TD-LTE網(wǎng)絡(luò)CSFB話音方案部署研究

馬洪源，于娟娟，卜忠貴

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司，鄭州 450008）

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)CSFB話音方案部署研究

馬洪源1，于娟娟2，卜忠貴1

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司， 北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司，鄭州 450008）

CSFB話音方案作為一種重要的過渡話音解決方案能夠滿足TD-LTE網(wǎng)絡(luò)初期部分終端用戶話音業(yè)務(wù)需求，同時(shí)解決國(guó)際漫游來訪?；谠囼?yàn)網(wǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，本文分析了CSFB話音方案回落和返回過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為CSFB話音方案部署提供建議及參考。

TD-LTE；CSFB；回落；返回

1 背景

根據(jù)終端形態(tài)不同，在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中存在3種話音解決方案：VoLTE/SRVCC、CSFB和多模雙待；其中VoLTE/SRVCC為TD-LTE提供話音的目標(biāo)方案，CSFB和多模雙待方案為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)完善之前的過渡方案，新技術(shù)的商用部署需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期，CSFB和多模雙待終端作為一種終端形態(tài)也將長(zhǎng)期存在，如表1所示。

目前由于VoLTE話音方案現(xiàn)網(wǎng)部署尚未成熟，為滿足國(guó)際漫游來訪及國(guó)內(nèi)特殊終端的需求，需要部署CSFB話音方案。CSFB讓中國(guó)移動(dòng)在部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)可以利用現(xiàn)有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)提供話音業(yè)務(wù)。

2 CSFB概述

CSFB（Circuit Switched Fallback in EvolvedPacket System）是3GPP TS23.272提供的一種電路域回落的機(jī)制，保證用戶同時(shí)注冊(cè)在EPS網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的電路域網(wǎng)絡(luò)，在用戶發(fā)起話音業(yè)務(wù)時(shí)，由EPS網(wǎng)絡(luò)指示用戶回落到目標(biāo)電路域網(wǎng)絡(luò)之后，再發(fā)起話音呼叫。3GPP中實(shí)現(xiàn)CSFB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

表1 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)話音實(shí)現(xiàn)方案匯總表

CSFB業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的影響主要是在MSC Server和MME之間引入了SGs接口，SGs接口用作EPS域和CS域之間的移動(dòng)管理和尋呼流程，還可傳送MO和MT SMS?；谠萂SC Server和SGSN之間Gs接口的BSSAP+ 擴(kuò)展而成SGsAP消息，基于SCTP/IP傳送，如圖2所示。

圖1 3GPP實(shí)現(xiàn)CSFB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2 SGs接口協(xié)議棧

CSFB業(yè)務(wù)涉及UE/ME、BSC、RNC、MSC、MME、HSS/HLR、eNode B以及SAE GW等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)行CSFB話音回落時(shí)，必須滿足以下要求。

(1) 在MME與MSC Server之間引入SGs接口，需要升級(jí)TD-LTE與2G/3G重疊覆蓋的MSC Server。

(2) UE附著在TD-LTE，同時(shí)也通過SGs接口附著到CS域，即聯(lián)合附著。

(3) 在獲得話音業(yè)務(wù)的同時(shí)也要盡量的保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的正確處理，例如PS域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的切換或者掛起。

(4) 當(dāng)話音呼叫結(jié)束后，UE在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候返回E-UTRAN。

實(shí)現(xiàn)CSFB業(yè)務(wù)，關(guān)鍵需要解決回落和返回問題。

3 回落方案

終端從TD-LTE回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)主要考慮兩種方式：PS域切換和RRC重定向。PS域切換延遲較小，但支持難度較大，現(xiàn)有終端基本不支持這種方式，而RRC重定向被業(yè)界廣泛接受。

RRC重定向回落的方式是在釋放TD-LTE的無線鏈接時(shí)，同時(shí)在釋放消息中攜帶重定向字段，指出終端重新接入的制式和頻點(diǎn)。在回落方式上，有基于R8和R9兩種重定向方式。

3.1 基于R8重定向

eNode B收到MME CSFB指示后，通過空口釋放消息直接釋放UE，并在消息中指示UE一個(gè)目標(biāo)GERAN的頻點(diǎn)組信息，UE自行搜網(wǎng)讀取GERAN系統(tǒng)消息并接入GSM進(jìn)行CS業(yè)務(wù)?；赗8重定向話音回落流程網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖3所示。

圖3 基于R8重定向話音回落流程網(wǎng)絡(luò)示意圖

基于R8重定向的話音回落時(shí)延主要發(fā)生在讀取系統(tǒng)廣播消息配置系統(tǒng)信息，如表2所示在某定點(diǎn)場(chǎng)景下，R8版本回落單端額外增加2～4 s，雙端額外增加7～9 s；路測(cè)情況下額外時(shí)延再增加1 s左右，具體情況視不同廠家及測(cè)試場(chǎng)景略有差異。R8回落下采用擴(kuò)展BCCH方案可減少回落時(shí)延0.2～1.2 s，但終端之間性能有一定差異。

3.2 基于R9重定向

eNode B收到MME CSFB指示后，通過RRC Release消息給UE下發(fā)一個(gè)目標(biāo)GERAN的頻點(diǎn)組以及小區(qū)系統(tǒng)消息，UE回落時(shí)無需讀取GSM系統(tǒng)消息，加快UE回落速度。頻點(diǎn)組及小區(qū)系統(tǒng)信息通過RIM流程由GERAN傳送給eNode B?；赗9重定向話音回落流程網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖4所示。

表2 基于R8重定向話音回落時(shí)延對(duì)比表

圖4 基于R9重定向話音回落流程網(wǎng)絡(luò)示意圖

基于R9重定向的話音回落較R8回落有較為明顯的性能優(yōu)勢(shì)，話音接續(xù)時(shí)延基本可以接受，如表3所示在某定點(diǎn)場(chǎng)景測(cè)試中，單端額外增加時(shí)延約為0.6～1.7 s，雙端額外增加時(shí)延約為2～2.4 s；路測(cè)情況下額外時(shí)延再增加1 s左右，具體情況視不同廠家及測(cè)試場(chǎng)景略有差異。

綜上所述，R8與R9方案比較如表4所示。

考慮CSFB作為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)過渡話音方案，基于投資及用戶體驗(yàn)綜合考慮，目前回落技術(shù)部署建議以R8 RRC重定向?yàn)橹鳎瑫r(shí)輔以優(yōu)化手段提升用戶體驗(yàn)。

表3 基于R9重定向話音回落時(shí)延對(duì)比表

4 返回方案

掛斷電話后返回E-UTRAN，主要有小區(qū)重選和Fast Return兩種返回方式。

4.1 Fast Return

UE在掛斷流程中，通過Channel Release消息攜帶TD-LTE頻點(diǎn)信息，使UE快速在指定頻點(diǎn)回到E-UTRAN。

4.2 小區(qū)重選回E-UTRAN

UE在掛斷電話后，進(jìn)入Idle態(tài)，通過讀取GSM廣播的TD-LTE鄰區(qū)信息，滿足信號(hào)強(qiáng)度等條件后，重選回E-UTRAN。

由于TD-SCDMA工程中RNC已配置鄰小區(qū)2G網(wǎng)絡(luò)信息，在4G工程中eNode B又配置了鄰小區(qū)3G網(wǎng)絡(luò)信息，因此采用2G→3G→4G橋接重選方案能夠在最小投資情況下實(shí)現(xiàn)返回。但該方案需要滿足終端支持TD-SCDMA，且TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大于TD-LTE這兩個(gè)前提。

為了解決部分終端不支持TD-SCDMA或TD-LTE覆蓋區(qū)內(nèi)沒有TD-SCDMA信號(hào)的問題，網(wǎng)絡(luò)部署可以考慮2G→4G小區(qū)重選方案，即終端駐留2G，根據(jù)2G廣播的TD-LTE鄰區(qū)信息，滿足信號(hào)強(qiáng)度條件后直接重選回4G網(wǎng)絡(luò)。也可以針對(duì)市區(qū)熱點(diǎn)區(qū)域TDSCDMA室分效果較差的小區(qū)部署2G基站向4G的重選功能并配置鄰區(qū)，支持終端直接返回4G。該方案對(duì)終端無額外功能要求，但在2G網(wǎng)絡(luò)增加4G臨區(qū)，會(huì)影響2G網(wǎng)絡(luò)，理論上增加部分場(chǎng)景2G/3G重選時(shí)延，對(duì)2G網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理帶來新的挑戰(zhàn)和要求。

表4 重定向話音回落方案對(duì)比表

終端自主FR及2G→3G→4G橋接重選對(duì)網(wǎng)絡(luò)無額外改造需求，2G→4G小區(qū)重選需要改造現(xiàn)網(wǎng)BSC；同時(shí)兩種返回方案引入時(shí)延均與終端關(guān)系較大，具體數(shù)值如表5所示。

表5 話音返回方案時(shí)延對(duì)比表

建設(shè)初期，從投資及方案可行性考慮，返回方案建議采用2G→3G→4G橋接重選；隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模增大，視CSFB用戶發(fā)展情況，考慮在TD-LTE覆蓋邊緣區(qū)域BSC上進(jìn)行配置TD-LTE鄰區(qū)消息，以便在GSM網(wǎng)掛機(jī)釋放信道過程中攜帶TD-LTE鄰區(qū)信息，使終端快速返回TD-LTE網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)促進(jìn)終端自主FR研發(fā)，不斷優(yōu)化，減少用戶不可及時(shí)間。

5 被叫解決方案

在終端回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)前后，由于跟蹤區(qū)和路由區(qū)并不是完全重合的，那么很可能給被叫終端發(fā)尋呼的MSC Server不是終端回落后所在的MSC Server，導(dǎo)致呼叫失敗的情況。為解決該問題，3GPP提出了MTRR（Mobile Terminating Roaming Retry） 和MTRF（Mobile Terminating Roaming Forwarding）兩種CSFB增強(qiáng)技術(shù)，兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式略有不同，在部署時(shí)可以選擇其一。

MTRR指主叫端局在收到指定MSC Server呼叫失敗消息后，重新發(fā)起呼叫請(qǐng)求，在第二次呼叫請(qǐng)求中用戶已完成位置區(qū)更新，HLR中更新MSC Server信息后尋呼成功。MTRF指原有MSC Server收到呼叫請(qǐng)求，尋呼不成功后不釋放呼叫，將呼叫前轉(zhuǎn)至新的MSC但都能夠在呼叫失敗后自動(dòng)的進(jìn)行位置區(qū)更新，釋放終端在原注冊(cè)的MSC Server中的信息，并通過新的MSC Server重新尋找被叫路由，使得呼叫不被中斷，同時(shí)MSC Server之間通過位置區(qū)更新流程獲取新的MSC Server地址。

MTRF較MTRR節(jié)省了信令消息，能夠縮短主叫用戶感受到的呼叫接續(xù)時(shí)間，給予用戶更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，且MTRR需要HLR和主叫MSC Server以及實(shí)際注冊(cè)的MSC Server同時(shí)支持MTRR功能，而MTRF對(duì)于HLR沒有特殊要求，只需要改造TD-LTE覆蓋區(qū)及邊界MSC Server支持即可。

6 部署建議及小結(jié)

CSFB作為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)過渡話音方案，并未從根本上解決TD-LTE提供話音業(yè)務(wù)的問題，而且每當(dāng)用戶發(fā)起話音業(yè)務(wù)時(shí)，用戶在TD-LTE上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都要中斷、切換或者是掛起，從而影響用戶體驗(yàn)。同時(shí)由觸發(fā)引起的頻繁話音切換也會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)性能，因此在工程部署中應(yīng)本著節(jié)約投資、開通功能并兼顧用戶體驗(yàn)的原則進(jìn)行建設(shè)。

在CSFB部署中，回落方案優(yōu)選R8版本，一個(gè)MSC Pool內(nèi)僅改造一臺(tái)MSC支持SGs和CSFB功能。網(wǎng)絡(luò)返回技術(shù)以2G→3G→4G橋接重選為主，對(duì)于無3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋或不支持TD-SCDMA和/或自主FR的部分終端，可以考慮2G→4G小區(qū)重選方案作為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，部署2G基站向4G的重選功能并配置鄰區(qū)，配置原則以覆蓋小區(qū)內(nèi)載頻數(shù)量為準(zhǔn)，參考網(wǎng)優(yōu)部門意見。

對(duì)于被叫問題，盡量通過劃分TA與LA邊界重疊來解決，對(duì)于難以通過優(yōu)化手段解決的地區(qū)，可以考慮部署MTRF技術(shù)。

同時(shí)在CSFB話務(wù)預(yù)測(cè)及資源配置中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注CSFB類型終端在TD-LTE終端中的占比以及VoLTE規(guī)模商用計(jì)劃；一般而言，VoLTE與CSFB的商用間隔時(shí)間越大，CSFB話務(wù)量峰值越大，在VoLTE商用前1～2年達(dá)到頂峰之后逐步回落。

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計(jì)世資訊發(fā)布音頻通信白皮書

8月28日，計(jì)世資訊行業(yè)分析機(jī)構(gòu)發(fā)表了《高效溝通 樂在其中》音頻通信白皮書，揭示企業(yè)對(duì)話音通信設(shè)備的需求及市場(chǎng)發(fā)展的最新趨勢(shì)。

近年企業(yè)全球化擴(kuò)張步伐明顯加速，企業(yè)員工、客戶與供貨商的地域分布越來越廣泛。中國(guó)加入WTO后，隨著中國(guó)企業(yè)“走出國(guó)門”，這種情況正在變得更加普遍。針對(duì)這個(gè)情況，計(jì)世資訊綜合各大產(chǎn)業(yè)和各行業(yè)發(fā)展情況，深入調(diào)查分析了企業(yè)當(dāng)下的溝通情況和需求，發(fā)布了《高效溝通 樂在其中》音頻會(huì)議白皮書，指出企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到順暢的溝通才能確保不同地區(qū)部門間以及整體供應(yīng)鏈間的緊密合作，從而支持業(yè)務(wù)高速發(fā)展。而在許多情況下，傳統(tǒng)的面對(duì)面溝通協(xié)作方式既花費(fèi)昂貴又不環(huán)保，因此企業(yè)對(duì)高效話音通信設(shè)備的需求不斷上升。據(jù)計(jì)世資訊調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，中國(guó)音頻會(huì)議產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模由2011年的7.5億元人民幣增長(zhǎng)到2013年的9.7億元人民幣。

白皮書還指出，為應(yīng)對(duì)企業(yè)對(duì)話音通信設(shè)備的要求，話音通信產(chǎn)品正朝著三大主流趨勢(shì)發(fā)展。一是高效的數(shù)據(jù)協(xié)同能力；隨著微軟Lync一類的社交協(xié)同辦公應(yīng)用軟件的普及，不少企業(yè)要求在話音設(shè)備中預(yù)裝這類協(xié)同辦公軟件，使之可與企業(yè)的OA、日志紀(jì)錄等軟件信息進(jìn)行同步。其次是更全面的可擴(kuò)展性；企業(yè)希望通過音頻通信終端運(yùn)行更多應(yīng)用，除了瀏覽更多信息外，更可整合不同的會(huì)議平臺(tái)與場(chǎng)景，以及進(jìn)行音視頻混網(wǎng)融合通信。最后就是易操作性；如BToE（Better Together over Ethernet)技術(shù)就簡(jiǎn)化了Lync兼容話機(jī)與PC中Lync客戶端的聯(lián)動(dòng)，使之避免傳統(tǒng)方式中話機(jī)與PC需要通過USB連接的繁瑣。預(yù)計(jì)以上三大方向?qū)⒗^續(xù)引領(lǐng)專業(yè)化音頻通信設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。

Research on CSFB voice solution in TD-LTE network

MA Hong-yuan1, YU Juan-juan2, BU Zhong-gui1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Henan Co., Ltd., Zhengzhou 450008, China)

As a transition voice solution, CSFB can meet some TD-LTE subscribers’ need as well as international roaming visiting during the early stage of TD-LTE network. Based on test data, this paper discussed the key points of fallback and returns process, and proposed some suggestions for CSFB deployment.

TD-LTE; CSFB; fallback; return

TN929.5

A

1008-5599（2014）09-0006-05

2014-03-12