CSFB部署對網(wǎng)絡(luò)的影響分析

吳 瓊，朱愛華，薛 楠

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院 北京 100048）

1 引言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的引入和國際上標(biāo)準(zhǔn)的成熟，LTE的技術(shù)發(fā)展成為業(yè)界的關(guān)注點(diǎn)。LTE的主要驅(qū)動(dòng)力是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其本身不能提供語音業(yè)務(wù)。在LTE技術(shù)發(fā)展的初期，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是LTE主要關(guān)注的業(yè)務(wù)，而CS域的語音通話和短信等業(yè)務(wù)，可能并不在重點(diǎn)考慮范圍內(nèi)。但是隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，語音業(yè)務(wù)如何平滑演進(jìn)成為運(yùn)營商要考慮的關(guān)鍵問題。

目前業(yè)界主流的LTE語音解決方案主要有多模雙待終端方案、CSFB（circuit switched fallback，電路域回落）方案和 VoLTE/SRVCC （single radio voice call continuity）方案3種。其中多模雙待終端是使終端同時(shí)駐留2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)，該方案更多地依賴于終端的支持能力，除了Verizon和中國移動(dòng)外，大部分主流運(yùn)營商都不考慮此方案；CSFB是當(dāng)用戶駐留LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如果需要發(fā)起或者接收語音呼叫，用戶先從LTE網(wǎng)重選回2G或3G網(wǎng)絡(luò)中，再在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中完成語音業(yè)務(wù)的方案，是基于現(xiàn)網(wǎng)電路域來提供語音的方案，目前AT&T、Vodafone、NTT等都將此方案作為過渡方案；VoLTE/SRVCC則是在LTE網(wǎng)絡(luò)中提供基于IMS的語音業(yè)務(wù)，同時(shí)支持LTE語音與2G/3G語音的互操作來保障語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，這是主流運(yùn)營商認(rèn)可的目標(biāo)方案，目前MetroPCS和韓國的SK、LG U+、KT均已部署 VoLTE。

2 CSFB技術(shù)介紹

2.1 應(yīng)用場景

由電路域來提供LTE語音主要有以下兩種場景?！?運(yùn)營商沒有部署IMS網(wǎng)絡(luò)，用戶還是需要回落到電

路域來收發(fā)語音。

· 運(yùn)營商部署IMS，但是LTE只是熱點(diǎn)覆蓋，為了避

免頻繁地切換，建議由電路域提供語音。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖1為CSFB實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，CSFB是利用MME和MSC服務(wù)器之間的SGs接口實(shí)現(xiàn)的。SGs接口可以完成UE的EPS和IMSI的聯(lián)合附著、位置更新和尋呼等操作。

圖1 CSFB網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

CSFB用戶作主叫時(shí)：終端首先要執(zhí)行EPS與IMSI聯(lián)合附著，當(dāng)UE要發(fā)起呼叫時(shí)，LTE終端在eNode B的協(xié)助下轉(zhuǎn)到3G/2G網(wǎng)絡(luò)發(fā)起呼叫。

CSFB用戶作被叫時(shí)：當(dāng)終接呼叫接續(xù)時(shí)，尋呼消息通過SGs接口經(jīng)LTE無線接口到達(dá)LTE終端。LTE終端在eNode B的協(xié)助下轉(zhuǎn)到3G/2G網(wǎng)絡(luò)，并完成后續(xù)呼叫接續(xù)信令流程。

2G/3G網(wǎng)絡(luò)的MSC服務(wù)器需要升級支持SGs接口。

3 CSFB部署對現(xiàn)網(wǎng)的影響

3.1 CSFB實(shí)現(xiàn)方式

CSFB提供語音的實(shí)現(xiàn)流程主要依賴于LTE和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的互操作，終端在LTE覆蓋區(qū)使用CSFB處理語音呼叫的時(shí)候，可以回退到3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，也可以回退到2G網(wǎng)絡(luò)處理，這依賴于運(yùn)營商的策略。

3.1.1 CSFB回落到3G

目前CSFB回落到3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)起電路域語音有如下幾種方案。

·RRC release with redirection：這種方式是在3GPP R8提出的，也稱作R8重定向。實(shí)現(xiàn)過程是網(wǎng)絡(luò)發(fā)起RRC release消息，并攜帶異系統(tǒng)鄰區(qū)頻點(diǎn)（頻點(diǎn)可以要求終端測量，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)測量結(jié)果決策；也可由網(wǎng)絡(luò)直接配置，終端不測量）指示終端在該頻點(diǎn)的異系統(tǒng)鄰區(qū)重新接入。要求終端測量的話，終端會(huì)搜索到一個(gè)信號最好的小區(qū)，發(fā)起隨機(jī)接入過程接入3G小區(qū)。對現(xiàn)網(wǎng)無改造要求。

· RRC releasewith redirection with SIB：在 3GPPR9提出對R8版本的優(yōu)化，也稱R9重定向。該過程和R8的不同在于eNode B利用RIM過程獲取UTRAN的系統(tǒng)消息。MME、SGSN對交換的信息只進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)發(fā)，不進(jìn)行解析。RRC release消息可攜帶多個(gè)鄰區(qū)的頻率及鄰區(qū)系統(tǒng)廣播，以加速終端在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的駐留。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)網(wǎng)絡(luò)告訴UE多個(gè)鄰區(qū)的頻點(diǎn)和每個(gè)小區(qū)的SIB消息（通過RIM過程獲?。?，個(gè)數(shù)是鄰區(qū)中的一部分。對現(xiàn)網(wǎng)要求為軟件升級RNC，MME和SGSN需要支持RIM流程。RIM流程如圖2所示。

圖2 RIM流程

· RRC release with DMCR （deferred measurement control reading）：該種方式需要無線側(cè)開啟DMCR功能，終端回落到WCDMA網(wǎng)絡(luò)時(shí)不需要讀取SIB11和SIB12，可以減少接續(xù)時(shí)延。該功能只能用于3G網(wǎng)絡(luò)，2G網(wǎng)絡(luò)不支持DMCR功能。對現(xiàn)網(wǎng)要求為無線側(cè)RNC要開啟DMCR功能。

·PShandover：源網(wǎng)絡(luò)下發(fā)切換命令前，目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)已完成資源預(yù)留，可以進(jìn)一步減少終端切換失敗概率同時(shí)縮短切換時(shí)延。對現(xiàn)網(wǎng)要求為軟件升級RNC支持PSHO。

3.1.2 CSFB回落到2G

除了第3.1.1節(jié)所提到的R8、R9重定向和PSHO外，CSFB回落到GSM還存在額外兩種不同的實(shí)現(xiàn)方式。

· CCO（cell change order）without NACC（network assisted cell change）：該種方式是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制的切換，終端根據(jù)測量控制上報(bào)測量報(bào)告，由網(wǎng)絡(luò)下發(fā)切換命令。與RRC重定向方案的流程一致，區(qū)別在于控制終端接入2G的命令字段不同。因現(xiàn)網(wǎng)GSM系統(tǒng)內(nèi)部原定義了一種CCO的命令以控制終端執(zhí)行小區(qū)重選，因此RRC連接釋放中專門針對GSM存在一個(gè)CCO字段，可將目標(biāo)鄰區(qū)信息填充至該字段下發(fā)給終端，從而引導(dǎo)終端接入GSM小區(qū)執(zhí)行語音業(yè)務(wù)。CCO字段相比重定向字段，能攜帶除頻點(diǎn)外更為豐富的鄰區(qū)信息。CCO流程如圖3所示。對現(xiàn)網(wǎng)要求為軟件升級BSC支持LTE到2G的CCO。

圖3 CCO流程

· CCOwith NACC：針對 CCOwithout NACC，3GPP提出了可攜帶目標(biāo)GSM小區(qū)廣播消息的優(yōu)化方案CCO with NACC。源網(wǎng)絡(luò)增加RIM過程，獲取GSM/GPRS鄰區(qū)的系統(tǒng)信息SI/PSI，并在cell change order from UTRAN/E-UTRAN消息中攜帶這些SI/PSI信息，以加速終端完成切換過程。該流程對網(wǎng)元的要求為軟件升級BSC，MME和SGSN支持RIM流程。

CCO with NACC和RRC release with redirection with SIB（R9）方案均通過流程向終端下發(fā)SIB消息，以加速終端接入目標(biāo)小區(qū)，兩種方案的區(qū)別在于：

·CCO with NACC要求終端必須進(jìn)行目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)測量，而R9重定向可選，可以不進(jìn)行測量；

·CCO with NACC消息下發(fā)的小區(qū)是唯一的，而R9重定向在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)需要對多小區(qū)進(jìn)行搜索。

3.1.3 CSFB實(shí)現(xiàn)方式對網(wǎng)絡(luò)的影響

CSFB用戶回落到3G網(wǎng)絡(luò)來提供語音業(yè)務(wù)，各種實(shí)現(xiàn)方式對網(wǎng)絡(luò)的影響分析如表1所示。

·GPPR8重定向方式對RNC沒有額外的要求；3GPP R9重定向方式要求RNC和SGSN升級支持RIM；R8+DMCR方式要求無線側(cè)開啟DMCR功能；PS HO方式要求RNC支持PSHO。

·R8重定向方式易于快速部署，但存在時(shí)延過長的問題，R9重定向和PSHO的呼叫建立時(shí)延較短。

·R8重定向打開DMCR功能后性能不如R9重定向，相差500ms左右。

·CCO的方式目前沒有支持終端，廠商都是采用重定向的方式回落到2G網(wǎng)絡(luò)。

3.2 TA/LA映射問題

在部署LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于受環(huán)境影響，無法做到跟蹤區(qū)（TA）和位置區(qū)（LA）的劃分完全重合，因此會(huì)導(dǎo)致當(dāng)CSFB用戶在MSC邊界區(qū)域發(fā)起呼叫時(shí)，可能會(huì)回落到與聯(lián)合位置更新時(shí)駐留的MSC不同，從而主叫需要重新發(fā)起跨MSC的位置更新，增加呼叫的接續(xù)時(shí)延。最重要的是，當(dāng)CSFB用戶在邊界區(qū)域被尋呼時(shí)，如果用戶漫游到非HLR登記的MSC時(shí)，會(huì)導(dǎo)致被叫尋呼失敗，影響用戶體驗(yàn)。對于該問題有如下兩種解決方案。

首先,對對照組患者使用常規(guī)的護(hù)理康復(fù)方式,對觀察組的患者在常規(guī)護(hù)理康復(fù)方式的基礎(chǔ)上加入個(gè)性化的康復(fù)護(hù)理方式,具體內(nèi)容如下:

· 將現(xiàn)網(wǎng)的MSC組成MSC pool，通過pool的機(jī)制，由TMSI-NRI確保UE回落后會(huì)被分配到正確的MSC上。

· 在兩個(gè)pool的邊界區(qū)域采用被叫漫游重試（mobile termination roaming retry,MTRR）/漫 游 前 轉(zhuǎn) （mobile terminating roaming forwarding，MTRF）方式將呼叫重新路由到新的MSC上去。

MTRR是在3GPPR8中提出的解決方案，要求主叫MSC、HLR支持漫游重試功能，當(dāng)?shù)谝淮斡捎谟脩袈蔚降腗SC不是HLR登記的MSC時(shí)呼叫失敗，主叫MSC再次發(fā)起呼叫流程。但由于主叫MSC可以是網(wǎng)內(nèi)任一MSC，因此需要對全網(wǎng)MSC升級支持漫游重試，同時(shí)如果網(wǎng)間漫游時(shí)，主叫是外網(wǎng)用戶，如果不支持漫游重試，將導(dǎo)致網(wǎng)間漫游失敗。此外，MTRR流程復(fù)雜，存在信令迂回，導(dǎo)致接續(xù)時(shí)延較長。因此在R10中又提出了MTRF方案，MTRF要求用戶回落到的新MSC收到用戶尋呼響應(yīng)后啟動(dòng)MTRF流程，向原MSC取鑒權(quán)數(shù)據(jù)，通知原MSC進(jìn)行MTRF，原MSC通過PRN消息從新MSC取漫游號，根據(jù)新的漫游號碼將呼叫接續(xù)到新的MSC。該方案僅需LTE覆蓋區(qū)的MSC服務(wù)器支持漫游前轉(zhuǎn)功能。

表1 各種不同的實(shí)現(xiàn)方式對網(wǎng)絡(luò)的影響

3.3 fast return的部署

出于分擔(dān)2G/3G數(shù)據(jù)和信道壓力考慮，LTE終端應(yīng)優(yōu)先駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)其回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)使用CSFB發(fā)起語音業(yè)務(wù)，在該語音業(yè)務(wù)結(jié)束后，LTE終端將先在2G/3G網(wǎng)絡(luò)駐留。通常采用重選方式返回LTE網(wǎng)絡(luò)，需要一定的返回時(shí)間，在此期間用戶無法收到任何尋呼也無法發(fā)起任何業(yè)務(wù)，即導(dǎo)致用戶不可及時(shí)間增加。

3GPP R8提出的fast return to LTE就是在RRC connection release消息中可攜帶1～4個(gè)LTE鄰區(qū)頻點(diǎn)，以指示終端掛機(jī)后迅速接入返回LTE；R10又提出了基于MSC控制的fast return流程，也就是基于MSC在釋放Iu連接時(shí)指示RNC該連接是由于CSFB而建立的，RNC從而在RRC connection release消息中攜帶1～4個(gè)LTE鄰區(qū)頻點(diǎn)，以指示終端掛機(jī)后迅速接入返回LTE。

該特性加快了CSFB UE在呼叫結(jié)束后附著到LTE時(shí)的速度，減少了CSFBUE的不可及時(shí)間；由MSC主動(dòng)控制，可以防止BSC/RNC自行判斷錯(cuò)誤，避免對non-CSFB用戶帶來影響 （例如當(dāng)BSC/RNC判斷錯(cuò)誤給一個(gè)普通用戶做了fast return處理，UE有可能因嘗試在LTE附著而有大約10 s的掉網(wǎng)時(shí)間）。

3.4 組網(wǎng)方案

根據(jù)增強(qiáng)MSC服務(wù)器的部署策略不同，目前運(yùn)營商部署CSFB主要有如下3種方案。

（1）全網(wǎng)升級方案

（2）支持 Iu-flex方式新建MSC

如果現(xiàn)網(wǎng)BSC/RNC支持A/Iu-flex功能，可以通過新建CS fallback專用MSCS和MGW或升級MSCS pool中的一個(gè)MSCS方式支持語音業(yè)務(wù)，與BSC/RNC相連，為所有LTE終端提供回落到CS域的業(yè)務(wù)，所有LTE回落的語音業(yè)務(wù)都由該MSCS處理。

（3）新建 proxy MSC

該方案為新部署一個(gè)不與RNC直接相連的CSFB MSCS支持SGs接口，與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備配合提供LTE終端的CS域業(yè)務(wù)。相當(dāng)于新部署一個(gè)proxy MSC作為信令的代理，負(fù)責(zé)UE通過SGs口注冊到HLR/HSS中。這種方案proxy MSC下面并不需要接BSC/RNC。

4 結(jié)束語

CSFB作為LTE語音的過渡方案，得到了大部分主流運(yùn)營商的認(rèn)可。在實(shí)際部署的時(shí)候，應(yīng)該考慮網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的具體情況，選擇合適的回落方式和組網(wǎng)方案對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級改造。

對于性能要求比較高的情況建議采用R9重定向和PSHO的方式實(shí)現(xiàn)CSFB，如果需要快速部署CSFB，則可以選用R8重定向的方式。

在實(shí)際部署的時(shí)候盡量做好TA/LA的映射規(guī)劃，避免跨MSC的位置更新和MTRF，減少接續(xù)時(shí)延。

·建議部署fast return，以減少CSFB UE的不可及

時(shí)間。

· 對未完成池組化改造的本地網(wǎng)，建議全網(wǎng)升級MSC支持CSFB功能，已經(jīng)完成池組化改造的采用MSC pool方案，對于未進(jìn)行池組化改造且MSC不支持升級的本地網(wǎng)，采用CSFB代理方案；隨著LTE覆蓋區(qū)的不斷擴(kuò)展，加大推進(jìn)池組化改造進(jìn)度，全部采用MSC pool方案。

1 3GPP TS 23.272.Circuit Switched(CS)Fallback in Evolved Packet System(EPS);Stage 2,2013

2 3GPP TS 23.216.Single Radio Voice Call Continuity(SRVCC);Stage 2,2013

3 GSMA IR.92.IMSProfile for Voice and SMSV7.0,2013