LTE系統電路域回落話音解決方案

徐海+于錕

【摘要】 本文在比較多種LTE網絡話音解決方案后，著重分析了電路域回落（CSFB）話音解決方案的工作原理、網絡架構和主、被叫尋呼流程。并針對回落過程中出現的切換、TA錯誤、網絡重選等問題進行了進一步分析，并進行了總結。

【關鍵詞】 LTE CSFB 電路域回落 話音

一、概述

LTE網絡是一個提供全IP業務的移動承載網絡，主要是為了提供高速數據業務，因此只有PS域，沒有CS域，無法提供持續、穩定的端到端話音業務。為了保證用戶在暢享高速數據業務的同時，也能夠得到穩定的高質量話音服務，是LTE網絡急需解決的問題。目前有以下三種過渡方案。（1）電路域回落（CSFB）方案。電路域回落方案，顧名思義終端優選LTE網絡駐留，在有話音業務需求時（包括主叫、被叫），通過網絡輔助，完成網絡切換，回落到擁有獨立電路域的2、3G網絡，然后通過2、3G網絡的電路域進行話音業務。待話音業務完成后再返回LTE網絡附著。該方案適合LTE網絡覆蓋區域小于2、3G網絡，且未組建IMS網絡情況下，利用前期2、3G網絡發展優勢，提供高質量話音服務。作為3GPP標準內的話音解決方案，產業鏈十分成熟，是目前全球運營商選擇較多的過渡方案。（2）多模雙待終端方案。多模雙待終端方案本身與網絡側并無關系，全部依賴終端的支持能力，要求終端具有多個射頻模組，可以同時駐留在2、3G網絡和LTE網絡上，由2、3G網絡完成話音業務服務，由LTE網絡完成高速數據業務服務。該方案技術實現簡單，對網絡沒有任何要求，也無需互操作功能，網絡改造代價小。不過對終端性能依賴性很強，無法做到全面服務用戶。（3）雙模單待無線語音呼叫連續性（IMS/SRVCC）方案。SRVCC方案是作為VoLTE話音服務，通過網絡協助，完成LTE網絡VoIP語音服務與2、3G網絡電路域語音服務的平滑切換。該方案需借助IMS網絡的功能實現VoIP語音服務和LTE網絡與2、3G網絡的互操作功能。對網絡改造代價較大，需要提供完善的IMS網絡功能。

二、LTE系統電路域回落（CSFB）話音解決方案

1、CSFB話音解決方案原理。CSFB的基本原理是，當終端處在無話音服務狀態時，駐留在LTE網絡之中，以便于定位、尋址、數據業務。當終端發生語音業務時，MME會將終端回落到2、3G網絡之中，通過回落網絡的CS域為終端提供語音業務。當存在短消息業務時，MME通過將短消息信令在移動交換中新和終端之間轉發的方式，實現為終端提供短消息業務。以上交互功能均由MME與MSC之間的SGs接口完成。

2、CSFB話音業務流程-主叫。首先由終端發起話音主叫請求（CSFB呼叫請求），MME在接收請求后將相關消息發送給eNode…B，告知終端將因CSFB業務回落到2、3G網絡。eNode…B接收消息后要求終端進行異系統小區測量，根據測量結果確定重定向目標系統小區，在向終端發送目標系統具體的無線配置信息后，釋放鏈接。終端接入相應系統小區，發起話音主叫業務并建立呼叫鏈接。當終端完成話音業務掛機后，將根據網絡設置重選回LTE網絡，至此一次完成的CSFB話音主叫業務區流程結束。

3、CSFB話音業務流程-被叫。主叫MSC根據終端在2、3G網絡登記信息尋址到其登記下的MSC。在經由登記MSC通過SGs接口發送消息給MME。MME通過eNode…B與終端建立連接，并通知MSC已尋址終端暫停發送尋呼請求。同時MME通過eNode…B通知終端因CSFB業務將回落2、3G網絡。終端回落2、3G網絡后進行CS尋呼響應并建立通話連接。待呼叫結束掛機后根據重選方案重回LTE網絡附著。

三、LTE系統CSFB的關鍵問題

3.1用戶回落及位置更新過程增加呼叫建立時延

終端在回落過程中，需測量選取回落的2、3G小區，并與之同步。若此時發生MSC位置更新將繼續增加通話建立時延。根據MSC切換方式不同，總時延長度也不相同。

（1）回落方案一：PS切換。網絡在收到CSFB業務請求后，指示終端在LTE網絡下進行回落目標系統測量并上報測量結果，由網絡根據終端上報的測量報告選擇回落的目標小區，MME與SGSN之間進行切換準備，目標網絡預留資源，之后eNodeB向終端發送切換命令控制終端執行切換，終端切換至回落目標網絡。由于回落前，終端將在LTE網絡連接狀態下進行異系統測量、切換準備等一系列操作，測量時延相對較大。由于PS切換流程復雜，涉及LTE覆蓋區及邊界的eNode…B，MME，SGSN，BSC/RNC均需要改造，復雜度高，改造網元多，升級成本高，實現難度大。

（2）回落方案二：CCO（with…NACC）。網絡在收到CSFB業務請求后，指示終端在LTE網絡下進行回落目標系統測量并上報測量結果，eNode…B根據上報的測量報告選擇合適的小區，向終端發起CCO（Cell…Change…Order，小區改變命令），在該命令中攜帶回落目標網絡小區信息，終端收到命令后向回落目標網絡切換，首先與回落目標網絡小區同步，然后讀系統廣播（開通RIM流程可以不讀?。?，接入回落目標網絡。CCO切換方式下，仍需要終端在LTE網絡連接狀態下進行異系統測量，測量時延相對較大。同時在語音呼叫建立時需要讀取回落目標網絡廣播信息，將增加時延3-4秒。在引入RIM流程后，時延將縮短為1秒。CCO流程只支持回落到2G，不需要現網改造，如引入RIM流程，則需要LTE覆蓋區及邊界的SGSN，BSC改造。

（3）回落方案三：RRC…Release（with…SIBs）。eNodeB收到CSFB業務請求后，向終端發起重定向消息，斷開終端與LTE網絡連接，終端在脫網狀態下進行回落目標系統測量并選擇一個合適的小區和頻點，向回落目標網絡發起接入請求。開通RIM流程情況下，將縮減預讀網絡廣播信息的時間，減少時延。RRC…Release切換方式下，終端在脫網狀態下進行異系統測量，測量時延相對較小。RRC…Release流程本身不需要網絡改造，如引入RIM流程，回落2G，則涉及LTE覆蓋區及邊界的SGSN，BSC改造。endprint

根據以上回落方案說明，PS切換方式流程復雜，改造網元多，改造難度大，成本高。CCO切換方式僅適用于2G網絡，網絡適用性差，回落后網絡性能下降明顯，用戶體驗差。RRC…Release方式改造規模小，方案簡單，時延小，建議采用RRC…Release…with…SIBs方案實現電路域回落。回落目標網絡可根據運營商自有2、3G網絡情況，以及終端支持情況進行選擇。

3.2 TA規劃不合理或用戶在MSC邊界的移動會導致被叫失敗

終端附著LTE網絡時，需進行聯合位置更新，在MME上存儲TA…與LA…的對應關系，并根據TA將用戶注冊在LA對應的MSC上。但由于TA與LA不能準確映射，或造用戶在MSC邊界的移動，造成回落MSC與指定MSC不同，被叫失敗。在存在被叫失敗的情況下，可由以下三種方案解決。

（1）解決方案一：主叫端局重試方案（MTRR）。主叫端局在收到指定MSC呼叫失敗消息（消息中指示需要呼叫重試）后，重新發起呼叫請求，第二次呼叫請求時用戶已完成位置更新，HLR中登記的用戶MSC為新MSC，呼叫成功。該方案需要對全網MSG和HLT進行改造升級。（2）解決方案二：呼叫前轉方案（MTRF）。舊的MSC收到呼叫請求，尋呼不成功后不釋放呼叫，將呼叫前轉至新的MSC（舊的MSC通過MSC之間的位置更新流程獲取新的MSC的地址）。該方案需要將LTE覆蓋區域內及邊界MSC改造升級。（3）解決方案三：信令平臺方案。集中建設信令平臺，虛擬MSC/VLR功能，所有CSFB用戶初始接入該MSC，用戶被叫時，平臺將提供漫游號碼流程掛起，待用戶回落到2/3G并位置更新后，再發起路由查詢流程，確保呼叫被接續至新的MSC。該方案無需網絡做任何改造，但所有呼叫均增加位置更新流程。

綜上所述，MTRR將對全網MSC、GMSC和HLT進行改造；MTRF僅對LTE覆蓋區域及邊界MSC進行改造；信令平臺方案因不屬于3GPP標準，并僅Mavenir設備支持。建議采用MTRF方式作為重新呼叫方案。

3.3呼叫結束后終端網絡駐留選擇

在完成話音通話后，終端掛機后將面臨駐留網絡選擇。為確保用戶數據業務盡量在LTE網絡提供，用戶呼叫結束后需返回LTE網絡。返回LTE網絡過程中，將引入一段無法被網絡尋呼的時間，即用戶不可及時間，此時用戶無法收到任何尋呼也無法建立任何業務。（1）空閑態小區重選方案。該方案可用于2、3G網絡返回LTE網絡，是一種普遍適用的方案。用戶在掛機后，直接駐留在回落網絡上，之后根據廣播消息中的LTE網絡鄰區信息執行小區重選，返回高優先級的LTE網絡。該方案中在重選的過程中仍需要與目標LTE網絡進行小區同步。并且在返回時，不可及時間較長，影響用戶體驗。并且當終端駐留在回落網絡時，業務將由回落網絡承載，數據速率慢，影響用戶感知。（2）話音結束快速返回（Fast…Return）方案。在回落網絡掛機時的信道釋放消息中攜帶LTE鄰區信息，終端收到該消息后，不進行讀回落網絡廣播、LAU、RAU等操作，直接測量選擇信號最好的LTE鄰區，返回LTE網絡。這樣可以大大縮短用戶不可及時間，提升用戶體驗。該方案需要對LTE覆蓋區內及邊界2G網絡BSC設備進行升級改造。比較兩種方案，小區重選方案為基本解決方案，無需網絡改造，但用戶不可及時間長，影響用戶體驗。快速返回方案需要2G網絡進行BSC設備的升級改造，但可大大縮短不可及時間，提升用戶感知。組網時可根據網絡側重進行選擇返回方案。

四、LTE系統電路域回落話音解決方案總結

作為VoLTE方案前期過度方案，電路域回落（CSFB）具有適用終端范圍廣，改造升級成本低等特點。適用于目前LTE網絡僅作為數據熱點分流和高速數據用戶覆蓋，覆蓋廣度和完善性無法與2、3G網絡媲美的情況下，有效利用已有網絡資源的發展思路。鑒于目前國際LTE網絡部署方案，CSFB仍是大勢所趨。因此，后續將結合網絡實際部署和運營情況，針對各項性能指標進一步優化，并對網優網規參數合理優化，不斷改善電路域回落話音解決方案的用戶感知。

參 考 文 獻

[1]李天驕.…中國聯通基于CSFB語音解決方案研究[D].內蒙古大學，2016.

[2]華堂.…LTE無線網絡CSFB實現研究[D].南京郵電大學，2015.endprint