CSFB(电路域回落)与VoLTE(4G语音承载)

语音传输两种形式:

电路交换(CS,Circuited Switched)
分组交换(PS,Packet Switched)

CS(电路交换):

是指通话前需在网络中建立一条线路,这是“独占”的资源,直到通话结束才拆除。

PS(分组交换):

是将数据打包传输,这就像快递打包一样,当你的物件被放进快递包后,快递员就不能拆包,必须完好无损的将包裹送到收件者手里,由收件者拆开,无需“独占”资源。

显然,CS 能提供更好的通话质量。更好的保证业务的可靠性。
VoIP 属于 PS 传输。

VoLTE的引入:

传统的2/3G语音采用 CS 传输;到了 4G 时代,4G所有的资源都用来跑数据,也就是说 LTE 只支持PS(分组交换),这时候必须将电话语音也变成数据,于是就引入了VoLTE。

假设使用4G手机打电话,微信、QQ会掉线,因为回落到2、3G网络,18年加入了VoLTE,开通VoLTE的用户打电话走的是4G网,微信、QQ不会掉线。VoLTE是4G网络语音通话的最终解决方案。

CSFB(电路域回落):

LTE支持数据业务,通话都是自动切换到2、3G的
短信不是CSFB流程,短信会在LTE的NAS信令里,所以在LTE only情况下也可以发短信

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,可提供语音业务的TD-LTE终端的两种类型,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,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。

LTE覆盖下的UE处理语音业务:

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

CSFB使用的条件:

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

CSFB过程:

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。

①TD-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。
②MME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。
③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。
④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。
⑤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

CS Fall Back优点:

(1)EPC网络只对电路域业务提供终端连接状态管理、业务寻呼和终端网络切换控制,对EPC网络实体的功能影响较小。
(2)实际业务的建立和传输发生在原有的电路域网络连接状态下,对EPC网络的资源占用较小。
(3)该方案中,对于除短信以外的电路域业务处理流程相对统一,降低了网络实体和终端实现的难度。
(4)该方案提供了基于TD-SCDMA/WCDMA网络和CDMA2000网络演进过程中的电路域共存方案,适用于不同网络基础的运营商向EPC平滑地过渡。
(5)与EPC IMS业务的共存可通过MME能力配置简单的实现,也能够通过该方式实现对EPC全业务的快速过渡。

CS Fall Back缺点:

(1)相关标准并不完善,如呼叫建立过程中的时延要求并未明确标明。
(2)需要对MSC升级。
(3)在语音呼叫阶段不能使用LTE网络。

注意:

1、单待终端开机优选LTE网络驻留,话音等业务通过CSFB技术回落到电路域执行,业务结束后,再返回LTE网络
2、数据业务无需回落,由LTE直接承载
3、短信业务无需回落,通过SGs接口(MME和MSC之间的接口)将短信路由至LTE网络

CSFB流程图:

在这里插入图片描述

CSFB开机联合附着和位置区更新流程

当UE附着和驻留LTE网络时,为了接收被叫和使用短信业务,必须通过SGs接口执行联合附着和联合位置更新,在CS域保存有注册状态及位置信息

联合附着流程图:

在这里插入图片描述
1、UE发起注册请求,类型Combined EPS/IMSI attach,并告知网络UE配置为使用CSFB或者SGs SMS
2、LTE核心网侧执行正常Attach流程
3、MME向MSC发送位置区更新请求消息
4、2G/3G核心网执行正常位置区更新流程
5、VLR向MME返回位置区更新接受消息
6、MME发送Attach Accept给UE,类型为Combined EPS/IMSI attach,且包含信元LAI和VLR TMSI,意味着联合附着成功

联合位置更新流程图:
在这里插入图片描述
1、当UE在LTE网络移动TA改变,或从2/3G返回LTE,或周期性位置更新定时器到时,会发起TAU给MME,类型为combined TA/LA Update Request (with IMSI)
2、LTE核心网侧执行正常TAU流程
3、MME判断LA改变、或联合位置更新类型为combined TA/LA updating with IMSI,发起到MSC的联合位置更新请求,改变在原来MSC记录的LA;当MSC也改变时,位置更新导致用户在新的MSC登记和注册,否者忽略3.4.5.流程
4、2G/3G核心网执行正常位置区更新流程
5、VLR向MME返回位置区更新接收消息
6、MME发送TAU Accept给UE,UE存储TAU Accept消息中下发的LA和MSC分配的TMSI

CSFB主叫信令流程:

主叫信令流程图:
在这里插入图片描述
1、UE向MME发起CSFB MO请求(若终端处于空闲态需先建立RRC连接)
2、MME要求eNodeB对UE进行CSFB回落
3、eNodeB指示UE重定向到2/3G网络
R8重定向:RRC Release消息中的重定向字段包含GSM频点信息
4、UE搜索GSM频点,同步GSM小区
5、UE读取GSM系统消息(注:若R9重定向无此步骤)
6、若UE开机联合位置更新时TA对应LA同回落LA不同,需执行LAU流程(若回落前后LA相同,无需进行位置区更新)
7、UE在2/3G网络发起MO呼叫请求,且UE会向网络上报CSFB MO标签

CSFB被叫信令流程:

呼叫路由至联合位置更新的SGs MSC,通过SGs接口转至LTE网络下发寻呼,UE响应寻呼后,由LTE网络指引,测量搜索合适的2G小区
UE回落2G网络后,被叫流程与传统电路域流程相同

被叫信令流程图:
在这里插入图片描述
1、主叫交换机向被叫归属HLR查询路由
2、呼叫路由到联合位置更新的MSC
3、MSC通过SGs接口在LTE网络寻呼UE
4、UE在LTE网络相应寻呼发起CSFB请求
5、MME要求eNodeB对UE进行CSFB回落
6、eNodeB下发重定向指引UE回落2G网络
7、UE与目标2G小区同步,读取广播,其中可缓读广播消息l3,缩短起呼时延
8、UE相应寻呼(并上报CSFB MT标签),建立被叫通路

VoLTE(LTE网络的语音承载)

是一种全部业务承载于4G网络上的IP数据传输技术,相较于2G、3G时代的数字通信方式,其基于4G高带宽,视频更清楚,语音超清晰,网速提升巨大。

VOLTE全称为Voice over Long-Term Evolution(长期演进语音承载),是一个面向手机和数据终端的高速无线通信标准。它基于IP多媒体子系统(IMS)网络,在LTE上使用为控制层面(Control plane)和语音服务的媒体层面(Media plane)特制的配置文件(由GSM协会在PRD IR.92中定义),这使语音服务(控制和媒体层面)作为数据流在LTE数据承载网络中传输,而不再需维护和依赖传统的电路交换语音网络

VOLTE技术特点:

接通等待时间更短,以及更高质量、更自然的语音视频通话效果。
VoLTE与2G、3G语音通话有着本质的不同。VoLTE是架构在4G网络上全IP条件下的端到端语音方案。VoLTE相较2G、3G语音通话,语音质量能提高40%左右,因为它采用高分辨率编解码技术。
VoLTE为用户带来更低的接入时延(拨号后的等待时间),比3G降50%,大概在2秒左右,而2G时代在6-7秒。
此外,2G、3G下,掉线时有发生,但VoLTE的掉线率接近于零。

对运营商而言,部署VoLTE意味着开启了向移动宽带语音演进之路。从长远来看,这将给运营商带来两方面的价值,一是提升无线频谱利用率、降低网络成本。因为对于语音业务,LTE的频谱利用效率远远优于传统制式,达到GSM的4倍以上。

另一个价值就是提升用户体验,VoLTE的体验明显优于传统CS语音。
首先,高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量;
其次,VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短,测试表明VoLTE比CS呼叫缩短一半以上;
第三,与RCS的无缝集成可以带来丰富的业务。

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