移动通信4G网络话音处理方案-CSFB浅谈

2014-12-23邓晓立叶浩升

科技视界 2014年14期

邓晓立叶浩升

（广东宜通世纪科技股份有限公司，广东广州510630）

0 引言

随着移动通信技术的迅猛发展，移动通信宽带化已经成为未来移动通信系统的主要发展趋势。LTE 作为目前移动通信系统的主要演进方向，越来越受到各大运营商和设备商的重视。在LTE 网络能提供基于分组域的语音业务，当用户移出LTE 网络覆盖时，运用SR-VCC 解决语音业务连续性问题；鉴于LTE 网络可以提供PS 域的高速率数据传输，2G/3G 网络可以提供CS 域的高质量的语音业务，则两者之间只要重叠覆盖通过管理控制机制就可以保证语音业务的连续性。因此如何通过LTE 提供语音业务以及LTE 和2G/3G 网络的互操作也越来越引起大家的关注。本文介绍了LTE 语音业务连续性问题，介绍了3GPP 提出的主流的标准化方案CS Fallback 的内容、网络架构和基本流程。在本文最后，还通过分析CSFB 方案还存在的问题得出CS Fallback 只能作为LTE 部署初期的过渡方案。

1 LTE 的网络架构

LTE 是3GPP 近两年来启动的最大的新技术研发项目，这种以OFDM/FDMA 为核心的技术，具有100Mb/s 的数据下载能力，被视为从3G 向4G 演进的主流技术。 LTE 采用由ENodeB 构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求。与传统的3GPP 接入网相比，LTE 网络RNC 节点和NodeB 节点合并，成为EnodeB，在基站侧可以完成电路的交换。名义上LTE 是对3G 的演进，但事实上它对3GPP 的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP 宽带网结构。核心网络采用EPC(演进的分组核心网)，EPC 是扁平化的网络架构，采用单通道(one tunnel)、用户面直连等技术，理论上可以大大缩短业务时延。

图1 LTE 网络架构

2 CSFB 技术介绍

在建设4G 网络的大潮中，当电信运营商确定了发展战略后，其现有的传统网络和新建设的LTE 网络总会有一段时间是并存的。为了提供更好的用户体验，运营商需要一些解决方案来“桥接”这些不同的网络，利用不同的网络资源针对性的为用户提供服务，CSFB（3GPP TS 23.272）就是其中之一。

CSFB 是在传统电路域核心网和LTE 核心网并存的网络架构中，由电路域核心网为终端用户提供话音业务的一种解决方案，于3GPPR8 中提出。该方案适用于LTE 部署早期，网络仅做热点覆盖，LTE 网络为用户提供高速的数据业务；当终端用户需要使用话音业务时，网络则会引导用户回落到传统电路域核心网，由电路域核心网帮助用户完成话音的接续。此方案既可以让电信运营商进行快速的LTE网络部署，同时也能有效保护运营商对传统网络的投资，所以成为众多电信运营商初期建设LTE 网络时话音业务提供的首选方案。

2.1 语音回落技术

语音回落技术是决定CSFB 语音呼叫性能的关键因素。因此，首先对不同语音回落方案性能进行对比分析。根据高通理论分析数据，CSFB 不同语音回落方案由于基本原理、实现方式存在差异，其理论性能不同。

表1 语音回落理论性能对比（s）

由上表可知，不同语音回落方案增加时延、成功率存在差异，是影响CSFB 语音性能的关键因素。

2.2 SGs 接口

进行CSFB 语音回落过程的一个重要接口就是SGs 接口，CSFB和SMS 都是通过MME 与MSC Server 之间的接口SGs 来完成互连的。 SGs 参考节点是用于移动性管理和EPS 与CS 电路域之间的连接过程，它基于Gs 接口，同时它还提供移动源和移动终端的短信。图2是SGs 接口的协议栈模型。

图2 SGs 接口分层模型

图2 表示SGs 接口的分层模型，可以简单的将其分为五个层次，即物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，其中SGsAP 是SGs接口的应用层协议。它基于BSSAP+，用来处理EPS 和CS 域之间的移动性管理和寻呼流程，这些流程是在现有的Gs 接口的流程基础上进行扩充来实现的。 SCTP 是流控制传送协议，用于在IP 网络上可靠传送信令消息，也可用于传送其他重要的数据。SCTP 是和应用无关的公共传送层协议，其地位相当于标准IP 协议栈中的TCP。

2.3 CSFB 呼叫流程

在CSFB 语音回落过程时，从LTE 回落至UTRAN/GERAN 时有两种方式，一种是RRC 重定向，即当UE 驻留在LTE 网络却需要发起语音主叫或者被叫过程时，网络会进行RRC 重定向过程，将LTE 网络中需求的语音业务重定向到2G/3G 网络中来完成，而在LTE 网络中正在进行的PS 域数据业务需要暂时挂起。一种是PS 切换，即如果回落的2G/3G 网络也支持PS 域数据业务，则将在LTE 网络中正在进行的PS 域数据业务通过PS 切换过程切换到2G/3G 网络来进行，同时建立CS 域语音业务。这里重点研究利用重定向方式进行语音回落。CSFB 呼叫包括EPS 中移动台作为主叫（MO）时的语音回落（CSFB）过程，以及语音呼叫结束后退回到E-UTRAN 网络的过程；还有移动台作为被叫（MT）时的语音回落（CSFB）过程。

3 具体案例分析

3.1 江西移动CSFB 案例分析

在CSFB 改造过程中，九江瑞昌县iphone5S 用户能正常登记TDLTE 网络,主叫正常,但是收短信及被叫均失败。用户反映该问题后，九江移动立即作出调查研究，九江瑞昌县GSM 网络下挂在中兴BSC39下，LAC=31010,该BSC 暂未入MSC POOL，只下挂在九江GS2：

1）从MME 侧对用户被叫进行跟踪，发现MME 并没有从SGs 接口收到MSC 的寻呼请求，从而初步排除MME 侧问题。

2）从信令监测平台查询，瑞昌CSFB 用户做被叫时，诺基亚MSC端局虽然没有从SCs 接口下发寻呼消息，但是寻呼消息已下发到BSC39。但是由于用户CSFB 终端注册在LTE 网络，所以寻呼失败。

3）比较九江GS2 上中兴BSC39 寻呼参数正常，经仔细核查端局数据发现，在九江GS2 进行CSFB 改造时，漏配置了VLR 的FQDN 数据。通过ZWVI；指令查看到VLR FQDN 为空。

最后通过指令“ZWVS:VLRFQDN="8613442922.VLR.mnc000.mcc460.3 gppnetwork.org":;”添加FQDN 后，联系用户测试恢复正常。

我们的建议是：

（1）提升设备能力

目前诺基亚、华为交换机在CSFB 业务测量与统计方面均存在以下：无法统计CSFB 话务量；测量中无法对CSFB 呼叫和2/3G 呼叫涉及的接通率、指配失败、寻呼失败等进行区分，不能支持CSFB 呼叫失败的具体原因分析。为更好地进行4G 业务（含CSFB）分析，建议厂家尽快提升设备测量与统计能力，为指标深入分析提供基础数据。

（2）明确指标算法

在进行4G 业务分析时发现指标算法公式不明确，无法统一、准确地进行业务性能分析，建议明确CSFB 业务性能指标算法，实现全网统一方法、统一标准。

（3）CS 域、PS 域关联

在日常4G 业务分析时发现在进行指标计算时必须关联CS 域、PS 域信令消息才能得到正确的分析结果。为实现CS 域、PS 域信令消息关联，建议尽快完成信令监测平台建设。

3.2 江苏移动CSFB 案例分析

2014 年3 月初镇江地区忙时SGs 寻呼成功率发现只有82%，经优化后提升至98%以上。根据端局SGs 接口寻呼失败统计分析发现镇江地区寻呼拒绝次数明显偏高；进一步在SGs 接口抓包分析，并结合端局软件跟踪，SGs 接口一共收到寻呼拒绝167 次，其中覆盖丹阳的LA=21185 占94次，LA=21184 占47 次，两个占比达到84%以上，而寻呼拒绝原因基本都是UE_unreachable。进一步在MME 侧跟踪分析，确认ue_unreachable 原因是MME 在周期性位置更新时长内收不到UE 的位置更新消息（UE 脱网），会将UE 寻呼状态置为PPF_cleared,在此状态下任何来自SGS 接口的寻呼都会被MME 拒绝，返回原因值6 为ue_unreachable。

解决方案：镇江公司网优实地测试发现丹阳地区ENB 网存在华为插花BSC 共LAC 频点，造成跨TAU 时会跨LAC 位置更新，导致寻呼失败。3 月12 日完成优化丹阳地区ENB 边界频点后，SGs 寻呼成功率回升到98%以上。