CSFB部署对网络的影响分析

2013-08-09朱爱华

电信科学 2013年9期

吴琼，朱爱华，薛楠

（中国联合网络通信有限公司网络技术研究院北京 100048）

1 引言

随着LTE网络的引入和国际上标准的成熟，LTE的技术发展成为业界的关注点。LTE的主要驱动力是数据业务，其本身不能提供语音业务。在LTE技术发展的初期，数据业务是LTE主要关注的业务，而CS域的语音通话和短信等业务，可能并不在重点考虑范围内。但是随着LTE网络的发展，语音业务如何平滑演进成为运营商要考虑的关键问题。

目前业界主流的LTE语音解决方案主要有多模双待终端方案、CSFB（circuit switched fallback，电路域回落）方案和 VoLTE/SRVCC （single radio voice call continuity）方案3种。其中多模双待终端是使终端同时驻留2G/3G和LTE网络，该方案更多地依赖于终端的支持能力，除了Verizon和中国移动外，大部分主流运营商都不考虑此方案；CSFB是当用户驻留LTE网络时，如果需要发起或者接收语音呼叫，用户先从LTE网重选回2G或3G网络中，再在2G/3G网络中完成语音业务的方案，是基于现网电路域来提供语音的方案，目前AT&T、Vodafone、NTT等都将此方案作为过渡方案；VoLTE/SRVCC则是在LTE网络中提供基于IMS的语音业务，同时支持LTE语音与2G/3G语音的互操作来保障语音业务的连续性，这是主流运营商认可的目标方案，目前MetroPCS和韩国的SK、LG U+、KT均已部署 VoLTE。

2 CSFB技术介绍

2.1 应用场景

由电路域来提供LTE语音主要有以下两种场景。· 运营商没有部署IMS网络，用户还是需要回落到电

路域来收发语音。

· 运营商部署IMS，但是LTE只是热点覆盖，为了避

免频繁地切换，建议由电路域提供语音。

2.2 网络架构

图1为CSFB实现的网络架构，CSFB是利用MME和MSC服务器之间的SGs接口实现的。SGs接口可以完成UE的EPS和IMSI的联合附着、位置更新和寻呼等操作。

图1 CSFB网络架构

CSFB用户作主叫时：终端首先要执行EPS与IMSI联合附着，当UE要发起呼叫时，LTE终端在eNode B的协助下转到3G/2G网络发起呼叫。

CSFB用户作被叫时：当终接呼叫接续时，寻呼消息通过SGs接口经LTE无线接口到达LTE终端。LTE终端在eNode B的协助下转到3G/2G网络，并完成后续呼叫接续信令流程。

2G/3G网络的MSC服务器需要升级支持SGs接口。

3 CSFB部署对现网的影响

3.1 CSFB实现方式

CSFB提供语音的实现流程主要依赖于LTE和2G/3G网络的互操作，终端在LTE覆盖区使用CSFB处理语音呼叫的时候，可以回退到3G网络进行处理，也可以回退到2G网络处理，这依赖于运营商的策略。

3.1.1 CSFB回落到3G

目前CSFB回落到3G网络发起电路域语音有如下几种方案。

·RRC release with redirection：这种方式是在3GPP R8提出的，也称作R8重定向。实现过程是网络发起RRC release消息，并携带异系统邻区频点（频点可以要求终端测量，网络根据测量结果决策；也可由网络直接配置，终端不测量）指示终端在该频点的异系统邻区重新接入。要求终端测量的话，终端会搜索到一个信号最好的小区，发起随机接入过程接入3G小区。对现网无改造要求。

· RRC releasewith redirection with SIB：在 3GPPR9提出对R8版本的优化，也称R9重定向。该过程和R8的不同在于eNode B利用RIM过程获取UTRAN的系统消息。MME、SGSN对交换的信息只进行双向转发，不进行解析。RRC release消息可携带多个邻区的频率及邻区系统广播，以加速终端在目标网络的驻留。具体实现时网络告诉UE多个邻区的频点和每个小区的SIB消息（通过RIM过程获取），个数是邻区中的一部分。对现网要求为软件升级RNC，MME和SGSN需要支持RIM流程。RIM流程如图2所示。

图2 RIM流程

· RRC release with DMCR （deferred measurement control reading）：该种方式需要无线侧开启DMCR功能，终端回落到WCDMA网络时不需要读取SIB11和SIB12，可以减少接续时延。该功能只能用于3G网络，2G网络不支持DMCR功能。对现网要求为无线侧RNC要开启DMCR功能。

·PShandover：源网络下发切换命令前，目标网络已完成资源预留，可以进一步减少终端切换失败概率同时缩短切换时延。对现网要求为软件升级RNC支持PSHO。

3.1.2 CSFB回落到2G

除了第3.1.1节所提到的R8、R9重定向和PSHO外，CSFB回落到GSM还存在额外两种不同的实现方式。

· CCO（cell change order）without NACC（network assisted cell change）：该种方式是进行网络控制的切换，终端根据测量控制上报测量报告，由网络下发切换命令。与RRC重定向方案的流程一致，区别在于控制终端接入2G的命令字段不同。因现网GSM系统内部原定义了一种CCO的命令以控制终端执行小区重选，因此RRC连接释放中专门针对GSM存在一个CCO字段，可将目标邻区信息填充至该字段下发给终端，从而引导终端接入GSM小区执行语音业务。CCO字段相比重定向字段，能携带除频点外更为丰富的邻区信息。CCO流程如图3所示。对现网要求为软件升级BSC支持LTE到2G的CCO。

图3 CCO流程

· CCOwith NACC：针对 CCOwithout NACC，3GPP提出了可携带目标GSM小区广播消息的优化方案CCO with NACC。源网络增加RIM过程，获取GSM/GPRS邻区的系统信息SI/PSI，并在cell change order from UTRAN/E-UTRAN消息中携带这些SI/PSI信息，以加速终端完成切换过程。该流程对网元的要求为软件升级BSC，MME和SGSN支持RIM流程。

CCO with NACC和RRC release with redirection with SIB（R9）方案均通过流程向终端下发SIB消息，以加速终端接入目标小区，两种方案的区别在于：

·CCO with NACC要求终端必须进行目标网络测量，而R9重定向可选，可以不进行测量；

·CCO with NACC消息下发的小区是唯一的，而R9重定向在目标网络需要对多小区进行搜索。

3.1.3 CSFB实现方式对网络的影响

CSFB用户回落到3G网络来提供语音业务，各种实现方式对网络的影响分析如表1所示。

·GPPR8重定向方式对RNC没有额外的要求；3GPP R9重定向方式要求RNC和SGSN升级支持RIM；R8+DMCR方式要求无线侧开启DMCR功能；PS HO方式要求RNC支持PSHO。

·R8重定向方式易于快速部署，但存在时延过长的问题，R9重定向和PSHO的呼叫建立时延较短。

·R8重定向打开DMCR功能后性能不如R9重定向，相差500ms左右。

·CCO的方式目前没有支持终端，厂商都是采用重定向的方式回落到2G网络。

3.2 TA/LA映射问题

在部署LTE网络时，由于受环境影响，无法做到跟踪区（TA）和位置区（LA）的划分完全重合，因此会导致当CSFB用户在MSC边界区域发起呼叫时，可能会回落到与联合位置更新时驻留的MSC不同，从而主叫需要重新发起跨MSC的位置更新，增加呼叫的接续时延。最重要的是，当CSFB用户在边界区域被寻呼时，如果用户漫游到非HLR登记的MSC时，会导致被叫寻呼失败，影响用户体验。对于该问题有如下两种解决方案。

首先,对对照组患者使用常规的护理康复方式,对观察组的患者在常规护理康复方式的基础上加入个性化的康复护理方式,具体内容如下:

· 将现网的MSC组成MSC pool，通过pool的机制，由TMSI-NRI确保UE回落后会被分配到正确的MSC上。

· 在两个pool的边界区域采用被叫漫游重试（mobile termination roaming retry,MTRR）/漫游前转（mobile terminating roaming forwarding，MTRF）方式将呼叫重新路由到新的MSC上去。

MTRR是在3GPPR8中提出的解决方案，要求主叫MSC、HLR支持漫游重试功能，当第一次由于用户漫游到的MSC不是HLR登记的MSC时呼叫失败，主叫MSC再次发起呼叫流程。但由于主叫MSC可以是网内任一MSC，因此需要对全网MSC升级支持漫游重试，同时如果网间漫游时，主叫是外网用户，如果不支持漫游重试，将导致网间漫游失败。此外，MTRR流程复杂，存在信令迂回，导致接续时延较长。因此在R10中又提出了MTRF方案，MTRF要求用户回落到的新MSC收到用户寻呼响应后启动MTRF流程，向原MSC取鉴权数据，通知原MSC进行MTRF，原MSC通过PRN消息从新MSC取漫游号，根据新的漫游号码将呼叫接续到新的MSC。该方案仅需LTE覆盖区的MSC服务器支持漫游前转功能。

表1 各种不同的实现方式对网络的影响

3.3 fast return的部署

出于分担2G/3G数据和信道压力考虑，LTE终端应优先驻留在LTE网络。当其回落到2G/3G网络使用CSFB发起语音业务，在该语音业务结束后，LTE终端将先在2G/3G网络驻留。通常采用重选方式返回LTE网络，需要一定的返回时间，在此期间用户无法收到任何寻呼也无法发起任何业务，即导致用户不可及时间增加。

3GPP R8提出的fast return to LTE就是在RRC connection release消息中可携带1～4个LTE邻区频点，以指示终端挂机后迅速接入返回LTE；R10又提出了基于MSC控制的fast return流程，也就是基于MSC在释放Iu连接时指示RNC该连接是由于CSFB而建立的，RNC从而在RRC connection release消息中携带1～4个LTE邻区频点，以指示终端挂机后迅速接入返回LTE。

该特性加快了CSFB UE在呼叫结束后附着到LTE时的速度，减少了CSFBUE的不可及时间；由MSC主动控制，可以防止BSC/RNC自行判断错误，避免对non-CSFB用户带来影响（例如当BSC/RNC判断错误给一个普通用户做了fast return处理，UE有可能因尝试在LTE附着而有大约10 s的掉网时间）。