GSM和LTE互操作淺析

周玲芳

(愛立信(中國)通信有限公司，廣東 廣州 510000)

摘　要：隨著LTE(Long Term Evolution)的大規模建設，網絡不僅要支持傳統的語音業務，同時也需要滿足各類數據業務。與此同時，GSM(Global System For mobile Communications)的技術成熟、設備穩定、性價比高，是目前語音業務的主要解決方案，在未來較長一段時間內仍有充足的發展空間?？梢灶A計，GSM、LTE網絡將在未來很長一段時間內共存，這種組網策略對于GSM和LTE系統之間的互操作提出了強烈需求。著重從GSM到LTE的小區重選以及CSFB(Circuit Switched Fallback)兩方面分析了GSM和LTE之間的互操作。

關鍵詞：小區重選；無線網絡；互操作；語音回退；小區選擇

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.017

GSM和LTE互操作淺析

周玲芳

(愛立信(中國)通信有限公司，廣東 廣州 510000)

摘要：隨著LTE(Long Term Evolution)的大規模建設，網絡不僅要支持傳統的語音業務，同時也需要滿足各類數據業務。與此同時，GSM(Global System For mobile Communications)的技術成熟、設備穩定、性價比高，是目前語音業務的主要解決方案，在未來較長一段時間內仍有充足的發展空間?？梢灶A計，GSM、LTE網絡將在未來很長一段時間內共存，這種組網策略對于GSM和LTE系統之間的互操作提出了強烈需求。著重從GSM到LTE的小區重選以及CSFB(Circuit Switched Fallback)兩方面分析了GSM和LTE之間的互操作。

關鍵詞：小區重選；無線網絡；互操作；語音回退；小區選擇

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2015.06.017

收稿日期：2015-02-03；修回日期：2015-04-20Received date:2015-02-30；Revised date：2015-04-20

中圖分類號：

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：1002-0802(2015)06-0714-04

Abstract：With large-scale construction of LTE(Long Term Evolution)， the network should not only support the traditional voice services, but also meet the requirement of data services. And in the same time, GSM (Global System for Mobile Communications) is the main solution to voice services, for its technical maturity, reliable equipment, and high ratio of performance cost, and would still have adequate development space in a fairly long time. And thus GSM and LTE network would coexist for a long time in future. This networking strategy proposes an urgent demand for the inter-operation of between LTE and GSM. This paper analyzes the inter-operation of between LTE and GSM from two aspects of cell reselection and CSFB (Circuit Switched Fallback).

作者簡介：

Inter-Operation between GSM and LTE

ZHOU Ling-fang

(Ericsson Communications Co.Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000, China)

Key words：cell reselection; radio network; inter-operation; CSFB; cell selection

0引言

根據3GPP(3rdGeneration Partnership Projet)規范，GSM和LTE雙系統間互操作的主要功能包括：

(1)PLMN(Public Land Mobile Network)的選擇和重選。終端開機后，首先需要找到網絡并與網絡取得聯系，以確保能獲得服務。PLMN選擇或者重選的目的是選擇一個可提供服務的移動通信網絡(PLMN)。為達到這一目的，手機會維持一個PLMN列表，這個列表中會將PLMN設置為不同的優先級，手機開機后，會根據PLMN的優先級別來搜索，找到具有最高優先級的PLMN。如果將LTE和GSM網絡設置為不同的PLMN，并在USIM(Universal Mobile Telecommunication System)卡中設置LTE為歸屬PLMN，通過PLMN重選，LTE用戶在進入LTE網絡覆蓋區域時，能夠自動由GSM網絡優選到LTE網絡，利用PLMN重選算法可以實現網絡間的漫游，且不需要2G網絡升級。

(2)GSM和LTE之間的切換。切換的目的是為了保證移動用戶在通信期間業務不會隨著移動位置發生變化而中斷，為了保持業務的連續性，需要網絡之間能夠支持異系統的切換。

就目前的網絡實現而言，對于數據業務，從LTE網絡到GSM支持重定向；如果是語音業務，則支持切換。GSM和LTE系統間的互相切換要求LTE和GSM系統中都配置了對方系統的小區為鄰小區，并且要求核心網側也支持，這種切換類型又稱為SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity)的切換。

( 3)GSM和LTE小區重選。3GPP協議支持不同系統之間的小區重選，手機可以通過基站下發的系統消息完成小區的選擇和重選。

( 4)CSFB。LTE網絡對于語音業務的支持有兩種方案：1)CSFB，語音回退到電路域，即手機在LTE的覆蓋范圍內，一旦有語音業務，立即離開LTE網絡，回退到GSM或者3G網絡，使用其電路域來支持語音業務；2)VOLTE(Voice over LTE)，利用LTE網絡和IMS(IP multimedia subsystem,多媒體子系統)來完成語音業務。CSFB作為過渡性的方案，可以有效的利用現網資源，節約網絡投資，該方案是LTE建網初期的語音解決方案。

1GSM至LTE小區重選

對每一個GSM小區來說，最多可以定義8個LTE頻點；最多可在一個GSM小區和外部E-NODEB之間建立32個RIM(Radio Information Methods)；RIM信息可以和優化下載速率，減少重選時延。

1.1GSM對LTE異系統測量

GSM對LTE異系統的測量是在一定條件下發生的。終端始終搜索高優先級的LTE異系統，但是對于設置為低優先級的LTE異系統需要在以下條件下進行測量：

(1)RLA_C < MEASTHR;

(2)RLA_C-ACCMIN-max( CCHPWR -P,0)<0

為保證終端停留在GSM網絡中不移至低優先級LTE異系統，這2個條件需要被協同考慮;

(3)MEASTHR

1.2小區重選判決準則

(1)小區重選到高優先級LTE頻率。小區重選到高優先級LTE頻率發生在：RSRP > QRXLEVMINE + HPRIOTHR;

(2)小區重選到低優先級LTE頻率。小區重選到低優先級LTE頻率發生在：S_GSM < PRIOTHR 。

小區重選到低優先級LTE頻率滿足以下條件：

(1)沒有發現高優先級頻點;

(2)并且RSRP > QRXLEVMINE + LPRIOTHR。

如果以上條件都不滿足，手機還是可以在滿足以下條件時重選到低優先級LTE頻點：

(1)S_GSM < PRIOTHR；

(2)RSRP - QRXLEVMINE > S_GSM + HPRIO。

1.3GSM系統消息

這些鄰區信息和測量配置相關的參數是通過系統消息廣播給手機。在GSM系統消息SI2 Quarter中會下發服務小區相關配置信息。包括服務小區優先級(GERAN_PRIORITY)、異系統測量啟動門限、重選門限(Thresh_GSM_low)、基于優先級的遲滯、重選門限、接收信號最小值、重選判決時間[1]。

與此同時，SI2 Quarter下發TD-LTE鄰區信息、TD-LTE鄰區頻點(EARFCN，EUTRA Absolute Radio Frequency Channel Number)、優先級(E-UTRAN_Priority )、禁止小區(黑名單方式)、每載頻被禁止小區的PCI(Physical cell Identity)。參數說明見表1。

表1　參數說明

2CS Fallback功能

2.1CSFB功能概述

CSFB終端在空閑態下，能夠從LTE網絡回落到GSM網絡承載語音業務，主被叫通話結束后，能通過空閑態小區正確重選返回LTE網絡駐留[2]。

2.2CS Fallback原理(CSFB 主叫信令流程為例)

消息解析[3]：

(1)終端發起擴展業務請求至核心網MME(Mobility Management Entity)節點，該業務請求即CSFB接入請問；

(2)1b/1c.MME收到后向eNB發送S1-AP消息，通知eNB釋放該終端的無線連接；

(3)該步驟可選，終端可以向MME發送測量報告；

(4)eNB釋放終端的無線連接，并且將GSM小區的系統消息通知終端；

(5)終端和核心網側的S1承載釋放；

(6)假如終端的路由器或者位置區發生了改變，則發起路由區更新或者位置區更新；

(7)7a/7b LTE核心網側將該終端的承載掛起；

(8)核心網更新UE的承載信息；

(9)終端通過業務請求發起和GSM網絡之間的業務請求；

(10)假如換了MSC，則需要將業務請求連接到新的MSC；終端完成和GSM網絡之間的呼叫連接的建立，并且進行呼叫；

(11)終端進行RA更新、LA更新或者聯合的LA/RA更新。

在這個信令過程中，終端實際完了了兩件事情。第一，完成和LTE網絡的釋放，但僅僅釋放的是無線側的連接，核心網側會將該終端的業務連接掛起；第二，終端通過業務請求的過程完成了和GSM網絡之間的呼叫連接，這個過程實際和普通的語音呼叫信令過程一樣。

在CSFB的過程中，根據終端能力以定義的優先級，eNodeB決定目標頻點。該信息攜帶2G鄰區及對應小區頻點信息。當多個目標頻點是相同的優先級別時，eNodeB采用輪訓的機制進行選擇。CSFB功能需要網絡側MSC(Mobile Switching Center)和MME支持，需要終端支持。

圖1　CSFB 原理

2.3呼叫釋放后快速返回LTE

當CSFB到GSM網絡的LTE用戶結束CS(Circuit Switch)業務后，快速返回LTE網絡。通過該功能增強GSM網絡與LTE網絡互操作能力，可以使得用戶迅速地從GSM網絡返回TD-LTE網絡，使GSM/LTE之間互操作更加平滑，明顯提升用戶感知。 同時減少網絡信令開銷[4]。

功能原理：

圖2　快速返回LTE原理圖

快速返回LTE的技術原理：

(1)未開啟快速返回LTE功能時

1)GSM側需進行LA(Location Area)/RA(Routing Area)更新;

2)在GSM側，測量LTE;

3)在回到LTE網絡后需進行TA(Tracking Area)更新。

表2　終端事件

(2)開啟快速返回LTE功能時

1)GSM側不需進行位置區或者路由區更新；

2)呼叫釋放后直接返回LTE網絡后進行跟蹤區更新。

表3　終端事件

3結束語

小區重選是終端在空閑態下的行為，根據目前網絡的實現策略，終端在空閑態下應該首先LTE網絡，當走出LTE覆蓋后，選擇GSM網絡。而現狀是，GSM小區的信號往往會比LTE小區的信號強度強，這就會直接導致終端選擇GSM小區，這就對網絡的覆蓋、參數配置提出了挑戰，特別是網絡邊界和重疊覆蓋區。如何根據網絡的特征來合理的配置網絡參數是將來網絡優化的長期和重點工作之一。語音回退(CSFB)解決了LTE網絡的語音業務，該方案實現的技術難點之一就是網絡時延。在實際現網的測試過程中檢測到LTE到GSM語音回落的平均時延平均7秒左右，這就會影響用戶的業務感知。如何縮短網絡時延，為用戶提供良好的業務是網絡需要克服的難點。優質的網絡覆蓋和網絡性能需要長期的建設和優化，網絡之間的互操作可以彌補LTE網絡覆蓋不足的現狀。相信通過長期不斷的優化網絡質量、提高網絡性能，網絡必定能給用戶提供良好的業務感知和可靠的業務操作。

參考文獻：

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WANG Xu, WANG Jia-yi. Research of Rural Wireless Broadband based on GSM-HI[J].Communications Technology,2015(01):2-3.

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LI Wen-yi, LTE Voice, the Difficulty of the Operators[J].Communications Technology,2013(09):3-4.

[3]周晶,葉丹.運營商LTE語音解決方案研究[J].集成技術，2013(03)：2.

ZHOU Jing, YE Dan. Operators Study of Voice in LTE[J]. Intergrated Technology, 2013(03):2.

[4]溫文玉.TD_LTE CSFB語音解決方案中返回LTE技術及特殊場景分析[J].中國新通信，2014(16)：3.

WEN Wen-yu, Special Scene Analysis of Fast Return to LTE in VOLTE[J].China New Telecommunications, 2014(16):3.

周玲芳(1980—)，女，碩士，無線接入網培訓講師，主要研究方向為無線通信。