浅析LTE系统CSFB话音解决方案

徐德平，耿鲁静

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 LTE话音方案概述

LTE网络设计的初衷是提供高速的数据业务，因此它采用了全IP化的网络体系，只有PS域，没有CS域，因此LTE的话音业务也需要通过PS域进行承载。LTE承载话音的目标方案为VoLTE/SRVCC技术，在LTE覆盖范围内通过LTE网络提供基于IMS的话音业务，若通话过程中终端移出LTE覆盖区时，支持通过LTE与2G/3G互操作来保证话音的连续性。VoLTE的协议流程较复杂，对网络改造要求较大，考虑产业支持以及网络覆盖要求，预计2014～2015年左右才能具备规模部署的网络条件。

然而话音业务是目前手机用户的最基本业务，为保证LTE能够良好地为大家所认可，LTE手机提供良好的话音业务是很迫切和重要的。为此，现阶段根据网络和终端的能力，提出了两种过渡方案。

（1） CS-FallBack（CSFB）方案。CSFB方案指的是终端优选LTE驻留，在有话音业务需求时，在网络的辅助下终端回落到2G/3G建立通话连接。CSFB是3GPP的标准方案，也是目前多数国际LTE运营商选择的过渡方案，有许多可以借鉴的经验，产业也比较成熟，是中国移动目前确定的主要过渡方案。

（2）多模双待机方案。多模双待机方案指的是终端同时驻留在LTE和2G/3G网络，话音业务通过2G/3G提供，数据业务通过LTE或2G/3G提供。此方案不是3GPP的标准方案，对终端的依赖性也非常的大，但其网络改造代价小，话音及数据业务体验较好，因此可作为近期发展LTE话音用户的方案之一。

2 CSFB方案基本原理

图1展示了CSFB技术在无线网部分的大致流程。

（1） 开机选网：终端开机后，在LTE及2G/3G电路域联合注册，本着优先发展LTE的原则，终端应驻留在LTE网络；

（2） 数据业务：由LTE直接承载，数据传输过程若有话音业务需求，回落过程将导致数据业务中断；

图1 CSFB技术在无线网部分的大致流程

（3） 短信业务：可由LTE直接承载；

（4） 话音业务：

主叫: LTE终端起呼，在网络的辅助下回落到2G/3G中，建立2G/3G话音；在用户挂机之后，返回LTE网络。

被叫: 寻呼信息经MSC接续，传递给LTE网络中的MME网元，在LTE网络中下发；终端收到寻呼信息后，在网络的辅助下回落到2G/3G中，响应寻呼，建立2G/3G话音；在用户挂机之后，返回LTE网络。

3 CSFB方案关键问题分析

CSFB方案中涉及标准支持、方案选择以及网络改造等等几个关键问题，需要逐一进行分析。

3.1 联合附着和联合位置更新

终端驻留在LTE网络，而话音业务由2G/3G承载，这里就出现了一个问题，两个网络是否都需要记录终端位置信息，在有话音业务需求时，如何寻呼位于LTE网络中的终端。解决这个问题涉及到的技术就是联合附着和联合位置更新。

联合附着和联合位置更新可以让驻留在LTE网络的终端同时在2G/3G网络中注册开机状态和漫游位置信息，同时也为话音业务提供呼叫路由信息。这里涉及以下4个关键点：

TA（Tracking Area）：相当于LTE网络中的位置区，通过TAI标识，在CSFB终端和MME中存储。

LA（Location Area）：2G/3G 网络中CS域的位置区，通过LAI标识，在CSFB终端和MSC中存储。

MME中存有LAI与TAI的映射表，当终端在LTE网络中开机及TA位置更新时，MME根据其TAI，为其分配相应的LAI。

用户回落到2G/3G网络后发生LA改变时，由MSC为用户分配新的LAI。

图2 联合附着和联合位置更新涉及到的网元和流程

联合附着和联合位置更新涉及到的网元和流程如图2所示。CSFB终端在开机后，发起联合附着的请求(Attach Request)。MME在收到联合附着的请求后，按照TS23.401规范规定进行EPS附着过程。此外，MME会为UE分配一个LAI，并向LAI对应的MSC发送位置更新请求，执行联合附着。当终端在LTE网络中改变了位置TA发生变化时，或从2G/3G结束通话后重选回LTE后，UE将发起联合位置更新流程，MME根据UE的TAI为UE分配一个LAI，如发现与UE上报的old LAI不同，将向LA归属的MSC执行联合位置更新。这样，两个网络均存有了终端的位置信息。

图3显示了CSFB终端被叫的路由同路。当UE被叫时，2G/3G网络将寻呼信息接续给联合位置更新的MSC，由MSC接续到UE所在的MME，由MME下发寻呼信息。这样我们就实现的两个网络之间的寻呼路由问题。

图3 CSFB终端被叫的路由同路

这里还存在一个需要特别设计的关键点：MME中配置的LAI与TAI的映射表。如图4所示，UE收到寻呼信息后，回落到2G/3G网络中，准确的LAI与TAI映射使得UE回落到2G/3G后快速建立呼叫（场景1）；否则UE回落后在2G/3G网络中会有额外的位置更新流程，增加时延（场景2），如MSC也发生变化，可能导致被叫失败（场景3）。

一种解决场景3问题的方案称为MTRF，依靠联合位置更新的MSC和UE回落的MSC之间的接续，使整个呼叫链路畅通，如图5所示。

从上面的分析看出，LAI与TAI的不匹配，将会增大网络改造的力度，增大呼叫建立的时延，影响用户体验，因此应该尽量避免这种情况的发生。LA与TA的设置问题应成为今后网络规划的一个重点内容，以保证绝大部分用户的话音业务的性能。

3.2 回落网络的选择

CSFB回落网络存在3种可选方案，分别为仅回落GSM、仅回落TD-SCDMA和回落GSM和TDSCDMA，需综合评估性能、实施代价以及国际化应用情况，并在扩大规模试验中进行测试验证。目前已经决策使用方案1：仅回落GSM。下面给出3种方案的理论分析对比情况。我们会继续跟踪扩大规模试验中进行测试验证结果。

图4 场景

表1 3种方案的理论分析对比

图5 MTRF方案

3.3 回落方案的选择

CSFB方案中回落方案的选取，是决定CSFB方案性能，影响用户话音业务体验的关键因素。目前主流的回落方案有5种：RRC Release(R8)、RRC Release with SIB(R9)（SIB消息通过RIM流程实现传递）、CCO、CCO with NACC和PS HO。这5种方案的理论分析性能对比如表2所示。R8 RRC重定向性能较好，实现简单，目前作为国际广泛部署的回落流程，而R9 RRC重定向with SIBs可在R8重定向基础上进一步提升性能，改善用户体验。目前推荐使用这两种方案，在随后的扩大规模试验相关的测试验证中会密切跟踪测试数据机分析。

3.4 挂机后返回机制的选择

当终端结束话音通话后，需要返回到LTE网络驻留。下面分析一下目前主流的返回方案。

3.4.1 空闲态小区重选

此种方案适用于2G/3G，是一种基本方案。用户挂机后，读取2G/3G广播消息，进行LAU/RAU流程，驻留在2G/3G网络中；之后根据2G/3G广播消息中的LTE邻区信息执行小区重选，返回高优先级的LTE网络；在目标LTE小区中仍需要进行小区同步，读系统广播以及TAU的流程。重选返回过程中，不可及时间较长，影响用户体验。如果当UE驻留在2G/3G中时，用户发起数据业务，业务将在2G/3G承载，速度较慢，也会影响用户体验。

3.4.2 数据业务发起推送

此方案只适用于3G。用户挂机后在3G网络驻留，有数据业务需求时，在网络辅助下接入LTE建立，3G网络已有相应标准实现方案且有WCDMA网络已部署，2G网络暂不具备，需研究其他实现机制并推动标准化，短期内无法支持。

3.4.3 话音结束快速返回(Fast Return）或准快速返回

此种方案适用于2G/3G，是一种优化方案。用户挂机后不在2G网络驻留，按网络指示直接测量并选择合适的LTE小区接入。这样可以大大降低用户不可及时延，提升用户体验。

表2 5种方案的理论分析性能对比

表3 综合情况分析

小区重选方案为基本方案，需要部署，为提升性能，可采用优化方案：快速返回(Fast Return)方案，或准Fast Return方案。这3种方案的综合情况分析对比情况如表3所示。

4 CSFB方案总结

在VoLTE终极话音方案规模部署前，近期需要考虑CSFB或双待机方案进行过渡，以满足LTE手机用户的话音需求。

通过比较业务性能、网络改造代价、挂机后用户体验、以及对规划提出的更多要求等因素，CSFB方案是存在一定的劣势，但由于产业环境的发展以及终端/芯片当前发展形势，并考虑国际LTE网络部署话音方案的来看，CSFB还是大势所趋，同时保留双待机作为并存的解决方案。

因此，后续将根据CSFB方案具体测试性能，针对CSFB存在的问题进行进一步的性能优化，并根据不同场景的性能表现，逐步研究LA等规划方法以及FR/准FR功能的现网应用。不断改善CSFB方案的用户感知。