TD-LTE CSFB实现方案分析

王冠 张振宏

摘  要：在4G网络中，语音业务仍然占着很大的比重。在LTE网络部署过程中最需要考虑的是高速率的宽带业务，但是由于其本身的全IP的体系使得4G网络没办法利用CS语音方案。选用CSFB作为中间方案，实质上就是终端设备接着使用现网，使用原来的电路域负责语音业务，终端设备在启动时选择不同的网络，会有不一样的反映。本文介绍了利用传统的GSM/TD-SCDMA网络承载LTE语音的CSFB技术，重点对其技术要点进行了分析研究，对各种实现方案进行了比较论证。

关键词：CSFB;PS切换;重定向;部署方案

中图分类号：TN929.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）08-0053-03

Abstract：In the 4G network，voice service still accounts for a large proportion. In the process of LTE network deployment，the most important thing to consider is high-speed broadband services，but because of its full IP system，4G network can not use CS voice scheme. The choice of CSFB as the intermediate scheme is essentially that the terminal equipment uses the existing network and uses the original circuit domain to take charge of voice business. When the terminal equipment chooses different networks at startup，it will have different reflections. This paper introduces the CSFB technology which carries LTE voice in the traditional GSM/TD-SCDMA network，focuses on the analysis and research of its technical points，and compares and demonstrates various implementation schemes.

Keywords：CSFB;PS switching;redirection;deployment scheme

0  引  言

在4G网络中，语音业务仍然占着很大比重，但由于其架构原因，无法利用CS方案。因此在引入4G网络前，为了保证客户的语音业务质量，需要考虑2G网络和3G网络之间的连续性。目前，符合3GPP标准的CSFB（CS Fallback）技术能较好地解决该问题。

2G网络和3G网络的覆盖率比较高，经历了两代移动通信业务的发展，可以充分保证用户的语音业务体验。因此在部署4G网络时，可以考虑采用2G网络和3G网络继续负责用户的语音业务，而4G网络负责客户的宽带业务，从而使得3G网络和4G网络之间的语音业务可以无缝連接。而CSFB技术就是针对这一思路产生的。CSFB的基本思路就是，用户在需要接入语音业务时，就把终端的4G网络切换到2G网络或者3G网络，用户在结束语音通话时，再把终端的3G网络接回4G的LTE网络。但是这一技术需要在4G网络与2/3G网络之间不断切换，在通话时终端设备完全没有办法接入4G网络，因此终端的4G业务也都终止，会在很大程度上影响客户的体验。CSFB技术并不像由于网络覆盖不完备引起的网络切换，没办法在4G网络部署的过程中根据3G现存网络进行优化，而是一种技术上的提前设定，因此没有从根本上解决4G网络语音业务的问题，所以CSFB技术只是4G语音业务中的一个过渡技术。

1  CSFB实施方案研究

用CSFB作为中间方案，实质上就是终端设备接着使用现网，使用原来的电路域负责语音业务，终端设备在启动时选择不同的网络，会有不一样的反映。

1.1  开机优选LTE

终端设备在刚刚启动时优先选择停留在4G网络上，在有语音业务接入时，通过CSFB技术，终端设备接入的网络由LTE网络转成2/3G网络。

1.2  开机优选2G/3G

终端设备在刚刚启动时不优先选择4G网络，而是选择停留在2/3G网络上，此时的语音业务可以不进行网络切换直接接入语音通话。在用户进行非语音业务时，根据业务所需流量带宽适时地把网络转换至LTE网络，在业务完成时再转回2/3G网络。但是这种思路也有其局限性，在网络转换至4G网络进行非语音业务时，如果有语音业务接入的请求，仍然需要从4G网络切换到2/3G网络，所以依然需要CSFB技术的支撑。

所以，不管开机优先选择哪种网络，都会有4G往2/3G转换的情况出现。现有三种终端设备从4G往2/3G转换的方法如下：（1）PS切换：在语音业务接入终端前，先利用PS 到PS切换，让UE转到2/3G，在这种情况下必须进行测量控制，使得终端设备选择小区，之后终端设备在2/3G网络内接入语音业务，当语音业务完成时，进行位置和路由的更新。（2）RRC重定向（R8）：终端设备先在4G网络下完成RRC连接，同时向4G网络发送相关指令，确定CSFB技术的请求，之后由MME识别发送的请求类型，MME识别后继续往下传达CSFB Indication，指导网络返回2/3G。终端设备在收到断开RRC连接的指令后，依据现网的指引，搜寻特定的小区，同时测量特定小区。在目标小区接入达成后，依据目前的网络流程建立CS业务。（3）携带目标小区广播的RRC重定向（R9）：在终端设备接入目标小区的过程中，还会涉及消息读取等很多流程，因此终端用户需要等待较长时间才能真正地接入语音通话，针对这一缺点，对RRC重定向进行了改进。改进的思路是把2/3G网络下的广播消息等加入了4G网络中，通过4G网络进行广播消息读取，不需要在2/3G网络下进行播报，因此大大地缩减了用户等待的时间。但是这种思路具体实施起来成本比较高，而且实现难度较RRC重定向也比较大。RRC重定向和携带目标小区广播的RRC重定向两种思路的操作流程是一样的。

在RRC重定向这种思路中，为了减少用户语音接入的等待时间，不采用跨系统测量，因此终端设备也不需要上传测量报告，而是通过网络设置好传输给终端设备，相对来说操作起来比较简单，但是可能存在终端在指定的频点内搜索小区失败的风险。所以在部署4G网络时，要把CSFB技术的需求和指标考虑在内，利用多次测量验证，取得一个完美的邻区配置参数，从而保证CSFB技术的可行性。

R9方案则不同，虽然用户语音通话方案接入时间短，但仍要执行RIM，通过这种方法来获得广播信息。CSFB to GSM还存在着以下两种方案：（1）无网络辅助的Cell Change Order（CCO without NACC）：无网络辅助的CCO和RRC重定向的操作流程是一样的，两种方法接入2/3G网络的命令字段不一样。2/3G网络GSM系统内有一种CCO的命令被用来控制小区的重新选择，所以RRC中有一个CCO的命令字段。CCO字段与重定向字段相比，携带的邻区信息更多。（2）有网络辅助的Cell Change Order（CCO with NACC）：与无网络辅助的CCO一样，有网络辅助的CCO也同RRC重定向的操作流程相同，与无网络辅助的CCO不同，有网络的CCO把广播消息加入了4G网络中，4G网络可以提前获得广播消息，并且把广播消息在4G中传输给终端，因此不需要在2/3G网络传输广播信息，大大地降低了语音通话等待延迟，提升了用户的体验。

这两种无网络辅助的CCO和有网络辅助的CCO方案，前提条件是携带包含邻近小区的信息，如果不包含邻近小区的信息而是通过提前的规划进行分配，那么CSFB技术的成功率会大大降低。所以考虑到风险预估，必要时要牺牲语音业务的接入等待时间，在4G网络中优先传输测量控制命令，根据传输回来的测量报告来决定目标小区的位置。

2  CSFB方案比较

为了更好地选择CSFB的方案，要分析各种方案下实现CSFB的效果，分析能否达到规划的目标和满足用户的体验需求。CSFB技术主要的性能指标是语音业务接入的等待时间。而语音业务接入等待时间主要是由用户所在的网络所决定的。

2.1  CSFB to GSM语音业务建立时延理论分析

从表1可以看出，其中性能最好的是R9的RRC重定向思路。与传统GSM相比，语音业务接入等待时间增加的量还没有到达1s，仅仅为毫秒级别的增量。由表格可以看出，其他方案的增量都达到了两秒甚至更多，用户体验受到了极大的影响，必须采用优化技术进行进一步的优化从而提升用户的体验。无网络辅助的CCO和有网络辅助的CCO和R9 RRC的重定向方案基本上能取得一样的效果，但是无网络辅助的CCO和有网络辅助的CCO有异系统时间，而且还要携带者邻近小区的信息，风险评估比R9 RRC要差一些。

2.2  CSFB to TD SCDMA语音业务建立时延理论分析

从表2可以看出，CSFB到3G网络和到GSM的思路基本相似。通过分析下表可以看出，性能最好的一种方案同样是RRC R9的重定向。较传统TD-SCDMA语音建立时延仅需增加450ms;但最差的R8的RRC重定向方案也仅增加1s，主要是由于读取TD-SCDMA系统小区广播消息的时间相对较短。

在LTE网络部署的过程中，不管采用哪种方案来实现CSFB到现网，都有以下几点要求：（1）现网与LTE规划部署中重复覆盖的小区，要升级MSC。（2）在方案选择和部署过程中，要避免CSFB技术实施过程中引入不必要的流程，从用户体验出发，降低语音业务的建立延迟。（3）在网络规划阶段，没有办法彻底确保TA和La的匹配，而两者之间的不匹配就会导致UE不能控制发起Paging消息的MSC，在这种情形下就必须要升级全网的MSC。在满足了以上的要求后，选用不一样的方案对2G/3G的影响，以及各种方案的实现复杂度分析可以通过表3、表4进行分析。

3  CSFB实现方案研究结论及应用建议

由上述CSFB各种方案的性能分析，以及各种方案的实现复杂度以及对现网影响等方面的分析，针对4G网络语音业务提出下面几点建议，如表5所示。

CSFB技术是3G向4G业务扩展中唯一可用的语音业务过渡技术，为保证TD-SCDMA网络向TD-LTE网络的完美过渡，语音业务作为4G业务中占比极大的一项关键性业务必须做到无缝对接，因此CSFB技术的不断完善成为4G推广的重中之重。本文提出的RRC R9的重定向方案，可达到较好的性能，在满足毫秒级别的语音业务建立时间的同时，对2G/3G业务的影响较小，同时可靠性及安全性较高，用户体验良好，是一个很优秀的方案。在4G网络部署中，应不断以RRC R9类似高性能方案为先锋，不断地优化完善CSFB技术，从小范围逐渐推广，查缺补漏，从而做到更灵活更高效的部署。

参考文献：

[1] 周彥，武欣.TD-LTE CSFB话音解决方案研究 [J].移动通信，2011，35（19）43-49.

[2] 李侠宇 EPS网络CS FallBack技术研究 [J].电信网技术，2009（6）：9-13.

作者简介：王冠（1977-），男，汉族，安徽宿州人，信息院设计一所所长，高级工程师，本科，研究方向：核心网、数据专业咨询规划与设计;张振宏（1978-），男，汉族，广东揭阳人，高级设计主管，高级工程师，本科，研究方向：通信网络、政府信息化、智慧城市专业规划咨询。