TD-LTE CSFB實(shí)現(xiàn)方案分析

王冠 張振宏

摘? 要：在4G網(wǎng)絡(luò)中，語音業(yè)務(wù)仍然占著很大的比重。在LTE網(wǎng)絡(luò)部署過程中最需要考慮的是高速率的寬帶業(yè)務(wù)，但是由于其本身的全I(xiàn)P的體系使得4G網(wǎng)絡(luò)沒辦法利用CS語音方案。選用CSFB作為中間方案，實(shí)質(zhì)上就是終端設(shè)備接著使用現(xiàn)網(wǎng)，使用原來的電路域負(fù)責(zé)語音業(yè)務(wù)，終端設(shè)備在啟動時選擇不同的網(wǎng)絡(luò)，會有不一樣的反映。本文介紹了利用傳統(tǒng)的GSM/TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)承載LTE語音的CSFB技術(shù)，重點(diǎn)對其技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，對各種實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了比較論證。

關(guān)鍵詞：CSFB;PS切換;重定向;部署方案

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0053-03

Abstract：In the 4G network，voice service still accounts for a large proportion. In the process of LTE network deployment，the most important thing to consider is high-speed broadband services，but because of its full IP system，4G network can not use CS voice scheme. The choice of CSFB as the intermediate scheme is essentially that the terminal equipment uses the existing network and uses the original circuit domain to take charge of voice business. When the terminal equipment chooses different networks at startup，it will have different reflections. This paper introduces the CSFB technology which carries LTE voice in the traditional GSM/TD-SCDMA network，focuses on the analysis and research of its technical points，and compares and demonstrates various implementation schemes.

Keywords：CSFB;PS switching;redirection;deployment scheme

0? 引? 言

在4G網(wǎng)絡(luò)中，語音業(yè)務(wù)仍然占著很大比重，但由于其架構(gòu)原因，無法利用CS方案。因此在引入4G網(wǎng)絡(luò)前，為了保證客戶的語音業(yè)務(wù)質(zhì)量，需要考慮2G網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)之間的連續(xù)性。目前，符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的CSFB（CS Fallback）技術(shù)能較好地解決該問題。

2G網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率比較高，經(jīng)歷了兩代移動通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，可以充分保證用戶的語音業(yè)務(wù)體驗(yàn)。因此在部署4G網(wǎng)絡(luò)時，可以考慮采用2G網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)負(fù)責(zé)用戶的語音業(yè)務(wù)，而4G網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)客戶的寬帶業(yè)務(wù)，從而使得3G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)之間的語音業(yè)務(wù)可以無縫連接。而CSFB技術(shù)就是針對這一思路產(chǎn)生的。CSFB的基本思路就是，用戶在需要接入語音業(yè)務(wù)時，就把終端的4G網(wǎng)絡(luò)切換到2G網(wǎng)絡(luò)或者3G網(wǎng)絡(luò)，用戶在結(jié)束語音通話時，再把終端的3G網(wǎng)絡(luò)接回4G的LTE網(wǎng)絡(luò)。但是這一技術(shù)需要在4G網(wǎng)絡(luò)與2/3G網(wǎng)絡(luò)之間不斷切換，在通話時終端設(shè)備完全沒有辦法接入4G網(wǎng)絡(luò)，因此終端的4G業(yè)務(wù)也都終止，會在很大程度上影響客戶的體驗(yàn)。CSFB技術(shù)并不像由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完備引起的網(wǎng)絡(luò)切換，沒辦法在4G網(wǎng)絡(luò)部署的過程中根據(jù)3G現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，而是一種技術(shù)上的提前設(shè)定，因此沒有從根本上解決4G網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)的問題，所以CSFB技術(shù)只是4G語音業(yè)務(wù)中的一個過渡技術(shù)。

1? CSFB實(shí)施方案研究

用CSFB作為中間方案，實(shí)質(zhì)上就是終端設(shè)備接著使用現(xiàn)網(wǎng)，使用原來的電路域負(fù)責(zé)語音業(yè)務(wù)，終端設(shè)備在啟動時選擇不同的網(wǎng)絡(luò)，會有不一樣的反映。

1.1? 開機(jī)優(yōu)選LTE

終端設(shè)備在剛剛啟動時優(yōu)先選擇停留在4G網(wǎng)絡(luò)上，在有語音業(yè)務(wù)接入時，通過CSFB技術(shù)，終端設(shè)備接入的網(wǎng)絡(luò)由LTE網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)成2/3G網(wǎng)絡(luò)。

1.2? 開機(jī)優(yōu)選2G/3G

終端設(shè)備在剛剛啟動時不優(yōu)先選擇4G網(wǎng)絡(luò)，而是選擇停留在2/3G網(wǎng)絡(luò)上，此時的語音業(yè)務(wù)可以不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換直接接入語音通話。在用戶進(jìn)行非語音業(yè)務(wù)時，根據(jù)業(yè)務(wù)所需流量帶寬適時地把網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換至LTE網(wǎng)絡(luò)，在業(yè)務(wù)完成時再轉(zhuǎn)回2/3G網(wǎng)絡(luò)。但是這種思路也有其局限性，在網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換至4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非語音業(yè)務(wù)時，如果有語音業(yè)務(wù)接入的請求，仍然需要從4G網(wǎng)絡(luò)切換到2/3G網(wǎng)絡(luò)，所以依然需要CSFB技術(shù)的支撐。

所以，不管開機(jī)優(yōu)先選擇哪種網(wǎng)絡(luò)，都會有4G往2/3G轉(zhuǎn)換的情況出現(xiàn)?，F(xiàn)有三種終端設(shè)備從4G往2/3G轉(zhuǎn)換的方法如下：（1）PS切換：在語音業(yè)務(wù)接入終端前，先利用PS 到PS切換，讓UE轉(zhuǎn)到2/3G，在這種情況下必須進(jìn)行測量控制，使得終端設(shè)備選擇小區(qū)，之后終端設(shè)備在2/3G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)接入語音業(yè)務(wù)，當(dāng)語音業(yè)務(wù)完成時，進(jìn)行位置和路由的更新。（2）RRC重定向（R8）：終端設(shè)備先在4G網(wǎng)絡(luò)下完成RRC連接，同時向4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相關(guān)指令，確定CSFB技術(shù)的請求，之后由MME識別發(fā)送的請求類型，MME識別后繼續(xù)往下傳達(dá)CSFB Indication，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)返回2/3G。終端設(shè)備在收到斷開RRC連接的指令后，依據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的指引，搜尋特定的小區(qū)，同時測量特定小區(qū)。在目標(biāo)小區(qū)接入達(dá)成后，依據(jù)目前的網(wǎng)絡(luò)流程建立CS業(yè)務(wù)。（3）攜帶目標(biāo)小區(qū)廣播的RRC重定向（R9）：在終端設(shè)備接入目標(biāo)小區(qū)的過程中，還會涉及消息讀取等很多流程，因此終端用戶需要等待較長時間才能真正地接入語音通話，針對這一缺點(diǎn)，對RRC重定向進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)的思路是把2/3G網(wǎng)絡(luò)下的廣播消息等加入了4G網(wǎng)絡(luò)中，通過4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播消息讀取，不需要在2/3G網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行播報，因此大大地縮減了用戶等待的時間。但是這種思路具體實(shí)施起來成本比較高，而且實(shí)現(xiàn)難度較RRC重定向也比較大。RRC重定向和攜帶目標(biāo)小區(qū)廣播的RRC重定向兩種思路的操作流程是一樣的。

在RRC重定向這種思路中，為了減少用戶語音接入的等待時間，不采用跨系統(tǒng)測量，因此終端設(shè)備也不需要上傳測量報告，而是通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)置好傳輸給終端設(shè)備，相對來說操作起來比較簡單，但是可能存在終端在指定的頻點(diǎn)內(nèi)搜索小區(qū)失敗的風(fēng)險。所以在部署4G網(wǎng)絡(luò)時，要把CSFB技術(shù)的需求和指標(biāo)考慮在內(nèi)，利用多次測量驗(yàn)證，取得一個完美的鄰區(qū)配置參數(shù)，從而保證CSFB技術(shù)的可行性。

R9方案則不同，雖然用戶語音通話方案接入時間短，但仍要執(zhí)行RIM，通過這種方法來獲得廣播信息。CSFB to GSM還存在著以下兩種方案：（1）無網(wǎng)絡(luò)輔助的Cell Change Order（CCO without NACC）：無網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO和RRC重定向的操作流程是一樣的，兩種方法接入2/3G網(wǎng)絡(luò)的命令字段不一樣。2/3G網(wǎng)絡(luò)GSM系統(tǒng)內(nèi)有一種CCO的命令被用來控制小區(qū)的重新選擇，所以RRC中有一個CCO的命令字段。CCO字段與重定向字段相比，攜帶的鄰區(qū)信息更多。（2）有網(wǎng)絡(luò)輔助的Cell Change Order（CCO with NACC）：與無網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO一樣，有網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO也同RRC重定向的操作流程相同，與無網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO不同，有網(wǎng)絡(luò)的CCO把廣播消息加入了4G網(wǎng)絡(luò)中，4G網(wǎng)絡(luò)可以提前獲得廣播消息，并且把廣播消息在4G中傳輸給終端，因此不需要在2/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸廣播信息，大大地降低了語音通話等待延遲，提升了用戶的體驗(yàn)。

這兩種無網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO和有網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO方案，前提條件是攜帶包含鄰近小區(qū)的信息，如果不包含鄰近小區(qū)的信息而是通過提前的規(guī)劃進(jìn)行分配，那么CSFB技術(shù)的成功率會大大降低。所以考慮到風(fēng)險預(yù)估，必要時要犧牲語音業(yè)務(wù)的接入等待時間，在4G網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先傳輸測量控制命令，根據(jù)傳輸回來的測量報告來決定目標(biāo)小區(qū)的位置。

2? CSFB方案比較

為了更好地選擇CSFB的方案，要分析各種方案下實(shí)現(xiàn)CSFB的效果，分析能否達(dá)到規(guī)劃的目標(biāo)和滿足用戶的體驗(yàn)需求。CSFB技術(shù)主要的性能指標(biāo)是語音業(yè)務(wù)接入的等待時間。而語音業(yè)務(wù)接入等待時間主要是由用戶所在的網(wǎng)絡(luò)所決定的。

2.1? CSFB to GSM語音業(yè)務(wù)建立時延理論分析

從表1可以看出，其中性能最好的是R9的RRC重定向思路。與傳統(tǒng)GSM相比，語音業(yè)務(wù)接入等待時間增加的量還沒有到達(dá)1s，僅僅為毫秒級別的增量。由表格可以看出，其他方案的增量都達(dá)到了兩秒甚至更多，用戶體驗(yàn)受到了極大的影響，必須采用優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化從而提升用戶的體驗(yàn)。無網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO和有網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO和R9 RRC的重定向方案基本上能取得一樣的效果，但是無網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO和有網(wǎng)絡(luò)輔助的CCO有異系統(tǒng)時間，而且還要攜帶者鄰近小區(qū)的信息，風(fēng)險評估比R9 RRC要差一些。

2.2? CSFB to TD SCDMA語音業(yè)務(wù)建立時延理論分析

從表2可以看出，CSFB到3G網(wǎng)絡(luò)和到GSM的思路基本相似。通過分析下表可以看出，性能最好的一種方案同樣是RRC R9的重定向。較傳統(tǒng)TD-SCDMA語音建立時延僅需增加450ms;但最差的R8的RRC重定向方案也僅增加1s，主要是由于讀取TD-SCDMA系統(tǒng)小區(qū)廣播消息的時間相對較短。

在LTE網(wǎng)絡(luò)部署的過程中，不管采用哪種方案來實(shí)現(xiàn)CSFB到現(xiàn)網(wǎng)，都有以下幾點(diǎn)要求：（1）現(xiàn)網(wǎng)與LTE規(guī)劃部署中重復(fù)覆蓋的小區(qū)，要升級MSC。（2）在方案選擇和部署過程中，要避免CSFB技術(shù)實(shí)施過程中引入不必要的流程，從用戶體驗(yàn)出發(fā)，降低語音業(yè)務(wù)的建立延遲。（3）在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，沒有辦法徹底確保TA和La的匹配，而兩者之間的不匹配就會導(dǎo)致UE不能控制發(fā)起Paging消息的MSC，在這種情形下就必須要升級全網(wǎng)的MSC。在滿足了以上的要求后，選用不一樣的方案對2G/3G的影響，以及各種方案的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度分析可以通過表3、表4進(jìn)行分析。

3? CSFB實(shí)現(xiàn)方案研究結(jié)論及應(yīng)用建議

由上述CSFB各種方案的性能分析，以及各種方案的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以及對現(xiàn)網(wǎng)影響等方面的分析，針對4G網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)提出下面幾點(diǎn)建議，如表5所示。

CSFB技術(shù)是3G向4G業(yè)務(wù)擴(kuò)展中唯一可用的語音業(yè)務(wù)過渡技術(shù)，為保證TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)向TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的完美過渡，語音業(yè)務(wù)作為4G業(yè)務(wù)中占比極大的一項(xiàng)關(guān)鍵性業(yè)務(wù)必須做到無縫對接，因此CSFB技術(shù)的不斷完善成為4G推廣的重中之重。本文提出的RRC R9的重定向方案，可達(dá)到較好的性能，在滿足毫秒級別的語音業(yè)務(wù)建立時間的同時，對2G/3G業(yè)務(wù)的影響較小，同時可靠性及安全性較高，用戶體驗(yàn)良好，是一個很優(yōu)秀的方案。在4G網(wǎng)絡(luò)部署中，應(yīng)不斷以RRC R9類似高性能方案為先鋒，不斷地優(yōu)化完善CSFB技術(shù)，從小范圍逐漸推廣，查缺補(bǔ)漏，從而做到更靈活更高效的部署。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周彥，武欣.TD-LTE CSFB話音解決方案研究 [J].移動通信，2011，35（19）43-49.

[2] 李俠宇 EPS網(wǎng)絡(luò)CS FallBack技術(shù)研究 [J].電信網(wǎng)技術(shù)，2009（6）：9-13.

作者簡介：王冠（1977-），男，漢族，安徽宿州人，信息院設(shè)計一所所長，高級工程師，本科，研究方向：核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)專業(yè)咨詢規(guī)劃與設(shè)計;張振宏（1978-），男，漢族，廣東揭陽人，高級設(shè)計主管，高級工程師，本科，研究方向：通信網(wǎng)絡(luò)、政府信息化、智慧城市專業(yè)規(guī)劃咨詢。