LTE-CSFB技術解析及相關案例分析

李海振

（中國移動通信集團浙江有限公司麗水分公司，浙江 麗水 323000）

1 引言

LTE技術將無線網絡數據傳輸帶入了高速發展的時代，終端能快速地從互聯網中獲取信息，給用戶一種全新體驗。但在LTE建設初期，VoLTE技術還不能很好地投入到商用中，為了更好地解決用戶的語音業務問題，利用已有的2G/3G網絡，采用了CSFB技術，語音業務在2G/3G網絡中完成。

CSFB的意義在于能更好地利用已有網絡，減輕LTE網絡的負擔，將語音業務分流到2G/3G網絡中，在VoLTE技術成熟之前讓LTE網絡實現更好的過渡。

2 CSFB核心設備與接口技術

MME是LTE中的核心設備，MME和MSCe通過SGs（S1）接口互相連通，通過系列規程實現CSFB語言業務過程。

CSFB實現業務的核心接口是SGs（S1），UE在附著網絡時，MSC Server和MME需要對該用戶的SGs連接進行監測和維護。由MME通過SGs接口完成UE在UTRAN/GERAN核心網的位置更新流程，使得UTRAN/GERAN核心網探測到UE的位置。

3 CSFB業務的主要流程

（1）識別主叫或被叫業務請求。

（2）從LTE網絡側斷開連接（LTE網絡屬于硬切換，即完全斷開后重新連接，要求切換成功率很高）。

（3）回落到2G/3G網絡，建立語音呼叫（整個語音通話都在2G/3G網絡中完成，回落的速度和成功率直接影響用戶感知）。

（4）語音結束后，由2G/3G網絡返回到LTE網絡（若返回失敗終端將一直停留在2G/3G網絡側）。

UE在E-UTRAN駐留時開機后發起聯合的IMSI/EPS（EPS演進分組系統）附著流程。

分離流程可以分為3種，即UE發起的分離、HSS發起的分離和MME發起的分離。在MSC側對各項發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或網絡側主動提出分離請求，發起一方會同時主動通知另一方。

（2）隱式分離：網絡側分離UE且不通知UE，如網絡側認為UE不可到達。

（3）MME需要通過SGs接口向MSC Server發送IMSI Detach Indication消息，指示VLR刪除該用戶的SGs關聯。EPS上附著的用戶在IMSI分離后不再能用CS域業務。

（4）當mobile reachable timer超時或者MME維護操作時，需要對UE發起分離指示。

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

（6）如果MME因為操作維護需要發起分離，MME發送EPS Detach Indication消息給MSC/VLR。

3.1 UE發起的分離流程

（1）UE在網絡側向MME發送Attach Request附著請求消息。其中參數Attach Type指示UE具備CS Fallback能力發起的一個聯合IMSI/EPS附著流程。

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

（3）VLR存儲MME信息，并創建在MME下此用戶的SGs關聯。

（4）VLR根據用戶信息和位置區信息，發起到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LAI和TMSI，否則消息中包括參數LAI和IMSI。

（6）完成聯合的EPS/IMSI附著。MME發送Attach Accept給UE，消息中包括參數LAI和VLR TMSI。UE接收到信元VLR TMSI和LAI則表示附著LTE網絡和CS域成功。其中VLR TMSI信元會觸發UE執行TMSI重分配流程。當MME收到UE的Attach Complete消息后，MME發送SGsAP-TMSIREALLOCATION-COMPLETE消息給VLR，指示TMSI重分配完成。

（7）附著成功后，MME通過S1AP-INITIALCONTEXT-SETUP-REQ消息發起上下文建立請求，用于MME向eNodeB請求在無線側建立資源，同時請求UE返回相關能力集。UE則通過S1AP-SPU-UECAPABILITY-INFO-INDICATION消息返回UE相關的能力。

3.2 MME發起的分離流程

（1）MME發起分離流程，去激活所有與UE相關的承載。

（2）當MME執行網絡側發起的分離流程且SGs的管理狀態是非SGs-NULL，MME發送SGsAP-EPSDETACH-INDICATION消息給MSC/VLR表明網絡側發起基于EPS業務的IMSI分離。如果是mobile reachable timer超時，MME發起基于non EPS業務的隱式IMSI分離。MME發送SGsAP-IMSI-DETACHINDICATION消息給MSC/VLR。如果MME因為操作維護需要發起隱式分離，MME發送SGsAP-EPSDETACH-INDICATION消息給MSC/VLR。如果MSC收到該消息后，發現沒有該UE的SGs關聯信息，將丟棄該消息。

3.3 HSS發起的分離流程

（1）當HSS觸發分離流程時刪除UE在MME中的MM與EPS上下承接。

（2）MME發送SGsAP-EPS-DETACH-INDICATION消息給MSC/VLR。

（3）MSC/VLR刪除與該UE相關的MME的SGs關聯。如果MSC收到該消息后，發現沒有該UE的SGs關聯信息，將丟棄該消息。

3.4 CSFB相關要求

（1）支持CSFB業務流程。

（2）支持SMS over SGs。

（3）支持ISR空閑態信令精簡功能。

（4）能夠執行聯合TAU/LAU過程和EPS/IMSI附著，以及2G/3G分組域和LTE域同時附著等移動性管理。

日常監測LTE網絡接口數據，對CSFB進行性能分析，給優化人員提供數據支持。 CSFB相關網元和接口如表1所示：

表1 CSFB相關網元和接口

4 LTE-CSFB呼叫時延解析

時延的大小直接影響了用戶的感知度，也是每個運營商努力優化的指標之一。要了解每一步流程從而優化整個CSFB過程，達到減少時延的目標。

（1）TD-LTE回落至2G

UE在語音撥打時，向基站側發的extended service request信息里會攜帶CSFB請求信息。在基站側的輔助下回落至2G/3G網絡，由LTE回落至2G網絡時長約250ms。

（2）UE處于2G網絡中時需要讀取必要的系統消息，讀取系統消息時長約為300ms。

（3）當UE在2G網絡中起呼，接通時延約為6s。

（4）在沒有位置更新的情況下呼叫總時延約為6.5s。

（5）若CSFB回落至2G網絡，LTE TA LIST與GSM LAC區不一致，回落至2G網絡后還要進行LAU（位置更新），然后在2G網絡中進行語音業務，所以額外加上LAU的時延，一般為2s。

（6）CSFB的總時延為6.5s至8.5s。

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

（7）在語音結束后返回至4G網絡時，若UE支持自主FR，可以迅速回。由2G下發的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網絡直接重選至4G網絡，這樣要有3G的橋接UE才能回到4G網絡，時間長達幾十秒。

（9）假若沒有3G做橋接，UE則不能回到4G網絡中。

（10）當UE成為被叫時，LTE基站側會下發一條CS ServiceNofication信息，用來指示UE有CS域的主叫。然后UE通過在基站側的系列規則下回落至2G網絡來回應此次尋呼。

5 CSFB案例分析

5.1 用戶無法被叫尋呼現象

（1）故障現象

UE被叫CSFB測試中，出現了在某特定路段路測被叫接通率不到40%的情況，技術優化人員立刻對該問題進行了定位和跟蹤排查。

（2）問題分析

在問題路段做定點測試時發現多款不同品牌的手機未接通率都在60%以上。首先可以排除手機終端的原因，手機終端和網絡設備之間也不存在問題，在終端測試中不能做被叫，但CSFB主叫是正常的，上網也未出現問題。由此可以排除ENB數據配置問題。

組織技術人員在問題區域再次深入測試同時跟蹤信令分析。若發現TAU（Tracking Area Update，跟蹤區更新）正常時，被叫能正常接通并CSFB至GSM網絡，TAU失敗被叫就無法正常接通。

觀察信令流程，發現UE主動上報到RRC的請求成功，包括擴展服務的請求也顯示成功，但在TAU失敗時，MME上沒有收到任何信令。

處理故障時在ENB側也發現了UE釋放請求，S1 Application Protocol（S1ap）顯示接口建立步驟失敗。

經過以上數據可以推斷MME或是ENB與MME之間存在對接問題。

共有3個MME設備組成1個MME POOL，每個MME上有主被2個IP地址。ENB與MME對接SCTP偶聯共3條，POOL IP地址分配表如表2所示：

表2 POOL IP地址分配表

經過對信令跟蹤和配置數據的排查未發現問題，決定采用單接MME來驗證是否是核心網的問題。

CSFB在單獨掛接MME01和MME02時被叫無法接通，掛接MME03時被叫CSFB一切正常運行。以上初步判斷為MME01、MME02數據制作過程中或者是MSC與MME對接中出現的問題。在MSC Server上，信令跟蹤分析中發現發送給主叫的尋呼消息發送錯誤，從而導致被叫沒有收到尋呼消息無法進行CSFB流程。

（3）故障解決情況

在重新配置MSC Server與MME的對接數據后問題得到解決。在問題區域進行的CSFB被叫測試中沒有再出現連續未接通問題。

（4）案例總結

網絡開通前需要認真核實在建網的各個網元之間的數據配置，避免未配臨區和參數設置等問題出現。

5.2 切換對時延的影響

（1）故障現象

測試人員在問題點SF做時延撥打測試，主叫時延統計10.364s，比當地全網平均時延9.344s還差。通過前臺測試信令分析查找問題點SF時延差問題。

（2）問題分析

測試撥打50次，主叫接通率100%，主叫呼叫時延10.364s，比全網平均9.344s長1.02s。撥測結果1如表3所示：

表3 撥測結果1

為查找原因對這50個MOC信令進行分析，發現有40個MOC CSFB回落后發起了切換請求業務，這些切換請求信令發生在ALERTING信令之前，切換過程產生的時延被統計在整個主叫時延內。

由于測試地點為問題點后勤樓4樓425辦公室，后勤樓SF（CI：19198）的室內信號測量明顯優于室外移動樞紐大樓（CI：29761）的宏站信號，回落不合理。檢查移動后勤樓SF（406333）CSFB鄰區配置情況，發現移動后勤樓SF（406333）漏做移動后勤樓SF（CI：19198）室分鄰區。

（3）問題處理

移動后勤樓SF（406333）添加1020頻點。

（4）問題復測

在后勤樓進行50次撥打測試，接通率為100%，主叫時延9.493s，無切換業務請求，整體時延明顯改善。撥測結果2如表4所示。

（5）案例總結

CSFB鄰區規劃不合理容易造成CSFB回落后，在2G側發生切換業務，切換業務發生在ALERTING信令之前，會增加整個呼叫流程的時延。

表4 撥測結果2

6 CSFB技術上存在的問題以及未來的發展前景

從目前的網絡狀況上看，CSFB雖然暫時承載了4G網絡中的語音業務，減少了對LTE網絡的負擔，解決了LTE的語音質量問題，雖然利用了現網中已有的2G/3G網絡，卻大大增加了后期維護和升級改造的費用，并存在著諸多問題。

（1）首先是CSFB語音技術無法與UE數據業務同時進行，當用戶主叫或者被叫發起時，數據業務側就要發生中斷或者掛起。這就造成了有些正在傳輸的數據中斷需要重新連接，嚴重影響了用戶的感知度。

（2）CSFB整個流程比2G/3G復雜繁瑣的多，系統間頻繁的切換很容易造成業務失敗或者無法返回到4G網絡中，失去了LTE網絡的意義。

（3）CSFB是由LTE網絡向下回落，這就對網絡重疊覆蓋性要求很大，考驗了偏遠郊區和鄉村的基礎建設，特別是現在LTE建網初期給語音業務帶來了約束。

初期的基站建設重要，后期的網絡優化與維護也同等重要。在后期優化的過程中通過熟悉CSFB呼叫與被叫整個技術系統及其信令流程，解決語音回落后出現的一系列問題，降低時延、提高回落成功率及其返回LTE網絡的成功率。當問題出現時，需要迅速準確地判斷和解決問題，CSFB只是作為LTE網絡語音的過渡技術。隨著VoLTE語音技術的成熟，2G/3G網絡將退服，不僅可以節約大量的無線資源，同時可以大大提高服務質量，改善用戶的感知。

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