TD-LTE电路域回落多模单待终端实现
1 引言
td-lte网络虽然是全分组交换网络，但语音业务在很长一段时间内仍将是不可或缺的重要业务。为确保在td-lte网络上顺利开展高质量的语音业务，目前各标准组织都积极研究并提出了多种语音业务解决方案。
可提供语音业务的td-lte终端可能的形式，大致分为两种类型，即多模单待终端和多模双待终端。其中，多模指的是td-lte，td-scdma，gsm(gprs)3种模式，多模单待机终端可采用csfb(电路域回落)或srvcc(单无线模式语音呼叫连续性)方案来提供语音业务，多模双待机终端直接利用2g/3g网络来提供语音业务。
本文重点介绍了td-lte网络中电路域业务，特别是语音业务的几种解决方案，阐述了td-lte电路域回落多模单待终端的技术实现原理，指出了在td-lte网络的不同发展时期，我国电信运营企业可采用不同的技术来开展语音业务。
2 eps网络语音业务解决方案
2.1 基于电路域网络提供语音业务(csfb)
csfb(电路域回落)是3gpp r8中cs over ps研究课题的成果之一。该研究课题提出的背景是lte和cs双模终端的无线模块是单一无线模式，即具有lte和utran/geran接入能力的双模或者多模终端，在使用lte接入时，无法收/发电路域业务信号。为了使得终端在lte接入下能够发起话音业务等cs业务，以及接收到话音等cs业务的寻呼，并且能够对终端在lte网络中正在进行的ps业务进行正确地处理，产生了csfb技术。
在建设td-lte网络初期，如果运营商已经有成熟的utran/geran网络，出于对cs投资的保护，结合td-lte网络的部署策略，运营商可以采用原有的cs域语音方案来提供语音服务，而td-lte网络仅处理数据业务(包括ims数据业务)。这种情况下，采用csfb技术，即lte覆盖下的ue在处理语音业务时，终端先回退到cs(电路域)网络，在cs网络处理语音业务;这样就达到了重用现有的cs域设备来为td-lte网络中的用户提供传统的语音业务的目的。
但是csfb的使用是有前提条件的，那就是只有在e-utran与utran/geran的重叠覆盖区域，并且用户具有csfb功能的时候，才能使用电路域回落。
lte和utran/geran之间的csfb功能架构如图1所示。
图1 csfb功能架构示意图
图1中，epc指的是演进的分组核心网络。
从图1中可以看出，实现csfb功能的关键在于，msc能够建立与mme之间的sgs接口，以便实现lte和2g/3g的联合位置更新和寻呼等操作。另外，为了实现csfb功能，ue，mme，msc，eutran，sgsn都需要升级增加附加功能。
2.2 基于ims网络提供语音业务(srvcc)
srvcc指的是单无线模式终端从td-lte网络切换到3gpp utran/geran时话音呼叫的业务连续性。srvcc方案主要解决lte网络部署语音业务时存在的问题，在lte网络下，终端使用基于ims的voice over lte建立话音业务;当lte没有达到全网覆盖时，随着用户的移动，正在进行的语音业务会面临离开lte覆盖范围后语音能否连续的问题，这时，srvcc可以将语音切换到电路域，从而保证语音通话的不中断。
srvcc方案基于ims实现，因此网络上需要部署ims系统以及scc as设备。另外，只有utran/geran网络开通语音业务后，才会在特定场景需要使用srvcc。
基于ims网络提供语音业务的网络架构如图2所示。
图2 srvcc网络架构
图2中，包括epc，cs以及ims三大模块，为了实现不中断的语音呼叫，需要三个模块协同工作。其中，电路域的msc需要升级为增强的msc，以便支持从mme发来的切换过程，支持ims到cs的切换并关联cs切换和从ims域到cs域的域转移;epc中的mme需要能从ps承载中分离出语音和非语音部分，对语音承载部分发起srvcc切换并协调ps切换和srvcc切换;ims中的hss需要在ue附着过程中把srvcc vdn(vcc域转移号码)插入mme。
srvcc的基本工作流程：为了实现srvcc，话音呼叫锚定在ims系统中。当发起e?utran到utran/geran的域转移时，mme(具有ue srvcc相关信息)首先从e?utran网络获得切换指示，然后触发到msc server的srvcc流程，msc server发起到ims的会话转移流程，并且完成到目标小区的cs切换流程。切换完成后，msc server向mme发送响应(其中包括必要的切换命令信息)，并转给ue用于接入utran/geran。这样，语音呼叫就从e?utran转移到utran/geran了。
2.3 基于多模双待终端
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模双待终端在使用td-lte模式进行数据业务时，终端可同时在td-scdma/gsm(gprs)模式进行语音业务的呼入或呼出;在使用td-scdma模式进行数据业务时，终端建立td-scdma下的并发业务，进行语音业务的呼入或呼出;在使用gsm模式进行数据业务时，终端使用gsm模式进行语音业务的呼入或呼出。基于多模双待终端来提供语音业务的的方案对网络没有提出特别的要求。
3 电路域回落多模单待手持终端
3.1 工作原理
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端能够支持在gsm，td-scdma和td-lte模式分别独立通信。多模单待终端支持td-lte，td-scdma 和gsm(gprs)模式，且任何时刻只能工作在td-lte 模式，td-scdma和gsm(gprs)模式中的某一种模式，只能同对应模式的单模终端一样发送和接收数据。多模单待终端在空闲状态以及电路域和分组域业务进行过程中，都能够自动地进行td-lte 模式和td-scdma，gsm(gprs)之间的模式转换。另外，多模单待终端还能支持在td-lte小区和td-scdma，gsm(gprs)小区之间的重选和切换。
通常，多模单待终端使用单卡糟，能支持gsm sim/td-scdma usim/td-lte usim多模卡。考虑到对既有网络用户提供更加友好的使用感受，终端应能够支持sim卡，采用sim卡时，td-lte多模单待终端相当于普通td-scdma/gsm终端。
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端具有接入td-lte网络，td-scdma和gsm(gprs)网络的能力，但是在使用td-lte接入时，无法进行电路域业务。为了使得终端在lte接入下能够发起话音等cs业务，接收到话音等cs业务的寻呼，并且能够对终端在td-lte接入下正在进行的ps业务进行正确地处理，终端和网络可通过电路域回落(csfb)技术来解决这一问题。csfb技术中，在td-lte和td-scdma/gsm(gprs)的双覆盖区域，对话音，lcs和补充业务等cs业务，td-lte网络能触发终端从td-lte接入回落到td-scdma，gsm(gprs)网络接入并进行cs业务，因此cs域业务是由td-scdma，gsm(gprs)网络来提供，不需要运营商部署ims网络，支持csfb的终端不需要支持srvcc技术。
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端可在td-lte覆盖区发起或接受cs业务(如语音呼叫)，在终端主叫(moc)的时候，ue从td-lte回落到cs域发起呼叫;当终端做被叫(mtc)时，ue在td-lte网络收到寻呼，并回落到cs域网络进行后续呼叫流程。
支持csfb技术的多模终端，对于用户已经建立的td-lte分组域业务，视运营商的策略和网络的能力不同，可以有两种处理方式：
(1)挂起方式。当终端回落到电路域执行语音业务的时候，td-lte的分组域连接被设置为挂起状态。终端结束语音业务返回到td-lte网络时，终端可要求网络恢复挂起的分组域连接。
(2)随同切换方式。终端在执行电路域业务回退的同时，可以执行ps域的切换，将td-lte网络中正在进行的业务切换到2g/3g分组域继续执行。
3.2 csfb业务流程
典型的csfb业务流程主要包括联合附着、位置更新、主叫(mo)csfb流程、被叫(mt)csfb流程以及去附着等。
启用csfb功能的用户的附着流程是基于联合gprs/imsi附着流程来实现的。td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端在给mme发送的附着请求消息中携带支持csfb能力的指示。mme在收到用户的联合附着请求后，在进行eps附着的同时，会推导出其相关cs域的vlr信息，并向这个vlr发起位置更新请求，vlr收到位置更新请求以后，会将该用户标记为已经进行eps附着了，并保存用户的mme的ip地址，这样，vlr中就创建了用户的vlr与mme间的 sgs关联。随后，msc server/vlr会进行cs域位置更新并把用户的tmsi和lai(位置区标识)传给mme，从而在mme中建立sgs关联。最后，mme把vlr给用户分配的tmsi以及lai等信息包含在附着请求接受消息中发送给ue，此时就表明用户的联合附着已经成功了。
联合附着成功之后，启用csfb能力的用户在td-lte网络中就可以处理电路域业务了。下面以典型场景为例，说明csfb业务流程。
假如网络和终端都支持ps域切换，用户在td-lte网络中正在进行ps业务时，给朋友拨打一个语音电话(主叫csfb)，流程如下：用户发给mme扩展服务请求消息(extended service request)，其中包含csfb指示， mme收到这个指示后，通知enodeb，该用户需要回落到2g/3g系统中进行语音呼叫。enodeb根据相关信息选择一个合适的2g/3g目标小区，使得用户可以回落到cs域进行呼叫接续，回落到cs域之后，用户执行普通的cs域语音呼叫建立流程。同时，由于用户正在进行ps业务，enodeb会给mme发送一个切换请求消息，指示系统对该用户执行不同接入技术间的正常切换过程，以便用户正在进行的ps域业务得以继续。
当用户在td-lte网络中正在进行ps业务时，需要接听朋友的电话(被叫csfb)，此时的流程如下：当用户在td-lte网络中时，若发生来自电路域的语音呼叫，此呼叫请求会先到达msc server，msc server经由sgs接口把寻呼消息转给mme，mme将寻呼消息通过td-lte网络转给用户，并给msc server返回一个业务请求消息，触发msc server停止发送寻呼消息，并给主叫用户发送回铃音(alerting)消息， 被叫用户收到寻呼消息后，根据网络侧告知的电路域相关信息回落到cs域接受呼叫，同时，通过ps域切换继续完成正在进行的ps业务。
3.3 技术要求
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端能支持电话业务、紧急呼叫、点对点短消息业务以及各种数据业务等，工作频段包括gsm(gprs)频段、td-scdma频段以及td-lte频段。
在人机界面上，多模单待手持终端能显示当前使用的无线接入技术，其菜单中有网络模式选择菜单，包括多模式、只允许选择td-lte网络、只允许选择td-scdma网络、只允许选择gsm网络等选项，还有plmn选择菜单，包括自动、手动选项以及开机默认模式菜单。
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端能支持td-lte/td-scdma/gsm(gprs)系统间互操作，包括td-lte与td-scdma间的系统间小区重选、重定向以及切换;td-lte与gsm/gprs之间的系统间小区重选，cco(小区改变操作)以及重定向等。
csfb相关的要求：
●能执行联合eps/imsi附着以及联合tau/lau过程，也能执行gsm/td-scdma分组域和td-lte域同时附着等移动性管理功能。
●支持csfb业务流程。
●支持sms over sgs。
●支持isr(空闲态信令精简)相关功能。
●如果具备csfb能力的终端同时具备ims能力，那么终端需要支持域选择功能。
●通过重定向(rrc connection release)从td-lte模式切换到gsm/gprs模式。
4 结束语
目前，比较常用的方案有， csfb，srvcc以及多模双待终端方案等，这几种方案各有优缺点，适用于不同的应用场景。
csfb技术适用于2g/3g电路域与td-lte的无线网络重叠覆盖的场景，网络结构简单，不需要部署ims系统，能有效利用现有cs网络投资;srvcc技术适用于运营商已部署ims网络，在td-lte网络已经能提供基于ims的语音业务，但td-lte没有达到全网覆盖的场景;td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模双待终端可选择td-scdma/gsm模式建立语音业务，选择ps域当前附着的网络建立分组域业务，对网络没有额外要求，但终端实现比较复杂。
运营商可根据自己的网络状况及运营策略，在td-lte网络部署的不同阶段，选择采用不同的技术来为用户提供语音业务。
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本文重点介绍了td-lte网络中电路域业务，特别是语音业务的几种解决方案，阐述了td-lte电路域回落多模单待终端的技术实现原理，指出了在td-lte网络的不同发展时期，我国电信运营企业可采用不同的技术来开展语音业务。
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csfb(电路域回落)是3gpp r8中cs over ps研究课题的成果之一。该研究课题提出的背景是lte和cs双模终端的无线模块是单一无线模式，即具有lte和utran/geran接入能力的双模或者多模终端，在使用lte接入时，无法收/发电路域业务信号。为了使得终端在lte接入下能够发起话音业务等cs业务，以及接收到话音等cs业务的寻呼，并且能够对终端在lte网络中正在进行的ps业务进行正确地处理，产生了csfb技术。
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但是csfb的使用是有前提条件的，那就是只有在e-utran与utran/geran的重叠覆盖区域，并且用户具有csfb功能的时候，才能使用电路域回落。
lte和utran/geran之间的csfb功能架构如图1所示。
图1 csfb功能架构示意图
图1中，epc指的是演进的分组核心网络。
从图1中可以看出，实现csfb功能的关键在于，msc能够建立与mme之间的sgs接口，以便实现lte和2g/3g的联合位置更新和寻呼等操作。另外，为了实现csfb功能，ue，mme，msc，eutran，sgsn都需要升级增加附加功能。
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srvcc指的是单无线模式终端从td-lte网络切换到3gpp utran/geran时话音呼叫的业务连续性。srvcc方案主要解决lte网络部署语音业务时存在的问题，在lte网络下，终端使用基于ims的voice over lte建立话音业务;当lte没有达到全网覆盖时，随着用户的移动，正在进行的语音业务会面临离开lte覆盖范围后语音能否连续的问题，这时，srvcc可以将语音切换到电路域，从而保证语音通话的不中断。
srvcc方案基于ims实现，因此网络上需要部署ims系统以及scc as设备。另外，只有utran/geran网络开通语音业务后，才会在特定场景需要使用srvcc。
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图2 srvcc网络架构
图2中，包括epc，cs以及ims三大模块，为了实现不中断的语音呼叫，需要三个模块协同工作。其中，电路域的msc需要升级为增强的msc，以便支持从mme发来的切换过程，支持ims到cs的切换并关联cs切换和从ims域到cs域的域转移;epc中的mme需要能从ps承载中分离出语音和非语音部分，对语音承载部分发起srvcc切换并协调ps切换和srvcc切换;ims中的hss需要在ue附着过程中把srvcc vdn(vcc域转移号码)插入mme。
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通常，多模单待终端使用单卡糟，能支持gsm sim/td-scdma usim/td-lte usim多模卡。考虑到对既有网络用户提供更加友好的使用感受，终端应能够支持sim卡，采用sim卡时，td-lte多模单待终端相当于普通td-scdma/gsm终端。
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端具有接入td-lte网络，td-scdma和gsm(gprs)网络的能力，但是在使用td-lte接入时，无法进行电路域业务。为了使得终端在lte接入下能够发起话音等cs业务，接收到话音等cs业务的寻呼，并且能够对终端在td-lte接入下正在进行的ps业务进行正确地处理，终端和网络可通过电路域回落(csfb)技术来解决这一问题。csfb技术中，在td-lte和td-scdma/gsm(gprs)的双覆盖区域，对话音，lcs和补充业务等cs业务，td-lte网络能触发终端从td-lte接入回落到td-scdma，gsm(gprs)网络接入并进行cs业务，因此cs域业务是由td-scdma，gsm(gprs)网络来提供，不需要运营商部署ims网络，支持csfb的终端不需要支持srvcc技术。
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端可在td-lte覆盖区发起或接受cs业务(如语音呼叫)，在终端主叫(moc)的时候，ue从td-lte回落到cs域发起呼叫;当终端做被叫(mtc)时，ue在td-lte网络收到寻呼，并回落到cs域网络进行后续呼叫流程。
支持csfb技术的多模终端，对于用户已经建立的td-lte分组域业务，视运营商的策略和网络的能力不同，可以有两种处理方式：
(1)挂起方式。当终端回落到电路域执行语音业务的时候，td-lte的分组域连接被设置为挂起状态。终端结束语音业务返回到td-lte网络时，终端可要求网络恢复挂起的分组域连接。
(2)随同切换方式。终端在执行电路域业务回退的同时，可以执行ps域的切换，将td-lte网络中正在进行的业务切换到2g/3g分组域继续执行。
3.2 csfb业务流程
典型的csfb业务流程主要包括联合附着、位置更新、主叫(mo)csfb流程、被叫(mt)csfb流程以及去附着等。
启用csfb功能的用户的附着流程是基于联合gprs/imsi附着流程来实现的。td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端在给mme发送的附着请求消息中携带支持csfb能力的指示。mme在收到用户的联合附着请求后，在进行eps附着的同时，会推导出其相关cs域的vlr信息，并向这个vlr发起位置更新请求，vlr收到位置更新请求以后，会将该用户标记为已经进行eps附着了，并保存用户的mme的ip地址，这样，vlr中就创建了用户的vlr与mme间的 sgs关联。随后，msc server/vlr会进行cs域位置更新并把用户的tmsi和lai(位置区标识)传给mme，从而在mme中建立sgs关联。最后，mme把vlr给用户分配的tmsi以及lai等信息包含在附着请求接受消息中发送给ue，此时就表明用户的联合附着已经成功了。
联合附着成功之后，启用csfb能力的用户在td-lte网络中就可以处理电路域业务了。下面以典型场景为例，说明csfb业务流程。
假如网络和终端都支持ps域切换，用户在td-lte网络中正在进行ps业务时，给朋友拨打一个语音电话(主叫csfb)，流程如下：用户发给mme扩展服务请求消息(extended service request)，其中包含csfb指示， mme收到这个指示后，通知enodeb，该用户需要回落到2g/3g系统中进行语音呼叫。enodeb根据相关信息选择一个合适的2g/3g目标小区，使得用户可以回落到cs域进行呼叫接续，回落到cs域之后，用户执行普通的cs域语音呼叫建立流程。同时，由于用户正在进行ps业务，enodeb会给mme发送一个切换请求消息，指示系统对该用户执行不同接入技术间的正常切换过程，以便用户正在进行的ps域业务得以继续。
当用户在td-lte网络中正在进行ps业务时，需要接听朋友的电话(被叫csfb)，此时的流程如下：当用户在td-lte网络中时，若发生来自电路域的语音呼叫，此呼叫请求会先到达msc server，msc server经由sgs接口把寻呼消息转给mme，mme将寻呼消息通过td-lte网络转给用户，并给msc server返回一个业务请求消息，触发msc server停止发送寻呼消息，并给主叫用户发送回铃音(alerting)消息， 被叫用户收到寻呼消息后，根据网络侧告知的电路域相关信息回落到cs域接受呼叫，同时，通过ps域切换继续完成正在进行的ps业务。
3.3 技术要求
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端能支持电话业务、紧急呼叫、点对点短消息业务以及各种数据业务等，工作频段包括gsm(gprs)频段、td-scdma频段以及td-lte频段。
在人机界面上，多模单待手持终端能显示当前使用的无线接入技术，其菜单中有网络模式选择菜单，包括多模式、只允许选择td-lte网络、只允许选择td-scdma网络、只允许选择gsm网络等选项，还有plmn选择菜单，包括自动、手动选项以及开机默认模式菜单。
td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模单待手持终端能支持td-lte/td-scdma/gsm(gprs)系统间互操作，包括td-lte与td-scdma间的系统间小区重选、重定向以及切换;td-lte与gsm/gprs之间的系统间小区重选，cco(小区改变操作)以及重定向等。
csfb相关的要求：
●能执行联合eps/imsi附着以及联合tau/lau过程，也能执行gsm/td-scdma分组域和td-lte域同时附着等移动性管理功能。
●支持csfb业务流程。
●支持sms over sgs。
●支持isr(空闲态信令精简)相关功能。
●如果具备csfb能力的终端同时具备ims能力，那么终端需要支持域选择功能。
●通过重定向(rrc connection release)从td-lte模式切换到gsm/gprs模式。
4 结束语
目前，比较常用的方案有， csfb，srvcc以及多模双待终端方案等，这几种方案各有优缺点，适用于不同的应用场景。
csfb技术适用于2g/3g电路域与td-lte的无线网络重叠覆盖的场景，网络结构简单，不需要部署ims系统，能有效利用现有cs网络投资;srvcc技术适用于运营商已部署ims网络，在td-lte网络已经能提供基于ims的语音业务，但td-lte没有达到全网覆盖的场景;td-lte/td-scdma/gsm(gprs)多模双待终端可选择td-scdma/gsm模式建立语音业务，选择ps域当前附着的网络建立分组域业务，对网络没有额外要求，但终端实现比较复杂。
运营商可根据自己的网络状况及运营策略，在td-lte网络部署的不同阶段，选择采用不同的技术来为用户提供语音业务。
智能家居的困惑和希望分别在哪里
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