GSM和LTE互操作浅析

2016-01-21周玲芳

通信技术 2015年6期

周玲芳

(爱立信(中国)通信有限公司，广东广州 510000)

摘　要：随着LTE(Long Term Evolution)的大规模建设，网络不仅要支持传统的语音业务，同时也需要满足各类数据业务。与此同时，GSM(Global System For mobile Communications)的技术成熟、设备稳定、性价比高，是目前语音业务的主要解决方案，在未来较长一段时间内仍有充足的发展空间。可以预计，GSM、LTE网络将在未来很长一段时间内共存，这种组网策略对于GSM和LTE系统之间的互操作提出了强烈需求。着重从GSM到LTE的小区重选以及CSFB(Circuit Switched Fallback)两方面分析了GSM和LTE之间的互操作。

关键词：小区重选；无线网络；互操作；语音回退；小区选择

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.017

GSM和LTE互操作浅析

周玲芳

(爱立信(中国)通信有限公司，广东广州 510000)

摘要：随着LTE(Long Term Evolution)的大规模建设，网络不仅要支持传统的语音业务，同时也需要满足各类数据业务。与此同时，GSM(Global System For mobile Communications)的技术成熟、设备稳定、性价比高，是目前语音业务的主要解决方案，在未来较长一段时间内仍有充足的发展空间。可以预计，GSM、LTE网络将在未来很长一段时间内共存，这种组网策略对于GSM和LTE系统之间的互操作提出了强烈需求。着重从GSM到LTE的小区重选以及CSFB(Circuit Switched Fallback)两方面分析了GSM和LTE之间的互操作。

关键词：小区重选；无线网络；互操作；语音回退；小区选择

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.017

收稿日期：2015-02-03；修回日期：2015-04-20Received date:2015-02-30；Revised date：2015-04-20

中图分类号：

文献标志码：码：A

文章编号：号：1002-0802(2015)06-0714-04

Abstract：With large-scale construction of LTE(Long Term Evolution)， the network should not only support the traditional voice services, but also meet the requirement of data services. And in the same time, GSM (Global System for Mobile Communications) is the main solution to voice services, for its technical maturity, reliable equipment, and high ratio of performance cost, and would still have adequate development space in a fairly long time. And thus GSM and LTE network would coexist for a long time in future. This networking strategy proposes an urgent demand for the inter-operation of between LTE and GSM. This paper analyzes the inter-operation of between LTE and GSM from two aspects of cell reselection and CSFB (Circuit Switched Fallback).

作者简介：

Inter-Operation between GSM and LTE

ZHOU Ling-fang

(Ericsson Communications Co.Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000, China)

Key words：cell reselection; radio network; inter-operation; CSFB; cell selection

0引言

根据3GPP(3rdGeneration Partnership Projet)规范，GSM和LTE双系统间互操作的主要功能包括：

(1)PLMN(Public Land Mobile Network)的选择和重选。终端开机后，首先需要找到网络并与网络取得联系，以确保能获得服务。PLMN选择或者重选的目的是选择一个可提供服务的移动通信网络(PLMN)。为达到这一目的，手机会维持一个PLMN列表，这个列表中会将PLMN设置为不同的优先级，手机开机后，会根据PLMN的优先级别来搜索，找到具有最高优先级的PLMN。如果将LTE和GSM网络设置为不同的PLMN，并在USIM(Universal Mobile Telecommunication System)卡中设置LTE为归属PLMN，通过PLMN重选，LTE用户在进入LTE网络覆盖区域时，能够自动由GSM网络优选到LTE网络，利用PLMN重选算法可以实现网络间的漫游，且不需要2G网络升级。

(2)GSM和LTE之间的切换。切换的目的是为了保证移动用户在通信期间业务不会随着移动位置发生变化而中断，为了保持业务的连续性，需要网络之间能够支持异系统的切换。

就目前的网络实现而言，对于数据业务，从LTE网络到GSM支持重定向；如果是语音业务，则支持切换。GSM和LTE系统间的互相切换要求LTE和GSM系统中都配置了对方系统的小区为邻小区，并且要求核心网侧也支持，这种切换类型又称为SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity)的切换。

( 3)GSM和LTE小区重选。3GPP协议支持不同系统之间的小区重选，手机可以通过基站下发的系统消息完成小区的选择和重选。

( 4)CSFB。LTE网络对于语音业务的支持有两种方案：1)CSFB，语音回退到电路域，即手机在LTE的覆盖范围内，一旦有语音业务，立即离开LTE网络，回退到GSM或者3G网络，使用其电路域来支持语音业务；2)VOLTE(Voice over LTE)，利用LTE网络和IMS(IP multimedia subsystem,多媒体子系统)来完成语音业务。CSFB作为过渡性的方案，可以有效的利用现网资源，节约网络投资，该方案是LTE建网初期的语音解决方案。

1GSM至LTE小区重选

对每一个GSM小区来说，最多可以定义8个LTE频点；最多可在一个GSM小区和外部E-NODEB之间建立32个RIM(Radio Information Methods)；RIM信息可以和优化下载速率，减少重选时延。

1.1GSM对LTE异系统测量

GSM对LTE异系统的测量是在一定条件下发生的。终端始终搜索高优先级的LTE异系统，但是对于设置为低优先级的LTE异系统需要在以下条件下进行测量：

(1)RLA_C < MEASTHR;

(2)RLA_C-ACCMIN-max( CCHPWR -P,0)<0

为保证终端停留在GSM网络中不移至低优先级LTE异系统，这2个条件需要被协同考虑;

(3)MEASTHR

1.2小区重选判决准则

(1)小区重选到高优先级LTE频率。小区重选到高优先级LTE频率发生在：RSRP > QRXLEVMINE + HPRIOTHR;

(2)小区重选到低优先级LTE频率。小区重选到低优先级LTE频率发生在：S_GSM < PRIOTHR 。

小区重选到低优先级LTE频率满足以下条件：

(1)没有发现高优先级频点;

(2)并且RSRP > QRXLEVMINE + LPRIOTHR。

如果以上条件都不满足，手机还是可以在满足以下条件时重选到低优先级LTE频点：

(1)S_GSM < PRIOTHR；

(2)RSRP - QRXLEVMINE > S_GSM + HPRIO。

1.3GSM系统消息

这些邻区信息和测量配置相关的参数是通过系统消息广播给手机。在GSM系统消息SI2 Quarter中会下发服务小区相关配置信息。包括服务小区优先级(GERAN_PRIORITY)、异系统测量启动门限、重选门限(Thresh_GSM_low)、基于优先级的迟滞、重选门限、接收信号最小值、重选判决时间[1]。

与此同时，SI2 Quarter下发TD-LTE邻区信息、TD-LTE邻区频点(EARFCN，EUTRA Absolute Radio Frequency Channel Number)、优先级(E-UTRAN_Priority )、禁止小区(黑名单方式)、每载频被禁止小区的PCI(Physical cell Identity)。参数说明见表1。

表1　参数说明

2CS Fallback功能

2.1CSFB功能概述

CSFB终端在空闲态下，能够从LTE网络回落到GSM网络承载语音业务，主被叫通话结束后，能通过空闲态小区正确重选返回LTE网络驻留[2]。

2.2CS Fallback原理(CSFB 主叫信令流程为例)

消息解析[3]：

(1)终端发起扩展业务请求至核心网MME(Mobility Management Entity)节点，该业务请求即CSFB接入请问；

(2)1b/1c.MME收到后向eNB发送S1-AP消息，通知eNB释放该终端的无线连接；

(3)该步骤可选，终端可以向MME发送测量报告；

(4)eNB释放终端的无线连接，并且将GSM小区的系统消息通知终端；

(5)终端和核心网侧的S1承载释放；

(6)假如终端的路由器或者位置区发生了改变，则发起路由区更新或者位置区更新；

(7)7a/7b LTE核心网侧将该终端的承载挂起；

(8)核心网更新UE的承载信息；

(9)终端通过业务请求发起和GSM网络之间的业务请求；

(10)假如换了MSC，则需要将业务请求连接到新的MSC；终端完成和GSM网络之间的呼叫连接的建立，并且进行呼叫；

(11)终端进行RA更新、LA更新或者联合的LA/RA更新。

在这个信令过程中，终端实际完了了两件事情。第一，完成和LTE网络的释放，但仅仅释放的是无线侧的连接，核心网侧会将该终端的业务连接挂起；第二，终端通过业务请求的过程完成了和GSM网络之间的呼叫连接，这个过程实际和普通的语音呼叫信令过程一样。

在CSFB的过程中，根据终端能力以定义的优先级，eNodeB决定目标频点。该信息携带2G邻区及对应小区频点信息。当多个目标频点是相同的优先级别时，eNodeB采用轮训的机制进行选择。CSFB功能需要网络侧MSC(Mobile Switching Center)和MME支持，需要终端支持。

图1　CSFB 原理

2.3呼叫释放后快速返回LTE

当CSFB到GSM网络的LTE用户结束CS(Circuit Switch)业务后，快速返回LTE网络。通过该功能增强GSM网络与LTE网络互操作能力，可以使得用户迅速地从GSM网络返回TD-LTE网络，使GSM/LTE之间互操作更加平滑，明显提升用户感知。同时减少网络信令开销[4]。

功能原理：

图2　快速返回LTE原理图

快速返回LTE的技术原理：

(1)未开启快速返回LTE功能时

1)GSM侧需进行LA(Location Area)/RA(Routing Area)更新;

2)在GSM侧，测量LTE;

3)在回到LTE网络后需进行TA(Tracking Area)更新。

表2　终端事件

(2)开启快速返回LTE功能时

1)GSM侧不需进行位置区或者路由区更新；

2)呼叫释放后直接返回LTE网络后进行跟踪区更新。

表3　终端事件

3结束语

小区重选是终端在空闲态下的行为，根据目前网络的实现策略，终端在空闲态下应该首先LTE网络，当走出LTE覆盖后，选择GSM网络。而现状是，GSM小区的信号往往会比LTE小区的信号强度强，这就会直接导致终端选择GSM小区，这就对网络的覆盖、参数配置提出了挑战，特别是网络边界和重叠覆盖区。如何根据网络的特征来合理的配置网络参数是将来网络优化的长期和重点工作之一。语音回退(CSFB)解决了LTE网络的语音业务，该方案实现的技术难点之一就是网络时延。在实际现网的测试过程中检测到LTE到GSM语音回落的平均时延平均7秒左右，这就会影响用户的业务感知。如何缩短网络时延，为用户提供良好的业务是网络需要克服的难点。优质的网络覆盖和网络性能需要长期的建设和优化，网络之间的互操作可以弥补LTE网络覆盖不足的现状。相信通过长期不断的优化网络质量、提高网络性能，网络必定能给用户提供良好的业务感知和可靠的业务操作。

参考文献：

[1]王旭,王加义.基于GSM-HI的农村无线宽带覆盖方案研究[J].通信技术，2015(01):2-3.

WANG Xu, WANG Jia-yi. Research of Rural Wireless Broadband based on GSM-HI[J].Communications Technology,2015(01):2-3.

[2]李文苡.LTE语音,运营商的难题[J].广东通信技术，2013(09)：3-4.

LI Wen-yi, LTE Voice, the Difficulty of the Operators[J].Communications Technology,2013(09):3-4.

[3]周晶,叶丹.运营商LTE语音解决方案研究[J].集成技术，2013(03)：2.

ZHOU Jing, YE Dan. Operators Study of Voice in LTE[J]. Intergrated Technology, 2013(03):2.

[4]温文玉.TD_LTE CSFB语音解决方案中返回LTE技术及特殊场景分析[J].中国新通信，2014(16)：3.

WEN Wen-yu, Special Scene Analysis of Fast Return to LTE in VOLTE[J].China New Telecommunications, 2014(16):3.