LTE系统电路域回落话音解决方案

徐海+于锟

【摘要】 本文在比较多种LTE网络话音解决方案后，着重分析了电路域回落（CSFB）话音解决方案的工作原理、网络架构和主、被叫寻呼流程。并针对回落过程中出现的切换、TA错误、网络重选等问题进行了进一步分析，并进行了总结。

【关键词】 LTE CSFB 电路域回落 话音

一、概述

LTE网络是一个提供全IP业务的移动承载网络，主要是为了提供高速数据业务，因此只有PS域，没有CS域，无法提供持续、稳定的端到端话音业务。为了保证用户在畅享高速数据业务的同时，也能够得到稳定的高质量话音服务，是LTE网络急需解决的问题。目前有以下三种过渡方案。（1）电路域回落（CSFB）方案。电路域回落方案，顾名思义终端优选LTE网络驻留，在有话音业务需求时（包括主叫、被叫），通过网络辅助，完成网络切换，回落到拥有独立电路域的2、3G网络，然后通过2、3G网络的电路域进行话音业务。待话音业务完成后再返回LTE网络附着。该方案适合LTE网络覆盖区域小于2、3G网络，且未组建IMS网络情况下，利用前期2、3G网络发展优势，提供高质量话音服务。作为3GPP标准内的话音解决方案，产业链十分成熟，是目前全球运营商选择较多的过渡方案。（2）多模双待终端方案。多模双待终端方案本身与网络侧并无关系，全部依赖终端的支持能力，要求终端具有多个射频模组，可以同时驻留在2、3G网络和LTE网络上，由2、3G网络完成话音业务服务，由LTE网络完成高速数据业务服务。该方案技术实现简单，对网络没有任何要求，也无需互操作功能，网络改造代价小。不过对终端性能依赖性很强，无法做到全面服务用户。（3）双模单待无线语音呼叫连续性（IMS/SRVCC）方案。SRVCC方案是作为VoLTE话音服务，通过网络协助，完成LTE网络VoIP语音服务与2、3G网络电路域语音服务的平滑切换。该方案需借助IMS网络的功能实现VoIP语音服务和LTE网络与2、3G网络的互操作功能。对网络改造代价较大，需要提供完善的IMS网络功能。

二、LTE系统电路域回落（CSFB）话音解决方案

1、CSFB话音解决方案原理。CSFB的基本原理是，当终端处在无话音服务状态时，驻留在LTE网络之中，以便于定位、寻址、数据业务。当终端发生语音业务时，MME会将终端回落到2、3G网络之中，通过回落网络的CS域为终端提供语音业务。当存在短消息业务时，MME通过将短消息信令在移动交换中新和终端之间转发的方式，实现为终端提供短消息业务。以上交互功能均由MME与MSC之间的SGs接口完成。

2、CSFB话音业务流程-主叫。首先由终端发起话音主叫请求（CSFB呼叫请求），MME在接收请求后将相关消息发送给eNode…B，告知终端将因CSFB业务回落到2、3G网络。eNode…B接收消息后要求终端进行异系统小区测量，根据测量结果确定重定向目标系统小区，在向终端发送目标系统具体的无线配置信息后，释放链接。终端接入相应系统小区，发起话音主叫业务并建立呼叫链接。当终端完成话音业务挂机后，将根据网络设置重选回LTE网络，至此一次完成的CSFB话音主叫业务区流程结束。

3、CSFB话音业务流程-被叫。主叫MSC根据终端在2、3G网络登记信息寻址到其登记下的MSC。在经由登记MSC通过SGs接口发送消息给MME。MME通过eNode…B与终端建立连接，并通知MSC已寻址终端暂停发送寻呼请求。同时MME通过eNode…B通知终端因CSFB业务将回落2、3G网络。终端回落2、3G网络后进行CS寻呼响应并建立通话连接。待呼叫结束挂机后根据重选方案重回LTE网络附着。

三、LTE系统CSFB的关键问题

3.1用户回落及位置更新过程增加呼叫建立时延

终端在回落过程中，需测量选取回落的2、3G小区，并与之同步。若此时发生MSC位置更新将继续增加通话建立时延。根据MSC切换方式不同，总时延长度也不相同。

（1）回落方案一：PS切换。网络在收到CSFB业务请求后，指示终端在LTE网络下进行回落目标系统测量并上报测量结果，由网络根据终端上报的测量报告选择回落的目标小区，MME与SGSN之间进行切换准备，目标网络预留资源，之后eNodeB向终端发送切换命令控制终端执行切换，终端切换至回落目标网络。由于回落前，终端将在LTE网络连接状态下进行异系统测量、切换准备等一系列操作，测量时延相对较大。由于PS切换流程复杂，涉及LTE覆盖区及边界的eNode…B，MME，SGSN，BSC/RNC均需要改造，复杂度高，改造网元多，升级成本高，实现难度大。

（2）回落方案二：CCO（with…NACC）。网络在收到CSFB业务请求后，指示终端在LTE网络下进行回落目标系统测量并上报测量结果，eNode…B根据上报的测量报告选择合适的小区，向终端發起CCO（Cell…Change…Order，小区改变命令），在该命令中携带回落目标网络小区信息，终端收到命令后向回落目标网络切换，首先与回落目标网络小区同步，然后读系统广播（开通RIM流程可以不读取），接入回落目标网络。CCO切换方式下，仍需要终端在LTE网络连接状态下进行异系统测量，测量时延相对较大。同时在语音呼叫建立时需要读取回落目标网络广播信息，将增加时延3-4秒。在引入RIM流程后，时延将缩短为1秒。CCO流程只支持回落到2G，不需要现网改造，如引入RIM流程，则需要LTE覆盖区及边界的SGSN，BSC改造。

（3）回落方案三：RRC…Release（with…SIBs）。eNodeB收到CSFB业务请求后，向终端发起重定向消息，断开终端与LTE网络连接，终端在脱网状态下进行回落目标系统测量并选择一个合适的小区和频点，向回落目标网络发起接入请求。开通RIM流程情况下，将缩减预读网络广播信息的时间，减少时延。RRC…Release切换方式下，终端在脱网状态下进行异系统测量，测量时延相对较小。RRC…Release流程本身不需要网络改造，如引入RIM流程，回落2G，则涉及LTE覆盖区及边界的SGSN，BSC改造。endprint

根据以上回落方案说明，PS切换方式流程复杂，改造网元多，改造难度大，成本高。CCO切换方式仅适用于2G网络，网络适用性差，回落后网络性能下降明显，用户体验差。RRC…Release方式改造规模小，方案简单，时延小，建议采用RRC…Release…with…SIBs方案实现电路域回落。回落目标网络可根据运营商自有2、3G网络情况，以及终端支持情况进行选择。

3.2 TA规划不合理或用户在MSC边界的移动会导致被叫失败

终端附着LTE网络时，需进行联合位置更新，在MME上存儲TA…与LA…的对应关系，并根据TA将用户注册在LA对应的MSC上。但由于TA与LA不能准确映射，或造用户在MSC边界的移动，造成回落MSC与指定MSC不同，被叫失败。在存在被叫失败的情况下，可由以下三种方案解决。

（1）解决方案一：主叫端局重试方案（MTRR）。主叫端局在收到指定MSC呼叫失败消息（消息中指示需要呼叫重试）后，重新发起呼叫请求，第二次呼叫请求时用户已完成位置更新，HLR中登记的用户MSC为新MSC，呼叫成功。该方案需要对全网MSG和HLT进行改造升级。（2）解决方案二：呼叫前转方案（MTRF）。旧的MSC收到呼叫请求，寻呼不成功后不释放呼叫，将呼叫前转至新的MSC（旧的MSC通过MSC之间的位置更新流程获取新的MSC的地址）。该方案需要将LTE覆盖区域内及边界MSC改造升级。（3）解决方案三：信令平台方案。集中建设信令平台，虚拟MSC/VLR功能，所有CSFB用户初始接入该MSC，用户被叫时，平台将提供漫游号码流程挂起，待用户回落到2/3G并位置更新后，再发起路由查询流程，确保呼叫被接续至新的MSC。该方案无需网络做任何改造，但所有呼叫均增加位置更新流程。

综上所述，MTRR将对全网MSC、GMSC和HLT进行改造；MTRF仅对LTE覆盖区域及边界MSC进行改造；信令平台方案因不属于3GPP标准，并仅Mavenir设备支持。建议采用MTRF方式作为重新呼叫方案。

3.3呼叫结束后终端网络驻留选择

在完成话音通话后，终端挂机后将面临驻留网络选择。为确保用户数据业务尽量在LTE网络提供，用户呼叫结束后需返回LTE网络。返回LTE网络过程中，将引入一段无法被网络寻呼的时间，即用户不可及时间，此时用户无法收到任何寻呼也无法建立任何业务。（1）空闲态小区重选方案。该方案可用于2、3G网络返回LTE网络，是一种普遍适用的方案。用户在挂机后，直接驻留在回落网络上，之后根据广播消息中的LTE网络邻区信息执行小区重选，返回高优先级的LTE网络。该方案中在重选的过程中仍需要与目标LTE网络进行小区同步。并且在返回时，不可及时间较长，影响用户体验。并且当终端驻留在回落网络时，业务将由回落网络承载，数据速率慢，影响用户感知。（2）话音结束快速返回（Fast…Return）方案。在回落网络挂机时的信道释放消息中携带LTE邻区信息，终端收到该消息后，不进行读回落网络广播、LAU、RAU等操作，直接测量选择信号最好的LTE邻区，返回LTE网络。这样可以大大缩短用户不可及时间，提升用户体验。该方案需要对LTE覆盖区内及边界2G网络BSC设备进行升级改造。比较两种方案，小区重选方案为基本解决方案，无需网络改造，但用户不可及时间长，影响用户体验。快速返回方案需要2G网络进行BSC设备的升级改造，但可大大缩短不可及时间，提升用户感知。组网时可根据网络侧重进行选择返回方案。

四、LTE系统电路域回落话音解决方案总结

作为VoLTE方案前期过度方案，电路域回落（CSFB）具有适用终端范围广，改造升级成本低等特点。适用于目前LTE网络仅作为数据热点分流和高速数据用户覆盖，覆盖广度和完善性无法与2、3G网络媲美的情况下，有效利用已有网络资源的发展思路。鉴于目前国际LTE网络部署方案，CSFB仍是大势所趋。因此，后续将结合网络实际部署和运营情况，针对各项性能指标进一步优化，并对网优网规参数合理优化，不断改善电路域回落话音解决方案的用户感知。

参 考 文 献

[1]李天骄.…中国联通基于CSFB语音解决方案研究[D].内蒙古大学，2016.

[2]华堂.…LTE无线网络CSFB实现研究[D].南京邮电大学，2015.endprint