TD-LTECSFB技术特点及性能分析

TD-LTECSFB技术特点及性能分析

摘要：文章主要介绍了LTE系统CS域语音向全IP语音的过渡技术CSFB(CSFallback)，重点对其技术特点和时延性能进行了分析。CSFB方案是在部署IMS系统之前可行的一种LTE语音接续过渡方式。关键词：CSFB，重定向，PS切换，TD-LTE1引言在LTE建网之初，由于LTE只支持分组域，通常采用原有网络的CS域语音方案来提供语音服务。3GPPR8提出了CSFB(CircuitSwitchedFallback，电路域业务回退)技术，即LTE覆盖下的UE在需要处理CS业务时，切换到UTRAN/GERAN网络中完成业务处理。CSFB的主要思想是：在部署IMS系统之前，LTE终端在空闲态下驻留在LTE网络上，当用户发起呼叫或收到呼叫时，回落到2G/3G网络，然后再按照标准CS业务流程完成话音呼叫处理，呼叫结束后，再返回到LTE网络。美国运营商AT&T已表明了先发展CSFB、后部署IMSVoLTE的策略。目前业界也普遍认为，CSFB是LTE语音方案的一个过渡方案。2CSFB技术特点基于CSFB的语音业务互操作方案是利用GSM/UMTS网络承载语音业务，当用户需要进行语音业务时，多模终端可以从优先驻留的LTE网络切换到2G/3G的小区内，利用CS语音方案来提供语音服务。CSFB用户在HSS中开户时需要明确为CSFB用户标识，而且用户需要在HSS和HLR同时注册，MSC通过HLR获取用户数据。CSFB用户通过在HLR签约来使用CS网络前转、智能、彩铃等CS补充业务；当CSFB用户回落到CS网络后，与普通CS用户一样享受各种基于语音业务的补充业务。标准的CSFB方式主要包括PS切换、CCONACC(小区变更用于GSM)、RRCConnectionReleasewithRedirection(重定向)等。CSFB的各种方式比较如表1所示：表1CSFB的各种方式比较方式目标小区信息目标小区是否分配好资源UE测量需求重定向频点否可选小区变更小区ID否需要PS切换小区ID是需要CSFB每次呼叫建立均需要先重选到2/3G网络，如果呼叫建立时延长，用户感受会较差。该方案适用于LTE覆盖区已经有GSM/TD覆盖区、GSM/TD用于实现语音业务的部署场景，语音业务需要先回落到GSM/TD网络。CSFB技术要求在MSCServer与MME(MobileManagementEntity，移动管理实体)间配置SGs接口(图1)，使得附着于LTE网络的双模终端，能够完成在LTE网络中发起主叫、响应被叫、短消息，以及实现LTE与GSM/WCDMA的联合附着、位置更新等操作。SGs接口是基于Gs接口(SGSN和MSCSever之间的接口)发展来的，其原理和功能都与Gs接口类似。图1MME和MSCServer之间增加SGs接口LTE的TA覆盖范围内2/3G的LA(LocationArea，位置区)规划为由同一个MSCServer管理。这样，当UE进行联合TA/LA更新时，才能进行LA更新选择到当前2G/3GRAN对应的MSCServer，以尽量避免MSCServer更新不及时而导致漫游重呼(RoamingRetry)的发生。UE在LTE中进行附着时，消息中的AttachType表示要进行的是联合GPRS/IMSI附着，指示UE具备通过SGs口进行CSFB和SMS的能力。MME通过IMSI和已分配的LAI得出归属的VLR，并进行LAU过程。如果成功联合附着，在AttachAccept消息中会带有LAI和VLRTMSI信息。如果TA发生改变，UE在LTE中进行TAU时，会同时进行LAU。如果网络侧设置有问题，CSFB方案可能会导致不好的用户体验。因为用户每发起或接收一个呼叫都要进行一次无线接入方式的切换，这样会带来一定的时延；如果终端正在使用LTE分组域业务，进来的呼叫会影响当前业务。CSFB执行的几种机制的区别如表2所示：表2CSFB几种机制的区别机制主要改进点效果网络侧改动适合的制式R8重定向基本流程UE进入2G/3G目标小区后，需读取SIB标准协议2G/3GR9重定向(携带SIB)在重选前，源eNB将2/3G目标小区的系统广播消息SIB提前下发给UEUE进入2G/3G目标小区后，省掉了SIB读取过程网络侧需要支持RIM流程2G/3GCCO(NACC)在重选前，源eNB将目标小区的系统广播消息SIB提前下发给UEUE进入2G目标小区后，省掉了SIB读取过程网络侧需要支持RIM流程2GPS切换在切换前，2G/3G目标小区已经分配信道，UE与目标小区物理同步后即可接入网络UE进入2G/3G目标小区后，省掉了SIB读取过程和RRC、RAB建立过程网络侧、终端需要支持PS切换2G/3G不同的CSFB机制，会导致不同的时延性能和复杂度。通常网络侧会支持多种话音回落机制，最终根据终端能力选择最佳执行机制。3CSFB语音业务建立时延LTE通过CSFB到UMTS/GERAN的语音业务建立时延定义为：从UE在LTE侧发起ExtendServiceRequest消息开始，到UE在UMTS/GERAN侧收到/发送Alerting消息。流程如下：UE发送NAS消息ExtendedServiceRequest给EPC，指示EPC进行CSFB，EPC通过S1-APRequest消息指示eNodeB进行CSFB，如果网络不支持IRAT的PH切换，eNodeB可以选择重定向以及CCO进行CSFB；如果支持R9RIM(RANInformationManagement)，eNodeB会把通过RIM流程得到的对端网络的RANSIB信息发给UE，以加快在目标网络的接入。采用重定向方式，UE搜索GERAN小区的时间会稍长于搜索UTRAN小区的。PS切换和重定向的CSFB流程如图2、图3所示，二者的主要特征如表3所示。图2PS切换的CSFB流程图3重定向的CSFB流程对于GSM系统，当UE激活态移动出LTE和GERAN的重叠覆盖区后，如果目标GERAN不支持pS切换，也可通过提前在源LTE发送目标GERAN小区的系统消息给UE，缩短UE接入目标GERAN小区的时间，从而减少业务中断时间的CCO(NACC)业务流程。表3PS切换和重定向的主要特征项目主要特征PS切换MME向eNodeB发送HandoverCommand，通知eNodeB目标网元已做好切换准备，可以进行切换。携带的参数主要有TargettoSourceTransparentContainer、BearersSubjecttoDataForwardingList等。eNodeB向UE发送HO(Handover)fromE-UTRANCommand，将目标RNC在切换准备阶段设置的无线参数发送给UE，命令UE切换到目标RNC。PSHO的信令面时延：从UE收到HandoverCommand开始，到UE回复HandoverComplete为止。重定向重定向采用RRC连接释放加重定向的方式，指示UE选择目标系统小区(可以根据异系统测量或者系统配置的盲切换小区得到)。eNB发送RRCConnectionRelease消息给UE，带有重定向信息RedirectedCarrierInfo，指定目标UMTS或GERAN的小区频点。在选到指定系统小区后，发起RAU过程，同时PS业务转移到异系统网络。重定向信令面时延：从UE在LTE侧收到RRCConnectionRelease开始，到UE在UMTS侧发送RRCConnectionRequest或ChannelRequest为止。从相关流程可以看出，CSFB方案时延优化主要在无线侧，CSFB时延产生的原因主要包括异系统小区测量、无线空口同步及读取异系统广播消息的时长较长。另外，接入到目标网络后，如果LA和UE存储的不一样，UE会发起LAU或联合LA/RA更新过程。总之，从无线侧来说，CSFB方案时延优化的要点是应尽量缩短异系统小区测量和读取异系统广播消息的时长。如图4所示。图4CSFB方案时延优化思路从图4可以看出，PS切换可以获取更短的CSFB语音建立时延以及用户面数据中断时延，保证流媒体业务的连续性；但是需要全网都支持，部署成本较高。重定向可以获取稍差于PS切换的CSFB语音建立时延，可能不能保证流媒体的连续性；但是不需要对端RAN侧支持，部署成本较小。由于部署PS切换需要全网升级，成本较高，根据运营商的具体情况，在LTE建网初期，可以选择部署重定向或CCO(需UE支持CCO)。以MSCPOOL组网下的CSFB重定向协议标准方案为例进行外场测试，结果表明：一个正常的网络，UE从LTE释放RRC连接，到接收到回铃音，整个时长为5～8s。该时延指标基本能满足用户的业务感知。其中UE从LTE释放RRC连接，到CS建立业务请求的连接时长为1～2s，从CMServiceRequest到Alerting的时长为3～6s。值得注意的是，当网络没有部署MSCPOOL或不支持漫游重呼功能(MTCallRoamingRetry)，且UE的CSFB发生在不同MSC的LA边界时，将会导致呼叫失败。总之，CSFB方案是在部署IMS系统之前可行的一种语音接续过渡方式。根据终端能力，可以选择2G/3G目标小区作为语音回落的目标小区。依据网络自身情况，可以使用基于R8或R9的RRC重定向方式，也可通过网络升级方式选择PS切换的方式。：曹世强，工程师，本科毕业于北京邮电大学，现任职于中国移动通信集团设计院有限公司无线所，研究方向为无线通信领域。张绍伟，工程师，硕士毕业于北京邮电大学，现任职于中国