移動通信4G網絡話音處理方案-CSFB淺談

鄧曉立 葉浩升

（廣東宜通世紀科技股份有限公司，廣東 廣州510630）

0 引言

隨著移動通信技術的迅猛發展，移動通信寬帶化已經成為未來移動通信系統的主要發展趨勢。LTE 作為目前移動通信系統的主要演進方向，越來越受到各大運營商和設備商的重視。 在LTE 網絡能提供基于分組域的語音業務，當用戶移出LTE 網絡覆蓋時，運用SR-VCC 解決語音業務連續性問題；鑒于LTE 網絡可以提供PS 域的高速率數據傳輸，2G/3G 網絡可以提供CS 域的高質量的語音業務，則兩者之間只要重疊覆蓋通過管理控制機制就可以保證語音業務的連續性。因此如何通過LTE 提供語音業務以及LTE 和2G/3G 網絡的互操作也越來越引起大家的關注。 本文介紹了LTE 語音業務連續性問題， 介紹了3GPP 提出的主流的標準化方案CS Fallback 的內容、網絡架構和基本流程。 在本文最后， 還通過分析CSFB 方案還存在的問題得出CS Fallback 只能作為LTE 部署初期的過渡方案。

1 LTE 的網絡架構

LTE 是3GPP 近兩年來啟動的最大的新技術研發項目， 這種以OFDM/FDMA 為核心的技術，具有100Mb/s 的數據下載能力，被視為從3G 向4G 演進的主流技術。 LTE 采用由ENodeB 構成的單層結構，這種結構有利于簡化網絡和減小延遲，實現了低時延，低復雜度和低成本的要求。 與傳統的3GPP 接入網相比，LTE 網絡RNC 節點和NodeB 節點合并，成為EnodeB，在基站側可以完成電路的交換。 名義上LTE 是對3G 的演進，但事實上它對3GPP 的整個體系架構作了革命性的變革， 逐步趨近于典型的IP 寬帶網結構。 核心網絡采用EPC(演進的分組核心網)，EPC 是扁平化的網絡架構， 采用單通道(one tunnel)、用戶面直連等技術，理論上可以大大縮短業務時延。

圖1 LTE 網絡架構

2 CSFB 技術介紹

在建設4G 網絡的大潮中， 當電信運營商確定了發展戰略后，其現有的傳統網絡和新建設的LTE 網絡總會有一段時間是并存的。 為了提供更好的用戶體驗，運營商需要一些解決方案來“橋接”這些不同的網絡， 利用不同的網絡資源針對性的為用戶提供服務，CSFB（3GPP TS 23.272）就是其中之一。

CSFB 是在傳統電路域核心網和LTE 核心網并存的網絡架構中，由電路域核心網為終端用戶提供話音業務的一種解決方案，于3GPPR8 中提出。 該方案適用于LTE 部署早期， 網絡僅做熱點覆蓋，LTE 網絡為用戶提供高速的數據業務；當終端用戶需要使用話音業務時，網絡則會引導用戶回落到傳統電路域核心網，由電路域核心網幫助用戶完成話音的接續。此方案既可以讓電信運營商進行快速的LTE網絡部署，同時也能有效保護運營商對傳統網絡的投資，所以成為眾多電信運營商初期建設LTE 網絡時話音業務提供的首選方案。

2.1 語音回落技術

語音回落技術是決定CSFB 語音呼叫性能的關鍵因素。 因此，首先對不同語音回落方案性能進行對比分析。 根據高通理論分析數據，CSFB 不同語音回落方案由于基本原理、實現方式存在差異，其理論性能不同。

表1 語音回落理論性能對比（s）

由上表可知，不同語音回落方案增加時延、成功率存在差異，是影響CSFB 語音性能的關鍵因素。

2.2 SGs 接口

進行CSFB 語音回落過程的一個重要接口就是SGs 接口，CSFB和SMS 都是通過MME 與MSC Server 之間的接口SGs 來完成互連的。 SGs 參考節點是用于移動性管理和EPS 與CS 電路域之間的連接過程，它基于Gs 接口，同時它還提供移動源和移動終端的短信。 圖2是SGs 接口的協議棧模型。

圖2 SGs 接口分層模型

圖2 表示SGs 接口的分層模型， 可以簡單的將其分為五個層次，即物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層，其中SGsAP 是SGs接口的應用層協議。它基于BSSAP+，用來處理EPS 和CS 域之間的移動性管理和尋呼流程， 這些流程是在現有的Gs 接口的流程基礎上進行擴充來實現的。 SCTP 是流控制傳送協議，用于在IP 網絡上可靠傳送信令消息，也可用于傳送其他重要的數據。SCTP 是和應用無關的公共傳送層協議，其地位相當于標準IP 協議棧中的TCP。

2.3 CSFB 呼叫流程

在CSFB 語音回落過程時， 從LTE 回落至UTRAN/GERAN 時有兩種方式，一種是RRC 重定向，即當UE 駐留在LTE 網絡卻需要發起語音主叫或者被叫過程時，網絡會進行RRC 重定向過程，將LTE 網絡中需求的語音業務重定向到2G/3G 網絡中來完成， 而在LTE 網絡中正在進行的PS 域數據業務需要暫時掛起。 一種是PS 切換，即如果回落的2G/3G 網絡也支持PS 域數據業務，則將在LTE 網絡中正在進行的PS 域數據業務通過PS 切換過程切換到2G/3G 網絡來進行，同時建立CS 域語音業務。 這里重點研究利用重定向方式進行語音回落。CSFB 呼叫包括EPS 中移動臺作為主叫（MO）時的語音回落（CSFB）過程，以及語音呼叫結束后退回到E-UTRAN 網絡的過程；還有移動臺作為被叫（MT）時的語音回落（CSFB）過程。

3 具體案例分析

3.1 江西移動CSFB 案例分析

在CSFB 改造過程中，九江瑞昌縣iphone5S 用戶能正常登記TDLTE 網絡,主叫正常,但是收短信及被叫均失敗。用戶反映該問題后，九江移動立即作出調查研究， 九江瑞昌縣GSM 網絡下掛在中興BSC39下，LAC=31010,該BSC 暫未入MSC POOL，只下掛在九江GS2：

1）從MME 側對用戶被叫進行跟蹤，發現MME 并沒有從SGs 接口收到MSC 的尋呼請求，從而初步排除MME 側問題。

2）從信令監測平臺查詢，瑞昌CSFB 用戶做被叫時，諾基亞MSC端局雖然沒有從SCs 接口下發尋呼消息， 但是尋呼消息已下發到BSC39。 但是由于用戶CSFB 終端注冊在LTE 網絡，所以尋呼失敗。

3）比較九江GS2 上中興BSC39 尋呼參數正常，經仔細核查端局數據發現，在九江GS2 進行CSFB 改造時，漏配置了VLR 的FQDN 數據。 通過ZWVI；指令查看到VLR FQDN 為空。

最后通過指令“ZWVS:VLRFQDN="8613442922.VLR.mnc000.mcc460.3 gppnetwork.org":;”添加FQDN 后，聯系用戶測試恢復正常。

我們的建議是：

（1）提升設備能力

目前諾基亞、華為交換機在CSFB 業務測量與統計方面均存在以下：無法統計CSFB 話務量；測量中無法對CSFB 呼叫和2/3G 呼叫涉及的接通率、指配失敗、尋呼失敗等進行區分，不能支持CSFB 呼叫失敗的具體原因分析。 為更好地進行4G 業務（含CSFB）分析，建議廠家盡快提升設備測量與統計能力，為指標深入分析提供基礎數據。

（2）明確指標算法

在進行4G 業務分析時發現指標算法公式不明確， 無法統一、準確地進行業務性能分析，建議明確CSFB 業務性能指標算法，實現全網統一方法、統一標準。

（3）CS 域、PS 域關聯

在日常4G 業務分析時發現在進行指標計算時必須關聯CS 域、PS 域信令消息才能得到正確的分析結果。 為實現CS 域、PS 域信令消息關聯，建議盡快完成信令監測平臺建設。

3.2 江蘇移動CSFB 案例分析

2014 年3 月初鎮江地區忙時SGs 尋呼成功率發現只有82%，經優化后提升至98%以上。 根據端局SGs 接口尋呼失敗統計分析發現鎮江地區尋呼拒絕次數明顯偏高；進一步在SGs 接口抓包分析，并結合端局軟件跟蹤，SGs 接口一共收到尋呼拒絕167 次，其中覆蓋丹陽的LA=21185 占94次，LA=21184 占47 次，兩個占比達到84%以上，而尋呼拒絕原因基本都是UE_unreachable。 進一步在MME 側跟蹤分析，確認ue_unreachable 原因是MME 在周期性位置更新時長內收不到UE 的位置更新消息（UE 脫網），會將UE 尋呼狀態置為PPF_cleared,在此狀態下任何來自SGS 接口的尋呼都會被MME 拒絕，返回原因值6 為ue_unreachable。

解決方案： 鎮江公司網優實地測試發現丹陽地區ENB 網存在華為插花BSC 共LAC 頻點，造成跨TAU 時會跨LAC 位置更新，導致尋呼失敗。3 月12 日完成優化丹陽地區ENB 邊界頻點后，SGs 尋呼成功率回升到98%以上。

4 結束語

由于在LTE 建網初期，網絡的覆蓋面還很小形成孤島，雖然可以給用戶提供高速率的數據傳輸業務，但是卻不能向用戶提供作為移動通信的主要業務的語音業務，因此為了解決語音業務需求問題以及合理的利用已經建設有一定規模的2G/3G 網絡，就要研究CSFB 語音回落技術來保證語音業務的提供。

［1］吳瓊，朱愛華，薛楠.CSFB 部署對網絡的影響分析[J].運營創新論壇,2013:151-154.

［2］徐德平,耿魯靜.淺析LTE 系統CSFB 話音解決方案[J].TD-LTE 技術專題，2013(1):55-59.

［3］曹世強,張紹偉.TD-LTE CSFB 技術特點及性能分析[J].“LTE 產業發展與 運營”題,2012:15-18.