TD-LTE CSFB實現方案分析

王冠 張振宏

摘? 要：在4G網絡中，語音業務仍然占著很大的比重。在LTE網絡部署過程中最需要考慮的是高速率的寬帶業務，但是由于其本身的全IP的體系使得4G網絡沒辦法利用CS語音方案。選用CSFB作為中間方案，實質上就是終端設備接著使用現網，使用原來的電路域負責語音業務，終端設備在啟動時選擇不同的網絡，會有不一樣的反映。本文介紹了利用傳統的GSM/TD-SCDMA網絡承載LTE語音的CSFB技術，重點對其技術要點進行了分析研究，對各種實現方案進行了比較論證。

關鍵詞：CSFB;PS切換;重定向;部署方案

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻標識碼：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網絡中，語音業務仍然占著很大比重，但由于其架構原因，無法利用CS方案。因此在引入4G網絡前，為了保證客戶的語音業務質量，需要考慮2G網絡和3G網絡之間的連續性。目前，符合3GPP標準的CSFB（CS Fallback）技術能較好地解決該問題。

2G網絡和3G網絡的覆蓋率比較高，經歷了兩代移動通信業務的發展，可以充分保證用戶的語音業務體驗。因此在部署4G網絡時，可以考慮采用2G網絡和3G網絡繼續負責用戶的語音業務，而4G網絡負責客戶的寬帶業務，從而使得3G網絡和4G網絡之間的語音業務可以無縫連接。而CSFB技術就是針對這一思路產生的。CSFB的基本思路就是，用戶在需要接入語音業務時，就把終端的4G網絡切換到2G網絡或者3G網絡，用戶在結束語音通話時，再把終端的3G網絡接回4G的LTE網絡。但是這一技術需要在4G網絡與2/3G網絡之間不斷切換，在通話時終端設備完全沒有辦法接入4G網絡，因此終端的4G業務也都終止，會在很大程度上影響客戶的體驗。CSFB技術并不像由于網絡覆蓋不完備引起的網絡切換，沒辦法在4G網絡部署的過程中根據3G現存網絡進行優化，而是一種技術上的提前設定，因此沒有從根本上解決4G網絡語音業務的問題，所以CSFB技術只是4G語音業務中的一個過渡技術。

1? CSFB實施方案研究

用CSFB作為中間方案，實質上就是終端設備接著使用現網，使用原來的電路域負責語音業務，終端設備在啟動時選擇不同的網絡，會有不一樣的反映。

1.1? 開機優選LTE

終端設備在剛剛啟動時優先選擇停留在4G網絡上，在有語音業務接入時，通過CSFB技術，終端設備接入的網絡由LTE網絡轉成2/3G網絡。

1.2? 開機優選2G/3G

終端設備在剛剛啟動時不優先選擇4G網絡，而是選擇停留在2/3G網絡上，此時的語音業務可以不進行網絡切換直接接入語音通話。在用戶進行非語音業務時，根據業務所需流量帶寬適時地把網絡轉換至LTE網絡，在業務完成時再轉回2/3G網絡。但是這種思路也有其局限性，在網絡轉換至4G網絡進行非語音業務時，如果有語音業務接入的請求，仍然需要從4G網絡切換到2/3G網絡，所以依然需要CSFB技術的支撐。

所以，不管開機優先選擇哪種網絡，都會有4G往2/3G轉換的情況出現。現有三種終端設備從4G往2/3G轉換的方法如下：（1）PS切換：在語音業務接入終端前，先利用PS 到PS切換，讓UE轉到2/3G，在這種情況下必須進行測量控制，使得終端設備選擇小區，之后終端設備在2/3G網絡內接入語音業務，當語音業務完成時，進行位置和路由的更新。（2）RRC重定向（R8）：終端設備先在4G網絡下完成RRC連接，同時向4G網絡發送相關指令，確定CSFB技術的請求，之后由MME識別發送的請求類型，MME識別后繼續往下傳達CSFB Indication，指導網絡返回2/3G。終端設備在收到斷開RRC連接的指令后，依據現網的指引，搜尋特定的小區，同時測量特定小區。在目標小區接入達成后，依據目前的網絡流程建立CS業務。（3）攜帶目標小區廣播的RRC重定向（R9）：在終端設備接入目標小區的過程中，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，對RRC重定向進行了改進。改進的思路是把2/3G網絡下的廣播消息等加入了4G網絡中，通過4G網絡進行廣播消息讀取，不需要在2/3G網絡下進行播報，因此大大地縮減了用戶等待的時間。但是這種思路具體實施起來成本比較高，而且實現難度較RRC重定向也比較大。RRC重定向和攜帶目標小區廣播的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，不采用跨系統測量，因此終端設備也不需要上傳測量報告，而是通過網絡設置好傳輸給終端設備，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內搜索小區失敗的風險。所以在部署4G網絡時，要把CSFB技術的需求和指標考慮在內，利用多次測量驗證，取得一個完美的鄰區配置參數，從而保證CSFB技術的可行性。

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）無網絡輔助的Cell Change Order（CCO without NACC）：無網絡輔助的CCO和RRC重定向的操作流程是一樣的，兩種方法接入2/3G網絡的命令字段不一樣。2/3G網絡GSM系統內有一種CCO的命令被用來控制小區的重新選擇，所以RRC中有一個CCO的命令字段。CCO字段與重定向字段相比，攜帶的鄰區信息更多。（2）有網絡輔助的Cell Change Order（CCO with NACC）：與無網絡輔助的CCO一樣，有網絡輔助的CCO也同RRC重定向的操作流程相同，與無網絡輔助的CCO不同，有網絡的CCO把廣播消息加入了4G網絡中，4G網絡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網絡傳輸廣播信息，大大地降低了語音通話等待延遲，提升了用戶的體驗。

這兩種無網絡輔助的CCO和有網絡輔助的CCO方案，前提條件是攜帶包含鄰近小區的信息，如果不包含鄰近小區的信息而是通過提前的規劃進行分配，那么CSFB技術的成功率會大大降低。所以考慮到風險預估，必要時要犧牲語音業務的接入等待時間，在4G網絡中優先傳輸測量控制命令，根據傳輸回來的測量報告來決定目標小區的位置。

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現CSFB的效果，分析能否達到規劃的目標和滿足用戶的體驗需求。CSFB技術主要的性能指標是語音業務接入的等待時間。而語音業務接入等待時間主要是由用戶所在的網絡所決定的。

2.1? CSFB to GSM語音業務建立時延理論分析

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GSM相比，語音業務接入等待時間增加的量還沒有到達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到了兩秒甚至更多，用戶體驗受到了極大的影響，必須采用優化技術進行進一步的優化從而提升用戶的體驗。無網絡輔助的CCO和有網絡輔助的CCO和R9 RRC的重定向方案基本上能取得一樣的效果，但是無網絡輔助的CCO和有網絡輔助的CCO有異系統時間，而且還要攜帶者鄰近小區的信息，風險評估比R9 RRC要差一些。

2.2? CSFB to TD SCDMA語音業務建立時延理論分析

從表2可以看出，CSFB到3G網絡和到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系統小區廣播消息的時間相對較短。

在LTE網絡部署的過程中，不管采用哪種方案來實現CSFB到現網，都有以下幾點要求：（1）現網與LTE規劃部署中重復覆蓋的小區，要升級MSC。（2）在方案選擇和部署過程中，要避免CSFB技術實施過程中引入不必要的流程，從用戶體驗出發，降低語音業務的建立延遲。（3）在網絡規劃階段，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致UE不能控制發起Paging消息的MSC，在這種情形下就必須要升級全網的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，以及各種方案的實現復雜度分析可以通過表3、表4進行分析。

3? CSFB實現方案研究結論及應用建議

由上述CSFB各種方案的性能分析，以及各種方案的實現復雜度以及對現網影響等方面的分析，針對4G網絡語音業務提出下面幾點建議，如表5所示。

CSFB技術是3G向4G業務擴展中唯一可用的語音業務過渡技術，為保證TD-SCDMA網絡向TD-LTE網絡的完美過渡，語音業務作為4G業務中占比極大的一項關鍵性業務必須做到無縫對接，因此CSFB技術的不斷完善成為4G推廣的重中之重。本文提出的RRC R9的重定向方案，可達到較好的性能，在滿足毫秒級別的語音業務建立時間的同時，對2G/3G業務的影響較小，同時可靠性及安全性較高，用戶體驗良好，是一個很優秀的方案。在4G網絡部署中，應不斷以RRC R9類似高性能方案為先鋒，不斷地優化完善CSFB技術，從小范圍逐漸推廣，查缺補漏，從而做到更靈活更高效的部署。

參考文獻：

[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網絡CS FallBack技術研究 [J].電信網技術，2009（6）：9-13.

作者簡介：王冠（1977-），男，漢族，安徽宿州人，信息院設計一所所長，高級工程師，本科，研究方向：核心網、數據專業咨詢規劃與設計;張振宏（1978-），男，漢族，廣東揭陽人，高級設計主管，高級工程師，本科，研究方向：通信網絡、政府信息化、智慧城市專業規劃咨詢。