CSFB在LTE建网初期应用的理论研究.docx

CSFB在LTE建网初期应用的理论研究目 录目 录II引 言3缩写术语4CSFB在LTE建网初期应用的理论研究51背景52方案提出52.1CSFB概述52.2功能与结构62.3工作原理62.4业务流程73方案评估94总结105参考资料1111摘 要本文根据目前LTE现网还无法通过VoLTE来实现语音业务的背景，提出了通过CSFB的方式来暂时过渡该功能。文中阐述了CSFB功能结构，工作原理，业务流程等，并针对业务现网特点给出一些建议。关键字： CSFB VoLTE 工作原理 功能结构 业务流程缩写术语CSFBCircuit-Switched Fallback电路交换回退VoLTEvoice over LTE基于LTE网络的语音呼叫TD-LTETime Division Long Term Evolution分时长期演进MMEMobile Management Entity移动性管理实体EPSEvolved packet system演进分组系统UTRANUMTS Terrestrial Radio Access NetworkUMTS 陆地无线接入网GERANGSM EDGE Radio Access NetworkGSM无线通讯网络VLRVisitor Location Register拜访位置寄存器MSCMobile Switching Center移动交换中心CSFB在LTE建网初期应用的理论研究1 背景TD-LTE网络虽然是全分组交换网络，但语音业务在很长一段时间内仍将是不可或缺的重要业务。众所周知，目前TD-LTE的电路域业务还不能通过VoLTE实现，且在很长一段时间需要其他网络辅助的方式来过度LTE系统中语音功能，那么下面节介绍一种方案。2 方案提出2.1 CSFB概述CSFB(电路域回落) 此理念最早在R8中CS over PS提出的，提出的背景是LTE和CS双模终端的无线模块是单一无线模式，即具有LTE和UTRAN/GERAN接入能力的双模或者多模终端，在使用LTE接入时，无法收/发电路域业务信号。为了使得终端在LTE接入下能够发起话音业务等CS业务，以及接收到话音等CS业务的寻呼，并且能够对终端在LTE网络中正在进行的PS业务进行正确地处理，产生了CSFB技术。在建设TD-LTE网络初期，如果运营商已经有成熟的UTRAN/GERAN网络，出于对CS投资的保护，结合TD-LTE网络的部署策略，运营商可以采用原有的CS域语音方案来提供语音服务，而TD-LTE网络仅处理数据业务(包括IMS数据业务)。这种情况下，采用CSFB技术，即LTE覆盖下的UE在处理语音业务时，终端先回退到CS(电路域)网络，在CS网络处理语音业务;这样就达到了重用现有的CS域设备来为TD-LTE网络中的用户提供传统的语音业务的目的。2.2 功能与结构功能架构示意图网络结构试图2.3 工作原理TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模单待手持终端能够支持在GSM，TD-SCDMA和TD-LTE模式分别独立通信。多模单待终端支持TD-LTE，TD-SCDMA 和GSM(GPRS)模式，且任何时刻只能工作在TD-LTE 模式，TD-SCDMA和GSM(GPRS)模式中的某一种模式，只能同对应模式的单模终端一样发送和接收数据。多模单待终端在空闲状态以及电路域和分组域业务进行过程中，都能够自动地进行TD-LTE 模式和TD-SCDMA，GSM(GPRS)之间的模式转换。另外，多模单待终端还能支持在TD-LTE小区和TD-SCDMA，GSM(GPRS)小区之间的重选和切换。通常，多模单待终端使用单卡糟，能支持GSM SIM/TD-SCDMA USIM/TD-LTE USIM多模卡。考虑到对既有网络用户提供更加友好的使用感受，终端应该能够支持SIM卡，采用SIM卡时，TD-LTE多模单待终端相当于普通TD-SCDMA/GSM终端。TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模单待手持终端具有接入TD-LTE网络，TD-SCDMA和GSM(GPRS)网络的能力，但是在使用TD-LTE接入时，无法进行电路域业务。为了使得终端在LTE接入下能够发起话音等CS业务，接收到话音等CS业务的寻呼，并且能够对终端在TD-LTE接入下正在进行的PS业务进行正确地处理，终端和网络可通过电路域回落(CSFB)技术来解决这一问题。CSFB技术中，在TD-LTE和TD-SCDMA/GSM(GPRS)的双覆盖区域，对话音，LCS和补充业务等CS业务，TD-LTE网络能触发终端从TD-LTE接入回落到TD-SCDMA，GSM(GPRS)网络接入并进行CS业务，因此CS域业务是由TD-SCDMA，GSM(GPRS)网络来提供，不需要运营商部署IMS网络。TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模单待手持终端可在TD-LTE覆盖区发起或接受CS业务(如语音呼叫)，在终端主叫(MOC)的时候，UE从TD-LTE回落到CS域发起呼叫；当终端做被叫(MTC)时，UE在TD-LTE网络收到寻呼，并回落到CS域网络进行后续呼叫流程。支持CSFB技术的多模终端，对于用户已经建立的TD-LTE分组域业务，视运营商的策略和网络的能力不同，可以有两种处理方式：(1)挂起方式。当终端回落到电路域执行语音业务的时候，TD-LTE的分组域连接被设置为挂起状态。终端结束语音业务返回到TD-LTE网络时，终端可要求网络恢复挂起的分组域连接。(2)随同切换方式。终端在执行电路域业务回退的同时，可以执行PS域的切换，将TD-LTE网络中正在进行的业务切换到2G/3G分组域继续执行。2.4 业务流程典型的CSFB业务流程主要包括联合附着、位置更新、主叫(MO)CSFB流程、被叫(MT)CSFB流程以及去附着等。启用CSFB功能的用户的附着流程是基于联合GPRS/IMSI附着流程来实现的。TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模单待手持终端在给MME发送的附着请求消息中携带支持CSFB能力的指示。MME在收到用户的联合附着请求后，在进行EPS附着的同时，会推导出其相关CS域的VLR信息，并向这个VLR发起位置更新请求，VLR收到位置更新请求以后，会将该用户标记为已经进行EPS附着了，并保存用户的MME的IP地址，这样，VLR中就创建了用户的VLR与MME间的 SGs关联。随后，MSC Server/VLR会进行CS域位置更新并把用户的TMSI和LAI(位置区标识)传给MME，从而在MME中建立SGs关联。最后，MME把VLR给用户分配的TMSI以及LAI等信息包含在附着请求接受消息中发送给UE，此时就表明用户的联合附着已经成功了，联合附着成功之后，启用CSFB能力的用户在TD-LTE网络中就可以处理电路域业务了假如网络和终端都支持PS域切换，用户在TD-LTE网络中正在进行PS业务时，主叫语音业务 (主叫CSFB)，流程如下：用户发给MME扩展服务请求消息(Extended Service Request)，其中包含CSFB指示， MME收到这个指示后，通知eNodeB，该用户需要回落到2G/3G系统中进行语音呼叫。eNodeB根据相关信息选择一个合适的2G/3G目标小区，使得用户可以回落到CS域进行呼叫接续，回落到CS域之后，用户执行普通的CS域语音呼叫建立流程。同时，由于用户正在进行PS业务，eNodeB会给MME发送一个切换请求消息，指示系统对该用户执行不同接入技术间的正常切换过程，以便用户正在进行的PS域业务得以继续。当用户在TD-LTE网络中正在进行PS业务时，被叫语音业务时(被叫CSFB)，此时的流程如下：当用户在TD-LTE网络中时，若发生来自电路域的语音呼叫，此呼叫请求会先到达MSC Server，MSC Server经由SGs接口把寻呼消息转给MME，MME将寻呼消息通过TD-LTE网络转给用户，并给MSC Server返回一个业务请求消息，触发MSC Server停止发送寻呼消息，并给主叫用户发送回铃音(Alerting)消息，被叫用户收到寻呼消息后，根据网络侧告知的电路域相关信息回落到CS域接受呼叫，同时，通过PS域切换继续完成正在进行的PS业务。3 方案评估从CS FallBack的实现方式看，这是一个非常轻载的实现方式，非常适合于在EPC早期建设阶段。根据EPC部署范围小、2G/3G网络广泛的情况，适合在EPC主要提供数据业务的时间段采用，能够充分利用2G/3G网络电路域提供语音、短信、定位、等成熟的电路业务。在此阶段，将EPC作为高速数据业务承载与传统电路语音等业务分离管理仅仅是一个短期的过渡方案。随着EPC网络的快速建设和基于IMS的业务平台部署，很容易更新终端到网络侧的业务能力配置，从而完全过渡到使用EPC网络的能力。CS FallBack方案主要具备了以下优势。（1）EPC网络只对电路域业务提供终端连接状态管理、业务寻呼和终端网络切换控制，对EPC网络实体的功能影响较小。（2）实际业务的建立和传输发生在原有的电路域网络连接状态下，对EPC网络的资源占用较小。（3）该方案中，对于除短信以外的电路域业务处理流程相对统一，降低了网络实体和终端实现的难度。（4）与EPC IMS业务的共存可通过MME能力配置简单的实现，也能够通过该方式实现对EPC全业务的快速过渡。CS FallBack方案的主要劣势如下：（1）起呼时延比UMTS的大，主要原因是涉及的系统较多（2）需要对MSC升级，使其具备LTE的EPC功能，否则可能会出现在LTE核心网中的鉴权码大于在UTRAN中的，导致呼叫失败（3）必须是双模或者多模手机（4）必须分别采用不同的调制解调器及无线射频(RF)芯片，这样会导致手机的成本、耗电性及尺寸不够理想。 （5）CSFB的使用是有前提条件的，那就是只有在E-UTRAN与UTRAN/GERAN的重叠覆盖区域，并且用户具有CSFB功能的时候，才能使用电路域回落。4 总结LTE网络在分组数据业务方面相比以往系统有了质的飞跃，不论是高速下载、实时路况都在用户感知方面非常出色，但是语音业务在以后很长的一段时间里面，还有着不可替代的作用，所以，LTE网络需要支持语音业务的功能是必然的，但是介于目前芯片的工艺，以及VoLTE在语音方面的连续性，还不能保证，所以只能通过其他方案来过度。文中提出的CSFB技术方案，有优点也有缺点，我们目前能做的就是解决技术难题，尽快实现语音业务的应用，当然终端在芯片开发方面也需要跟进，重点解决芯片工艺和多模调制解调带来的发热和耗电问题，针对CSFB方案，有几点建议如下：（1）业务回落问题，如果有TD网络时，业务优先回落到TD网络（2）组合业务回落时，如果有TD网络时，建议CS和PS业务均回落