CSFB終端接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)解決方案

黃云飛，陸健賢，趙旭，王慶揚

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東廣州510062；2.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東廣州510630）

運營技術(shù)廣角

CSFB終端接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)解決方案

黃云飛1，陸健賢1，趙旭2，王慶揚2

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東廣州510062；2.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東廣州510630）

針對CSFB 4G終端無法自動接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)問題，測試定位了問題產(chǎn)生的原因為3GPP協(xié)議限制，然后提出了協(xié)議和終端改進(jìn)建議，使CSFB 4G終端能夠自動接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)，同時能夠至少駐留在一個合法網(wǎng)絡(luò)上，改善了用戶體驗。

4G；CSFB；自動接入；合法網(wǎng)絡(luò)；解決方案

1 引言

在4G網(wǎng)絡(luò)商用初期，行貨終端型號較少，一般會有較多水貨終端進(jìn)入，其技術(shù)特征與運營商網(wǎng)絡(luò)尚未完全匹配。CSFB（circuit switched fallback，電路域回落）的4G終端在業(yè)界商用較多，當(dāng)作為水貨或者其他途徑接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)時，將存在無法自動接入4G網(wǎng)絡(luò)等問題。

本文以某型號CSFB 4G終端為樣本，測試研究其接入非CSFB網(wǎng)絡(luò)存在的問題，然后結(jié)合3GPP協(xié)議，提出了解決方案。

2 CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)與非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)3GPP協(xié)議，4G網(wǎng)絡(luò)是純分組域網(wǎng)絡(luò)，其語音業(yè)務(wù)也基于分組，通常稱為VoLTE。但是，在4G部署初期，4G網(wǎng)絡(luò)無法立即提供全覆蓋的、成熟的VoLTE語音業(yè)務(wù)，因此一般會考慮使用3G或者2G網(wǎng)絡(luò)提供的電路域語音業(yè)務(wù)，主要包括以下幾種具體解決方案。

·SVLTE（simultaneous voice and LTE）/SGLTE（simultaneous GSM and LTE），4G網(wǎng)絡(luò)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，cdma2000 1x/WCDMA或者GSM承載語音業(yè)務(wù)，在語音業(yè)務(wù)上與3G/2G網(wǎng)絡(luò)獨立，無互操作；終端具有2套相互獨立的收發(fā)信機(jī)，分別收發(fā)、處理4G信號和3G/2G語音信號。SVLTE方案是3GPP2運營商主流的選擇方案。

·雙待機(jī)（DulRxLTE），與SVLTE/SGLTE類似，終端有2個接收機(jī)，發(fā)射機(jī)可以只有一個（任何時候只能發(fā)射4G或者3G、2G其中一個信號，即4G數(shù)據(jù)和電路域語音不能并發(fā)）。

·SRLTE（single radio LTE），4G網(wǎng)絡(luò)在語音業(yè)務(wù)上與3G/2G網(wǎng)絡(luò)獨立，無互操作；終端只有1套收發(fā)信機(jī)，同一時間只能處理4G或者3G/2G中的一個信號。

·CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)與3G/2G網(wǎng)絡(luò)間增加了SGs接口互聯(lián)；終端單待機(jī)，使用一套收發(fā)信機(jī)，同一時間只能處理4G或者3G/2G信號。用戶在4G網(wǎng)絡(luò)和3G/2G電路域網(wǎng)絡(luò)同時注冊，當(dāng)用戶發(fā)起語音業(yè)務(wù)時，由4G網(wǎng)絡(luò)指示用戶回落到目標(biāo)電路域網(wǎng)絡(luò)（3G/2G）之后，再發(fā)起語音呼叫。具體的，CSFB需要在4G的MME與3G/2G的MSC/VLR之間新增一個SGs接口，作為連接EPC與電路域MSC的橋梁，完成移動性管理和尋呼處理功能：聯(lián)合附著/位置更新功能，UE在4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)起聯(lián)合附著/位置更新；MME通過SGs接口向3G/2G的CS電路域執(zhí)行聯(lián)合附著/位置更新，注冊開機(jī)狀態(tài)，更新CS域漫游位置信息；被叫尋呼功能，UE語音回落與聯(lián)合附著/位置更新時登記的3G/2G MSC相關(guān)，要求MSC通過SGs接口下發(fā)尋呼；UE在4G網(wǎng)絡(luò)中收到語音尋呼，然后回落到3G/2G網(wǎng)絡(luò)接聽語音尋呼；短信功能，UE在4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信，MME通過SGs接口向3G/2G的CS域前轉(zhuǎn)短信；UE接收短信時，聯(lián)合位置更新預(yù)先登記的3G/2G MSC通過SGs接口向4G網(wǎng)絡(luò)下發(fā)短信。在不增加用戶終端成本的條件下，CSFB語音解決方案可以較好地承載4G網(wǎng)絡(luò)初期的語音業(yè)務(wù)，成為3GPP陣營主流運營商的選擇方案之一。

在國內(nèi)，中國電信4G網(wǎng)絡(luò)為非CSFB網(wǎng)絡(luò)，即針對語音選擇了SVLTE和SRLTE等解決方案，4G網(wǎng)絡(luò)無需新增任何接口，減少了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，但SVLTE終端需要2套接收機(jī)同時監(jiān)聽4G和cdma2000 1x，成本較高。中國移動、中國聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)為CSFB網(wǎng)絡(luò)（理論上也支持SGLTE、SRLTE等語音解決方案），新增了相應(yīng)接口，網(wǎng)絡(luò)改造成本高，但CSFB終端成本較低。

3 CSFB終端接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)存在的問題定位

3.1 問題描述

某CSFB終端支持LTE FDD、WCDMA、GSM制式。中國電信4G（LTE FDD）網(wǎng)絡(luò)不支持CSFB，3G網(wǎng)絡(luò)為eHRPD/HRPD，2G網(wǎng)絡(luò)為cdma2000 1x。該終端插入中國電信4G USIM卡，開機(jī)后，終端顯示有數(shù)格信號，無所屬網(wǎng)絡(luò)信息；不能使用4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。必須進(jìn)行手動選網(wǎng)：在“設(shè)置”的移動網(wǎng)絡(luò)中，點擊搜索，約數(shù)十秒以上顯示“自動選擇、中國聯(lián)通、中國移動”或者包含“46011”；選擇“自動選擇”或者“46011”，終端進(jìn)入中國電信4G；此時可通過電信4G使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

針對不能自動接入中國電信4G網(wǎng)絡(luò)的問題，對該終端進(jìn)行開機(jī)測試，表明終端進(jìn)行自動附著又自動去附著。

3.2 問題分析

對該CSFB終端接入非CSFB的4G網(wǎng)絡(luò)過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，其結(jié)果如下：

（1）終端首先請求GSM狀態(tài)，并獲得IMSI invalid響應(yīng)（由于運營商網(wǎng)絡(luò)不支持GSM）；

（2）終端對WCDMA進(jìn)行額外狀態(tài)請求，獲得IMSI invalid響應(yīng)（由于運營商網(wǎng)絡(luò)不支持WCDMA）；

（3）終端進(jìn)入LTE NAS EMM state，準(zhǔn)備接入4G網(wǎng)絡(luò)；

（4）終端接收LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)消息MIB，之后依次讀取SIB1、SIB5、SIB2、SIB8；

（5）終端LTE NAS發(fā)起附著請求，原因為“att_type=2（0x2）（combined EPS/IMSI attach）”，3 ms后發(fā)起RRC連接請求（原因為no-signalling）；

（6）相應(yīng)的，經(jīng)過RRC連接建立、鑒權(quán)、NAS安全模式、UE能力查詢、RRC安全模式、RRC連接重配置后，4G網(wǎng)絡(luò)NAS發(fā)起附著接受（APN=CTLTE）；

在網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給終端的attach accept信令中：

attach_result=1（0x1）（EPS only）

…

IMSVoPS=1（0x1）（IMS Vo PS session in S1 mode supported）

即由于測試的4G網(wǎng)絡(luò)不支持CSFB，導(dǎo)致終端請求的聯(lián)合附著不成功，僅實現(xiàn)LTE附著；同時支持基于IMS的PS會話。

（7）網(wǎng)絡(luò)發(fā)起默認(rèn)EPS承載上下文請求，經(jīng)過RRC重配置完成、附著完成（激活默認(rèn)EPS承載上下文接受）；

（8）終端NAS發(fā)起去附著請求，detach_type=1（0x1）（EPS detach）；

（9）網(wǎng)絡(luò)發(fā)起RRC連接釋放；

（10）終端周期性搜索WCDMA、GSM。

3.3 問題定位

從以上過程分析可知，之所以需要后續(xù)手動選網(wǎng)，主要是因為在步驟（8），終端主動發(fā)起了去附著，導(dǎo)致終端離開4G網(wǎng)絡(luò)。

分析步驟（5），終端發(fā)起聯(lián)合附著，RRC連接請求信令的部分內(nèi)容如下所示：

EMM combined procedures capability=1（0x1）

ISR support=1（0x1）

SRVCC to GERAN/UTRAN capability=1（0x1）

EPC capability=1（0x1）

NF capability=1（0x1）

…

voice_domain_pref_incl=1（0x1）

voice_domain_pref

length=1（0x1）

UE_usage_setting=0（0x0）（voice centric）

voice_domain_pref_for_EUTRAN=0（0x0）（CS voice only）

即該終端需要聯(lián)合附著。開機(jī)語音優(yōu)先，開機(jī)后終端需優(yōu)先駐留于2G/3G的CS域，同時僅支持電路域語音。

從以上可知，終端設(shè)置為“CS voice only”與“voice centric”。根據(jù)3GPP TS 23.221協(xié)議，終端行為如圖1所示。

在終端聯(lián)合附著失敗的情況下，終端檢測到其設(shè)置為語音優(yōu)先“voice centric”，終端將重選到其他系統(tǒng)。

具體的，該CSFB終端在開機(jī)附著時需要聯(lián)合附著（combined EPS/IMSI attach），而非CSFB的4G網(wǎng)絡(luò)不支持CSFB，所以聯(lián)合附著失敗，僅實現(xiàn)EPS only附著。根據(jù)協(xié)議規(guī)定，終端將重選到其他系統(tǒng)。因此，CSFB終端主動發(fā)起去附著，關(guān)掉LTE能力，進(jìn)而搜索其他系統(tǒng)（GSM、WCDMA）。由于運營商無GSM、WCDMA網(wǎng)絡(luò)，終端無法駐留，因此只能周期搜索WCDMA（約36 s）和GSM（約16 s）。終端需要用戶手動進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索和選擇，才能附著并駐留于LTE，此時附著的類型為EPS only。若無手動參與，終端將不能駐留在中國電信任何網(wǎng)絡(luò)上。

4 解決方案與建議

基于以上分析，由于協(xié)議限制，CSFB終端接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)存在以下問題：

·若無手動設(shè)置，終端將無法接入非CSFB的4G網(wǎng)絡(luò)；

·終端將持續(xù)搜索無法接入的CS域的3G、2G網(wǎng)絡(luò)，終端耗電嚴(yán)重。

針對以上問題，建議對CSFB 4G終端進(jìn)行以下改進(jìn)。

·在“唯一可用網(wǎng)絡(luò)”與“voice centric”等共同作用時，能夠保證用戶有合法網(wǎng)絡(luò)使用作為第一優(yōu)先級，同時能夠在撥打緊急電話時使用受限網(wǎng)絡(luò)，如本案例中的WCDMA或者GSM。

·在開機(jī)附著不能滿足聯(lián)合附著但EPS only附著成功情況下，終端不要發(fā)起去附著，同時不應(yīng)關(guān)閉LTE能力。

·終端在搜索其他網(wǎng)絡(luò)時，若用戶無法附著或登記，終端應(yīng)返回選擇一個合法網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行附著并駐留，不能一直周期搜索非合法網(wǎng)絡(luò)，從而陷入死循環(huán)。

圖1 CSFB終端行為

·CSFB終端在聯(lián)合附著失?。▋H能實現(xiàn)EPS附著時），終端從CSFB轉(zhuǎn)換為DulRxLTE或者SRLTE工作模式。

相應(yīng)地，針對3GPP TS 23.221協(xié)議中的圖1，采用以下改進(jìn)的方案，如圖2所示。

圖2 CSFB終端行為改進(jìn)方案

語音優(yōu)先的CSFB終端，在聯(lián)合附著失敗后，終端不去附著，且網(wǎng)絡(luò)也保留終端上下文，然后轉(zhuǎn)到其他無線接入技術(shù)系統(tǒng)，如果其他系統(tǒng)CS域不可注冊，則終端返回LTE并駐留；若其他系統(tǒng)的CS域可注冊，則終端不使用CSFB方案，而采用雙接收（DulRxLTE）方案或者SRLTE方案，從實現(xiàn)終端在電路域和4G網(wǎng)絡(luò)的共同工作。

通過對CSFB 4G終端和3GPP TS 23.221協(xié)議的改進(jìn)，能夠使CSFB 4G終端自動駐留于合法的非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)；CSFB 4G終端能夠在插入的UIM卡不支持的移動網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行緊急呼叫；CSFB 4G終端可避免持續(xù)周期性搜索不合法的網(wǎng)絡(luò)，減少對移動網(wǎng)絡(luò)的信令沖擊，減少終端耗電；CSFB 4G終端在聯(lián)合附著失?。▋H能實現(xiàn)EPS附著時），自動從CSFB轉(zhuǎn)換為DulRxLTE或者SRLTE工作模式，能更好地實現(xiàn)與非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)的兼容，提升用戶體驗。

5 結(jié)束語

本文針對CSFB終端無法自動接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)的問題進(jìn)行了詳細(xì)測試和分析，定位為3GPP協(xié)議問題，然后針對協(xié)議和終端提出了解決方案與建議。提出的3GPP協(xié)議和終端解決方案與建議，使CSFB終端能夠自動接入非CSFB 4G網(wǎng)絡(luò)，同時能夠至少駐留在一個合法網(wǎng)絡(luò)上，改善用戶體驗。

［1］Technical specification group services and system aspects；architectural requirements：3GPP TS 23.221 version9.5.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-13］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［2］Circuit switched（CS）fallback in evolved packet system（EPS）；stage 2：3GPP TS 23.272 version9.13.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-18］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-923_series/.

［3］GPRS enhancements for E-UTRAN access：3GPP TS 23.401 version9.14.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-18］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［4］General packet radio service（GPRS）；service description；stage 2：3GPP TS 23.060 version9.13.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-13］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［5］Mobile radio interface layer 3 specification radio resource control（RRC）protocol：3GPP TS 44.018 Version9.13.0-2012：2012［S/OL］.［2012-06-29］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/44_series/.

［6］Network architecture：3GPP TS 23.002 version9.6.0-2011：2011［S/OL］.［2011-08-24］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［7］Radio resource control（RRC）protocol specification：3GPP TS 25.331 version9.11.0-2013：2013［S/OL］.［2013-01-02］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/25_series/.

［8］Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）and evolved universal terrestrial radio access（E-UTRAN）；overall description；stage 2：3GPP TS 36.300 Version9.10.0-2013：2013［S/OL］.［2013-01-07］.ftp：//ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/36_series/.

［9］Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）；radio resource control（RRC）；protocol specification：3GPP TS 36.331 Version9.13.0-2013：2013［S/OL］.［2013-01-03］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/36_series/.

［10］Non-access-stratum（NAS）protocol for evolved packet system（EPS）；stage 3：3GPP TS 24.301 verion9.10.0-2012：2012［S/OL］.［2012-06-25］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/24_series/.

Solution of CSFB UE accessing no-CSFB 4G network

HUANG Yunfei1，LU Jianxian1，ZHAO Xu2，WAGN Qingyang2
1.Guangdong Branch of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510062，China
2.Guangzhou Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510630，China

Focusing on the CSFB 4G UE couldn’t access no-CSFB 4G network automatically，some tests and analysis had been done and located the root cause of the problem by 3GPP specification.Some solutions about UE and 3GPP specification were presented that maked CSFB 4G UE access no-CSFB 4G network automatically and stay in a legalized network，giving users good experience.

4G，circuit switched fallback，access automatically，legal network，solution

TN929.53

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016047

2015-10-10；

2015-12-31

陸健賢（1975-），男，中國電信股份有限公司廣東分公司高級工程師，主要研究方向為移動網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

趙旭（1975-），男，現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能終端適配。

黃云飛（1973-），男，博士，中國電信股份有限公司廣東分公司高級工程師，主要研究方向為移動網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

王慶揚（1973-），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要研究方向為移動網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化。