LTE通信VOLTE 史志强-LTE CSFB优化

1、LTECSFB优化方案姓名:史志强专业:NPO-LTE概述在建设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（3GPPTS23.272）就是其中之一。CSFB（CircuitSwitchedFallBack）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

2、；当终端用户需要使用话音业务时，网络侧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。二、CSFB技术原理介绍CSFBCSFB（电路域回落）是3GPPR8中CSoverPS研究课题的成果之一。该研究课题提出的背景是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

3、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。CSFB的使用是有前提条件的，那就是只有在E-UTR

4、AN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。MSCAfl.RI屮MU/GnGnLSGSNGERANBSCInternetUTRANRNCOperatorandcorporateservicesControlplaneUserplaneE-UTRANS1-MME2.2关键技术介绍CSFB网络实现起来相对简单，只是需要在MME与MSC/VLR之间建立SGs接口，用来处理EPS和CS域之间的移动性管理和寻呼流程，即手机终端通过SGs接口进行4GEPC与MSC/VLR之间的联合附着。SGs接口也可以用于传送M0和MT的SMS消息，不需要切换至3/2G

5、就可以实现短消息业务。CSFallBack_R8redirection简介UE/MSeNodeBBSS/RNSMM1a.ExtendedServiceRequest,1b.S1-APRequestmessagew1c.S1-APResponsemessage112.OptionalMeasurementReportSolicitation3a.NACC,3b,3cRRCc4.S1-AP:S1onnectionreleaseUEContextRele；F1Is5.S1UEContextRelease：6_UIEchangesRA7a.SuspendthenLAUpdsee23.060ateorC

6、ombined9.CMServiceRequest9.A/Iu-csmessI1II11110a.ServiceFeject1；10b.LocationAreaUpdate1I110c.CSMOcall1rILILBoutingAreaUpdaieorCombioedRAZLAL/IEMSCSGW/PGWSGSNthCSFallbackirdicatorVIaseRequestRA/LAUpdateorRAUpdateor1.AUandRAI=7b.SuspendRequest/Response-11.8.Updatebearer(s)age(withCMgejrviceRequest)iia

7、inIftheMSC；ischanged11niiifc-rpdate1采用R8重定向CSFB信令流程对LTE终端主被叫业务来说，当终端有语音业务建立请求时（如主叫语音业务，UE则主动发起ExtendedServiceRequest消息；被叫语音业务，UE则收到CSServicenotification消息，之后即发起ExtendedServiceRequest消息），即MME收到相应请求消息后，由MME来指示eNodeB需采用的CSFB方案。当eNB收到相应的指示信息（如cs-fallback-required）后，eNB即判断采用哪种方式进行CSFB流程。若能支持基于PSHO方式的CSFB

8、流程则优先采用，若不支持则采用重定向的CSFB方式。若采用此重定向的流程，则eNB即给UE发出RRCConnectionRelease消息（即终端进入idle状态），此消息中携带了相应RAT的相应小区的频点信息。对每个小区运营商可配置多个不同优先级的目标频段，即eNB通过可调整的优先级来决定CSFB的目标频段，通常eNB选择UE可支持的最高优先级的层进行分配。而对终端来讲，当收到此消息后，UE即开始搜索相应小区且登录相应网络，且后续即可在此网络下继续建立相应的语音业务，则基于重定向方式的CSFB流程成功完成。对在建立语音业务之前在LTE网络下已经存在的数据业务，由于终端在LTE网络时是处于连接

9、态，若通过重定向流程到W网络则UE首先是idle态，即重定向过程中PS业务会中断，之后UE在W网络下可以重新建立PS业务而再次进入连接态，则业务会再次恢复。R8DMCR(DefferedMeasurementControl)重定向功能可以在UE重定向至UTRAN后，减少读取SIB11消息过程，达到减少LTE终端语音起呼时延的目的。诺基亚开启此功能需要3G侧开通FASTHSPAmobility功能。另外新演进的RRC_R9重定向的CSFB是依靠RIM流程来实现，LTE向UMTS网络发起RIM流程，以获取UMTS小区的系统信息。当LTE侧收到UE请求的业务类型为语音业务时，LTE网络通过RIM流程

10、向UTRAN网络请求目标小区的系统信息，其中在RIMInformationReques消息中附带目标小区的小区ID，并通过RRCRelease消息通过终端UTRAN目标小区的系统消息。通过在RRC重定向过程中携带具体的小区系统消息，加快重定向流程，减少LTE终端起呼时延。基于重定向的CSFB架构优点在于实现方法简单，但是此过程中PS业务会中断，对数据业务造成一定影响。CSFallBack_PShandover简介UE/MSeNodeBBSS/RNSMMEMSCSGSNServingGWP-GW/GGSN1a.ExtendedServiceRequestRequestmessage*1b.S1-

11、AP1c.S1-APResponsemessqgwithCSFallbackindicator2.-3a.PSHOasspecifiedin23.4012(preparationphaseandstartofexecutionphase)4b.CMServiceRequest口5.CMServi，:eReject4b.A/Iu-csmessage(withCMSe5.CMServiceRejectrviceRequest)cCicnAi-aa1Ic/da+a6CScallestablishmentprocerdure7.PSHOasspecifiedin23.4012(continuation

12、ofexecutionphase)IftheMSCischangedOptionalMeasurementReportSolicitation采用PSHandoverCSFB信令流程理论上讲，若eNB不支持QCI=1PSConversationalbearer即VoIP业务或UE不支持VoIP业务或LTE小区拥塞，则在LTE网络下对语音业务均会采用CSFB流程。对CSFB流程共有两种实现方式，即PSHO方式和重定向方式。当PSHO功能激活后，通常eNB的工作原理是若满足PSHO的条件，则语音业务优先执行PSHO流程，若不满足则执行重定向的流程。从eNB来看，CSfallback的触发是从MME

13、接收到的。依据相应feature是否激活及UE能力，eNB决定哪种类型的CSFB将要执行。同样CSFBindicator中的优先级也会被考虑：若优先级高则被视为Emergencycall，否则即被作为normalcall进行处理。与CSFBPSHO功能相关的测量事件是B1事件。对LTE网络,EventB2是用于PSHO的测量的，但对CSFB到WCDMA网络的情形则LTE无线网络环境就没有任何意义了，因为无论信号强度如何终端必须离开LTE网络，由于此原因则EventB1即被使用，即只考虑其他RAT无线环境。依据此功能，eNB检查UE的B1事件测量是否支持，若UE支持此B1事件测量，则eNB开始要

14、求终端进行测量且对B1事件的监控timer开始启动，若监控时间内UE测量到了合适的小区则基于PSHO方式的CSFB启动。否则若UE不支持B1事件、或B1事件监控时间超时了（即监控时间内UE没有测量到合适的小区）、或者TargetCallList中是空的、或者UE不支持PSHO方式、或者网络侧禁止PSHO方式，则eNB即触发到G或W网络的基于重定向方式的CSFB流程。如果在B1事件监控时间之前终端提供了B1事件的测量结果，则eNB即从TCL（TargetCellList）中选择合适的目标小区从而执行PSHO。另若PSHO流程失败，则也会触发基于重定向方式的CSFB流程。CSFB功能使得LTE网络

15、即被部署为只有数据业务的网络。另外，对RNC,只有收到正确的从SGSN发来的原因值消息（即relocationrequest消息中原因值是“cs-fallback-trigger”），则RNC才会以CSFB流程进行后续处理（即降低接入时延，如分配SRB13.6K的速率及DCH0/0的分配，且RNC会对CSFB的信令采用最高优先级的处理方式）。使用SRB13.6K的速率的好处是语音业务的建立时延大大降低了（否则SRB即为3.4K的速率）。PSRAB使用DCH0/0有两个好处：第一是不会因为PS准入失败导致CSFB失败，第二是DCH0/0建立速度快。基于PS切换的CSFB优势：A快速，仅需0.4秒

16、额外时延，PS业务不中断；准确，基于UE测量选取当前位置最佳邻小区；成功率高，LTE通知3G邻小区预先为切换分配无线资源，分配成功后才通知终端切换；可靠，终端始终处于连接状态，无需断开网络。三、CSFB优化方案3.1CSFB前期测试中的典型问题案例1：4G配置3G重选参数不合理，导致终端不能在FDD-LTE网络稳定驻留【现象描述】CSFB手机在LTE网络完成联合注册后，驻留约1分钟后重选到WCDMA网络。然后终端频繁进行L-W小区重选。【问题分析】在机场LTE站点覆盖区域中，4G网络部署CSFB时，同时配置了WCDMA邻区及重选参数，但因重选参数配置不合理，导致终端不能在LTE网络稳定驻留，从

17、而重选到GSM网络。LTE与2G/3G网络间小区重选准则是基于优先级准则,可针对LTE及WCDMA频点、GSM频点组配置优先级，一般情况下，将LTE频点配置为高优先级，3G频点、2G频点组配置为低优先级，因此，UE由LTE重选至2G/3G需遵循低优先级重选准则，如下：测量启动准则如果LTE系统服务小区S值满足如下条件，则终端启动低优先级异系统测量：SServingCell=Snonintrasearch重选判决准则如果终端测量LTE系统服务小区及低优先级异系统邻区满足如下条件，则启动重选判决:没有合适的高优先级和同优先级邻区满足重选判决条件LTE系统服务小区SservingcellThresh

18、X,low终端在Treselection内均满足以上条件终端在当前LTE系统服务小区驻留超过1s其中，S值=Qrxlevmeas-(Qrxlevmin+Qrxlevminoffset)-Pcompensation，Pcompensation=MAX(PEMax-PPowerClass，0)，Qrxlevmeas为终端接收信号电平值，Qrxlevmin为小区中接收信号电平值的最小值，Qrxlevminoffset为最小电平偏移值，仅当终端驻留在VPLMN搜索高优先级PLMN时进行配置，一般配置为0，PEMax为终端在小区中允许的最大上行发射功率，该参数为可选配置，一般不进行配置，PPowerCl

19、ass为由终端能力决定的最大上行发射功率。【解决方案】若LTE需要配置WCDMA邻区重选参数，则应根据上述重选准则及参数配置原则合理配置参数，并通过查看系统广播消息SIB1、SIB3、SIB6验证参数是否配置正确。由于机场LTE站点三个小区cellReSelPrio设置为1,而UFFIM中uCelResPrio设置为2，即3G小区优先级高，导致UE易触发重选3G。案例2：MME配置TA映射LA有误，导致UE联合注册失败【现象描述】CSFB手机开机后，尝试在4G/3G网络进行联合附着，但联合附着失败，此后，UE在LTE网络发起五次联合位置区更新，但仍失败，之后UE从LTE网络Detach，并接入

20、WCDMA网络。【问题分析】CSFB手机开机时，需要在4G/3G网络进行联合附着，联合附着正常流程示意图如下:UE附着LTE网络：在附着请求(AttachRequest)中携带“联合附着”(combinedEPS/IMSIattach)扌旨示；触发联合位置更新：MME通过配置的TA-LA、LA-MSC(若连接同一个POOL内的多个MSC，需支持多个MSC间的负荷分担方式)映射关系，确定进行登记的MSC,并向MSC发起联合位置更新请求，即触发MSC向HLR注册和登记；附着成功：附着接受(AttachAccept)消息中携带的重要信息包括“联合附着”(combEPS/IMSIattach)指示、3

21、G位置区信息Locationareaidentification、MSC分配的TMSI、EMMCause和Additionalupdateresult等。一般情况下，LTE网络配置支持CSFB时，EMMCause和Additionalupdateresult都配置为空即可。对于本案例，检查终端侧AttachAccept消息，发现EMMCause为MSCTEMPORARILYNOTREACHABLE，Locationareaidentification(LAI)为48387,检查MSC设备为正常工作状态，因此，初步判断问题出现在MME向MSC登记流程。经过进一步检查，发现LA并非SGsMSC下真

22、实的LA(实际应该为48385),MSC中没有该LA的配置数据，从而导致MME不能向MSC登记，因此，MME下发的AttachAccept消息中EMMCause为MSCTEMPORARILYNOTREACHABLEo协议规定，若UE收到EPSonly的附着，且EMMCause为MSCTEMPORARILYNOTREACHABLE的AttachAccept，UE将进行最多5次TAU尝试，5次TAU失败后将关掉LTE能力，工作在2/3G双模状态，并转而搜索WCDMA网络接入。案例中网络及终端表现均符合协议要求，问题得以定位。【解决方案】将MME中配置的与TA映射的LA为SGsMSC下正确、真实存在

23、的LA(48385)，从而使得UE发起联合附着后，MME能够向MSC完成登记，并完成联合附着过程。【效果评估】将终端开关机，终端可以在LTE网络正常驻留，检查终端LoG,发现AttachAccept消息中的EMMCause已经为空，Locationareaidentification为MSC下正确的LA(48385)。案例3：核心网配置原因导致被叫未寻呼到，而主叫已听到回铃音现象描述】LTE终端在无线环境较差区域，未收到寻呼消息，但是主叫仍听可以到回铃音。问题分析】22:48:53.099DLDCCHv9A0LTErrcConnectionReconfiguration45:53.101ULD

24、CCHv9A0LTErrctonnectioriRecorifigurationComplete22:49:53.101RATH4GLTEMACRACHTngger(OwBOG1-Handover22:48:53.175RACH4GLTEMACRACHAttempt0Ba62)-FailureatMSG222:48:53.175FIA匚H4GLTEMACRACHAttempt0KBa62-FailureatMSG222:48:53.175RACH4GLTEMACRACHAttempt0jBa62)-FailureatMSG2被叫终端信令1.17.1955122s5M52D63522:50:05

25、5&W322.0573H922：5&aa23062222:5&122346SL22:50323574722:1623940890835222:和:.止JD-Paging1D-PdqinqeNodeB未开启完整性保护和鉴权部分终端芯片对开机流程要求较高，需严格按照协议定义顺序完成各步骤处理，其中包括完整性保护和鉴权流程，因此当eNodeB未开启上述功能时，将导致部分终端因开机流程不完整而无法接入LTE网络驻留。3.2.2CSFB手机呼叫建立过程异常UE在LTE网络起呼/接收寻呼本阶段出现的问题主要表现为网络寻呼UE失败和UE不能发起CSFB呼叫。出现这部分问题主要与网络SGs寻呼方式、网络与终端

26、DRX寻呼周期不一致、LTE网络隐式DetachUE及无线环境因素有关。网络SGs寻呼方式通常，MSCA/lu接口一次寻呼采用TMSI,二次寻呼采用IMSI，部分厂家设备实现SGs接口寻呼方式与A/Iu接口相同，而用IMSI寻呼UE将导致UE寻呼响应失败。网络与终端DRX寻呼周期不一致UE、eNodeB、MME均有与DRX相关的参数，但不同厂家设备对参数的协议理解存在差异，导致参数配置后网络与终端DRX寻呼周期不一致，从而使被叫失败。网络通过SGs寻呼时，终端在返回LTE过程中CSFBUE在通话结束返回LTE网络，若TAU尚未完成，MME接收到SGs接口寻呼后，若寻呼该UE,部分MME厂家目前

27、的实现也将会导致被叫失败。LTE网络隐式DetachUELTE网络隐式DetachUE时，UE再次发起呼叫将导致失败。LTE网络隐式DetachUE存在多种可能，如因设备功能缺陷导致Qos修改失败，就会导致LTE网络隐式DetachUE。无线环境因素若由于无线信号较弱或干扰较大，UE无法收到网络寻呼或者无法解析寻呼消息，导致寻呼失败。3.2.3csfb手机挂机返回LTE异常若终端通过自主快速返回方式返回4G,可在LTE发起TAU并恢复数据业务若终端自主返回失败，将驻留2G网络并尝试恢复数据业务，连接态时：可通过NCO方式返回3G(需终端支持)，若3G网络支持到4G连接态重定向，可返回4G继续数

28、据业务若否，终端需待数据业务完成进入空闲态后，通过小区重选2G-3G-4G桥接方式或2G-4G方式返回4G(需2G配置4G邻区)特殊场景，若终端回落3G网络，通话过程中能够并行进行数据业务，挂机后终端将驻留在3G,返回4G行为与上面相同3.2.4CSFB呼叫建立时延异常CSFB呼叫建立时延主要包括三个部分：UE在LTE侧起呼/接收寻呼到收到重定向命令、UE收到重定向命令后搜索接入WCDMA小区并读取系统广播、建立通话等，下面将详细介绍每个部分时延的影响因素。1、UE在LTE侧起呼/接收寻呼到收到重定向命令本阶段对时延的影响主要因素包括MSC开启EarlyAlerting/ACM功能、eNode

29、B开启基于测量的重定向功能、LTE侧二次寻呼等。MSC开启EarlyAlerting/ACM功能MSC开启EarlyAlerting/ACM功能是指MSC在收到MME的寻呼响应后即给主叫用户放回铃音，将导致主叫呼叫建立时延过短，但会对网管指标统计及主叫用户体验产生影响。eNodeB开启基于测量的重定向功能eNodeB开启基于测量重定向功能后，eNodeB需给UE下发测量控制消息，并根据UE测量报告中GSM频点情况下发重定向命令，UE连接态测量异系统频点时延较长，会额外增加CSFB呼叫建立时延。通常情况下，为保证CSFB时延，eNodeB开启盲重定向即可。LTE侧二次寻呼因LTE侧无线信号弱等因

30、素，存在二次寻呼概率，将增加CSFB呼叫建立时延。2、UE收到重定向命令后搜索接入WCDMA小区并读取系统广播可采用R8重定向+DMCR(3G)缩减系统消息读取时长3、建立通话RNC针对CSFB分配13.6KSRB，PSRAB抑制来减少通话建立时延3.3CSFB方案建议3.3.1PSHO建立呼叫前，通过PS到PS的切换，使UE重选回2/3G通过interRAT测量，可以直接选定目标RAT的小区重选回2/3G同时，注册CS域和PS域R8/R9重定向建立呼叫前，由网络发起RRCrelease，使UE重选回2/3GUE在LTE不进行interRAT测量UE重选回2/3G小区后需要读取系统广播参数（S

31、Is/SIBs）时延优化对比RNC针对CSFB分配13.6KSRB13.6KSRB的传输信道采用10ms的TTI，而3.4K为40msTTI,处理效率更高。其他条件完全相同情况下，3.4KSRB的R8重定向用时比13.6KSRB的R8重定向多出来2.8s,达7.066s。3.4KSRB时RRC建立到Alerting时延aqd1124rrcConikFcmnneuMemiG-ccrLMJCHIBcm375.Idfiiil.HrAfTTrsri.lP8ri.cHriill3r：irdiFDnrfl!GC：?HLBCCHaccnlwLrf-rwt-rfieaut=iifnrrii口-|TF*nvrc

32、rnrcH:rtfin*L-irflL_y=-口门匚imisn&CCM1兀50OC-30竺i-BUbJM：15UL心訓DODJflr-D-CGM：I：!.HirIyLr.-i心去:L*VSWT”丁TOQR37.737DL-C-llr:CH:BD&珂口网COBJT512ftOn3?弓FTin1.IJrrli-：:rimrJ*1f*ii-w如tvni&-!iiswcxtl-Tin-Cir-j-rl1nf_鼻叶血旳!90甩口=；1jicienUwRsstmB*Jjtirlntn4啦淌n_EtninT-hcnflCcmrlf-iflBub430J4咗护皿住Jiilliinl_iij_lI：JuLucihDiieGlTtiiMr-trFtdiiInUArraUpdaoCorrplaia13.6KSRB时RRC建立到Alerting时延PSRAB抑制通常情况下，RNC为CSFB切换过来的UE配置的13.6KSRB+PS0/0RB。由于有PS数据业务，RNC先为PS业务分配HSPA信道。在CS的RAB建立过程中，由于没有开启AMRwithHSPA功能，RNC需要先把PS业务从HSPA重配到R99DCH