摘要：介紹了TD-LTE網絡中電路域業務，特別是語音業務的幾種解決方案，闡述了TD-LTE電路域回落多模單待終端的技術實現原理，指出了在TD-LTE網絡的不同發展時期，我國電信運營企業可采用不同的技術來開展語音業務。
1 引言
隨著移動通信技術的高速發展，用戶對移動通信網絡的無線速率和時延等提出了越來越高的要求，為了滿足人們日益提高的通信需求，國際標準化組織3GPP提出了TD-LTE網絡演進架構，TD-LTE網絡雖然是全分組交換網絡，但語音業務在很長一段時間內仍將是不可或缺的重要業務。所以，TD-LTE網絡不僅需要支持迅猛增長的數據業務，也應繼續提供高質量的語音業務。但由于TD-LTE網絡部署初期覆蓋、性能以及TD-LTE終端形態等因素，提供語音業務可能會存在語音連續性等諸多問題，為確保在TD-LTE網絡上順利開展高質量的語音業務，目前各標準組織都積極研究并提出了多種語音業務解決方案。
可提供語音業務的TD-LTE終端可能的形式，大致分為兩種類型，即多模單待終端和多模雙待終端。其中，多模指的是TD-LTE，TD-SCDMA，GSM(GPRS)3種模式，多模單待機終端可采用CSFB(電路域回落)或SRVCC(單無線模式語音呼叫連續性)方案來提供語音業務，多模雙待機終端直接利用2G/3G網絡來提供語音業務。本文重點介紹TD-LTE電路域回落多模單待手持終端的技術實現原理。
2 EPS網絡語音業務解決方案
2.1 基于電路域網絡提供語音業務(CSFB)
CSFB(電路域回落)是3GPP R8中CS over PS研究課題的成果之一。該研究課題提出的背景是LTE和CS雙模終端的無線模塊是單一無線模式，即具有LTE和UTRAN/GERAN接入能力的雙模或者多模終端，在使用LTE接入時，無法收/發電路域業務信號。為了使得終端在LTE接入下能夠發起話音業務等CS業務，以及接收到話音等CS業務的尋呼，并且能夠對終端在LTE網絡中正在進行的PS業務進行正確地處理，產生了CSFB技術。
在建設TD-LTE網絡初期，如果運營商已經有成熟的UTRAN/GERAN網絡，出于對CS投資的保護，結合TD-LTE網絡的部署策略，運營商可以采用原有的CS域語音方案來提供語音服務，而TD-LTE網絡僅處理數據業務(包括IMS數據業務)。這種情況下，采用CSFB技術，即LTE覆蓋下的UE在處理語音業務時，終端先回退到CS(電路域)網絡，在CS網絡處理語音業務；這樣就達到了重用現有的CS域設備來為TD-LTE網絡中的用戶提供傳統的語音業務的目的。
但是CSFB的使用是有前提條件的，那就是只有在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊覆蓋區域，并且用戶具有CSFB功能的時候，才能使用電路域回落。
LTE和UTRAN/GERAN之間的CSFB功能架構如圖1所示。
圖1 CSFB功能架構示意圖
圖1中，EPC指的是演進的分組核心網絡。
從圖1中可以看出，實現CSFB功能的關鍵在于，MSC能夠建立與MME之間的SGs接口，以便實現LTE和2G/3G的聯合位置更新和尋呼等操作。另外，為了實現CSFB功能，UE，MME，MSC，EUTRAN，SGSN都需要升級增加附加功能。
2.2 基于IMS網絡提供語音業務(SRVCC)
SRVCC指的是單無線模式終端從TD-LTE網絡切換到3GPP UTRAN/GERAN時話音呼叫的業務連續性。SRVCC方案主要解決LTE網絡部署語音業務時存在的問題，在LTE網絡下，終端使用基于IMS的Voice over LTE建立話音業務；當LTE沒有達到全網覆蓋時，隨著用戶的移動，正在進行的語音業務會面臨離開LTE覆蓋范圍后語音能否連續的問題，這時，SRVCC可以將語音切換到電路域，從而保證語音通話的不中斷。
SRVCC方案基于IMS實現，因此網絡上需要部署IMS系統以及SCC AS設備。另外，只有UTRAN/GERAN網絡開通語音業務后，才會在特定場景需要使用SRVCC。
基于IMS網絡提供語音業務的網絡架構如圖2所示。
圖2 SRVCC網絡架構
圖2中，包括EPC，CS以及IMS三大模塊，為了實現不中斷的語音呼叫，需要三個模塊協同工作。其中，電路域的MSC需要升級為增強的MSC，以便支持從MME發來的切換過程，支持IMS到CS的切換并關聯CS切換和從IMS域到CS域的域轉移；EPC中的MME需要能從PS承載中分離出語音和非語音部分，對語音承載部分發起SRVCC切換并協調PS切換和SRVCC切換；IMS中的HSS需要在UE附著過程中把SRVCC VDN(VCC域轉移號碼)插入MME。
SRVCC的基本工作流程：為了實現SRVCC，話音呼叫錨定在IMS系統中。當發起E?UTRAN到UTRAN/GERAN的域轉移時，MME(具有UE SRVCC相關信息)首先從E?UTRAN網絡獲得切換指示，然后觸發到MSC Server的SRVCC流程，MSC Server發起到IMS的會話轉移流程，并且完成到目標小區的CS切換流程。切換完成后，MSC Server向MME發送響應(其中包括必要的切換命令信息)，并轉給UE用于接入UTRAN/GERAN。這樣，語音呼叫就從E?UTRAN轉移到UTRAN/GERAN了。
2.3 基于多模雙待終端
TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模雙待終端在使用TD-LTE模式進行數據業務時，終端可同時在TD-SCDMA/GSM(GPRS)模式進行語音業務的呼入或呼出；在使用TD-SCDMA模式進行數據業務時，終端建立TD-SCDMA下的并發業務，進行語音業務的呼入或呼出；在使用GSM模式進行數據業務時，終端使用GSM模式進行語音業務的呼入或呼出。基于多模雙待終端來提供語音業務的的方案對網絡沒有提出特別的要求。
3 電路域回落多模單待手持終端
3.1 工作原理
TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端能夠支持在GSM，TD-SCDMA和TD-LTE模式分別獨立通信。多模單待終端支持TD-LTE，TD-SCDMA 和GSM(GPRS)模式，且任何時刻只能工作在TD-LTE 模式，TD-SCDMA和GSM(GPRS)模式中的某一種模式，只能同對應模式的單模終端一樣發送和接收數據。多模單待終端在空閑狀態以及電路域和分組域業務進行過程中，都能夠自動地進行TD-LTE 模式和TD-SCDMA，GSM(GPRS)之間的模式轉換。另外，多模單待終端還能支持在TD-LTE小區和TD-SCDMA，GSM(GPRS)小區之間的重選和切換。
通常，多模單待終端使用單卡糟，能支持GSM SIM/TD-SCDMA USIM/TD-LTE USIM多模卡。考慮到對既有網絡用戶提供更加友好的使用感受，終端應能夠支持SIM卡，采用SIM卡時，TD-LTE多模單待終端相當于普通TD-SCDMA/GSM終端。
TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端具有接入TD-LTE網絡，TD-SCDMA和GSM(GPRS)網絡的能力，但是在使用TD-LTE接入時，無法進行電路域業務。為了使得終端在LTE接入下能夠發起話音等CS業務，接收到話音等CS業務的尋呼，并且能夠對終端在TD-LTE接入下正在進行的PS業務進行正確地處理，終端和網絡可通過電路域回落(CSFB)技術來解決這一問題。CSFB技術中，在TD-LTE和TD-SCDMA/GSM(GPRS)的雙覆蓋區域，對話音，LCS和補充業務等CS業務，TD-LTE網絡能觸發終端從TD-LTE接入回落到TD-SCDMA，GSM(GPRS)網絡接入并進行CS業務，因此CS域業務是由TD-SCDMA，GSM(GPRS)網絡來提供，不需要運營商部署IMS網絡，支持CSFB的終端不需要支持SRVCC技術。
TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端可在TD-LTE覆蓋區發起或接受CS業務(如語音呼叫)，在終端主叫(MOC)的時候，UE從TD-LTE回落到CS域發起呼叫；當終端做被叫(MTC)時，UE在TD-LTE網絡收到尋呼，并回落到CS域網絡進行后續呼叫流程。
支持CSFB技術的多模終端，對于用戶已經建立的TD-LTE分組域業務，視運營商的策略和網絡的能力不同，可以有兩種處理方式：
(1)掛起方式。當終端回落到電路域執行語音業務的時候，TD-LTE的分組域連接被設置為掛起狀態。終端結束語音業務返回到TD-LTE網絡時，終端可要求網絡恢復掛起的分組域連接。
(2)隨同切換方式。終端在執行電路域業務回退的同時，可以執行PS域的切換，將TD-LTE網絡中正在進行的業務切換到2G/3G分組域繼續執行。
3.2 CSFB業務流程
典型的CSFB業務流程主要包括聯合附著、位置更新、主叫(MO)CSFB流程、被叫(MT)CSFB流程以及去附著等。
啟用CSFB功能的用戶的附著流程是基于聯合GPRS/IMSI附著流程來實現的。TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端在給MME發送的附著請求消息中攜帶支持CSFB能力的指示。MME在收到用戶的聯合附著請求后，在進行EPS附著的同時，會推導出其相關CS域的VLR信息，并向這個VLR發起位置更新請求，VLR收到位置更新請求以后，會將該用戶標記為已經進行EPS附著了，并保存用戶的MME的IP地址，這樣，VLR中就創建了用戶的VLR與MME間的 SGs關聯。隨后，MSC Server/VLR會進行CS域位置更新并把用戶的TMSI和LAI(位置區標識)傳給MME，從而在MME中建立SGs關聯。最后，MME把VLR給用戶分配的TMSI以及LAI等信息包含在附著請求接受消息中發送給UE，此時就表明用戶的聯合附著已經成功了。
聯合附著成功之后，啟用CSFB能力的用戶在TD-LTE網絡中就可以處理電路域業務了。下面以典型場景為例，說明CSFB業務流程。
假如網絡和終端都支持PS域切換，用戶在TD-LTE網絡中正在進行PS業務時，給朋友撥打一個語音電話(主叫CSFB)，流程如下：用戶發給MME擴展服務請求消息(Extended Service Request)，其中包含CSFB指示， MME收到這個指示后，通知eNodeB，該用戶需要回落到2G/3G系統中進行語音呼叫。eNodeB根據相關信息選擇一個合適的2G/3G目標小區，使得用戶可以回落到CS域進行呼叫接續，回落到CS域之后，用戶執行普通的CS域語音呼叫建立流程。同時，由于用戶正在進行PS業務，eNodeB會給MME發送一個切換請求消息，指示系統對該用戶執行不同接入技術間的正常切換過程，以便用戶正在進行的PS域業務得以繼續。
當用戶在TD-LTE網絡中正在進行PS業務時，需要接聽朋友的電話(被叫CSFB)，此時的流程如下：當用戶在TD-LTE網絡中時，若發生來自電路域的語音呼叫，此呼叫請求會先到達MSC Server，MSC Server經由SGs接口把尋呼消息轉給MME，MME將尋呼消息通過TD-LTE網絡轉給用戶，并給MSC Server返回一個業務請求消息，觸發MSC Server停止發送尋呼消息，并給主叫用戶發送回鈴音(Alerting)消息， 被叫用戶收到尋呼消息后，根據網絡側告知的電路域相關信息回落到CS域接受呼叫，同時，通過PS域切換繼續完成正在進行的PS業務。
3.3 技術要求
TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端能支持電話業務、緊急呼叫、點對點短消息業務以及各種數據業務等，工作頻段包括GSM(GPRS)頻段、TD-SCDMA頻段以及TD-LTE頻段。
在人機界面上，多模單待手持終端能顯示當前使用的無線接入技術，其菜單中有網絡模式選擇菜單，包括多模式、只允許選擇TD-LTE網絡、只允許選擇TD-SCDMA網絡、只允許選擇GSM網絡等選項，還有PLMN選擇菜單，包括自動、手動選項以及開機默認模式菜單。
TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模單待手持終端能支持TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)系統間互操作，包括TD-LTE與TD-SCDMA間的系統間小區重選、重定向以及切換；TD-LTE與GSM/GPRS之間的系統間小區重選，CCO(小區改變操作)以及重定向等。
CSFB相關的要求：
●能執行聯合EPS/IMSI附著以及聯合TAU/LAU過程，也能執行GSM/TD-SCDMA分組域和TD-LTE域同時附著等移動性管理功能。
●支持CSFB業務流程。
●支持SMS over SGs。
●支持ISR(空閑態信令精簡)相關功能。
●如果具備CSFB能力的終端同時具備IMS能力，那么終端需要支持域選擇功能。
●通過重定向(RRC Connection Release)從TD-LTE模式切換到GSM/GPRS模式。
4 結束語
雖然向TD-LTE演進是TD-SCDMA/GSM(GPRS)移動網絡未來發展的方向，但由于TD-LTE技術更適用于數據業務，而在未來很長的時間內，人們是離不開語音業務的，于是運營商就需要選擇一種方案在部署了TD-LTE的網絡中來提供語音業務。目前，比較常用的方案有， CSFB，SRVCC以及多模雙待終端方案等，這幾種方案各有優缺點，適用于不同的應用場景。
CSFB技術適用于2G/3G電路域與TD-LTE的無線網絡重疊覆蓋的場景，網絡結構簡單，不需要部署IMS系統，能有效利用現有CS網絡投資；SRVCC技術適用于運營商已部署IMS網絡，在TD-LTE網絡已經能提供基于IMS的語音業務，但TD-LTE沒有達到全網覆蓋的場景；TD-LTE/TD-SCDMA/GSM(GPRS)多模雙待終端可選擇TD-SCDMA/GSM模式建立語音業務，選擇PS域當前附著的網絡建立分組域業務，對網絡沒有額外要求，但終端實現比較復雜。
運營商可根據自己的網絡狀況及運營策略，在TD-LTE網絡部署的不同階段，選擇采用不同的技術來為用戶提供語音業務，就目前產業發展狀況來看，由于CSFB和SRVCC都對網絡設備提出了新的要求，需要新增設備或升級現有的網絡設備。另外，多模單待終端的標準化雖然已經成熟，但可以商用的產品還不多見，因此我國運營商對于通過單待終端來提供語音業務的方案還在研究和探討階段；同時，由于多模雙待方案對網絡設備幾乎沒有特別要求，但多模雙待終端在技術實現上存在模式選擇、耗電性能、互干擾性能等關鍵技術問題，也還沒有出現成熟的商用產品，運營商也在積極研究和推進通過多模雙待終端來提供語音業務的方案。總之，無論采用哪種方案，都在朝著為了更好地利用網絡資源，更好地為用戶提供高質量的語音業務的方向努力。
