探讨基于CSFB技术的TD—LTE语音回落TD—SCDMA应用
来源：UC论文网2015-12-15 23:03
摘要：
【摘 要】LTE网络的CSFB方案主要选择回落到GSM网络，但现网存在着局部场景更适合选择回落到TD-SCDMA网络的情况。为此，中山移动在现网开展了TD-LTE CSFB回落到TD-SCDMA的可行性测试，并结
【摘 要】LTE网络的CSFB方案主要选择回落到GSM网络，但现网存在着局部场景更适合选择回落到TD-SCDMA网络的情况。为此，中山移动在现网开展了TD-LTE CSFB回落到TD-SCDMA的可行性测试，并结合测试探讨了更适合回落到TD-SCDMA的若干场景。
【关键词】CFSB TD-SCDMA TD-LTE MTRF
1 引言
经过2014年TD-LTE的大规模快速建设，中国移动TD-LTE网络已基本达到全网覆盖，数据业务体验良好。LTE网络语音业务的解决方案一般有VoLTE、单卡双待及CSFB（Circuit Switched Fallback，语音业务回落技术）3种，目前阶段主要为单卡双待和CSFB，而基于现网GSM网络的完善覆盖，CSFB主要选择回落到GSM网络。但现网局部区域存在GSM频点干扰大而TD-SCDMA网络无干扰的情况，此时回落到TD-SCDMA语音质量会更好。另外也存在部分区域GSM信号弱而TD-SCDMA信号更强的情况，或者GSM用户较多拥塞较严重而TD-SCDMA网络较空闲的情况，这些同样更适合选择回落TD-SCDMA网络。因此有必要研究TD-LTE网络中CSFB回落TD-SCDMA在现网的可行性以及实用效果，下文将详细介绍相关内容。
2 CSFB原理及回落到TDS的可行性分析
CSFB功能结构图如图1所示，LTE网络下终端通过SGs口与MSCS相关联，当UE需要发起语音业务时，需要改变射频模式从LTE到GERAN（2G）或者UTRAN（3G），然后继续完成通话。
CSFB回落到GRAN/UTRAN小区可采用3种方式：PS HO、CCO以及重定向，目前使用重定向方式。重定向是指LTE网络通过下发RRC Connection Release信令携带目标网络频点信息，UE读取GRAN/UTRAN的系统消息，从而建立语音通话。CSFB回落到目标网络且通话结束后，UE返回LTE的措施一般有FR（终端自主快速返回技术）和重选方式：FR方式需要终端的支持，终端在回落时已记忆LTE的频点，当返回时直接优先使用这些频点接入LTE网络，因此需时短，约为0.6s；而重选方式可通过2G到3G、3G到4G或2G到4G的重选返回4G，时长较大，一般超过10s。
根据CSFB的原理分析，要完成CSFB回落到TDS，必须解决以下问题：（1）如何改变终端回落网络的优先级？（2）被叫时，终端回落到TDS上报的寻呼响应信息，MSCS能否识别？第1个问题可通过修改无线侧参数完成；对于第2个问题，目前已通过2G的LAC与4G的TAC做映射，而2G与3G的LAC共POOL的方式解决。
3 多种场景下CSFB回落TDS的可行性
测试情况
（1）场景1：同POOL情况下CSFB回落TDS
同POOL是指终端在CSFB回落前后占用的TD-LTE小区和TD-SCDMA小区的LAC（位置区）是共POOL的。这样的话，核心网侧已满足条件，仅需修改4G无线侧参数使其优先回落TDS网络即可。在现网挑选一个较单纯的室分系统，里面的2G/3G/4G室分信号强度相对宏站信号占绝对优势，便于试验该方案的可行性。 本文由wWW.dYLw.Net提供，第一论文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务，欢迎光临DYlw.nET
通过测试过程的空口层三信令与回落GSM网络的信令对比，发现增加了位置区更新的过程，用时约增加1s。
重复测试了50次，成功率达100%，具体测试情况简列如表1。
（2）场景2：跨POOL情况下CSFB回落TDS
“跨POOL”是指终端在CSFB回落前后占用的TD-LTE小区和TD-SCDMA小区的LAC（位置区）是不同POOL的。但目前中山的核心网不同POOL之间已经开通了MTRF（Mobile Terminating Roaming Forwarding，移动终端漫游转发）功能，该功能的信令流程如图2所示，这样可以实现跨POOL寻呼和响应，所以即使从TD-LTE回落到另一个不同POOL的3G LAC也能完成被叫。这种场景经过现网测试证明是成功的，但因跨POOL寻呼位置区更新增加了1.6s的时延。
（3） 场景3：无3G信号、网络设置为3G优先下， CSFB自主回落2G
该场景主要是假设网络设置CSFB优先回落3G。经测试表明，当现场突然没有3G信号（如3G网络突发故障等）时，终端会自主搜索2G信号，接入2G网络完成通话，但会增加搜索信号的时长。
由于设置CSFB优先回落TDS，所以LTE网络向终端下发的“RRC Connection Release”信令中携带的重定向频点是TDS的频点。终端会先在TDS网络尝试接入，但发现信号太弱，所以约2s后转向搜索GSM网络，最终完成接入并成功响应寻呼完成通话。
（4）场景4：无2G信号、网络设置为2G优先下，
CSFB自主回落3G
如场景3一样，若突然无2G信号，而网络设置为2G优先的情况下，UE仍然先尝试读取GSM系统消息，当发现满足不了该GSM最低接入电平时，UE再转去自动搜索TDS网络，CSFB回落TDS完成通话。实测情况不再赘述。
根据上面4种场景的现网测试可以验证TD-LTE网络下CSFB回落到TD-SCDMA是可行的，下面继续集中比较这4种场景的时延情况。
4 4种场景CSFB回落TDS的时延对比
下面将4种场景与一般CSFB回落2G的各个阶段的平均时延进行对比。
如表2所示，可见同POOL下CSFB回落到3G，主被叫总时延约11.5s，比回落到2G增加了1.2s左右。本次测试主被叫均在4G，如果仅一方在4G，可减少2～3s时延。
通话结束后3G返回4G平均需18.6s，相比从2G返回4G的0.6s，时延大大增加，主要因2G至4G终端具有自主FR（快速返回）功能（如测试中使用的iPhone终端）。 从统计指标来看，时延的增加对CSFB寻呼成功率的影响不大。
5 中山现网CSFB回落TDS场景的应用
情况
对现网“3G覆盖强2G弱”和“3G覆盖强2G弱”等个别小区场景将CSFB优先回落到TDS，情况如下：
（1）“3G覆盖强2G弱”：通过对中山室分站点2G/3G/4G信息的筛选，选出部分室内有做3G/4G信号覆盖、未做GSM室分的候选站点，其测试效果与之前相应场景相仿，不再详述。
（2）“3G覆盖强2G弱”：根据GSM网络性能统计，针对无线接通率差、拥塞率高及干扰强的2G小区，筛选3G/4G覆盖良好站点进行试验。以世纪新城为例，占用LTE信号进行CSFB拨打测试，发现回落GSM的成功率为96%且偶有杂音，将其优化至优先回落TDS，成功率为100%且通话质量良好，效果更好，测试情况如表3所示。
6 结束语
（1）目前仅需修改LTE网络的无线侧（eNodeB）参数即可实现CSFB优先回落TDS网络，且为小区级参数，核心网侧无需修改数据。
（2）无论CS回落前的LTE TAC与回落后所在3G/2G LAC是否在同一个POOL，主被叫业务均可成功。
（3）CSFB回落3G时比回落2G增加了一次位置区更新过程，同POOL时约增加1s时延，跨POOL时约增1.6s时延。
（4）CSFB回落到3G，结束通话后返回4G网络时，需时较长，平均约18.6s，各终端差异性较大。而CSFB回落2G后返回4G，因有终端自主FR（快速返回）功能，通常在1s内完成，这对4G用户感知有一定影响。
（5）网络侧设置CSFB优先回落3G情况下，如果现场无3G信号，终端会自主搜索2G信号，接入2G网络完成通话，但会增加1s～4s的时延。同样地，网络侧设置CSFB优先回落2G，现场无2G信号，也可以通过3G网络完成通话。
（6）针对（5）中的情况，最大问题是只要终端认为优先的网络可以接入（哪怕只有1格信号），它依然会接入该网络，但此时由于信号较差，寻呼响应已无法让网络收到，从而CSFB接入失败。现网完全无2G信号的地方极少，更多的是2G信号弱覆盖和质量差，针对这些情况，终端不会去尝试重选至3G，最终导致CSFB接入失败。
（7）在目前网络设置下CSFB回落到3G比回落到2G时延有所增加，但CSFB寻呼成功率统计指标影响不大。
（8）建议在个别场景，如“3G覆盖强2G弱”和“3G质量优2G差”的区域，可小区级地开启优先回落TDS，前期试验证明在GSM高干扰区域运用该策略效果较好。
参考文献：
[1] 3GPP TS 23.272 V10.2.1. Circuit Switched （CS） fallback in Evolved Packet System （EPS） Stage 2（Release 10）[S]. 2014.
[2] 李正茂，王晓云. TD-LTE应用与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2014.
[3] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.
[4] 赛西亚，陶菲克，贝克. LTE/LTE-Advanced——UMTS长期演进理论与实践[M]. 马霓，夏斌，译. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
[5] 段红光. TDSCDMA网络规划优化方法与案例[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.
[6] 李世鹤. TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2003. 本文由wWW.dYLw.Net提供，第一论文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务，欢迎光临DYlw.nET
[7] 韩斌杰，杜新颜，张建斌. GSM原理及其网络优化 [M]. 北京： 机械工业出版社， 2009.
[8] 元泉. LTE轻松进阶[M]. 北京： 机械工业出版社， 2012.
[9] 许宏敏，李青，祝绘青，等. TD-SCDMA无线网络优化原理及方法[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2009.
【关键词】CFSB TD-SCDMA TD-LTE MTRF
1 引言
经过2014年TD-LTE的大规模快速建设，中国移动TD-LTE网络已基本达到全网覆盖，数据业务体验良好。LTE网络语音业务的解决方案一般有VoLTE、单卡双待及CSFB（Circuit Switched Fallback，语音业务回落技术）3种，目前阶段主要为单卡双待和CSFB，而基于现网GSM网络的完善覆盖，CSFB主要选择回落到GSM网络。但现网局部区域存在GSM频点干扰大而TD-SCDMA网络无干扰的情况，此时回落到TD-SCDMA语音质量会更好。另外也存在部分区域GSM信号弱而TD-SCDMA信号更强的情况，或者GSM用户较多拥塞较严重而TD-SCDMA网络较空闲的情况，这些同样更适合选择回落TD-SCDMA网络。因此有必要研究TD-LTE网络中CSFB回落TD-SCDMA在现网的可行性以及实用效果，下文将详细介绍相关内容。
2 CSFB原理及回落到TDS的可行性分析
CSFB功能结构图如图1所示，LTE网络下终端通过SGs口与MSCS相关联，当UE需要发起语音业务时，需要改变射频模式从LTE到GERAN（2G）或者UTRAN（3G），然后继续完成通话。
CSFB回落到GRAN/UTRAN小区可采用3种方式：PS HO、CCO以及重定向，目前使用重定向方式。重定向是指LTE网络通过下发RRC Connection Release信令携带目标网络频点信息，UE读取GRAN/UTRAN的系统消息，从而建立语音通话。CSFB回落到目标网络且通话结束后，UE返回LTE的措施一般有FR（终端自主快速返回技术）和重选方式：FR方式需要终端的支持，终端在回落时已记忆LTE的频点，当返回时直接优先使用这些频点接入LTE网络，因此需时短，约为0.6s；而重选方式可通过2G到3G、3G到4G或2G到4G的重选返回4G，时长较大，一般超过10s。
根据CSFB的原理分析，要完成CSFB回落到TDS，必须解决以下问题：（1）如何改变终端回落网络的优先级？（2）被叫时，终端回落到TDS上报的寻呼响应信息，MSCS能否识别？第1个问题可通过修改无线侧参数完成；对于第2个问题，目前已通过2G的LAC与4G的TAC做映射，而2G与3G的LAC共POOL的方式解决。
3 多种场景下CSFB回落TDS的可行性
测试情况
（1）场景1：同POOL情况下CSFB回落TDS
同POOL是指终端在CSFB回落前后占用的TD-LTE小区和TD-SCDMA小区的LAC（位置区）是共POOL的。这样的话，核心网侧已满足条件，仅需修改4G无线侧参数使其优先回落TDS网络即可。在现网挑选一个较单纯的室分系统，里面的2G/3G/4G室分信号强度相对宏站信号占绝对优势，便于试验该方案的可行性。 本文由wWW.dYLw.Net提供，第一论文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务，欢迎光临DYlw.nET
通过测试过程的空口层三信令与回落GSM网络的信令对比，发现增加了位置区更新的过程，用时约增加1s。
重复测试了50次，成功率达100%，具体测试情况简列如表1。
（2）场景2：跨POOL情况下CSFB回落TDS
“跨POOL”是指终端在CSFB回落前后占用的TD-LTE小区和TD-SCDMA小区的LAC（位置区）是不同POOL的。但目前中山的核心网不同POOL之间已经开通了MTRF（Mobile Terminating Roaming Forwarding，移动终端漫游转发）功能，该功能的信令流程如图2所示，这样可以实现跨POOL寻呼和响应，所以即使从TD-LTE回落到另一个不同POOL的3G LAC也能完成被叫。这种场景经过现网测试证明是成功的，但因跨POOL寻呼位置区更新增加了1.6s的时延。
（3） 场景3：无3G信号、网络设置为3G优先下， CSFB自主回落2G
该场景主要是假设网络设置CSFB优先回落3G。经测试表明，当现场突然没有3G信号（如3G网络突发故障等）时，终端会自主搜索2G信号，接入2G网络完成通话，但会增加搜索信号的时长。
由于设置CSFB优先回落TDS，所以LTE网络向终端下发的“RRC Connection Release”信令中携带的重定向频点是TDS的频点。终端会先在TDS网络尝试接入，但发现信号太弱，所以约2s后转向搜索GSM网络，最终完成接入并成功响应寻呼完成通话。
（4）场景4：无2G信号、网络设置为2G优先下，
CSFB自主回落3G
如场景3一样，若突然无2G信号，而网络设置为2G优先的情况下，UE仍然先尝试读取GSM系统消息，当发现满足不了该GSM最低接入电平时，UE再转去自动搜索TDS网络，CSFB回落TDS完成通话。实测情况不再赘述。
根据上面4种场景的现网测试可以验证TD-LTE网络下CSFB回落到TD-SCDMA是可行的，下面继续集中比较这4种场景的时延情况。
4 4种场景CSFB回落TDS的时延对比
下面将4种场景与一般CSFB回落2G的各个阶段的平均时延进行对比。
如表2所示，可见同POOL下CSFB回落到3G，主被叫总时延约11.5s，比回落到2G增加了1.2s左右。本次测试主被叫均在4G，如果仅一方在4G，可减少2～3s时延。
通话结束后3G返回4G平均需18.6s，相比从2G返回4G的0.6s，时延大大增加，主要因2G至4G终端具有自主FR（快速返回）功能（如测试中使用的iPhone终端）。 从统计指标来看，时延的增加对CSFB寻呼成功率的影响不大。
5 中山现网CSFB回落TDS场景的应用
情况
对现网“3G覆盖强2G弱”和“3G覆盖强2G弱”等个别小区场景将CSFB优先回落到TDS，情况如下：
（1）“3G覆盖强2G弱”：通过对中山室分站点2G/3G/4G信息的筛选，选出部分室内有做3G/4G信号覆盖、未做GSM室分的候选站点，其测试效果与之前相应场景相仿，不再详述。
（2）“3G覆盖强2G弱”：根据GSM网络性能统计，针对无线接通率差、拥塞率高及干扰强的2G小区，筛选3G/4G覆盖良好站点进行试验。以世纪新城为例，占用LTE信号进行CSFB拨打测试，发现回落GSM的成功率为96%且偶有杂音，将其优化至优先回落TDS，成功率为100%且通话质量良好，效果更好，测试情况如表3所示。
6 结束语
（1）目前仅需修改LTE网络的无线侧（eNodeB）参数即可实现CSFB优先回落TDS网络，且为小区级参数，核心网侧无需修改数据。
（2）无论CS回落前的LTE TAC与回落后所在3G/2G LAC是否在同一个POOL，主被叫业务均可成功。
（3）CSFB回落3G时比回落2G增加了一次位置区更新过程，同POOL时约增加1s时延，跨POOL时约增1.6s时延。
（4）CSFB回落到3G，结束通话后返回4G网络时，需时较长，平均约18.6s，各终端差异性较大。而CSFB回落2G后返回4G，因有终端自主FR（快速返回）功能，通常在1s内完成，这对4G用户感知有一定影响。
（5）网络侧设置CSFB优先回落3G情况下，如果现场无3G信号，终端会自主搜索2G信号，接入2G网络完成通话，但会增加1s～4s的时延。同样地，网络侧设置CSFB优先回落2G，现场无2G信号，也可以通过3G网络完成通话。
（6）针对（5）中的情况，最大问题是只要终端认为优先的网络可以接入（哪怕只有1格信号），它依然会接入该网络，但此时由于信号较差，寻呼响应已无法让网络收到，从而CSFB接入失败。现网完全无2G信号的地方极少，更多的是2G信号弱覆盖和质量差，针对这些情况，终端不会去尝试重选至3G，最终导致CSFB接入失败。
（7）在目前网络设置下CSFB回落到3G比回落到2G时延有所增加，但CSFB寻呼成功率统计指标影响不大。
（8）建议在个别场景，如“3G覆盖强2G弱”和“3G质量优2G差”的区域，可小区级地开启优先回落TDS，前期试验证明在GSM高干扰区域运用该策略效果较好。
参考文献：
[1] 3GPP TS 23.272 V10.2.1. Circuit Switched （CS） fallback in Evolved Packet System （EPS） Stage 2（Release 10）[S]. 2014.
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[3] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.
[4] 赛西亚，陶菲克，贝克. LTE/LTE-Advanced——UMTS长期演进理论与实践[M]. 马霓，夏斌，译. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
[5] 段红光. TDSCDMA网络规划优化方法与案例[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.
[6] 李世鹤. TD-SCDMA第三代移动通信系统标准[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2003. 本文由wWW.dYLw.Net提供，第一论文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务，欢迎光临DYlw.nET
[7] 韩斌杰，杜新颜，张建斌. GSM原理及其网络优化 [M]. 北京： 机械工业出版社， 2009.
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[9] 许宏敏，李青，祝绘青，等. TD-SCDMA无线网络优化原理及方法[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2009.
