LTE與CDMA系統(tǒng)融合策略探討

一、引言

在LTE部署初期，一般為重點(diǎn)區(qū)域覆蓋，其覆蓋區(qū)域遠(yuǎn)小于現(xiàn)網(wǎng)的2G/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。因此，在LTE部署初期甚至今后一個(gè)相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，LTE必須依托CDMA網(wǎng)絡(luò)來發(fā)展。CDMA網(wǎng)絡(luò)要作為LTE網(wǎng)絡(luò)的有力依托，為了保證良好的客戶體驗(yàn)和業(yè)務(wù)連續(xù)性，LTE與CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)之間需要良好的切換方案。

二、LTE與CDMA數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)間的切換

CDA/LTE數(shù)據(jù)互操作方案主要基于3GPPTS23.402提出的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，需要將CDMA HRPD無線網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為eHRPD網(wǎng)絡(luò)，并將其接入EPC核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與LTE網(wǎng)絡(luò)的互通，確保用在eHRPD和LTE兩網(wǎng)之間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。數(shù)據(jù)互操作主要有優(yōu)化切換和非優(yōu)化切換兩種方案。

1. 優(yōu)化切換

支持優(yōu)化切換的eHRPD網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)互通的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1，其中在MME和eAN/ePCF之間增加了S103信令接口，用于實(shí)際切換發(fā)生前的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)注冊(cè)等功能；在業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)（Serving Gateway）和HSGW之間增加了S103接口，用于從LTE切換eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)從LTE網(wǎng)絡(luò)未傳送出去的數(shù)據(jù)，以支持無損切換。此時(shí)，HRPD空口協(xié)議連接層內(nèi)增加一個(gè)新協(xié)議層SAP（SignalingAdaptation Protocol信令適配層）。當(dāng)eAT/UE處于隧道模式時(shí)，eAT/UE側(cè)eHRPD信令通過SAP路由至LTE-eHRPD隧道。

E-UTRAN和HRPD之間的優(yōu)化切換依賴于當(dāng)UE仍然在源系統(tǒng)中操作時(shí)，卻在目標(biāo)接入網(wǎng)內(nèi)管理上下文的建立。這是通過與目標(biāo)系統(tǒng)建立隧道達(dá)到的，這使得UE與目標(biāo)系統(tǒng)交互時(shí)從源系統(tǒng)得到最少的支持。S101接口用來將UE業(yè)務(wù)通過隧道傳輸?shù)侥繕?biāo)接入系統(tǒng)。源系統(tǒng)為UE和目標(biāo)系統(tǒng)的觸發(fā)交互提供網(wǎng)絡(luò)控制，但是不會(huì)參與目標(biāo)系統(tǒng)中的上下文建立。S103接口用作臨時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)在切換執(zhí)行期間從源系統(tǒng)到目標(biāo)系統(tǒng)的下行鏈路業(yè)務(wù)（圖2）。

如果eAT/UE駐留在eHRPD網(wǎng)絡(luò)中，則空口協(xié)議仍然按照原有的空口協(xié)議來處理。如果eAT/UE駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)中，需要切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要提前通過E-UTRAN空口協(xié)商eHRPD連接參數(shù)與會(huì)話參數(shù)，這時(shí)eAT/UE就需要通過E-UTRAN空口將信令傳送到eNB，再到MME，從MME通過S101接口接到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行參數(shù)協(xié)商，這個(gè)工作模式稱為隧道模式。具體的切換流程主要有3個(gè)步驟（如圖3）。

CDMA/LTE優(yōu)化切換的主要過程為：

（1）預(yù)注冊(cè)過程

預(yù)注冊(cè)過程就是終端在E-UTRAN區(qū)域內(nèi)將eHRPD注冊(cè)的過程。預(yù)注冊(cè)允許一個(gè)UE在小區(qū)重選或是切換到HRPD網(wǎng)絡(luò)之前，先向目標(biāo)系統(tǒng)（HRPD網(wǎng)絡(luò)）注冊(cè)自己的存在信息并執(zhí)行會(huì)話配置或是業(yè)務(wù)分配請(qǐng)求信息，這樣可以減少切換或者小區(qū)重選過程的時(shí)間，并減小UE長時(shí)間等待。預(yù)注冊(cè)前提是UE已經(jīng)連接到LTE網(wǎng)絡(luò)并請(qǐng)求切換到HRPD網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)由LTE網(wǎng)絡(luò)通過S101信令接口向UE提供足夠的支持信息去進(jìn)行預(yù)注冊(cè)。在預(yù)注冊(cè)階段，UE經(jīng)由源系統(tǒng)準(zhǔn)備會(huì)話上下文（例如認(rèn)證、會(huì)話參數(shù)），通過隧道傳輸注冊(cè)信令與目標(biāo)系統(tǒng)通信。

（2）切換準(zhǔn)備過程

切換準(zhǔn)備過程的前提是UE已經(jīng)執(zhí)行了預(yù)注冊(cè)，并且當(dāng)前已在源系統(tǒng)的指示下發(fā)起一個(gè)切換。在這個(gè)階段中，目標(biāo)系統(tǒng)為UE切換作準(zhǔn)備并提供給UE所需信息，從而在目標(biāo)接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)無線連接。

（3）切換執(zhí)行過程

在執(zhí)行階段，UE使用目標(biāo)系統(tǒng)在準(zhǔn)備階段提供的（通過源系統(tǒng)傳送）轉(zhuǎn)換無線接入方式。對(duì)于CDMA/LTE切換，主要涉及到激活態(tài)、空閑態(tài)兩種狀態(tài)的切換。

2. 非優(yōu)化切換

非優(yōu)化切換相對(duì)優(yōu)化切換來說部署簡單，不需要支持互操作接口S101和S103，eHRPD網(wǎng)絡(luò)空中接口修改也很少。

非優(yōu)化切換的架構(gòu)遵從非3GPP接入EPS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持LTE到HRPD的切換和KRPD到LTE的切換。切換發(fā)生時(shí)，實(shí)際上是先中斷LTE的鏈接后再建立HRPD的鏈接，無線鏈路和網(wǎng)絡(luò)的PPP連接都會(huì)中斷，由業(yè)務(wù)層來保證業(yè)務(wù)的連續(xù)，因此非優(yōu)化切換適用于對(duì)時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)。

非優(yōu)化切換的主要過程分為預(yù)注冊(cè)和切換執(zhí)行兩個(gè)：

（1）預(yù)注冊(cè)過程

非優(yōu)化切換中的預(yù)注冊(cè)過程不支持隧道模式下進(jìn)行預(yù)注冊(cè)，eAT/UE切換到eHRPD網(wǎng)絡(luò)，若無HRPD會(huì)話時(shí)，需要發(fā)起注冊(cè)。但是，也有可能eAT/UE已經(jīng)提前在eHRPD網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行注冊(cè)，這取決于終端的模式。

首先是eAT/UE完成與eHRPD之間的網(wǎng)絡(luò)捕獲和同步過程，然后再進(jìn)行UATI分配，以及CR/TCA/TCC等其他分配過程，最后是會(huì)話（session）協(xié)商過程，基本上與普通的eAT注冊(cè)過程一樣。對(duì)于已在eHRPD注冊(cè)的終端無需圖4中b和d兩個(gè)步驟。

（2）切換執(zhí)行過程

首先是eAT/UE根據(jù)測量結(jié)果做出切換決策，選定目標(biāo)小區(qū)，然后eAT/UE釋放與E-UTRAN的連接，離開E-UTRAN。重新發(fā)起接入流程，接入到eHRPD網(wǎng)絡(luò)中所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)小區(qū)上（見圖5）。

3. 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換方案比較

非優(yōu)化切換處理的情況是源網(wǎng)絡(luò)不參與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的資源準(zhǔn)備過程，而在優(yōu)化切換場景中，源網(wǎng)絡(luò)參與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的資源準(zhǔn)備過程。優(yōu)化切換一般在UE不能同時(shí)在源網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中傳送和接受數(shù)據(jù)時(shí)使用。非優(yōu)化切換實(shí)現(xiàn)簡單，但由于需要重新建立會(huì)話，有較大的切換時(shí)延，只是作為一種過渡技術(shù)。而優(yōu)化切換大大降低切換時(shí)延和切換失敗的概率。

三、LTE與CDMA語音業(yè)務(wù)間的切換

LTE是一個(gè)純數(shù)據(jù)域的網(wǎng)絡(luò)，不能直接承載語音。LTE標(biāo)準(zhǔn)在制定之初的主要目的是提高無線移動(dòng)寬帶接入速率，技術(shù)上僅支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但考慮到目前移動(dòng)網(wǎng)上的金牌業(yè)務(wù)是語音，因此LTE也制定了大量關(guān)于承載語音業(yè)務(wù)的互操作規(guī)范。對(duì)于單無線（Single Radio）終端的語音業(yè)務(wù)，根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)是否部署VoIP將會(huì)有不同的解決方案，3GPP提出SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity，單無線語音呼叫連續(xù)性）和CSFB（CS Fallback，電路與回歸）兩種實(shí)現(xiàn)方案。

1. SRVCC方案

SRVCC通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供基于IMS的話音業(yè)務(wù)，支持LTE話音與2G/3G的互操作。其主要研究和解決IMS over LTE/SAE和CS之間的語音連續(xù)性問題；使2G/3G電路域或者LTE的分組域接入IMS?；贗MS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，利用IMS核心網(wǎng)絡(luò)提供LTE VoIP語音業(yè)務(wù)的路由、控制和業(yè)務(wù)觸發(fā)，并提供LTE向cdma2000 1X，HRPD切換時(shí)的語音連續(xù)性保證。

從SRVCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（圖6）中可以看出，當(dāng)UE附著到E-UTRAN，UE初始化與CS接入路徑（沿著UE-S1-MME-S102-A1）的隧道建立。在切換到CDMA2000之后，LTE接入網(wǎng)就認(rèn)為UE已離開它的覆蓋范圍，執(zhí)行S1釋放流程并考慮UE進(jìn)入IDLE狀態(tài)。

2. CSFB方案

為了使終端在LTE接入下能夠收/發(fā)語音等CS業(yè)務(wù)，并且能夠正確地處理正在進(jìn)行的LTE PS業(yè)務(wù)，產(chǎn)生了CSFB技術(shù)。當(dāng)運(yùn)營商還沒有部署IMS網(wǎng)絡(luò)，僅由CS域提供語音、SMS等服務(wù)，LTE提供數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，CSFB技術(shù)可以觸發(fā)終端從LTE接入回退到cdma2000 1X網(wǎng)絡(luò)接入并進(jìn)行CS業(yè)務(wù)。實(shí)現(xiàn)CSFB功能需要在MME與MSC服務(wù)器之間引入SGs接口。終端附著在LTE，同時(shí)通過SGs附著在CS域，使得其他用戶可以呼叫該UE。這樣終端就可以優(yōu)先駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)以享受高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在需要語音服務(wù)時(shí)才返回2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)起CS語音呼叫。

3. 語音業(yè)務(wù)切換方案比較

SRVCC方案相比CSFB方案能帶給用戶更好的體驗(yàn)。因?yàn)镾RVCC是通過IMS實(shí)現(xiàn)cdma2000 1X和LTE的語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，有利于運(yùn)營商在分組域提供多媒體業(yè)務(wù)，但需要部署IMS，對(duì)核心網(wǎng)的改動(dòng)較大。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，提出部署FemtoCell來解決高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)面臨的室內(nèi)無覆蓋問題，通過WLAN加強(qiáng)熱點(diǎn)區(qū)域的無線接入，SRVCC應(yīng)逐步支持多種接入方式，實(shí)現(xiàn)WLAN與固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)之間的切換。

在語音實(shí)現(xiàn)方面，CDMA網(wǎng)絡(luò)向LTE演進(jìn)可分階段進(jìn)行。在LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期，語音業(yè)務(wù)仍然由cdma2000 1X網(wǎng)絡(luò)承載，采用Single Radio終端以控制終端成本，降低用戶使用LTE的門檻，并在LTE網(wǎng)絡(luò)和cdma2000 1X網(wǎng)絡(luò)之間應(yīng)用增強(qiáng)的CSFB方案保證語音業(yè)務(wù)優(yōu)先。在VoIP完善的情況下，可以為用戶提供VoIP業(yè)務(wù)，這時(shí)網(wǎng)絡(luò)可以部署SRVCC方案來保證語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

四、結(jié)束語

LTE與2G/3G現(xiàn)網(wǎng)的融合部署趨勢十分明顯。然而在LTE，cdma2000 1X，HRPD三網(wǎng)之間融合最主要的問題是在多種技術(shù)的疊加要求相互間要有良好的互操作性，以確保業(yè)務(wù)的連續(xù)。通過探討得知，LTE網(wǎng)絡(luò)的建立需要分階段進(jìn)行的，因此，三網(wǎng)間的互操作方案也隨不同階段實(shí)施不同方案，以使在最有效益的方案下保障用戶的使用感知。

LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，需要長期的改建，LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)主要是以吸收熱點(diǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的，因此，LTE與2G/3G的互操作首要解決的是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之間的雙向切換；對(duì)于語音業(yè)務(wù)，在相對(duì)較長的一段時(shí)間內(nèi)都不會(huì)是LTE網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展重點(diǎn)，因此可以采用交叉尋呼的方式，將語音業(yè)務(wù)回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。這一方面解決了用戶的互操作需求，另一方面避免了大量網(wǎng)元的改造，并且提高了運(yùn)營商的投資效益。

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