GSM和LTE互操作淺析

周玲芳

(愛立信(中國)通信有限公司，廣東 廣州 510000)

摘　要：隨著LTE(Long Term Evolution)的大規(guī)模建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)不僅要支持傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)，同時也需要滿足各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與此同時，GSM(Global System For mobile Communications)的技術(shù)成熟、設(shè)備穩(wěn)定、性價比高，是目前語音業(yè)務(wù)的主要解決方案，在未來較長一段時間內(nèi)仍有充足的發(fā)展空間。可以預(yù)計，GSM、LTE網(wǎng)絡(luò)將在未來很長一段時間內(nèi)共存，這種組網(wǎng)策略對于GSM和LTE系統(tǒng)之間的互操作提出了強烈需求。著重從GSM到LTE的小區(qū)重選以及CSFB(Circuit Switched Fallback)兩方面分析了GSM和LTE之間的互操作。

關(guān)鍵詞：小區(qū)重選；無線網(wǎng)絡(luò)；互操作；語音回退；小區(qū)選擇

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.017

GSM和LTE互操作淺析

周玲芳

(愛立信(中國)通信有限公司，廣東 廣州 510000)

摘要：隨著LTE(Long Term Evolution)的大規(guī)模建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)不僅要支持傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)，同時也需要滿足各類數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與此同時，GSM(Global System For mobile Communications)的技術(shù)成熟、設(shè)備穩(wěn)定、性價比高，是目前語音業(yè)務(wù)的主要解決方案，在未來較長一段時間內(nèi)仍有充足的發(fā)展空間。可以預(yù)計，GSM、LTE網(wǎng)絡(luò)將在未來很長一段時間內(nèi)共存，這種組網(wǎng)策略對于GSM和LTE系統(tǒng)之間的互操作提出了強烈需求。著重從GSM到LTE的小區(qū)重選以及CSFB(Circuit Switched Fallback)兩方面分析了GSM和LTE之間的互操作。

關(guān)鍵詞：小區(qū)重選；無線網(wǎng)絡(luò)；互操作；語音回退；小區(qū)選擇

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.017

收稿日期：2015-02-03；修回日期：2015-04-20Received date:2015-02-30；Revised date：2015-04-20

中圖分類號：

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：1002-0802(2015)06-0714-04

Abstract：With large-scale construction of LTE(Long Term Evolution)， the network should not only support the traditional voice services, but also meet the requirement of data services. And in the same time, GSM (Global System for Mobile Communications) is the main solution to voice services, for its technical maturity, reliable equipment, and high ratio of performance cost, and would still have adequate development space in a fairly long time. And thus GSM and LTE network would coexist for a long time in future. This networking strategy proposes an urgent demand for the inter-operation of between LTE and GSM. This paper analyzes the inter-operation of between LTE and GSM from two aspects of cell reselection and CSFB (Circuit Switched Fallback).

作者簡介：

Inter-Operation between GSM and LTE

ZHOU Ling-fang

(Ericsson Communications Co.Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000, China)

Key words：cell reselection; radio network; inter-operation; CSFB; cell selection

0引言

根據(jù)3GPP(3rdGeneration Partnership Projet)規(guī)范，GSM和LTE雙系統(tǒng)間互操作的主要功能包括：

(1)PLMN(Public Land Mobile Network)的選擇和重選。終端開機后，首先需要找到網(wǎng)絡(luò)并與網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系，以確保能獲得服務(wù)。PLMN選擇或者重選的目的是選擇一個可提供服務(wù)的移動通信網(wǎng)絡(luò)(PLMN)。為達到這一目的，手機會維持一個PLMN列表，這個列表中會將PLMN設(shè)置為不同的優(yōu)先級，手機開機后，會根據(jù)PLMN的優(yōu)先級別來搜索，找到具有最高優(yōu)先級的PLMN。如果將LTE和GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為不同的PLMN，并在USIM(Universal Mobile Telecommunication System)卡中設(shè)置LTE為歸屬PLMN，通過PLMN重選，LTE用戶在進入LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域時，能夠自動由GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選到LTE網(wǎng)絡(luò)，利用PLMN重選算法可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的漫游，且不需要2G網(wǎng)絡(luò)升級。

(2)GSM和LTE之間的切換。切換的目的是為了保證移動用戶在通信期間業(yè)務(wù)不會隨著移動位置發(fā)生變化而中斷，為了保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需要網(wǎng)絡(luò)之間能夠支持異系統(tǒng)的切換。

就目前的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)而言，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，從LTE網(wǎng)絡(luò)到GSM支持重定向；如果是語音業(yè)務(wù)，則支持切換。GSM和LTE系統(tǒng)間的互相切換要求LTE和GSM系統(tǒng)中都配置了對方系統(tǒng)的小區(qū)為鄰小區(qū)，并且要求核心網(wǎng)側(cè)也支持，這種切換類型又稱為SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity)的切換。

( 3)GSM和LTE小區(qū)重選。3GPP協(xié)議支持不同系統(tǒng)之間的小區(qū)重選，手機可以通過基站下發(fā)的系統(tǒng)消息完成小區(qū)的選擇和重選。

( 4)CSFB。LTE網(wǎng)絡(luò)對于語音業(yè)務(wù)的支持有兩種方案：1)CSFB，語音回退到電路域，即手機在LTE的覆蓋范圍內(nèi)，一旦有語音業(yè)務(wù)，立即離開LTE網(wǎng)絡(luò)，回退到GSM或者3G網(wǎng)絡(luò)，使用其電路域來支持語音業(yè)務(wù)；2)VOLTE(Voice over LTE)，利用LTE網(wǎng)絡(luò)和IMS(IP multimedia subsystem,多媒體子系統(tǒng))來完成語音業(yè)務(wù)。CSFB作為過渡性的方案，可以有效的利用現(xiàn)網(wǎng)資源，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)投資，該方案是LTE建網(wǎng)初期的語音解決方案。

1GSM至LTE小區(qū)重選

對每一個GSM小區(qū)來說，最多可以定義8個LTE頻點；最多可在一個GSM小區(qū)和外部E-NODEB之間建立32個RIM(Radio Information Methods)；RIM信息可以和優(yōu)化下載速率，減少重選時延。

1.1GSM對LTE異系統(tǒng)測量

GSM對LTE異系統(tǒng)的測量是在一定條件下發(fā)生的。終端始終搜索高優(yōu)先級的LTE異系統(tǒng)，但是對于設(shè)置為低優(yōu)先級的LTE異系統(tǒng)需要在以下條件下進行測量：

(1)RLA_C < MEASTHR;

(2)RLA_C-ACCMIN-max( CCHPWR -P,0)<0

為保證終端停留在GSM網(wǎng)絡(luò)中不移至低優(yōu)先級LTE異系統(tǒng)，這2個條件需要被協(xié)同考慮;

(3)MEASTHR

1.2小區(qū)重選判決準則

(1)小區(qū)重選到高優(yōu)先級LTE頻率。小區(qū)重選到高優(yōu)先級LTE頻率發(fā)生在：RSRP > QRXLEVMINE + HPRIOTHR;

(2)小區(qū)重選到低優(yōu)先級LTE頻率。小區(qū)重選到低優(yōu)先級LTE頻率發(fā)生在：S_GSM < PRIOTHR 。

小區(qū)重選到低優(yōu)先級LTE頻率滿足以下條件：

(1)沒有發(fā)現(xiàn)高優(yōu)先級頻點;

(2)并且RSRP > QRXLEVMINE + LPRIOTHR。

如果以上條件都不滿足，手機還是可以在滿足以下條件時重選到低優(yōu)先級LTE頻點：

(1)S_GSM < PRIOTHR；

(2)RSRP - QRXLEVMINE > S_GSM + HPRIO。

1.3GSM系統(tǒng)消息

這些鄰區(qū)信息和測量配置相關(guān)的參數(shù)是通過系統(tǒng)消息廣播給手機。在GSM系統(tǒng)消息SI2 Quarter中會下發(fā)服務(wù)小區(qū)相關(guān)配置信息。包括服務(wù)小區(qū)優(yōu)先級(GERAN_PRIORITY)、異系統(tǒng)測量啟動門限、重選門限(Thresh_GSM_low)、基于優(yōu)先級的遲滯、重選門限、接收信號最小值、重選判決時間[1]。

與此同時，SI2 Quarter下發(fā)TD-LTE鄰區(qū)信息、TD-LTE鄰區(qū)頻點(EARFCN，EUTRA Absolute Radio Frequency Channel Number)、優(yōu)先級(E-UTRAN_Priority )、禁止小區(qū)(黑名單方式)、每載頻被禁止小區(qū)的PCI(Physical cell Identity)。參數(shù)說明見表1。

表1　參數(shù)說明

2CS Fallback功能

2.1CSFB功能概述

CSFB終端在空閑態(tài)下，能夠從LTE網(wǎng)絡(luò)回落到GSM網(wǎng)絡(luò)承載語音業(yè)務(wù)，主被叫通話結(jié)束后，能通過空閑態(tài)小區(qū)正確重選返回LTE網(wǎng)絡(luò)駐留[2]。

2.2CS Fallback原理(CSFB 主叫信令流程為例)

消息解析[3]：

(1)終端發(fā)起擴展業(yè)務(wù)請求至核心網(wǎng)MME(Mobility Management Entity)節(jié)點，該業(yè)務(wù)請求即CSFB接入請問；

(2)1b/1c.MME收到后向eNB發(fā)送S1-AP消息，通知eNB釋放該終端的無線連接；

(3)該步驟可選，終端可以向MME發(fā)送測量報告；

(4)eNB釋放終端的無線連接，并且將GSM小區(qū)的系統(tǒng)消息通知終端；

(5)終端和核心網(wǎng)側(cè)的S1承載釋放；

(6)假如終端的路由器或者位置區(qū)發(fā)生了改變，則發(fā)起路由區(qū)更新或者位置區(qū)更新；

(7)7a/7b LTE核心網(wǎng)側(cè)將該終端的承載掛起；

(8)核心網(wǎng)更新UE的承載信息；

(9)終端通過業(yè)務(wù)請求發(fā)起和GSM網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)請求；

(10)假如換了MSC，則需要將業(yè)務(wù)請求連接到新的MSC；終端完成和GSM網(wǎng)絡(luò)之間的呼叫連接的建立，并且進行呼叫；

(11)終端進行RA更新、LA更新或者聯(lián)合的LA/RA更新。

在這個信令過程中，終端實際完了了兩件事情。第一，完成和LTE網(wǎng)絡(luò)的釋放，但僅僅釋放的是無線側(cè)的連接，核心網(wǎng)側(cè)會將該終端的業(yè)務(wù)連接掛起；第二，終端通過業(yè)務(wù)請求的過程完成了和GSM網(wǎng)絡(luò)之間的呼叫連接，這個過程實際和普通的語音呼叫信令過程一樣。

在CSFB的過程中，根據(jù)終端能力以定義的優(yōu)先級，eNodeB決定目標頻點。該信息攜帶2G鄰區(qū)及對應(yīng)小區(qū)頻點信息。當多個目標頻點是相同的優(yōu)先級別時，eNodeB采用輪訓的機制進行選擇。CSFB功能需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)MSC(Mobile Switching Center)和MME支持，需要終端支持。

圖1　CSFB 原理

2.3呼叫釋放后快速返回LTE

當CSFB到GSM網(wǎng)絡(luò)的LTE用戶結(jié)束CS(Circuit Switch)業(yè)務(wù)后，快速返回LTE網(wǎng)絡(luò)。通過該功能增強GSM網(wǎng)絡(luò)與LTE網(wǎng)絡(luò)互操作能力，可以使得用戶迅速地從GSM網(wǎng)絡(luò)返回TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，使GSM/LTE之間互操作更加平滑，明顯提升用戶感知。 同時減少網(wǎng)絡(luò)信令開銷[4]。

功能原理：

圖2　快速返回LTE原理圖

快速返回LTE的技術(shù)原理：

(1)未開啟快速返回LTE功能時

1)GSM側(cè)需進行LA(Location Area)/RA(Routing Area)更新;

2)在GSM側(cè)，測量LTE;

3)在回到LTE網(wǎng)絡(luò)后需進行TA(Tracking Area)更新。

表2　終端事件

(2)開啟快速返回LTE功能時

1)GSM側(cè)不需進行位置區(qū)或者路由區(qū)更新；

2)呼叫釋放后直接返回LTE網(wǎng)絡(luò)后進行跟蹤區(qū)更新。

表3　終端事件

3結(jié)束語

小區(qū)重選是終端在空閑態(tài)下的行為，根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)策略，終端在空閑態(tài)下應(yīng)該首先LTE網(wǎng)絡(luò)，當走出LTE覆蓋后，選擇GSM網(wǎng)絡(luò)。而現(xiàn)狀是，GSM小區(qū)的信號往往會比LTE小區(qū)的信號強度強，這就會直接導致終端選擇GSM小區(qū)，這就對網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、參數(shù)配置提出了挑戰(zhàn)，特別是網(wǎng)絡(luò)邊界和重疊覆蓋區(qū)。如何根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特征來合理的配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是將來網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的長期和重點工作之一。語音回退(CSFB)解決了LTE網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)，該方案實現(xiàn)的技術(shù)難點之一就是網(wǎng)絡(luò)時延。在實際現(xiàn)網(wǎng)的測試過程中檢測到LTE到GSM語音回落的平均時延平均7秒左右，這就會影響用戶的業(yè)務(wù)感知。如何縮短網(wǎng)絡(luò)時延，為用戶提供良好的業(yè)務(wù)是網(wǎng)絡(luò)需要克服的難點。優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)性能需要長期的建設(shè)和優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)之間的互操作可以彌補LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足的現(xiàn)狀。相信通過長期不斷的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、提高網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)必定能給用戶提供良好的業(yè)務(wù)感知和可靠的業(yè)務(wù)操作。

參考文獻：

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周玲芳(1980—)，女，碩士，無線接入網(wǎng)培訓講師，主要研究方向為無線通信。