TD-LTE電路域回落多模單待手持終端的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

介紹了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中電路域業(yè)務(wù)，特別是語(yǔ)音業(yè)務(wù)的幾種解決方案，闡述了TD-LTE電路域回落多模單待終端的技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理，指出了在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的不同發(fā)展時(shí)期，我國(guó)電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)可采用不同的技術(shù)來開展語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

1 引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展，用戶對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無線速率和時(shí)延等提出了越來越高的要求，為了滿足人們?nèi)找嫣岣叩耐ㄐ判枨?，?guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP提出了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)雖然是全分組交換網(wǎng)絡(luò)，但語(yǔ)音業(yè)務(wù)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將是不可或缺的重要業(yè)務(wù)。所以，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)不僅需要支持迅猛增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也應(yīng)繼續(xù)提供高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。但由于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)部署初期覆蓋、性能以及TD-LTE終端形態(tài)等因素，提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)可能會(huì)存在語(yǔ)音連續(xù)性等諸多問題，為確保在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)上順利開展高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，目前各標(biāo)準(zhǔn)組織都積極研究并提出了多種語(yǔ)音業(yè)務(wù)解決方案。

可提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的TD-LTE終端可能的形式，大致分為兩種類型，即多模單待終端和多模雙待終端。其中，多模指的是TD-LTE，TD-SCDMA，GSM(GPRS)3種模式，多模單待機(jī)終端可采用CSFB(電路域回落)或SRVCC(單無線模式語(yǔ)音呼叫連續(xù)性)方案來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，多模雙待機(jī)終端直接利用2G/3G網(wǎng)絡(luò)來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。本文重點(diǎn)介紹TD-LTE電路域回落多模單待手持終端的技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理。

2 EPS網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)解決方案

2.1 基于電路域網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)(CSFB)

CSFB(電路域回落)是3GPP R8中CS over PS研究課題的成果之一。該研究課題提出的背景是LTE和CS雙模終端的無線模塊是單一無線模式，即具有LTE和UTRAN/GERAN接入能力的雙模或者多模終端，在使用LTE接入時(shí)，無法收/發(fā)電路域業(yè)務(wù)信號(hào)。為了使得終端在LTE接入下能夠發(fā)起話音業(yè)務(wù)等CS業(yè)務(wù)，以及接收到話音等CS業(yè)務(wù)的尋呼，并且能夠?qū)K端在LTE網(wǎng)絡(luò)中正在進(jìn)行的PS業(yè)務(wù)進(jìn)行正確地處理，產(chǎn)生了CSFB技術(shù)。

在建設(shè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)初期，如果運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)有成熟的UTRAN/GERAN網(wǎng)絡(luò)，出于對(duì)CS投資的保護(hù)，結(jié)合TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的部署策略，運(yùn)營(yíng)商可以采用原有的CS域語(yǔ)音方案來提供語(yǔ)音服務(wù)，而TD-LTE網(wǎng)絡(luò)僅處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(包括IMS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))。這種情況下，采用CSFB技術(shù)，即LTE覆蓋下的UE在處理語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，終端先回退到CS(電路域)網(wǎng)絡(luò)，在CS網(wǎng)絡(luò)處理語(yǔ)音業(yè)務(wù)；這樣就達(dá)到了重用現(xiàn)有的CS域設(shè)備來為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中的用戶提供傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)的目的。

但是CSFB的使用是有前提條件的，那就是只有在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊覆蓋區(qū)域，并且用戶具有CSFB功能的時(shí)候，才能使用電路域回落。

LTE和UTRAN/GERAN之間的CSFB功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 CSFB功能架構(gòu)示意圖

圖1中，EPC指的是演進(jìn)的分組核心網(wǎng)絡(luò)。

從圖1中可以看出，實(shí)現(xiàn)CSFB功能的關(guān)鍵在于，MSC能夠建立與MME之間的SGs接口，以便實(shí)現(xiàn)LTE和2G/3G的聯(lián)合位置更新和尋呼等操作。另外，為了實(shí)現(xiàn)CSFB功能，UE，MME，MSC，EUTRAN，SGSN都需要升級(jí)增加附加功能。

2.2 基于IMS網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)(SRVCC)

SRVCC指的是單無線模式終端從TD-LTE網(wǎng)絡(luò)切換到3GPP UTRAN/GERAN時(shí)話音呼叫的業(yè)務(wù)連續(xù)性。SRVCC方案主要解決LTE網(wǎng)絡(luò)部署語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)存在的問題，在LTE網(wǎng)絡(luò)下，終端使用基于IMS的Voice over LTE建立話音業(yè)務(wù)；當(dāng)LTE沒有達(dá)到全網(wǎng)覆蓋時(shí)，隨著用戶的移動(dòng)，正在進(jìn)行的語(yǔ)音業(yè)務(wù)會(huì)面臨離開LTE覆蓋范圍后語(yǔ)音能否連續(xù)的問題，這時(shí)，SRVCC可以將語(yǔ)音切換到電路域，從而保證語(yǔ)音通話的不中斷。

SRVCC方案基于IMS實(shí)現(xiàn)，因此網(wǎng)絡(luò)上需要部署IMS系統(tǒng)以及SCC AS設(shè)備。另外，只有UTRAN/GERAN網(wǎng)絡(luò)開通語(yǔ)音業(yè)務(wù)后，才會(huì)在特定場(chǎng)景需要使用SRVCC。

基于IMS網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 SRVCC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2中，包括EPC，CS以及IMS三大模塊，為了實(shí)現(xiàn)不中斷的語(yǔ)音呼叫，需要三個(gè)模塊協(xié)同工作。其中，電路域的MSC需要升級(jí)為增強(qiáng)的MSC，以便支持從MME發(fā)來的切換過程，支持IMS到CS的切換并關(guān)聯(lián)CS切換和從IMS域到CS域的域轉(zhuǎn)移；EPC中的MME需要能從PS承載中分離出語(yǔ)音和非語(yǔ)音部分，對(duì)語(yǔ)音承載部分發(fā)起SRVCC切換并協(xié)調(diào)PS切換和SRVCC切換；IMS中的HSS需要在UE附著過程中把SRVCC VDN(VCC域轉(zhuǎn)移號(hào)碼)插入MME。

SRVCC的基本工作流程：為了實(shí)現(xiàn)SRVCC，話音呼叫錨定在IMS系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)起E?UTRAN到UTRAN/GERAN的域轉(zhuǎn)移時(shí)，MME(具有UE SRVCC相關(guān)信息)首先從E?UTRAN網(wǎng)絡(luò)獲得切換指示，然后觸發(fā)到MSC Server的SRVCC流程，MSC Server發(fā)起到IMS的會(huì)話轉(zhuǎn)移流程，并且完成到目標(biāo)小區(qū)的CS切換流程。切換完成后，MSC Server向MME發(fā)送響應(yīng)(其中包括必要的切換命令信息)，并轉(zhuǎn)給UE用于接入U(xiǎn)TRAN/GERAN。這樣，語(yǔ)音呼叫就從E?UTRAN轉(zhuǎn)移到UTRAN/GERAN了。

2.3 基于多模雙待終端

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模雙待終端在使用TD-LTE模式進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，終端可同時(shí)在TD-SCDMA/GSM(GPRS)模式進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)的呼入或呼出；在使用TD-SCDMA模式進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，終端建立TD-SCDMA下的并發(fā)業(yè)務(wù)，進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)的呼入或呼出；在使用GSM模式進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，終端使用GSM模式進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)的呼入或呼出?；诙嗄ｋp待終端來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的的方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)沒有提出特別的要求。

3 電路域回落多模單待手持終端

3.1 工作原理

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端能夠支持在GSM，TD-SCDMA和TD-LTE模式分別獨(dú)立通信。多模單待終端支持TD-LTE，TD-SCDMA 和GSM(GPRS)模式，且任何時(shí)刻只能工作在TD-LTE 模式，TD-SCDMA和GSM(GPRS)模式中的某一種模式，只能同對(duì)應(yīng)模式的單模終端一樣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。多模單待終端在空閑狀態(tài)以及電路域和分組域業(yè)務(wù)進(jìn)行過程中，都能夠自動(dòng)地進(jìn)行TD-LTE 模式和TD-SCDMA，GSM(GPRS)之間的模式轉(zhuǎn)換。另外，多模單待終端還能支持在TD-LTE小區(qū)和TD-SCDMA，GSM(GPRS)小區(qū)之間的重選和切換。

通常，多模單待終端使用單卡糟，能支持GSM SIM/TD-SCDMA USIM/TD-LTE USIM多?？??？紤]到對(duì)既有網(wǎng)絡(luò)用戶提供更加友好的使用感受，終端應(yīng)能夠支持SIM卡，采用SIM卡時(shí)，TD-LTE多模單待終端相當(dāng)于普通TD-SCDMA/GSM終端。

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端具有接入TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，TD-SCDMA和GSM(GPRS)網(wǎng)絡(luò)的能力，但是在使用TD-LTE接入時(shí)，無法進(jìn)行電路域業(yè)務(wù)。為了使得終端在LTE接入下能夠發(fā)起話音等CS業(yè)務(wù)，接收到話音等CS業(yè)務(wù)的尋呼，并且能夠?qū)K端在TD-LTE接入下正在進(jìn)行的PS業(yè)務(wù)進(jìn)行正確地處理，終端和網(wǎng)絡(luò)可通過電路域回落(CSFB)技術(shù)來解決這一問題。CSFB技術(shù)中，在TD-LTE和TD-SCDMA/GSM(GPRS)的雙覆蓋區(qū)域，對(duì)話音，LCS和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等CS業(yè)務(wù)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)能觸發(fā)終端從TD-LTE接入回落到TD-SCDMA，GSM(GPRS)網(wǎng)絡(luò)接入并進(jìn)行CS業(yè)務(wù)，因此CS域業(yè)務(wù)是由TD-SCDMA，GSM(GPRS)網(wǎng)絡(luò)來提供，不需要運(yùn)營(yíng)商部署IMS網(wǎng)絡(luò)，支持CSFB的終端不需要支持SRVCC技術(shù)。

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端可在TD-LTE覆蓋區(qū)發(fā)起或接受CS業(yè)務(wù)(如語(yǔ)音呼叫)，在終端主叫(MOC)的時(shí)候，UE從TD-LTE回落到CS域發(fā)起呼叫；當(dāng)終端做被叫(MTC)時(shí)，UE在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)收到尋呼，并回落到CS域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行后續(xù)呼叫流程。

支持CSFB技術(shù)的多模終端，對(duì)于用戶已經(jīng)建立的TD-LTE分組域業(yè)務(wù)，視運(yùn)營(yíng)商的策略和網(wǎng)絡(luò)的能力不同，可以有兩種處理方式：

(1)掛起方式。當(dāng)終端回落到電路域執(zhí)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)的時(shí)候，TD-LTE的分組域連接被設(shè)置為掛起狀態(tài)。終端結(jié)束語(yǔ)音業(yè)務(wù)返回到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，終端可要求網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)掛起的分組域連接。

(2)隨同切換方式。終端在執(zhí)行電路域業(yè)務(wù)回退的同時(shí)，可以執(zhí)行PS域的切換，將TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)切換到2G/3G分組域繼續(xù)執(zhí)行。

3.2 CSFB業(yè)務(wù)流程

典型的CSFB業(yè)務(wù)流程主要包括聯(lián)合附著、位置更新、主叫(MO)CSFB流程、被叫(MT)CSFB流程以及去附著等。

啟用CSFB功能的用戶的附著流程是基于聯(lián)合GPRS/IMSI附著流程來實(shí)現(xiàn)的。TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端在給MME發(fā)送的附著請(qǐng)求消息中攜帶支持CSFB能力的指示。MME在收到用戶的聯(lián)合附著請(qǐng)求后，在進(jìn)行EPS附著的同時(shí)，會(huì)推導(dǎo)出其相關(guān)CS域的VLR信息，并向這個(gè)VLR發(fā)起位置更新請(qǐng)求，VLR收到位置更新請(qǐng)求以后，會(huì)將該用戶標(biāo)記為已經(jīng)進(jìn)行EPS附著了，并保存用戶的MME的IP地址，這樣，VLR中就創(chuàng)建了用戶的VLR與MME間的 SGs關(guān)聯(lián)。隨后，MSC Server/VLR會(huì)進(jìn)行CS域位置更新并把用戶的TMSI和LAI(位置區(qū)標(biāo)識(shí))傳給MME，從而在MME中建立SGs關(guān)聯(lián)。最后，MME把VLR給用戶分配的TMSI以及LAI等信息包含在附著請(qǐng)求接受消息中發(fā)送給UE，此時(shí)就表明用戶的聯(lián)合附著已經(jīng)成功了。

聯(lián)合附著成功之后，啟用CSFB能力的用戶在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中就可以處理電路域業(yè)務(wù)了。下面以典型場(chǎng)景為例，說明CSFB業(yè)務(wù)流程。

假如網(wǎng)絡(luò)和終端都支持PS域切換，用戶在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中正在進(jìn)行PS業(yè)務(wù)時(shí)，給朋友撥打一個(gè)語(yǔ)音電話(主叫CSFB)，流程如下：用戶發(fā)給MME擴(kuò)展服務(wù)請(qǐng)求消息(Extended Service Request)，其中包含CSFB指示， MME收到這個(gè)指示后，通知eNodeB，該用戶需要回落到2G/3G系統(tǒng)中進(jìn)行語(yǔ)音呼叫。eNodeB根據(jù)相關(guān)信息選擇一個(gè)合適的2G/3G目標(biāo)小區(qū)，使得用戶可以回落到CS域進(jìn)行呼叫接續(xù)，回落到CS域之后，用戶執(zhí)行普通的CS域語(yǔ)音呼叫建立流程。同時(shí)，由于用戶正在進(jìn)行PS業(yè)務(wù)，eNodeB會(huì)給MME發(fā)送一個(gè)切換請(qǐng)求消息，指示系統(tǒng)對(duì)該用戶執(zhí)行不同接入技術(shù)間的正常切換過程，以便用戶正在進(jìn)行的PS域業(yè)務(wù)得以繼續(xù)。

當(dāng)用戶在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中正在進(jìn)行PS業(yè)務(wù)時(shí)，需要接聽朋友的電話(被叫CSFB)，此時(shí)的流程如下：當(dāng)用戶在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，若發(fā)生來自電路域的語(yǔ)音呼叫，此呼叫請(qǐng)求會(huì)先到達(dá)MSC Server，MSC Server經(jīng)由SGs接口把尋呼消息轉(zhuǎn)給MME，MME將尋呼消息通過TD-LTE網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)給用戶，并給MSC Server返回一個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息，觸發(fā)MSC Server停止發(fā)送尋呼消息，并給主叫用戶發(fā)送回鈴音(Alerting)消息， 被叫用戶收到尋呼消息后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)告知的電路域相關(guān)信息回落到CS域接受呼叫，同時(shí)，通過PS域切換繼續(xù)完成正在進(jìn)行的PS業(yè)務(wù)。

3.3 技術(shù)要求

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端能支持電話業(yè)務(wù)、緊急呼叫、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)以及各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，工作頻段包括GSM(GPRS)頻段、TD-SCDMA頻段以及TD-LTE頻段。

在人機(jī)界面上，多模單待手持終端能顯示當(dāng)前使用的無線接入技術(shù)，其菜單中有網(wǎng)絡(luò)模式選擇菜單，包括多模式、只允許選擇TD-LTE網(wǎng)絡(luò)、只允許選擇TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)、只允許選擇GSM網(wǎng)絡(luò)等選項(xiàng)，還有PLMN選擇菜單，包括自動(dòng)、手動(dòng)選項(xiàng)以及開機(jī)默認(rèn)模式菜單。

TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端能支持TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)系統(tǒng)間互操作，包括TD-LTE與TD-SCDMA間的系統(tǒng)間小區(qū)重選、重定向以及切換；TD-LTE與GSM/GPRS之間的系統(tǒng)間小區(qū)重選，CCO(小區(qū)改變操作)以及重定向等。

CSFB相關(guān)的要求：

●能執(zhí)行聯(lián)合EPS/IMSI附著以及聯(lián)合TAU/LAU過程，也能執(zhí)行GSM/TD-SCDMA分組域和TD-LTE域同時(shí)附著等移動(dòng)性管理功能。

●支持CSFB業(yè)務(wù)流程。

●支持SMS over SGs。

●支持ISR(空閑態(tài)信令精簡(jiǎn))相關(guān)功能。

●如果具備CSFB能力的終端同時(shí)具備IMS能力，那么終端需要支持域選擇功能。

●通過重定向(RRC Connection Release)從TD-LTE模式切換到GSM/GPRS模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然向TD-LTE演進(jìn)是TD-SCDMA/GSM(GPRS)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的方向，但由于TD-LTE技術(shù)更適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而在未來很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，人們是離不開語(yǔ)音業(yè)務(wù)的，于是運(yùn)營(yíng)商就需要選擇一種方案在部署了TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)中來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。目前，比較常用的方案有， CSFB，SRVCC以及多模雙待終端方案等，這幾種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

CSFB技術(shù)適用于2G/3G電路域與TD-LTE的無線網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋的場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要部署IMS系統(tǒng)，能有效利用現(xiàn)有CS網(wǎng)絡(luò)投資；SRVCC技術(shù)適用于運(yùn)營(yíng)商已部署IMS網(wǎng)絡(luò)，在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能提供基于IMS的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，但TD-LTE沒有達(dá)到全網(wǎng)覆蓋的場(chǎng)景；TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模雙待終端可選擇TD-SCDMA/GSM模式建立語(yǔ)音業(yè)務(wù)，選擇PS域當(dāng)前附著的網(wǎng)絡(luò)建立分組域業(yè)務(wù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)沒有額外要求，但終端實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。

運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)狀況及運(yùn)營(yíng)策略，在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)部署的不同階段，選擇采用不同的技術(shù)來為用戶提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，就目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，由于CSFB和SRVCC都對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提出了新的要求，需要新增設(shè)備或升級(jí)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。另外，多模單待終端的標(biāo)準(zhǔn)化雖然已經(jīng)成熟，但可以商用的產(chǎn)品還不多見，因此我國(guó)運(yùn)營(yíng)商對(duì)于通過單待終端來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的方案還在研究和探討階段；同時(shí)，由于多模雙待方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備幾乎沒有特別要求，但多模雙待終端在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上存在模式選擇、耗電性能、互干擾性能等關(guān)鍵技術(shù)問題，也還沒有出現(xiàn)成熟的商用產(chǎn)品，運(yùn)營(yíng)商也在積極研究和推進(jìn)通過多模雙待終端來提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)的方案。總之，無論采用哪種方案，都在朝著為了更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源，更好地為用戶提供高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)的方向努力。