淺談CSFB方案在LTE中的應用

許鵬飛+++蔡玉坤+++曹云娣++尤雪廷+++王成林

摘 要：LTE覆蓋下的UE在處理語音業(yè)務時，終端先回退到CS網絡，重用現(xiàn)有的CS域設備來為LTE網絡中的用戶提供傳統(tǒng)的語音業(yè)務。文章介紹了LTE EPC和GPRS網絡結構，分析了LTE EPC啟用CSFB實現(xiàn)原理，討論了CSFB方案優(yōu)勢和劣勢，最后給出結論。

關鍵詞：CSFB；LTE；SGs口

1 引言

LTE（Long Term Evolution，長期演進技術）被通俗的稱為3.9G，具有100Mbps的數(shù)據(jù)下載能力，被視作從3G向4G演進的主流技術。EPC（Evolved Packet Core，分組核心演進）方案是一套全IP產品系列，旨在幫助運營商通過采用LTE技術來提供先進的移動寬帶服務。LTE網絡雖然是全分組交換網絡，但語音業(yè)務在很長一段時間內仍將是不可或缺的重要業(yè)務。CSFB（CS Fallback）是電路域回落或者CS語音回落， CSFB技術適用于2G/3G電路域與LTE的無線網絡重疊覆蓋的場景，網絡結構簡單，不需要部署IMS系統(tǒng)，能有效利用現(xiàn)有CS網絡投資。

在建設LTE網絡初期，如果運營商已經有成熟的UTRAN/GERAN網絡，出于對CS投資的保護，結合LTE網絡的部署方法，運營商考慮利用已有的CS域語音服務方案來提供語音業(yè)務，而LTE網絡只處理數(shù)據(jù)方面的業(yè)務。在這種處理情況下，采用CSFB技術，即LTE覆蓋下的用戶終端在處理語音業(yè)務時，終端首先回退到CS（電路域）網絡，實現(xiàn)在CS網絡下處理語音業(yè)務。顯然，這樣可以重用現(xiàn)有的CS域設備，從而達到為LTE用戶提供傳統(tǒng)語音業(yè)務的目的[1-2]。

對于運營商替換設備的時候能夠充分利用現(xiàn)有的網絡資源，減少網絡組網的投入。CSFB的應用場景主要包括以下兩種：（1）2、3、4G網絡融合，進行CS語音業(yè)務；（2）在4G網絡進行短消息收發(fā)業(yè)務[3]。

2 LTE EPC網絡和GPRS網絡

在LTE接入場景下，EPC（E-Packet Core，演進的分組核心網）提供了更低的延遲，并允許更多的無線接入系統(tǒng)接入，EPC的核心網元包括MME、SGW、PGW和HSS：

圖1給出了整個GPRS網絡和EPC網絡的各網元直接的接口。其中在SGs接口主要用于MME和MSC/VLR之間進行通訊的接口，用于CSFB功能。

圖1 系統(tǒng)引入CSFB和SGs口短消息網元結構圖

EPC網絡也能支持原來GERAN和UTRAN網絡的接入：

UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，統(tǒng)一的陸地無線接入網絡）：第三代移動通訊網絡（3G）的無線接入網絡，為終端的接入提供無線資源。

GERAN（GSM EDGE Radio Access Network，GSM/EDGE無線接入網）：GPRS/EDGE的無線接入網絡，為終端的接入提供無線資源。

3 LTE EPC中啟用CSFB實現(xiàn)原理

引入CS Fallback功能后，系統(tǒng)需要和MSC/VLR通訊增加SGs口的消息處理流程。這個SGs接口和GPRS/UMTS系統(tǒng)中的Gs接口類似。LTE EPC中啟用CSFB，MSC/VLR需要支持SGs接口功能，eNodeB需要支持CSFB的功能。

MME根據(jù)TA和LAI的關系，在用戶進行聯(lián)合附著或者聯(lián)合TAU過程中根據(jù)LAI選擇不同的MSC/VLR完成用戶的位置更新。

3.1 各網元作用

CSFB過程中，需要eNodeB、MME、MSC/VLR、HSS功能完成。

eNodeB完成用戶的注冊以及與核心網的信令交互，完成尋呼以及和終端的測量以及能力協(xié)商；

MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）主要完成用戶的注冊、承載建立和用戶的位置更新；

MSC/VLR主要用戶完成用戶的CS域位置更新、注冊以及語音和短消息業(yè)務的發(fā)起；

HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器）主要完成用戶的簽約數(shù)據(jù)插入和管理；

圖2 SGs口

3.2 業(yè)務流程

（1）MME收到用戶的聯(lián)合附著或者聯(lián)合TAU消息；（2）MME根據(jù)當前的TA和LAI的對應關系，使用LA選擇MSC/VLR發(fā)送位置更新消息到MSC/VLR完成用戶位置更新建立SGs關聯(lián)；（3）MME繼續(xù)完成用戶的附著或者TAU流程；

根據(jù)LTE剛起步、2G/3G網絡部署廣泛的情況，啟用CSFB功能能夠充分利用2G/3G網絡電路域提供語音、短信、定位、等成熟的電路業(yè)務。隨著LTE網絡的快速建設和基于IMS的業(yè)務平臺部署，更新終端到網絡側的業(yè)務能力配置，從而完全過渡到使用EPC網絡的能力變得越來越容易。

4 CSFB方案優(yōu)勢和劣勢

4.1 優(yōu)勢

（1）EPC網絡只對CS業(yè)務提供終端連接狀態(tài)管理、業(yè)務尋呼和終端網絡切換控制，對EPC網絡實體的功能影響較小。

（2）實際業(yè)務的建立和傳輸發(fā)生在原有的CS域網絡連接狀態(tài)下，對EPC網絡的資源占用較小。

（3）對于除短信以外的CS域業(yè)務處理流程相對統(tǒng)一，降低了網絡實體和終端實現(xiàn)的難度。

（4）提供了基于TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000三大網絡演進過程中的CS域共存方案，適用于不同網絡基礎的運營商向EPC平滑地過渡。

（5）與EPC IMS業(yè)務的共存可通過MME能力配置簡單的實現(xiàn)，也能夠通過該方式實現(xiàn)對EPC全業(yè)務的快速過渡。

4.2 劣勢

（1）相關標準并不完善，如呼叫建立過程中的時延要求并未明確標明。

（2）需要對MSC升級。

（3）在語音呼叫階段不能使用LTE網絡。

CSFB方案仍在完善中，對于CDMA 1X的方案，主要考慮增加CDMA 1X和EV-DO網絡的同時切換，而且對語音業(yè)務切換時延進行進一步優(yōu)化。這是3GPP R9階段的一個重要課題。

5 結束語

CSFB是3GPP R8中CS over PS研究課題的成果之一，它使得用戶在LTE網絡環(huán)境接入下進行語音通話時，用戶終端從LTE網絡回退到3G/2G網絡的CS域，在3G/2G 網絡上進行電路域的語音業(yè)務。如果進行語音通話時，用戶正在進行數(shù)據(jù)業(yè)務，數(shù)據(jù)業(yè)務也要回退到3G/2G網絡上。這里使用CSFB有個前提：只有在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊覆蓋區(qū)域，并且用戶具有CSFB功能的時候，才能回退電路域。在 LTE 網絡部署初期，3GPP 規(guī)定的CSFB 是被通信業(yè)廣泛接受的一種語音解決方案。

參考文獻

[1]楊紅梅，趙勇.LTE/SAE網絡語音業(yè)務技術實現(xiàn)及標準研究[J].電信網技術，2010

[2]楊紅梅，李文宇，胡泊.TD-LTE電路域回落多模單待手持終端的技術實現(xiàn)[J].電信網技術，2011.

[3]巨敏.EPC網絡語音解決方案[J].電子世界，2012.

作者簡介：許鵬飛，工程師，工學碩士，IEEE會員，主要從事移動通信教學和研究工作。endprint

摘 要：LTE覆蓋下的UE在處理語音業(yè)務時，終端先回退到CS網絡，重用現(xiàn)有的CS域設備來為LTE網絡中的用戶提供傳統(tǒng)的語音業(yè)務。文章介紹了LTE EPC和GPRS網絡結構，分析了LTE EPC啟用CSFB實現(xiàn)原理，討論了CSFB方案優(yōu)勢和劣勢，最后給出結論。

關鍵詞：CSFB；LTE；SGs口

1 引言

LTE（Long Term Evolution，長期演進技術）被通俗的稱為3.9G，具有100Mbps的數(shù)據(jù)下載能力，被視作從3G向4G演進的主流技術。EPC（Evolved Packet Core，分組核心演進）方案是一套全IP產品系列，旨在幫助運營商通過采用LTE技術來提供先進的移動寬帶服務。LTE網絡雖然是全分組交換網絡，但語音業(yè)務在很長一段時間內仍將是不可或缺的重要業(yè)務。CSFB（CS Fallback）是電路域回落或者CS語音回落， CSFB技術適用于2G/3G電路域與LTE的無線網絡重疊覆蓋的場景，網絡結構簡單，不需要部署IMS系統(tǒng)，能有效利用現(xiàn)有CS網絡投資。

在建設LTE網絡初期，如果運營商已經有成熟的UTRAN/GERAN網絡，出于對CS投資的保護，結合LTE網絡的部署方法，運營商考慮利用已有的CS域語音服務方案來提供語音業(yè)務，而LTE網絡只處理數(shù)據(jù)方面的業(yè)務。在這種處理情況下，采用CSFB技術，即LTE覆蓋下的用戶終端在處理語音業(yè)務時，終端首先回退到CS（電路域）網絡，實現(xiàn)在CS網絡下處理語音業(yè)務。顯然，這樣可以重用現(xiàn)有的CS域設備，從而達到為LTE用戶提供傳統(tǒng)語音業(yè)務的目的[1-2]。

對于運營商替換設備的時候能夠充分利用現(xiàn)有的網絡資源，減少網絡組網的投入。CSFB的應用場景主要包括以下兩種：（1）2、3、4G網絡融合，進行CS語音業(yè)務；（2）在4G網絡進行短消息收發(fā)業(yè)務[3]。

2 LTE EPC網絡和GPRS網絡

在LTE接入場景下，EPC（E-Packet Core，演進的分組核心網）提供了更低的延遲，并允許更多的無線接入系統(tǒng)接入，EPC的核心網元包括MME、SGW、PGW和HSS：

圖1給出了整個GPRS網絡和EPC網絡的各網元直接的接口。其中在SGs接口主要用于MME和MSC/VLR之間進行通訊的接口，用于CSFB功能。

圖1 系統(tǒng)引入CSFB和SGs口短消息網元結構圖

EPC網絡也能支持原來GERAN和UTRAN網絡的接入：

UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，統(tǒng)一的陸地無線接入網絡）：第三代移動通訊網絡（3G）的無線接入網絡，為終端的接入提供無線資源。

GERAN（GSM EDGE Radio Access Network，GSM/EDGE無線接入網）：GPRS/EDGE的無線接入網絡，為終端的接入提供無線資源。

3 LTE EPC中啟用CSFB實現(xiàn)原理

引入CS Fallback功能后，系統(tǒng)需要和MSC/VLR通訊增加SGs口的消息處理流程。這個SGs接口和GPRS/UMTS系統(tǒng)中的Gs接口類似。LTE EPC中啟用CSFB，MSC/VLR需要支持SGs接口功能，eNodeB需要支持CSFB的功能。

MME根據(jù)TA和LAI的關系，在用戶進行聯(lián)合附著或者聯(lián)合TAU過程中根據(jù)LAI選擇不同的MSC/VLR完成用戶的位置更新。

3.1 各網元作用

CSFB過程中，需要eNodeB、MME、MSC/VLR、HSS功能完成。

eNodeB完成用戶的注冊以及與核心網的信令交互，完成尋呼以及和終端的測量以及能力協(xié)商；

MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）主要完成用戶的注冊、承載建立和用戶的位置更新；

MSC/VLR主要用戶完成用戶的CS域位置更新、注冊以及語音和短消息業(yè)務的發(fā)起；

HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器）主要完成用戶的簽約數(shù)據(jù)插入和管理；

圖2 SGs口

3.2 業(yè)務流程

（1）MME收到用戶的聯(lián)合附著或者聯(lián)合TAU消息；（2）MME根據(jù)當前的TA和LAI的對應關系，使用LA選擇MSC/VLR發(fā)送位置更新消息到MSC/VLR完成用戶位置更新建立SGs關聯(lián)；（3）MME繼續(xù)完成用戶的附著或者TAU流程；

根據(jù)LTE剛起步、2G/3G網絡部署廣泛的情況，啟用CSFB功能能夠充分利用2G/3G網絡電路域提供語音、短信、定位、等成熟的電路業(yè)務。隨著LTE網絡的快速建設和基于IMS的業(yè)務平臺部署，更新終端到網絡側的業(yè)務能力配置，從而完全過渡到使用EPC網絡的能力變得越來越容易。

4 CSFB方案優(yōu)勢和劣勢

4.1 優(yōu)勢

（1）EPC網絡只對CS業(yè)務提供終端連接狀態(tài)管理、業(yè)務尋呼和終端網絡切換控制，對EPC網絡實體的功能影響較小。

（2）實際業(yè)務的建立和傳輸發(fā)生在原有的CS域網絡連接狀態(tài)下，對EPC網絡的資源占用較小。

（3）對于除短信以外的CS域業(yè)務處理流程相對統(tǒng)一，降低了網絡實體和終端實現(xiàn)的難度。

（4）提供了基于TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000三大網絡演進過程中的CS域共存方案，適用于不同網絡基礎的運營商向EPC平滑地過渡。

（5）與EPC IMS業(yè)務的共存可通過MME能力配置簡單的實現(xiàn)，也能夠通過該方式實現(xiàn)對EPC全業(yè)務的快速過渡。

4.2 劣勢

（1）相關標準并不完善，如呼叫建立過程中的時延要求并未明確標明。

（2）需要對MSC升級。

（3）在語音呼叫階段不能使用LTE網絡。

CSFB方案仍在完善中，對于CDMA 1X的方案，主要考慮增加CDMA 1X和EV-DO網絡的同時切換，而且對語音業(yè)務切換時延進行進一步優(yōu)化。這是3GPP R9階段的一個重要課題。

5 結束語

CSFB是3GPP R8中CS over PS研究課題的成果之一，它使得用戶在LTE網絡環(huán)境接入下進行語音通話時，用戶終端從LTE網絡回退到3G/2G網絡的CS域，在3G/2G 網絡上進行電路域的語音業(yè)務。如果進行語音通話時，用戶正在進行數(shù)據(jù)業(yè)務，數(shù)據(jù)業(yè)務也要回退到3G/2G網絡上。這里使用CSFB有個前提：只有在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊覆蓋區(qū)域，并且用戶具有CSFB功能的時候，才能回退電路域。在 LTE 網絡部署初期，3GPP 規(guī)定的CSFB 是被通信業(yè)廣泛接受的一種語音解決方案。

參考文獻

[1]楊紅梅，趙勇.LTE/SAE網絡語音業(yè)務技術實現(xiàn)及標準研究[J].電信網技術，2010

[2]楊紅梅，李文宇，胡泊.TD-LTE電路域回落多模單待手持終端的技術實現(xiàn)[J].電信網技術，2011.

[3]巨敏.EPC網絡語音解決方案[J].電子世界，2012.

作者簡介：許鵬飛，工程師，工學碩士，IEEE會員，主要從事移動通信教學和研究工作。endprint

摘 要：LTE覆蓋下的UE在處理語音業(yè)務時，終端先回退到CS網絡，重用現(xiàn)有的CS域設備來為LTE網絡中的用戶提供傳統(tǒng)的語音業(yè)務。文章介紹了LTE EPC和GPRS網絡結構，分析了LTE EPC啟用CSFB實現(xiàn)原理，討論了CSFB方案優(yōu)勢和劣勢，最后給出結論。

關鍵詞：CSFB；LTE；SGs口

1 引言

LTE（Long Term Evolution，長期演進技術）被通俗的稱為3.9G，具有100Mbps的數(shù)據(jù)下載能力，被視作從3G向4G演進的主流技術。EPC（Evolved Packet Core，分組核心演進）方案是一套全IP產品系列，旨在幫助運營商通過采用LTE技術來提供先進的移動寬帶服務。LTE網絡雖然是全分組交換網絡，但語音業(yè)務在很長一段時間內仍將是不可或缺的重要業(yè)務。CSFB（CS Fallback）是電路域回落或者CS語音回落， CSFB技術適用于2G/3G電路域與LTE的無線網絡重疊覆蓋的場景，網絡結構簡單，不需要部署IMS系統(tǒng)，能有效利用現(xiàn)有CS網絡投資。

在建設LTE網絡初期，如果運營商已經有成熟的UTRAN/GERAN網絡，出于對CS投資的保護，結合LTE網絡的部署方法，運營商考慮利用已有的CS域語音服務方案來提供語音業(yè)務，而LTE網絡只處理數(shù)據(jù)方面的業(yè)務。在這種處理情況下，采用CSFB技術，即LTE覆蓋下的用戶終端在處理語音業(yè)務時，終端首先回退到CS（電路域）網絡，實現(xiàn)在CS網絡下處理語音業(yè)務。顯然，這樣可以重用現(xiàn)有的CS域設備，從而達到為LTE用戶提供傳統(tǒng)語音業(yè)務的目的[1-2]。

對于運營商替換設備的時候能夠充分利用現(xiàn)有的網絡資源，減少網絡組網的投入。CSFB的應用場景主要包括以下兩種：（1）2、3、4G網絡融合，進行CS語音業(yè)務；（2）在4G網絡進行短消息收發(fā)業(yè)務[3]。

2 LTE EPC網絡和GPRS網絡

在LTE接入場景下，EPC（E-Packet Core，演進的分組核心網）提供了更低的延遲，并允許更多的無線接入系統(tǒng)接入，EPC的核心網元包括MME、SGW、PGW和HSS：

圖1給出了整個GPRS網絡和EPC網絡的各網元直接的接口。其中在SGs接口主要用于MME和MSC/VLR之間進行通訊的接口，用于CSFB功能。

圖1 系統(tǒng)引入CSFB和SGs口短消息網元結構圖

EPC網絡也能支持原來GERAN和UTRAN網絡的接入：

UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，統(tǒng)一的陸地無線接入網絡）：第三代移動通訊網絡（3G）的無線接入網絡，為終端的接入提供無線資源。

GERAN（GSM EDGE Radio Access Network，GSM/EDGE無線接入網）：GPRS/EDGE的無線接入網絡，為終端的接入提供無線資源。

3 LTE EPC中啟用CSFB實現(xiàn)原理

引入CS Fallback功能后，系統(tǒng)需要和MSC/VLR通訊增加SGs口的消息處理流程。這個SGs接口和GPRS/UMTS系統(tǒng)中的Gs接口類似。LTE EPC中啟用CSFB，MSC/VLR需要支持SGs接口功能，eNodeB需要支持CSFB的功能。

MME根據(jù)TA和LAI的關系，在用戶進行聯(lián)合附著或者聯(lián)合TAU過程中根據(jù)LAI選擇不同的MSC/VLR完成用戶的位置更新。

3.1 各網元作用

CSFB過程中，需要eNodeB、MME、MSC/VLR、HSS功能完成。

eNodeB完成用戶的注冊以及與核心網的信令交互，完成尋呼以及和終端的測量以及能力協(xié)商；

MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）主要完成用戶的注冊、承載建立和用戶的位置更新；

MSC/VLR主要用戶完成用戶的CS域位置更新、注冊以及語音和短消息業(yè)務的發(fā)起；

HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器）主要完成用戶的簽約數(shù)據(jù)插入和管理；

圖2 SGs口

3.2 業(yè)務流程

（1）MME收到用戶的聯(lián)合附著或者聯(lián)合TAU消息；（2）MME根據(jù)當前的TA和LAI的對應關系，使用LA選擇MSC/VLR發(fā)送位置更新消息到MSC/VLR完成用戶位置更新建立SGs關聯(lián)；（3）MME繼續(xù)完成用戶的附著或者TAU流程；

根據(jù)LTE剛起步、2G/3G網絡部署廣泛的情況，啟用CSFB功能能夠充分利用2G/3G網絡電路域提供語音、短信、定位、等成熟的電路業(yè)務。隨著LTE網絡的快速建設和基于IMS的業(yè)務平臺部署，更新終端到網絡側的業(yè)務能力配置，從而完全過渡到使用EPC網絡的能力變得越來越容易。

4 CSFB方案優(yōu)勢和劣勢

4.1 優(yōu)勢

（1）EPC網絡只對CS業(yè)務提供終端連接狀態(tài)管理、業(yè)務尋呼和終端網絡切換控制，對EPC網絡實體的功能影響較小。

（2）實際業(yè)務的建立和傳輸發(fā)生在原有的CS域網絡連接狀態(tài)下，對EPC網絡的資源占用較小。

（3）對于除短信以外的CS域業(yè)務處理流程相對統(tǒng)一，降低了網絡實體和終端實現(xiàn)的難度。

（4）提供了基于TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000三大網絡演進過程中的CS域共存方案，適用于不同網絡基礎的運營商向EPC平滑地過渡。

（5）與EPC IMS業(yè)務的共存可通過MME能力配置簡單的實現(xiàn)，也能夠通過該方式實現(xiàn)對EPC全業(yè)務的快速過渡。

4.2 劣勢

（1）相關標準并不完善，如呼叫建立過程中的時延要求并未明確標明。

（2）需要對MSC升級。

（3）在語音呼叫階段不能使用LTE網絡。

CSFB方案仍在完善中，對于CDMA 1X的方案，主要考慮增加CDMA 1X和EV-DO網絡的同時切換，而且對語音業(yè)務切換時延進行進一步優(yōu)化。這是3GPP R9階段的一個重要課題。

5 結束語

CSFB是3GPP R8中CS over PS研究課題的成果之一，它使得用戶在LTE網絡環(huán)境接入下進行語音通話時，用戶終端從LTE網絡回退到3G/2G網絡的CS域，在3G/2G 網絡上進行電路域的語音業(yè)務。如果進行語音通話時，用戶正在進行數(shù)據(jù)業(yè)務，數(shù)據(jù)業(yè)務也要回退到3G/2G網絡上。這里使用CSFB有個前提：只有在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊覆蓋區(qū)域，并且用戶具有CSFB功能的時候，才能回退電路域。在 LTE 網絡部署初期，3GPP 規(guī)定的CSFB 是被通信業(yè)廣泛接受的一種語音解決方案。

參考文獻

[1]楊紅梅，趙勇.LTE/SAE網絡語音業(yè)務技術實現(xiàn)及標準研究[J].電信網技術，2010

[2]楊紅梅，李文宇，胡泊.TD-LTE電路域回落多模單待手持終端的技術實現(xiàn)[J].電信網技術，2011.

[3]巨敏.EPC網絡語音解決方案[J].電子世界，2012.

作者簡介：許鵬飛，工程師，工學碩士，IEEE會員，主要從事移動通信教學和研究工作。endprint