LTE网络 CSFB语音解决方案-论文

南京信息职业技术学院

毕业设计论文

作者薛雨学号51321P41 系部通信学院

专业移动通信技术

题目LTE网络中ENodeBID冲突造成语音业务

异常的解决方案

指导教师胡峰、梅蕾

评阅教师

完成时间：2016 年05月10日

目录

1绪论 (1)

2LTE技术简介 (2)

2.1LTE网络构架 (2)

2.2LTE关键技术 (3)

3LTE网络语音解决方案 (4)

3.1基于双待机终端的语音解决方案 (4)

3.2基于VoLTE的语音解决方案 (4)

3.3基于CSFB的语音解决方案 (5)

4LTE网络基于CSFB的语音解决方案 (6)

4.1CSFB基本流程 (6)

4.2CSFB信令分析 (8)

5LTE网络被叫异常实例问题分析（ENodeBID） (10)

5.1问题描述 (10)

5.2问题定位 (10)

5.3解决方案 (13)

总结 (15)

致谢 (15)

参考文献 (15)

1绪论

社会总是在发展的，移动通信技术也是一样的，随之移动终端的更新换代，人们对于移动网络通信中高速的传输速率有了更高的需求，LTE在这种需求下孕育而生。

目前随着LTE概念的完善，关键技术日益成熟，三大运营商对其网络的部署日新月异，LTE网络已经逐渐开始进行商用。因为其网络的重要性，运营商对于LTE网络的整体要求较严格.

当然LTE网络在为用户提供高速度下行速率的同时也需要重视用户对于语音业务的感知。用户对于语音好坏的感官主要来源接通时间以及通话是否清晰，在目前LTE网络中的三个主要语音解决方案都是从这两个指标出发即接通时延和通话质量。

目前，LTE网络中语音解决方案有双待机、CSFB、VoLTE三种，其中无论是双待机解决方案还是CSFB解决方案都是过渡方案，其最终目标是实现VoLTE语音，采用这样的过渡策略主要是因为LTE网络网络架构完全是基于分组域，不能够像2G网络或者3G网络基于CS域的语音业务，而想去实现VoLTE语音方案，则首先需要LTE网络覆盖高，移动终端、核心网（EPC）的“更新换代”同时还需要架构IMS网络，目前来看成本看，技术难度大，而CSFB技术是用户终端在进行数据业务时走LTE网络，进行语音业务时走2G/3G网络，相比较而言，CSFB 技术只需要对核心网进行升级同时对相关参数进行配置。目前，2G/3G网络布网已经完成，其网络覆盖度较高，因此我们目前LTE网络语音解决方案主要采用CSFB技术进行过渡。

当然，任何技术在其运用过程中会出现无法预知的问题，CSFB技术也同样如此，在进行单站CSFB配置时，因为邻区配置错误、参数设置等原因，会造成CSFB建立不成功或者掉话，本文从工作的实例出发，对CSFB中因为ENodeBID 冲突造成语音业务异常问题进行详细分析，通过实例了解CSFB主要呼叫流程以及主要信令流程，对于后期我们解决CSFB建立失败有较好的指导作用。

2LTE技术简介

2.1LTE网络构架

如果要分析网络架构我们需要了解几个概念：首先是用户设备（UE）其次是演进UMTS陆地无线接入网（E-UTRAN）以及分组核心演进（EPC）。

UE就是平时使用的4G终端设备，如：手机、ipd等，UMTS陆地无线接入网简单来说就是我们平时看到的通讯铁塔。分组核心演进（EPC）是统筹通讯铁塔为UE提供相关服务。其三个单元的架构组成如图2-1所示。

图2-1 LTE网络构架

LTE接入网称为演进型UTRAN（Evovled UTRAN，），与之前的UTRAN架构相比，E-UTRAN层级少，时延小，简化了网络架构，去除了RNC网络节点目的是简化网络架构和降低延时。

在核心网（EPC）侧，将MME、S-GW、P-GW等功能设备组合起来，共同完成核心网的重要功能，在接口方面，网元eNode B和核心网EPC之间通过S1接口连接eNode B和eNode B通过X2接口来进行连接；Uu接口是用来连接eNode B 与UE的。与UMTS相比，在LTE网络架构中因为NodeB和RNC合并成网元eNodeB，所以LTE网络缺少Iub接口。

图2-2 LTE构架中各结构之间的接口

LTE在网络构架方式上将RNC和NodeB功能合并，实现扁平化组网，趋近于IP宽带网络架构，简化了网络接口，优化了网元之间的功能划分，降低控制面及用户面时延。

2.2LTE关键技术

在移动通信发展的历程中，每一次网络的变革都会有其独有的技术支撑，LTE 网络也是如此。在LTE网络中关键技术中包含OFDM技术、MIMO技术、调度和链路自适应技术等技术。

OFDM因为可以发挥带宽优势且抗干扰能力强，因此被应用于需要高速传输速率的LTE网络上，其实OFDM技术源于多载波调制（MCM），因为其硬件实现成本比较高，所以一直在军方使用。随着硬件的发展， IFFT实现起来成本变低且较为容易又因其具有频谱利用率较高的优势，被人们广泛关注。

MIMO的优势在于可以成倍的提高通信速率，因此在LTE网络中使其和OFDM 技术结合使用可以进一步提升频谱效率。MIMO的原理是个数学问题，无法用物理学的概念说清楚。假设一个天线发射信息为X，另一个天线发射信息为Y。信息X和Y传递到接收天线1和接收天线2上。接收天线1的信号为aX+bY，接收天线2的信号为cX+dY，（a，b，c，d是空间传输的衰减系数）。根据接收天线1和2的信号来得到发射天线的信号X和Y，其实就是一个解方程的问题，也就是必须要知道a,b,c,d系数。如果知道a,b,c,d这些空间传播系数，解出X和Y 就不成问题了，MIMO通过双发双收传递双份信息的目的也就实现了。

上述的LTE网络关键技术在提高其数据速率传输方面颇有斩获，例如FDD-LTE网络其下行峰值速率可达到150Mbps，TDD-LTE网络其下行峰值速率可达100Mbps，该速率可与百兆光纤想媲美。但是依靠以上技术无法提供可靠的语音业务。

3LTE网络语音解决方案

目前对于LTE网络语音的解决思路主要有两种，一种是利用现有网络资源提供语音通讯服务，另外一种是在LTE网络上架设新的模块使其可以支持语音业务。根据上述解决思路目前LTE网络主要有以下三种解决方案，分别双待机、CSFB、VoLTE。其中VoLTE目前公认的LTE语音的最终解决方案。北美、韩国等地区已存在的4G网络都以双待机或CSFB作为过渡方案。目前中国联通所采用的语音解决方案为CSFB，中国移动采用语音解决方案为CSFB与VoLTE共存。因终端类型不一，适用用户需求等原因VoLTE尚在试用阶段。

3.1基于双待机终端的语音解决方案

双待机顾名思义就是用户终端同时连接3G/2G网络与4G网络。并且在进行通话时仍然可以使用4G网络的高速数据业务。也就是说，对于UE来说两张网络协同分工，互不干扰。即进行语音业务时使用2G/3G网络，在数据业务可以使用LTE网络或2G/3G网络。

因为双待机终端解决方案是利用现有的网络资源且不需要对其进行改造升级，降低LTE网络建设成本，所以能够较快的展开覆盖建设。

根据其本身特性需要其终端设备具有双待机功能，因此对于终端设备电池容量及芯片都有较高的要求，所以该解决方案实行的矛盾在于用户体验差。

3.2基于VoLTE的语音解决方案

在LTE网络覆盖达到一定规模，支持VoLTE设备产业链完善的情况下，VoLTE 将会成为第四代移动通信网络解决语音业务的最终方案。

为了完成VoLTE需要部署IP多媒体子系统（IMS）网络，该系统配合LTE 网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。除此之外该系统可以完成

2G/3G网络中特有的语音及相关增值业务，例如：来电显示、呼叫保持、短信呼等。与传统的GSM网络相比，VoLTE可以提供更好的数据传输业务和语音服务。

VoLTE是全IP条件下的解决方案，因为其使用较高的带宽、较快的数据传输技术，使其承载语音业务可以获得优于GSM系统的语音通话质量。因为GSM 系统使用的语音编码为2000Hz，而VoLTE承载语音业务的语音编码至少达到7000Hz，通话质量得到显著提高。

如果VoLTE要实现全面商用，需要达到如下条件：

1、LTE网络大规模覆盖，且覆盖强度较好，无大片覆盖盲点，干扰较小，

能够保障数据业务传输正常。

2、IMS网络建设改造完成，能够达到各种多媒体业务正常进行、客户终端

更新、业务多样化的需求

3、产业链能够提供支持VoLTE的终端产品，且达到一定供能。

目前，现有设备已基本满足VoLTE的基础要求，不需要进行大规模的改动，需要的仅仅是软件升级以及IMS网络的建设。

整体来看，VoLTE基于LTE全IP分组传输承载语音，能够充分利用LTE无线技术高频谱利用率、抗衰落性、高带宽、大容量的优点。而双待机和CSFB仍然依赖于电路域提供语音，造成多网长期共存，网络和运营复杂度高。VoLTE真正实现端到端IP语音业务，符合网络演进方向，将是未来4G网络的最终语音解决方案。

3.3基于CSFB的语音解决方案

CSFB的语音解决方案的基本思路在于当用户需要进行语音业务时，UE从LTE 网络接入回落到3G/2G网络的CS域上进行主叫/被叫。结合前面提到的双待机我们可以将CSFB的语音解决方案简单理解为单卡单待即在有LTE网络覆盖的区域，其驻留在4G网络上，在拨打电话或者有电话接入时，其主动重定向至3G/2G网络，也就是对于CSFB的网络，其数据和语音不能同时进行。

在LTE布网初期由于信号覆盖等原因不能完全部署VoLTE，又需要解决用户的语音需求，因此我们需要通过CSFB或者双待机来作为语音的过渡方案。在中国目前主要采用CSFB作为4G时代语音过渡方案，任何一种技术都有其弊端，CSFB

虽然在LTE网络建设初期可以叫快速的提供业务，但其对2G/3G网络侧改造较大，又因为其在三张网络上进行反复的切换，会使呼叫接通时间变长影响用户体验，不过目前对于CSFB的时延运营商在通过网络优化后会大大缩短时长。

4LTE网络基于CSFB的语音解决方案

目前中国的主流解决方案是CSFB，在这种大环境下，结合自己工作中接触的语音接触方案，本文主要对CSFB进行详细的介绍。

4.1CSFB基本流程

CSFB语音语音解决方案主要应用于LTE网络与2G/3G网络均覆盖的无线的环境，且用户设备终端支持CSFB功能，我们通过对LTE网络核心网侧进行升级使其具有将LTE网络接入回退至2G/3G网络，并进行语音业务的功能。用户拨号并开始呼叫时，用户终端从LTE网络重选至CS域开始发起呼叫流程；呼叫结束后，用户终端通过触发机制，返回LTE网络，完成位置更新后在LTE网络待机。对于短信业务，不需要像语音业务那么繁琐，它是通过SGs接口将短信路由至LTE网络，因此短信业务不需要回落。

我们知道任何技术的实现都需要其硬件设备的配合，因此为了使CSFB技术可以实现，我们需要对终端设备以及核心网相关网元进行“更新换代”。

首先我们需要用户终端支持CSFB功能，并且可以在接入LTE网络的同时可以接入2G/3G网络的CS域，还需要集联合附着，TAU更新以及去附着为一身。

对于核心网EPC侧为了适应CSFB技术，我们需要相应的网元支持相关功能，比如需要移动管理节点功能MME可以根据UE终端当前驻留的TAI匹配出LAC从而导出拜访位置寄存器（VLR）号码。

（1） MO语音呼叫流程

MO语音呼叫业务即主叫语音业务，在用户进行主叫起呼时，UE端会向LTE 网络发送一条请求指令，询问是否可以接入2G/3G网络进行CS业务。LTE核心网侧MME在接收到UE的请求指令后，通过EPS网络的帮助进行EPS附着，同时查询到其在CS域中相关的VLR信息，并进行位置更新请求，拜访位置寄存器（VLR）在接收到请求后，就会给该用户打上一个EPS附着标记，并存储其MME的IP地址，到这个时候，拜访位置寄存器（VLR）就已经存在了用户的VLR和MME之间

的SGs连接关系。之后在进行一系列位置更新结束后通过MME将相关的附着消息发送给UE，至此我们完成了联合附着。即用户可以进行语音业务。

如图4-1所示，在UE发起CSFB主叫语音业务时，MME通过发送指示信令给eNodeB将UE回落到2G/3G网络，使UE在2G/3G网络进行语音业务。

图4-1 CSFB的MO呼叫流程

图4-1中，UE向MME发送Extended Service Request信令消息（NAS消息）告诉其需要进行CS域业务。

MME向eNodeB网元发送 S1-AP Request信令消息指示其开始CSFB。

eNodeB则需要根据UE侧的相关能力、参数配置及算法策略决定是否启动盲切换。

在进行UE重定向时，UE主要是根据eNodeB通过RRC Connection Release 信令消息中携带的目标小区2G/3G网络频点进行重定向。

（2）MT语音呼叫流程

MT语音呼叫流程相比较MO语音呼叫流程多了一个寻呼环节，对于寻呼的我们可以通过一个不太恰当的例子来理解，早上出门的时候你说了去邻居家玩，到了中午还没回来，这个时候你的妈妈如果想找你她就会以她60分贝的大嗓门叫唤着你的乳名，在你听到这个乳名是自己的时候你就会做出相应的回应，你听到妈妈的喊声并做出回应这就是寻呼的过程简单来讲，因为有VLR的左右，主叫拨打时，会对手机所在的某一区域进行寻呼，当你所呼叫的手机监听到对自己的寻呼时，方能建立呼叫。

4.2CSFB信令分析

一次完整的CSFB流程中正常信令交互中主叫从ExtendedSericeRequest消息到主叫Aleting消息的出现能够标志着UE在CSFB业务中从主叫拨号到接收到被叫振铃的提示音的完整流程。这样的信令消息对应于客户体验中的从拨打号码到听到对方响铃的声音。具体信令如图4-2所示。

图4-2 正常一次CSFB流程用户感知点信令

在一次CSFB进行信令交互的流程大体如下：

图4-3 CSFB主叫(重建信令流程)

图4-4 CSFB被叫

信令的正常交互是一次CSFB业务正常完成的前提，在主被叫流程中从主叫发起流程、UE的寻呼、连接建立与释放的过程中信令传递与生成均需要ENodeB 的参与，在进行业务运行的同时需要对众多网络设备进行信息交互与传递，为了识别网络中不同网元，会对网元进行规划编号作为唯一识别符。在LTE网络中常见的识别编号如表4-1所示

表4-1 常见的识别编号

其中对于这些编号的规则与运算如下：

ECGI(not more than 52 bits) = PLMNID+ ECI

PLMNID(not more than 6 digits) = MCC + MNC

ECI(28 Bits) = eNB ID + Cell ID

其中要求ECGI是全球唯一编号，这也就注定了PLMNID与ECI无法同时相同的状态，也就是如果ENodeBID相同的情形下PLMNID不能相同。也就是ENodeBID 是全网小区唯一标识，如果新开站点的ENodeBID与原来基站的ENodeBID重复的情况下，核心网将无法对两个小区进行识别，将会在链路上造成故障。

如果两个基站的eNodeB id相同会造成MME无法识别目标基站，在资源分配时会产生不知道将资源分配给哪一个。并且核心网EPC与eNodeB的映射是通过S1AP链路连接，所以，一条S1AP链路对应一个eNodeB，且链路号必须核心网和eNodeB侧必须一致。

在进行CSFB业务的时候，UE发送请求到ENOdeB，然后在MME与ENOdeB之间建立S1AP，完成业务发起，在该状态下消息流向为 UE->eNodeB->MME。当业务进行到连接建立接通被叫的时候MME对ENOdeB下发寻呼消息。如果存在ENodeBID冲突，此时的MME将无法识别具体的ENOdeB，无法建立链路，造成信令交互终止。引发被叫无响应现象。

5LTE网络被叫异常实例问题分析

在目前采用的CSFB语音解决方案中，因为网络设备、终端问题、参数设置问题、流程异常、TAC规划不合理、邻区问题等原因都会造成CSFB 语音通话失败，以上问题很多文献及资料都描述的很详细，本文就不多加累赘，在本人实习过程中，遇到了因为ENodeBID冲突造成CSFB失败的实例，因为该问题难以定位且相关文献资料提及甚少，所以选用此实例进行CSFB异常实例分析。

5.1问题描述

根据用户投诉，在君地商务中心3幢1单元901出现多次电话无法打通现象。用户描述为电话打不进来，电话无法打通现象出现多次，离开区域后手机业务正常。

接到用户投诉后网优人员现场测试处理，发现在此处确实存在异常的语音失败。人员在投诉区域使用测试终端进行多次不同型号手机测试发现该处被叫成功率为87.5%。排除因为设备原因造成语音失败，确认该处存在异常。

表5-1 投诉来源信息

5.2问题定位

接收到用户投诉需求后，安排人员对问题区域进行测试分析，排查问题。测试指标如表5-2所示

表5-2 测试指标

投诉问题点位于商务中心3幢1单元9楼，4G主占室分YQ_U_S园区君地新大陆3号楼11F强弱电间主-A-1小区信号，平均RSRP=-66.52dBm，平均SINR=28.35dB，信号覆盖良好，不存在因质差或弱覆盖原因造成异常。3G信号主占室分S园区君地新大陆3号楼3F弱电间主小区信号，扰码PSC=364，平均Ec/Io=-3.10，平均RSCP=-49.06，3G信号覆盖良好。测试过程中，终端设置为自由态模式，进行CSFB业务测试，进行CSFB业务测试，测试过程中主叫通话正常，被叫失败次数较多。

1、出现4G手机不能做被叫的情况，主要从以下几个方面分析：

用户终端问题，终端在接收到寻呼消息后，不能正确解析或者无响应，通常集中体现在某款终端上。使用不同品牌的终端均进行了测试，测试均出现该问题，基本排除终端问题。

寻呼消息未正常下发，或者下发后在特定的位置出现信令丢失。

空口由于干扰等原因导致，寻呼响应消息不能正常回送给网络。在后台进行干扰监测看，问题基站空口不存在上行干扰。

MSC POOL边界邻区规划不合理，终端回落到不同的MSC POOL，导致寻呼相应失败。问题站点不在MSC POOL边界，排除MSC POOL规划不合理的可能性。

MSC参数配置不合理，例如TAC和LAC未映射，经核查，TAC与LAC对应关系正确。

参数设置不合理，例如重传次数少、周期不合理、DRX相关参数设置不合理等，CSFB参数设置也是重点需要排查的对象。

容量问题，如空口寻呼过载，单板CPU过载，S1口寻呼过载、重大活动等因素。

2、规划问题排查

对4G到3G邻区、频点等定义进行了核查，未发现问题。

该问题站点不在MSC POOL边界，不涉及跨MSC POLL的问题

3、参数核查

核查了核心网配置的TAC和LAC映射关系，未发现问题

核查CSFB相关参数，未发现问题

其它寻呼相关的参数，未发现问题

4、终端问题核查

采用了多款不同厂家的终端进行了测试，均存在该现象。

5、容量问题核查

通过PRB利用率、空口寻呼拥塞统计、单板负荷等容量相关核查，未发现问题。

6、干扰排查

通过后台干扰监测跟踪，未发现问题点存在干扰情况。

7、信令跟踪定位

在MME侧进行单用户信令跟踪发现，在11:07:05出现Disconnect，原因为：被叫无响应。

图5-1 失败信令图

图5-2 正常的CSFB信令流程

图5-3 无Paging消息的CSFB信令流程

通过信令跟踪发现MME收到了MSC发来的寻呼消息，而eNodeB S1信令跟踪未发现寻呼消息。根据信令跟踪的现象可看出，MME下发的寻呼消息没有正常到达基站，需重点排查以下几个方面问题：

1）核查核心网是否配置问题站点所在的TAC，若没有进行配置，寻呼消息将不能正常下发到基站；

2）若核心网配置了所在的TAC，应查看该问题站点的链路是否正常，若链路异常寻呼消息则不能正常下发到基站；链路正常的情况下，爱立信核心网是通过eNodeB ID进行下发，若存在重复的eNodeB ID则可能无法正确的下发到该问题站点，需要进行核查该MME下是否存在相同eNodeB ID。

排查结果发现，规划时站点PFLM-KS-彩恒宾馆基站机房-BBU2的网管数据进行了删除，但站点S1链路还是处于正常状态；后该eNodeB ID又被PFLM-YQ-园区君地新大陆1号楼B1F风机房-BBU进行重新使用，导致出现重复的eNodeB ID 进而导致被叫无法接通。

5.3解决方案

解决方案为将室分小区YQ_U_S园区君地新大陆3号楼11F强弱电间主-A-1的ENodeBID重新规划，并复位重启小区YQ_U_S园区君地新大陆3号楼11F强弱电间主-A-1来对目标区域进行优化。

完成调整后再次复测情况如下:

1、复测投诉点区域指标统计

表5-4 测试指标

2、复测投诉点区域图形化指标

RSRP分布 SINR分布

图5-4 RSRP和SINR图形化指标

2、对室内其它高投诉点进行复测：

表5-5 测试指标

根据现场长时间测试与观察发现在对小区YQ_U_S园区君地新大陆3号楼11F强弱电间主-A-1的ENodeBID参数修改后未出现被叫无响应现象，本次CSFB 失败问题定位问题成功并得以解决。

总结

随着LTE网络技术的成熟与网络建设逐步完成，VoLTE也逐渐出现在公众的视线中，语音通信服务IP化是未来必然的发展趋势。但因为目前仍然在建设当中，在国内还没有做到普遍覆盖，也没有经过大规模的用户体验。因此在初期不可能代替原有2G&3G网络提供语音服务，即使在大规模覆盖后，2G&3G也会因为终端的巨大存量而保持服务。彻底地实现VoLTE将是一个漫长的过程。电路域语音通信服务将在相当长的一段时期内与分组域通信服务共存;基于CSFB语音通信解决方案与双待机终端的语音解决方案在网路建设初期阶段必将发挥重要作用。未来随着LTE与IM S通信网络的全方面的部署基于VoLTE的语音通信服务将是最终的网络发展解决方案。

本文在实际问题解决中基于测试数据的基础上对问题进行定位，最终通过各种排除将问题定位在ENodeBID参数设置冲突造成CSFB语音失败。通过修改其参数从而解决问题区域CSFB失败的问题。

致谢

感谢本人在实习过程实习单位领导及同事对自己工作和生活上的帮助，感谢指导老师在本人完成毕业设计时给予自己的谆谆教诲。

参考文献

1张佰林.LTE网络语音业务解决方案研究.吉林大学，2014

2徐德平，耿鲁静.浅析LTE系统CSFB话音解决方案.电信工程技术与标准

化，2013

3李熙，蔡庆宇.CSFB LTE回落WCDMA性能优化研究.邮电设计技术，2015

4刘兴全.商务中心投诉报告.学位论文，联通内部资料，2016

5李岳梦. LTE CSFB语音方案与性能分析. 电信网技术，2013

6林琳，赫罡，高功应，陈婉珺.CSFB语音解决方案关键技术研究.邮电设计技术，2014

7李臻. LTE网络中CSFB语音解决方案异常问题研究与分析.华南理工大学，2015