CSFB終端接入非CSFB 4G網絡解決方案

黃云飛，陸健賢，趙旭，王慶揚

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東廣州510062；2.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東廣州510630）

運營技術廣角

CSFB終端接入非CSFB 4G網絡解決方案

黃云飛1，陸健賢1，趙旭2，王慶揚2

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東廣州510062；2.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東廣州510630）

針對CSFB 4G終端無法自動接入非CSFB 4G網絡問題，測試定位了問題產生的原因為3GPP協議限制，然后提出了協議和終端改進建議，使CSFB 4G終端能夠自動接入非CSFB 4G網絡，同時能夠至少駐留在一個合法網絡上，改善了用戶體驗。

4G；CSFB；自動接入；合法網絡；解決方案

1 引言

在4G網絡商用初期，行貨終端型號較少，一般會有較多水貨終端進入，其技術特征與運營商網絡尚未完全匹配。CSFB（circuit switched fallback，電路域回落）的4G終端在業界商用較多，當作為水貨或者其他途徑接入非CSFB 4G網絡時，將存在無法自動接入4G網絡等問題。

本文以某型號CSFB 4G終端為樣本，測試研究其接入非CSFB網絡存在的問題，然后結合3GPP協議，提出了解決方案。

2 CSFB 4G網絡與非CSFB 4G網絡

根據3GPP協議，4G網絡是純分組域網絡，其語音業務也基于分組，通常稱為VoLTE。但是，在4G部署初期，4G網絡無法立即提供全覆蓋的、成熟的VoLTE語音業務，因此一般會考慮使用3G或者2G網絡提供的電路域語音業務，主要包括以下幾種具體解決方案。

·SVLTE（simultaneous voice and LTE）/SGLTE（simultaneous GSM and LTE），4G網絡承載數據業務，cdma2000 1x/WCDMA或者GSM承載語音業務，在語音業務上與3G/2G網絡獨立，無互操作；終端具有2套相互獨立的收發信機，分別收發、處理4G信號和3G/2G語音信號。SVLTE方案是3GPP2運營商主流的選擇方案。

·雙待機（DulRxLTE），與SVLTE/SGLTE類似，終端有2個接收機，發射機可以只有一個（任何時候只能發射4G或者3G、2G其中一個信號，即4G數據和電路域語音不能并發）。

·SRLTE（single radio LTE），4G網絡在語音業務上與3G/2G網絡獨立，無互操作；終端只有1套收發信機，同一時間只能處理4G或者3G/2G中的一個信號。

·CSFB 4G網絡與3G/2G網絡間增加了SGs接口互聯；終端單待機，使用一套收發信機，同一時間只能處理4G或者3G/2G信號。用戶在4G網絡和3G/2G電路域網絡同時注冊，當用戶發起語音業務時，由4G網絡指示用戶回落到目標電路域網絡（3G/2G）之后，再發起語音呼叫。具體的，CSFB需要在4G的MME與3G/2G的MSC/VLR之間新增一個SGs接口，作為連接EPC與電路域MSC的橋梁，完成移動性管理和尋呼處理功能：聯合附著/位置更新功能，UE在4G網絡發起聯合附著/位置更新；MME通過SGs接口向3G/2G的CS電路域執行聯合附著/位置更新，注冊開機狀態，更新CS域漫游位置信息；被叫尋呼功能，UE語音回落與聯合附著/位置更新時登記的3G/2G MSC相關，要求MSC通過SGs接口下發尋呼；UE在4G網絡中收到語音尋呼，然后回落到3G/2G網絡接聽語音尋呼；短信功能，UE在4G網絡發送短信，MME通過SGs接口向3G/2G的CS域前轉短信；UE接收短信時，聯合位置更新預先登記的3G/2G MSC通過SGs接口向4G網絡下發短信。在不增加用戶終端成本的條件下，CSFB語音解決方案可以較好地承載4G網絡初期的語音業務，成為3GPP陣營主流運營商的選擇方案之一。

在國內，中國電信4G網絡為非CSFB網絡，即針對語音選擇了SVLTE和SRLTE等解決方案，4G網絡無需新增任何接口，減少了網絡復雜性，但SVLTE終端需要2套接收機同時監聽4G和cdma2000 1x，成本較高。中國移動、中國聯通4G網絡為CSFB網絡（理論上也支持SGLTE、SRLTE等語音解決方案），新增了相應接口，網絡改造成本高，但CSFB終端成本較低。

3 CSFB終端接入非CSFB 4G網絡存在的問題定位

3.1 問題描述

某CSFB終端支持LTE FDD、WCDMA、GSM制式。中國電信4G（LTE FDD）網絡不支持CSFB，3G網絡為eHRPD/HRPD，2G網絡為cdma2000 1x。該終端插入中國電信4G USIM卡，開機后，終端顯示有數格信號，無所屬網絡信息；不能使用4G數據業務。必須進行手動選網：在“設置”的移動網絡中，點擊搜索，約數十秒以上顯示“自動選擇、中國聯通、中國移動”或者包含“46011”；選擇“自動選擇”或者“46011”，終端進入中國電信4G；此時可通過電信4G使用數據業務。

針對不能自動接入中國電信4G網絡的問題，對該終端進行開機測試，表明終端進行自動附著又自動去附著。

3.2 問題分析

對該CSFB終端接入非CSFB的4G網絡過程進行了詳細分析，其結果如下：

（1）終端首先請求GSM狀態，并獲得IMSI invalid響應（由于運營商網絡不支持GSM）；

（2）終端對WCDMA進行額外狀態請求，獲得IMSI invalid響應（由于運營商網絡不支持WCDMA）；

（3）終端進入LTE NAS EMM state，準備接入4G網絡；

（4）終端接收LTE網絡系統消息MIB，之后依次讀取SIB1、SIB5、SIB2、SIB8；

（5）終端LTE NAS發起附著請求，原因為“att_type=2（0x2）（combined EPS/IMSI attach）”，3 ms后發起RRC連接請求（原因為no-signalling）；

（6）相應的，經過RRC連接建立、鑒權、NAS安全模式、UE能力查詢、RRC安全模式、RRC連接重配置后，4G網絡NAS發起附著接受（APN=CTLTE）；

在網絡下發給終端的attach accept信令中：

attach_result=1（0x1）（EPS only）

…

IMSVoPS=1（0x1）（IMS Vo PS session in S1 mode supported）

即由于測試的4G網絡不支持CSFB，導致終端請求的聯合附著不成功，僅實現LTE附著；同時支持基于IMS的PS會話。

（7）網絡發起默認EPS承載上下文請求，經過RRC重配置完成、附著完成（激活默認EPS承載上下文接受）；

（8）終端NAS發起去附著請求，detach_type=1（0x1）（EPS detach）；

（9）網絡發起RRC連接釋放；

（10）終端周期性搜索WCDMA、GSM。

3.3 問題定位

從以上過程分析可知，之所以需要后續手動選網，主要是因為在步驟（8），終端主動發起了去附著，導致終端離開4G網絡。

分析步驟（5），終端發起聯合附著，RRC連接請求信令的部分內容如下所示：

EMM combined procedures capability=1（0x1）

ISR support=1（0x1）

SRVCC to GERAN/UTRAN capability=1（0x1）

EPC capability=1（0x1）

NF capability=1（0x1）

…

voice_domain_pref_incl=1（0x1）

voice_domain_pref

length=1（0x1）

UE_usage_setting=0（0x0）（voice centric）

voice_domain_pref_for_EUTRAN=0（0x0）（CS voice only）

即該終端需要聯合附著。開機語音優先，開機后終端需優先駐留于2G/3G的CS域，同時僅支持電路域語音。

從以上可知，終端設置為“CS voice only”與“voice centric”。根據3GPP TS 23.221協議，終端行為如圖1所示。

在終端聯合附著失敗的情況下，終端檢測到其設置為語音優先“voice centric”，終端將重選到其他系統。

具體的，該CSFB終端在開機附著時需要聯合附著（combined EPS/IMSI attach），而非CSFB的4G網絡不支持CSFB，所以聯合附著失敗，僅實現EPS only附著。根據協議規定，終端將重選到其他系統。因此，CSFB終端主動發起去附著，關掉LTE能力，進而搜索其他系統（GSM、WCDMA）。由于運營商無GSM、WCDMA網絡，終端無法駐留，因此只能周期搜索WCDMA（約36 s）和GSM（約16 s）。終端需要用戶手動進行網絡搜索和選擇，才能附著并駐留于LTE，此時附著的類型為EPS only。若無手動參與，終端將不能駐留在中國電信任何網絡上。

4 解決方案與建議

基于以上分析，由于協議限制，CSFB終端接入非CSFB 4G網絡存在以下問題：

·若無手動設置，終端將無法接入非CSFB的4G網絡；

·終端將持續搜索無法接入的CS域的3G、2G網絡，終端耗電嚴重。

針對以上問題，建議對CSFB 4G終端進行以下改進。

·在“唯一可用網絡”與“voice centric”等共同作用時，能夠保證用戶有合法網絡使用作為第一優先級，同時能夠在撥打緊急電話時使用受限網絡，如本案例中的WCDMA或者GSM。

·在開機附著不能滿足聯合附著但EPS only附著成功情況下，終端不要發起去附著，同時不應關閉LTE能力。

·終端在搜索其他網絡時，若用戶無法附著或登記，終端應返回選擇一個合法網絡進行附著并駐留，不能一直周期搜索非合法網絡，從而陷入死循環。

圖1 CSFB終端行為

·CSFB終端在聯合附著失敗（僅能實現EPS附著時），終端從CSFB轉換為DulRxLTE或者SRLTE工作模式。

相應地，針對3GPP TS 23.221協議中的圖1，采用以下改進的方案，如圖2所示。

圖2 CSFB終端行為改進方案

語音優先的CSFB終端，在聯合附著失敗后，終端不去附著，且網絡也保留終端上下文，然后轉到其他無線接入技術系統，如果其他系統CS域不可注冊，則終端返回LTE并駐留；若其他系統的CS域可注冊，則終端不使用CSFB方案，而采用雙接收（DulRxLTE）方案或者SRLTE方案，從實現終端在電路域和4G網絡的共同工作。

通過對CSFB 4G終端和3GPP TS 23.221協議的改進，能夠使CSFB 4G終端自動駐留于合法的非CSFB 4G網絡；CSFB 4G終端能夠在插入的UIM卡不支持的移動網絡中進行緊急呼叫；CSFB 4G終端可避免持續周期性搜索不合法的網絡，減少對移動網絡的信令沖擊，減少終端耗電；CSFB 4G終端在聯合附著失敗（僅能實現EPS附著時），自動從CSFB轉換為DulRxLTE或者SRLTE工作模式，能更好地實現與非CSFB 4G網絡的兼容，提升用戶體驗。

5 結束語

本文針對CSFB終端無法自動接入非CSFB 4G網絡的問題進行了詳細測試和分析，定位為3GPP協議問題，然后針對協議和終端提出了解決方案與建議。提出的3GPP協議和終端解決方案與建議，使CSFB終端能夠自動接入非CSFB 4G網絡，同時能夠至少駐留在一個合法網絡上，改善用戶體驗。

［1］Technical specification group services and system aspects；architectural requirements：3GPP TS 23.221 version9.5.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-13］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［2］Circuit switched（CS）fallback in evolved packet system（EPS）；stage 2：3GPP TS 23.272 version9.13.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-18］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-923_series/.

［3］GPRS enhancements for E-UTRAN access：3GPP TS 23.401 version9.14.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-18］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［4］General packet radio service（GPRS）；service description；stage 2：3GPP TS 23.060 version9.13.0-2012：2012［S/OL］.［2012-12-13］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［5］Mobile radio interface layer 3 specification radio resource control（RRC）protocol：3GPP TS 44.018 Version9.13.0-2012：2012［S/OL］.［2012-06-29］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/44_series/.

［6］Network architecture：3GPP TS 23.002 version9.6.0-2011：2011［S/OL］.［2011-08-24］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/23_series/.

［7］Radio resource control（RRC）protocol specification：3GPP TS 25.331 version9.11.0-2013：2013［S/OL］.［2013-01-02］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/25_series/.

［8］Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）and evolved universal terrestrial radio access（E-UTRAN）；overall description；stage 2：3GPP TS 36.300 Version9.10.0-2013：2013［S/OL］.［2013-01-07］.ftp：//ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/36_series/.

［9］Evolved universal terrestrial radio access（E-UTRA）；radio resource control（RRC）；protocol specification：3GPP TS 36.331 Version9.13.0-2013：2013［S/OL］.［2013-01-03］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/36_series/.

［10］Non-access-stratum（NAS）protocol for evolved packet system（EPS）；stage 3：3GPP TS 24.301 verion9.10.0-2012：2012［S/OL］.［2012-06-25］.ftp：/ftp.3gpp.org/specs/2012-12/Rel-9/24_series/.

Solution of CSFB UE accessing no-CSFB 4G network

HUANG Yunfei1，LU Jianxian1，ZHAO Xu2，WAGN Qingyang2
1.Guangdong Branch of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510062，China
2.Guangzhou Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510630，China

Focusing on the CSFB 4G UE couldn’t access no-CSFB 4G network automatically，some tests and analysis had been done and located the root cause of the problem by 3GPP specification.Some solutions about UE and 3GPP specification were presented that maked CSFB 4G UE access no-CSFB 4G network automatically and stay in a legalized network，giving users good experience.

4G，circuit switched fallback，access automatically，legal network，solution

TN929.53

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016047

2015-10-10；

2015-12-31

陸健賢（1975-），男，中國電信股份有限公司廣東分公司高級工程師，主要研究方向為移動網絡關鍵技術、網絡規劃、網絡優化。

趙旭（1975-），男，現就職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向為移動網絡關鍵技術、移動互聯網、智能終端適配。

黃云飛（1973-），男，博士，中國電信股份有限公司廣東分公司高級工程師，主要研究方向為移動網絡關鍵技術、網絡規劃、網絡優化。

王慶揚（1973-），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要研究方向為移動網絡關鍵技術、網絡規劃與優化。