(wǎng)絡(luò)中的MME網(wǎng)元，在LTE網(wǎng)絡(luò)中下發(fā)；終端收到尋呼信息后，在網(wǎng)絡(luò)的輔助下回落到2G/3G中，響應(yīng)尋呼，建立2G/3G話音；在用戶掛機之后，返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

3 CSFB方案關(guān)鍵問題分析

CSFB方案中涉及標(biāo)準(zhǔn)支持、方案選擇以及網(wǎng)絡(luò)改造等等幾個關(guān)鍵問題，需要逐一進行分析。

3.1 聯(lián)合附著和聯(lián)合位置更新

終端駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)，而話音業(yè)務(wù)由2G/3G承載，這里就出現(xiàn)了一個問題，兩個網(wǎng)絡(luò)是否都需要記錄終端位置信息，在有話音業(yè)務(wù)需求時，如何尋呼位于LTE網(wǎng)絡(luò)中的終端。解決這個問題涉及到的技術(shù)就是聯(lián)合附著和聯(lián)合位置更新。

聯(lián)合附著和聯(lián)合位置更新可以讓駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)的終端同時在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中注冊開機狀態(tài)和漫游位置信息，同時也為話音業(yè)務(wù)提供呼叫路由信息。這里涉及以下4個關(guān)鍵點：

TA（Tracking Area）：相當(dāng)于LTE網(wǎng)絡(luò)中的位置區(qū)，通過TAI標(biāo)識，在CSFB終端和MME中存儲。

LA（Location Area）：2G/3G 網(wǎng)絡(luò)中CS域的位置區(qū)，通過LAI標(biāo)識，在CSFB終端和MSC中存儲。

MME中存有LAI與TAI的映射表，當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)中開機及TA位置更新時，MME根據(jù)其TAI，為其分配相應(yīng)的LAI。

用戶回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)后發(fā)生LA改變時，由MSC為用戶分配新的LAI。

圖2 聯(lián)合附著和聯(lián)合位置更新涉及到的網(wǎng)元和流程

聯(lián)合附著和聯(lián)合位置更新涉及到的網(wǎng)元和流程如圖2所示。CSFB終端在開機后，發(fā)起聯(lián)合附著的請求(Attach Request)。MME在收到聯(lián)合附著的請求后，按照TS23.401規(guī)范規(guī)定進行EPS附著過程。此外，MME會為UE分配一個LAI，并向LAI對應(yīng)的MSC發(fā)送位置更新請求，執(zhí)行聯(lián)合附著。當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)中改變了位置TA發(fā)生變化時，或從2G/3G結(jié)束通話后重選回LTE后，UE將發(fā)起聯(lián)合位置更新流程，MME根據(jù)UE的TAI為UE分配一個LAI，如發(fā)現(xiàn)與UE上報的old LAI不同，將向LA歸屬的MSC執(zhí)行聯(lián)合位置更新。這樣，兩個網(wǎng)絡(luò)均存有了終端的位置信息。

圖3顯示了CSFB終端被叫的路由同路。當(dāng)UE被叫時，2G/3G網(wǎng)絡(luò)將尋呼信息接續(xù)給聯(lián)合位置更新的MSC，由MSC接續(xù)到UE所在的MME，由MME下發(fā)尋呼信息。這樣我們就實現(xiàn)的兩個網(wǎng)絡(luò)之間的尋呼路由問題。

圖3 CSFB終端被叫的路由同路

這里還存在一個需要特別設(shè)計的關(guān)鍵點：MME中配置的LAI與TAI的映射表。如圖4所示，UE收到尋呼信息后，回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，準(zhǔn)確的LAI與TAI映射使得UE回落到2G/3G后快速建立呼叫（場景1）；否則UE回落后在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中會有額外的位置更新流程，增加時延（場景2），如MSC也發(fā)生變化，可能導(dǎo)致被叫失?。▓鼍?）。

一種解決場景3問題的方案稱為MTRF，依靠聯(lián)合位置更新的MSC和UE回落的MSC之間的接續(xù)，使整個呼叫鏈路暢通，如圖5所示。

從上面的分析看出，LAI與TAI的不匹配，將會增大網(wǎng)絡(luò)改造的力度，增大呼叫建立的時延，影響用戶體驗，因此應(yīng)該盡量避免這種情況的發(fā)生。LA與TA的設(shè)置問題應(yīng)成為今后網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一個重點內(nèi)容，以保證絕大部分用戶的話音業(yè)務(wù)的性能。

3.2 回落網(wǎng)絡(luò)的選擇

CSFB回落網(wǎng)絡(luò)存在3種可選方案，分別為僅回落GSM、僅回落TD-SCDMA和回落GSM和TDSCDMA，需綜合評估性能、實施代價以及國際化應(yīng)用情況，并在擴大規(guī)模試驗中進行測試驗證。目前已經(jīng)決策使用方案1：僅回落GSM。下面給出3種方案的理論分析對比情況。我們會繼續(xù)跟蹤擴大規(guī)模試驗中進行測試驗證結(jié)果。

圖4 場景

表1 3種方案的理論分析對比

圖5 MTRF方案

3.3 回落方案的選擇

CSFB方案中回落方案的選取，是決定CSFB方案性能，影響用戶話音業(yè)務(wù)體驗的關(guān)鍵因素。目前主流的回落方案有5種：RRC Release(R8)、RRC Release with SIB(R9)（SIB消息通過RIM流程實現(xiàn)傳遞）、CCO、CCO with NACC和PS HO。這5種方案的理論分析性能對比如表2所示。R8 RRC重定向性能較好，實現(xiàn)簡單，目前作為國際廣泛部署的回落流程，而R9 RRC重定向with SIBs可在R8重定向基礎(chǔ)上進一步提升性能，改善用戶體驗。目前推薦使用這兩種方案，在隨后的擴大規(guī)模試驗相關(guān)的測試驗證中會密切跟蹤測試數(shù)據(jù)機分析。

3.4 掛機后返回機制的選擇

當(dāng)終端結(jié)束話音通話后，需要返回到LTE網(wǎng)絡(luò)駐留。下面分析一下目前主流的返回方案。

3.4.1 空閑態(tài)小區(qū)重選

此種方案適用于2G/3G，是一種基本方案。用戶掛機后，讀取2G/3G廣播消息，進行LAU/RAU流程，駐留在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中；之后根據(jù)2G/3G廣播消息中的LTE鄰區(qū)信息執(zhí)行小區(qū)重選，返回高優(yōu)先級的LTE網(wǎng)絡(luò)；在目標(biāo)LTE小區(qū)中仍需要進行小區(qū)同步，讀系統(tǒng)廣播以及TAU的流程。重選返回過程中，不可及時間較長，影響用戶體驗。如果當(dāng)UE駐留在2G/3G中時，用戶發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)將在2G/3G承載，速度較慢，也會影響用戶體驗。

3.4.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)起推送

此方案只適用于3G。用戶掛機后在3G網(wǎng)絡(luò)駐留，有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求時，在網(wǎng)絡(luò)輔助下接入LTE建立，3G網(wǎng)絡(luò)已有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)方案且有WCDMA網(wǎng)絡(luò)已部署，2G網(wǎng)絡(luò)暫不具備，需研究其他實現(xiàn)機制并推動標(biāo)準(zhǔn)化，短期內(nèi)無法支持。

3.4.3 話音結(jié)束快速返回(Fast Return）或準(zhǔn)快速返回

此種方案適用于2G/3G，是一種優(yōu)化方案。用戶掛機后不在2G網(wǎng)絡(luò)駐留，按網(wǎng)絡(luò)指示直接測量并選擇合適的LTE小區(qū)接入。這樣可以大大降低用戶不可及時延，提升用戶體驗。

表2 5種方案的理論分析性能對比

表3 綜合情況分析

小區(qū)重選方案為基本方案，需要部署，為提升性能，可采用優(yōu)化方案：快速返回(Fast Return)方案，或準(zhǔn)Fast Return方案。這3種方案的綜合情況分析對比情況如表3所示。

4 CSFB方案總結(jié)

在VoLTE終極話音方案規(guī)模部署前，近期需要考慮CSFB或雙待機方案進行過渡，以滿足LTE手機用戶的話音需求。

通過比較業(yè)務(wù)性能、網(wǎng)絡(luò)改造代價、掛機后用戶體驗、以及對規(guī)劃提出的更多要求等因素，CSFB方案是存在一定的劣勢，但由于產(chǎn)業(yè)環(huán)境的發(fā)展以及終端/芯片當(dāng)前發(fā)展形勢，并考慮國際LTE網(wǎng)絡(luò)部署話音方案的來看，CSFB還是大勢所趨，同時保留雙待機作為并存的解決方案。

因此，后續(xù)將根據(jù)CSFB方案具體測試性能，針對CSFB存在的問題進行進一步的性能優(yōu)化，并根據(jù)不同場景的性能表現(xiàn)，逐步研究LA等規(guī)劃方法以及FR/準(zhǔn)FR功能的現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用。不斷改善CSFB方案的用戶感知。