CSFB组网应用分析

0 前言

随着移动通信的迅猛发展，用户对于数据业务的需求越来越强烈，为此3GPP定义了面向分组数据业务的演进UMTS技术——演进分组系统（EPS）。EPS网络中CS域消失，那么如何解决原来由CS域承载的传统语音业务成为运营商引入EPS面临的重要问题之一。

目前业内主流的EPS网络中语音解决方案主要包括2种。方案一，与IMS网络相结合，直接用PS域承载语音；方案二，利用原有的UMTS网络，当EPS网络中的用户需要发起语音等CS域业务时，将用户回退到原UMTS网络的CS完成业务，即CSFB（CS fall back）技术。而CSFB作为引入IMS之前解决EPS语音的过渡方案，受到国内外许多运营商的青睐，本文将介绍CSFB技术的基本原理，对CSFB实际部署中面临的关键问题进行深入讨论，并给出相应的部署建议。

1 CSFB基本原理

1.1 CSFB简介

CSFB是使用现有的CS域语音方案来提供语音服务。在E-UTRAN与UTRAN/GERAN的重叠覆盖区域，用户使用多模单待终端注册在EPS上，当用户需要进行语音业务时，终端先回落到2G/3G网络再接续语音业务。

CSFB网络架构如图1所示，需要增加MME和MSC Server之间的SGs接口，用来完成UE在EPS和CS域之间的移动性管理和寻呼过程。

1.2 CSFB主要流程

1.2.1 联合附着流程

根据EPS的TA和WCDMA的LA的重叠覆盖情况，运营商预先在MME中配置好各个TAI所对应的LAI，当支持CSFB功能的用户在EPS网络中注册时，MME将根据该用户所在的TAI按照之前在MME中配置好的TAI与LAI对应关系为用户分配一个对应的LAI，为用户分配一个对应的LAI，同时通过SGs接口，完成该用户在LAI所对应的MSC/VLR上的注册，具体流程如图2所示，此时UE只通过LTE网络的无线信号与核心网建立连接，并不接收3G无线信号。

1.2.2 呼叫流程

当注册在LTE网络的用户需要进行语音业务时，MME收到相关CS业务请求之后（LTE用户作为主叫时，MME将收到用户发出的扩展的Service Request消息，指示需要进行语音业务；LTE用户作为被叫时，MME会收到来自MSC的Paging Request消息），会告知终端进行切换，终端从LTE切换到3G网络，接续语音业务，若此时有数据业务，则一同切回到3G网络接续数据业务，具体流程如图3所示。

2 CSFB关键问题分析

2.1 被叫回落到非注册MSC

当UE在LTE网络中所处的TA位于LA1和LA2的边界时，UE初始进行LTE和3G的双附着时根据MME内配置的映射表，注册在LA1对应的MSC1上，而呼叫发生，UE作为被叫，回落到3G后，UE实际所处位置为LA2，对应的服务MSC为MSC2时，如图4所示。此时即需要网络通过特定机制，将该呼叫重新路由到新的MSC2上，保证呼叫的正常进行。

2.1.1 方案一：MTRR方案

如图5所示，主叫MSC第一次向HLR取路由信息，获得MSC1的地址，MSC1收到IAM消息后通过MME寻呼到用户，由MME触发用户切换回3G，UE回到3G后，向MSC2发起位置更新消息，MSC再经过HLR通知主叫MSC重新取路由信息，并由主叫MSC再次发送IAM消息至MSC2完成后续会叫流程。

2.1.2 方案二：MTRF方案

如图6所示，与MTRR方案不同，当UE回到3G向MSC2发起位置更新后，MSC2通知MSC1自己的地址，由MSC1将IAM消息转发至MSC2，而避免了主叫MSC重新取路由信息及发送IAM的过程。

2.1.3 方案分析

从图5和图6的对比中可以明显看出，MTRF较MTRR节省了3条信令消息，能够缩短主叫用户感受到的呼叫接续时间，给予用户更好的业务体验，且MTRR需要HLR和主叫MSC以及实际注册的MSC2同时支持MTRR功能，而MTRF对于HLR没有特殊要求，只需要MSC2支持即可。因此实际部署时，应尽量选用MTRF方案。

2.2 CSFB组网方案

CSFB技术需要MSC支持到MME的SGs接口，来完成用户在LTE和3G网络的联合附着。但运营商实际部署时，全网MSC设备进行升级支持SGs接口对于现网影响较大，且运营商现网可能存在部分老版本MSC无法升级支持SGs接口及CSFB功能，因此，实际部署时可以考虑采取如下方案，升级部分MSC支持SGs接口即可。

2.2.1 方案一：MSC Pool方案

将3G网络中的MSC利用A-Iu Flex技术形成MSC Pool，每个Pool内，选定部分MSC进行升级，建立SGs接口，支持CSFB功能（见图7）。位于与该Pool内LA重叠覆盖的TA区所有用户的LTE回落语音业务都由该升级的MSC进行处理，UE回落到3G后，在Pool内始终选定该MSC为自己的服务MSC。

2.2.2 方案二：MSC Proxy方案

选取3G网络中部分MSC或者新建一个MSC作为MSC Proxy，负责UE通过SGs口注册到HLR/HSS中去，新建的代理MSC可以不与RNC相连，当UE在LTE网络中进行LTE与3G联合附着时，均附着到代理MSC下（见图8）。当UE回落到3G网络后，再通过位置更新流程注册到真正的MSC下。

2.2.3 方案分析

上述组网方案实际使用时需要根据现网设备情况，以及对设备性能、用户体验的影响等方面综合分析，选择合适的方案。

考虑到现网MSC存在多个版本，对于CSFB的支持程度可能存在差异，可分为2种情况对3种方案进行对比分析。

对于现网MSC可以至此后升级CSFB的情况，各方案对比情况如表1所示。

对于现网MSC不具备升级支持CSFB的情况，只能考虑使用MSC Pool方案或者Proxy MSC方案，方案对比情况如表2所示。

从上面的对比可以看出，MSC Pool方案发生MTRR/MTRF的概率最小，因此，产生的呼叫时延最小，用户体验最好，且MSC Pool方案对于CSFB来说，3G网络的改造要求也最低，只要每个Pool内部分MSC升级支持CSFB即可。

另一方面，该方案需要运营商3G首先支持A/Iu Flex功能。另外MSC Pool方案中，对于LTE网络用户回落到3G后，只能注册在制定的支持CSFB的MSC上，且在3G网络Pool内移动过程中，服务MSC不进行更换，最终有可能导致LTE用户更多地选择Pool内支持CSFB的MSC，从而使支持CSFB的MSC负载容量较高，Pool内各MSC之间负载不均衡的问题。但该问题可以通过在Pool内升级若干个MSC的方式得到缓解，这些支持CSFB的MSC之间可以实现负载均衡，另外，若3G MSC支持动态负载分配方式，也可以避免上述问题。

3 部署方案建议

通过对于CSFB技术的分析可以看到，LTE网络部署初期，当LTE覆盖小于3G网络覆盖时，可以采用CSFB技术来解决LTE语音问题。CSFB技术可以很好地利用运营商原有3G网络投资，对于3G网络已经支持A/Iu Flex功能的情况，可以采用MSC Pool方案，而不必全网升级支持SGs接口，同时采用MTRF技术来处理异常的LTE语音被叫问题，从而减少呼叫接续试验，改善用户体验。

参考文献：

［1］ 3GPP TS 23.272 Circuit Switched（CS）fallback in Evolved Packet System（EPS）；Stage 2［S/OL］. ［2013-01-10］. http://wenku.baidu.com/view/abb1aa0c844769eae009ed66.html.

［2］ 3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service（GPRS） enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）access［S/OL］. ［2013-01-10］. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23401.htm.

［3］ 3GPP TS 23.060 General Packet Radio Service（GPRS）［S/OL］. ［2013-01-10］. http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123000_123099/12 3060/10.09.00_60/ts_123060v100900p.pdf.

作者：陈婉珺