LTE-CSFB技術(shù)解析及相關(guān)案例分析

李海振

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司麗水分公司，浙江 麗水 323000）

1 引言

LTE技術(shù)將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸帶入了高速發(fā)展的時(shí)代，終端能快速地從互聯(lián)網(wǎng)中獲取信息，給用戶(hù)一種全新體驗(yàn)。但在LTE建設(shè)初期，VoLTE技術(shù)還不能很好地投入到商用中，為了更好地解決用戶(hù)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)問(wèn)題，利用已有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)，采用了CSFB技術(shù)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中完成。

CSFB的意義在于能更好地利用已有網(wǎng)絡(luò)，減輕LTE網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，將語(yǔ)音業(yè)務(wù)分流到2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，在VoLTE技術(shù)成熟之前讓LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更好的過(guò)渡。

2 CSFB核心設(shè)備與接口技術(shù)

MME是LTE中的核心設(shè)備，MME和MSCe通過(guò)SGs（S1）接口互相連通，通過(guò)系列規(guī)程實(shí)現(xiàn)CSFB語(yǔ)言業(yè)務(wù)過(guò)程。

CSFB實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的核心接口是SGs（S1），UE在附著網(wǎng)絡(luò)時(shí)，MSC Server和MME需要對(duì)該用戶(hù)的SGs連接進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)。由MME通過(guò)SGs接口完成UE在UTRAN/GERAN核心網(wǎng)的位置更新流程，使得UTRAN/GERAN核心網(wǎng)探測(cè)到UE的位置。

3 CSFB業(yè)務(wù)的主要流程

（1）識(shí)別主叫或被叫業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

（2）從LTE網(wǎng)絡(luò)側(cè)斷開(kāi)連接（LTE網(wǎng)絡(luò)屬于硬切換，即完全斷開(kāi)后重新連接，要求切換成功率很高）。

（3）回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，建立語(yǔ)音呼叫（整個(gè)語(yǔ)音通話(huà)都在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中完成，回落的速度和成功率直接影響用戶(hù)感知）。

（4）語(yǔ)音結(jié)束后，由2G/3G網(wǎng)絡(luò)返回到LTE網(wǎng)絡(luò)（若返回失敗終端將一直停留在2G/3G網(wǎng)絡(luò)側(cè)）。

UE在E-UTRAN駐留時(shí)開(kāi)機(jī)后發(fā)起聯(lián)合的IMSI/EPS（EPS演進(jìn)分組系統(tǒng)）附著流程。

分離流程可以分為3種，即UE發(fā)起的分離、HSS發(fā)起的分離和MME發(fā)起的分離。在MSC側(cè)對(duì)各項(xiàng)發(fā)起的分離流程的處理是相同的。

UE分為隱式和顯式分離：

（1）顯式分離：UE或網(wǎng)絡(luò)側(cè)主動(dòng)提出分離請(qǐng)求，發(fā)起一方會(huì)同時(shí)主動(dòng)通知另一方。

（2）隱式分離：網(wǎng)絡(luò)側(cè)分離UE且不通知UE，如網(wǎng)絡(luò)側(cè)認(rèn)為UE不可到達(dá)。

（3）MME需要通過(guò)SGs接口向MSC Server發(fā)送IMSI Detach Indication消息，指示VLR刪除該用戶(hù)的SGs關(guān)聯(lián)。EPS上附著的用戶(hù)在IMSI分離后不再能用CS域業(yè)務(wù)。

（4）當(dāng)mobile reachable timer超時(shí)或者M(jìn)ME維護(hù)操作時(shí)，需要對(duì)UE發(fā)起分離指示。

（5）如果mobile reachable timer超時(shí)，MME發(fā)送EPS/IMSI Detach Indication消息給MSC/VLR。

（6）如果MME因?yàn)椴僮骶S護(hù)需要發(fā)起分離，MME發(fā)送EPS Detach Indication消息給MSC/VLR。

3.1 UE發(fā)起的分離流程

（1）UE在網(wǎng)絡(luò)側(cè)向MME發(fā)送Attach Request附著請(qǐng)求消息。其中參數(shù)Attach Type指示UE具備CS Fallback能力發(fā)起的一個(gè)聯(lián)合IMSI/EPS附著流程。

（2）MME發(fā)送SGsAP-LOCATION-UPDATEREQUEST消息給VLR，消息中包括new LAI、IMSI、MME name和Location Update Type等參數(shù)，其中MME name是MME的域名。

（3）VLR存儲(chǔ)MME信息，并創(chuàng)建在MME下此用戶(hù)的SGs關(guān)聯(lián)。

（4）VLR根據(jù)用戶(hù)信息和位置區(qū)信息，發(fā)起到HLR的位置更新流程。

（5）VLR返回SGsAP-LOCATION-UPDATEACCEPT給MME，如果VLR支持TMSI重分配，消息中包括參數(shù)LAI和TMSI，否則消息中包括參數(shù)LAI和IMSI。

（6）完成聯(lián)合的EPS/IMSI附著。MME發(fā)送Attach Accept給UE，消息中包括參數(shù)LAI和VLR TMSI。UE接收到信元VLR TMSI和LAI則表示附著LTE網(wǎng)絡(luò)和CS域成功。其中VLR TMSI信元會(huì)觸發(fā)UE執(zhí)行TMSI重分配流程。當(dāng)MME收到UE的Attach Complete消息后，MME發(fā)送SGsAP-TMSIREALLOCATION-COMPLETE消息給VLR，指示TMSI重分配完成。

（7）附著成功后，MME通過(guò)S1AP-INITIALCONTEXT-SETUP-REQ消息發(fā)起上下文建立請(qǐng)求，用于MME向eNodeB請(qǐng)求在無(wú)線(xiàn)側(cè)建立資源，同時(shí)請(qǐng)求UE返回相關(guān)能力集。UE則通過(guò)S1AP-SPU-UECAPABILITY-INFO-INDICATION消息返回UE相關(guān)的能力。

3.2 MME發(fā)起的分離流程

（1）MME發(fā)起分離流程，去激活所有與UE相關(guān)的承載。

（2）當(dāng)MME執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的分離流程且SGs的管理狀態(tài)是非SGs-NULL，MME發(fā)送SGsAP-EPSDETACH-INDICATION消息給MSC/VLR表明網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起基于EPS業(yè)務(wù)的IMSI分離。如果是mobile reachable timer超時(shí)，MME發(fā)起基于non EPS業(yè)務(wù)的隱式IMSI分離。MME發(fā)送SGsAP-IMSI-DETACHINDICATION消息給MSC/VLR。如果MME因?yàn)椴僮骶S護(hù)需要發(fā)起隱式分離，MME發(fā)送SGsAP-EPSDETACH-INDICATION消息給MSC/VLR。如果MSC收到該消息后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有該UE的SGs關(guān)聯(lián)信息，將丟棄該消息。

3.3 HSS發(fā)起的分離流程

（1）當(dāng)HSS觸發(fā)分離流程時(shí)刪除UE在MME中的MM與EPS上下承接。

（2）MME發(fā)送SGsAP-EPS-DETACH-INDICATION消息給MSC/VLR。

（3）MSC/VLR刪除與該UE相關(guān)的MME的SGs關(guān)聯(lián)。如果MSC收到該消息后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有該UE的SGs關(guān)聯(lián)信息，將丟棄該消息。

3.4 CSFB相關(guān)要求

（1）支持CSFB業(yè)務(wù)流程。

（2）支持SMS over SGs。

（3）支持ISR空閑態(tài)信令精簡(jiǎn)功能。

（4）能夠執(zhí)行聯(lián)合TAU/LAU過(guò)程和EPS/IMSI附著，以及2G/3G分組域和LTE域同時(shí)附著等移動(dòng)性管理。

日常監(jiān)測(cè)LTE網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)據(jù)，對(duì)CSFB進(jìn)行性能分析，給優(yōu)化人員提供數(shù)據(jù)支持。 CSFB相關(guān)網(wǎng)元和接口如表1所示：

表1 CSFB相關(guān)網(wǎng)元和接口

4 LTE-CSFB呼叫時(shí)延解析

時(shí)延的大小直接影響了用戶(hù)的感知度，也是每個(gè)運(yùn)營(yíng)商努力優(yōu)化的指標(biāo)之一。要了解每一步流程從而優(yōu)化整個(gè)CSFB過(guò)程，達(dá)到減少時(shí)延的目標(biāo)。

（1）TD-LTE回落至2G

UE在語(yǔ)音撥打時(shí)，向基站側(cè)發(fā)的extended service request信息里會(huì)攜帶CSFB請(qǐng)求信息。在基站側(cè)的輔助下回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)，由LTE回落至2G網(wǎng)絡(luò)時(shí)長(zhǎng)約250ms。

（2）UE處于2G網(wǎng)絡(luò)中時(shí)需要讀取必要的系統(tǒng)消息，讀取系統(tǒng)消息時(shí)長(zhǎng)約為300ms。

（3）當(dāng)UE在2G網(wǎng)絡(luò)中起呼，接通時(shí)延約為6s。

（4）在沒(méi)有位置更新的情況下呼叫總時(shí)延約為6.5s。

（5）若CSFB回落至2G網(wǎng)絡(luò)，LTE TA LIST與GSM LAC區(qū)不一致，回落至2G網(wǎng)絡(luò)后還要進(jìn)行LAU（位置更新），然后在2G網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)，所以額外加上LAU的時(shí)延，一般為2s。

（6）CSFB的總時(shí)延為6.5s至8.5s。

草粉粉碎機(jī)（9FQ-50型飼料粉碎機(jī)，粉碎機(jī)篩板4 mm）；混合機(jī)（1000型立式粉碎混合機(jī)，粉碎機(jī)篩板4 mm）；KL-150型顆粒機(jī)（①5 mm模板，壓縮比4.7∶1；②5 mm模板，壓縮比6∶1），電子稱(chēng)。

（7）在語(yǔ)音結(jié)束后返回至4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若UE支持自主FR，可以迅速回。由2G下發(fā)的channel release至UE讀取LTE的MIB及SIB1不到1s。

（8）若UE不支持自主FR，就不能由2G網(wǎng)絡(luò)直接重選至4G網(wǎng)絡(luò)，這樣要有3G的橋接UE才能回到4G網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十秒。

（9）假若沒(méi)有3G做橋接，UE則不能回到4G網(wǎng)絡(luò)中。

（10）當(dāng)UE成為被叫時(shí)，LTE基站側(cè)會(huì)下發(fā)一條CS ServiceNofication信息，用來(lái)指示UE有CS域的主叫。然后UE通過(guò)在基站側(cè)的系列規(guī)則下回落至2G網(wǎng)絡(luò)來(lái)回應(yīng)此次尋呼。

5 CSFB案例分析

5.1 用戶(hù)無(wú)法被叫尋呼現(xiàn)象

（1）故障現(xiàn)象

UE被叫CSFB測(cè)試中，出現(xiàn)了在某特定路段路測(cè)被叫接通率不到40%的情況，技術(shù)優(yōu)化人員立刻對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了定位和跟蹤排查。

（2）問(wèn)題分析

在問(wèn)題路段做定點(diǎn)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)多款不同品牌的手機(jī)未接通率都在60%以上。首先可以排除手機(jī)終端的原因，手機(jī)終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間也不存在問(wèn)題，在終端測(cè)試中不能做被叫，但CSFB主叫是正常的，上網(wǎng)也未出現(xiàn)問(wèn)題。由此可以排除ENB數(shù)據(jù)配置問(wèn)題。

組織技術(shù)人員在問(wèn)題區(qū)域再次深入測(cè)試同時(shí)跟蹤信令分析。若發(fā)現(xiàn)TAU（Tracking Area Update，跟蹤區(qū)更新）正常時(shí)，被叫能正常接通并CSFB至GSM網(wǎng)絡(luò)，TAU失敗被叫就無(wú)法正常接通。

觀(guān)察信令流程，發(fā)現(xiàn)UE主動(dòng)上報(bào)到RRC的請(qǐng)求成功，包括擴(kuò)展服務(wù)的請(qǐng)求也顯示成功，但在TAU失敗時(shí)，MME上沒(méi)有收到任何信令。

處理故障時(shí)在ENB側(cè)也發(fā)現(xiàn)了UE釋放請(qǐng)求，S1 Application Protocol（S1ap）顯示接口建立步驟失敗。

經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)可以推斷MME或是ENB與MME之間存在對(duì)接問(wèn)題。

共有3個(gè)MME設(shè)備組成1個(gè)MME POOL，每個(gè)MME上有主被2個(gè)IP地址。ENB與MME對(duì)接SCTP偶聯(lián)共3條，POOL IP地址分配表如表2所示：

表2 POOL IP地址分配表

經(jīng)過(guò)對(duì)信令跟蹤和配置數(shù)據(jù)的排查未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，決定采用單接MME來(lái)驗(yàn)證是否是核心網(wǎng)的問(wèn)題。

CSFB在單獨(dú)掛接MME01和MME02時(shí)被叫無(wú)法接通，掛接MME03時(shí)被叫CSFB一切正常運(yùn)行。以上初步判斷為MME01、MME02數(shù)據(jù)制作過(guò)程中或者是MSC與MME對(duì)接中出現(xiàn)的問(wèn)題。在MSC Server上，信令跟蹤分析中發(fā)現(xiàn)發(fā)送給主叫的尋呼消息發(fā)送錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致被叫沒(méi)有收到尋呼消息無(wú)法進(jìn)行CSFB流程。

（3）故障解決情況

在重新配置MSC Server與MME的對(duì)接數(shù)據(jù)后問(wèn)題得到解決。在問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行的CSFB被叫測(cè)試中沒(méi)有再出現(xiàn)連續(xù)未接通問(wèn)題。

（4）案例總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通前需要認(rèn)真核實(shí)在建網(wǎng)的各個(gè)網(wǎng)元之間的數(shù)據(jù)配置，避免未配臨區(qū)和參數(shù)設(shè)置等問(wèn)題出現(xiàn)。

5.2 切換對(duì)時(shí)延的影響

（1）故障現(xiàn)象

測(cè)試人員在問(wèn)題點(diǎn)SF做時(shí)延撥打測(cè)試，主叫時(shí)延統(tǒng)計(jì)10.364s，比當(dāng)?shù)厝W(wǎng)平均時(shí)延9.344s還差。通過(guò)前臺(tái)測(cè)試信令分析查找問(wèn)題點(diǎn)SF時(shí)延差問(wèn)題。

（2）問(wèn)題分析

測(cè)試撥打50次，主叫接通率100%，主叫呼叫時(shí)延10.364s，比全網(wǎng)平均9.344s長(zhǎng)1.02s。撥測(cè)結(jié)果1如表3所示：

表3 撥測(cè)結(jié)果1

為查找原因?qū)@50個(gè)MOC信令進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有40個(gè)MOC CSFB回落后發(fā)起了切換請(qǐng)求業(yè)務(wù)，這些切換請(qǐng)求信令發(fā)生在ALERTING信令之前，切換過(guò)程產(chǎn)生的時(shí)延被統(tǒng)計(jì)在整個(gè)主叫時(shí)延內(nèi)。

由于測(cè)試地點(diǎn)為問(wèn)題點(diǎn)后勤樓4樓425辦公室，后勤樓SF（CI：19198）的室內(nèi)信號(hào)測(cè)量明顯優(yōu)于室外移動(dòng)樞紐大樓（CI：29761）的宏站信號(hào)，回落不合理。檢查移動(dòng)后勤樓SF（406333）CSFB鄰區(qū)配置情況，發(fā)現(xiàn)移動(dòng)后勤樓SF（406333）漏做移動(dòng)后勤樓SF（CI：19198）室分鄰區(qū)。

（3）問(wèn)題處理

移動(dòng)后勤樓SF（406333）添加1020頻點(diǎn)。

（4）問(wèn)題復(fù)測(cè)

在后勤樓進(jìn)行50次撥打測(cè)試，接通率為100%，主叫時(shí)延9.493s，無(wú)切換業(yè)務(wù)請(qǐng)求，整體時(shí)延明顯改善。撥測(cè)結(jié)果2如表4所示。

（5）案例總結(jié)

CSFB鄰區(qū)規(guī)劃不合理容易造成CSFB回落后，在2G側(cè)發(fā)生切換業(yè)務(wù)，切換業(yè)務(wù)發(fā)生在ALERTING信令之前，會(huì)增加整個(gè)呼叫流程的時(shí)延。

表4 撥測(cè)結(jié)果2

6 CSFB技術(shù)上存在的問(wèn)題以及未來(lái)的發(fā)展前景

從目前的網(wǎng)絡(luò)狀況上看，CSFB雖然暫時(shí)承載了4G網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，減少了對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，解決了LTE的語(yǔ)音質(zhì)量問(wèn)題，雖然利用了現(xiàn)網(wǎng)中已有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)，卻大大增加了后期維護(hù)和升級(jí)改造的費(fèi)用，并存在著諸多問(wèn)題。

（1）首先是CSFB語(yǔ)音技術(shù)無(wú)法與UE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)用戶(hù)主叫或者被叫發(fā)起時(shí)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)側(cè)就要發(fā)生中斷或者掛起。這就造成了有些正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中斷需要重新連接，嚴(yán)重影響了用戶(hù)的感知度。

（2）CSFB整個(gè)流程比2G/3G復(fù)雜繁瑣的多，系統(tǒng)間頻繁的切換很容易造成業(yè)務(wù)失敗或者無(wú)法返回到4G網(wǎng)絡(luò)中，失去了LTE網(wǎng)絡(luò)的意義。

（3）CSFB是由LTE網(wǎng)絡(luò)向下回落，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋性要求很大，考驗(yàn)了偏遠(yuǎn)郊區(qū)和鄉(xiāng)村的基礎(chǔ)建設(shè)，特別是現(xiàn)在LTE建網(wǎng)初期給語(yǔ)音業(yè)務(wù)帶來(lái)了約束。

初期的基站建設(shè)重要，后期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與維護(hù)也同等重要。在后期優(yōu)化的過(guò)程中通過(guò)熟悉CSFB呼叫與被叫整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)及其信令流程，解決語(yǔ)音回落后出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，降低時(shí)延、提高回落成功率及其返回LTE網(wǎng)絡(luò)的成功率。當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，需要迅速準(zhǔn)確地判斷和解決問(wèn)題，CSFB只是作為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音的過(guò)渡技術(shù)。隨著VoLTE語(yǔ)音技術(shù)的成熟，2G/3G網(wǎng)絡(luò)將退服，不僅可以節(jié)約大量的無(wú)線(xiàn)資源，同時(shí)可以大大提高服務(wù)質(zhì)量，改善用戶(hù)的感知。

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