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系统TE与2G/3G系统互操作研究
摘要：为确保现有移动⽤户良好的业务体验感知，LTE对不同系统间的互操作做了较为完备的规定，但带来了现⽹设备复杂的升级和⾼昂的投⼊。本⽂通过对其他运营商和技术制式实现⽅法的介绍，提出了LTE建设初期与2G/3G系统间互操作的要求。 前⾔
移动宽带技术的发展，丰富了移动⽹承载的数据业务类型，促进了移动数据业务的增长；移动数据的快速增长，对移动接⼊⼜提出了新的带宽要求。近⼏年，两者间相互影响，相互促进，移动⽹呈现数据业务爆发、新技术制式层出的局⾯。⽬前在⽹运⾏的是2G和3G ⽹络，承载的⽤户数已达9.2亿。为了进⼀步提⾼移动⽹接⼊速率，同时缓解频谱资源有限的问题，国际标准组织加快了LTE技术标准的制定，缩短了从标准到商⽤的时间。LTE商⽤试验⽹在全球范围内已经⼴泛展开。
为确保现有移动⽤户良好的业务体验感知，LTE标准在制定过程中，对与现有系统间的互操作特性进⾏了⼤量研究，并作出了规定。
1 多系统间应具有良好的互操作特性
为确保业务使⽤在多系统间的连续性，LTE规范对不同系统间的互操作作了较为完备的规定，主要内容可分为⼩区选择和重选、数据切换、语⾳切换和⽆线连接重定向等⼏个⽅⾯。
1.1 ⼩区选择和重选
与2G/3G间互操作⼀样，LTE⽀持多模终端在LTE与2G/3G⽹络间的⼩区重选，具体包括： a)空闲状态的终端在LTE和UMTS/GSM间的⼩区重选。
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b)CELL-PCH和CELL-FACH状态的终端从UMTS到LTE的⼩区重选。
c)GPRS-Packet-IDLE和Transfer模式的终端从GPRS到E-UTRAN的⼩区重选。
d)RRC连接状态的终端从LTE到GSM的⼩区重选或⽹络辅助(NACC)⼩区重选。
1.2 ⽆线连接重定向
LTE与GSM/UMTS间可以进⾏⽆线连接重定向，具体包括：
a)RNC在RRC reject和RRC release消息中指⽰E-UTRAN的频点，终端对该频点⼩区开始重选过程。
b)E-UTRAN在RRC release消息中指⽰UTRAN的频点，终端对该频点⼩区开始重选过程。
c)BSC在RR release消息中指⽰E-UTRAN的频点，终端对该频点⼩区开始重选过程。
d)E-UTRAN在RRC release消息中指⽰GSM的频点，终端对该频点⼩区开始重选过程。
1.3 数据业务切换
在建⽴数据业务连接时，LTE⽀持与UMTS/GSM系统间的双向切换，具体包括：
a)在LTE仅建⽴数据业务连接，处于Active状态的终端从E-UTRAN切换到UTRAN/GPRS。
b)在UMTS仅建⽴数据业务连接，处于Cell-DCH状态的终端从UTRAN切换到E-UTRAN。
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c)在GRPS建⽴数据业务连接，处于GPRS-Packet-Transfer状态的终端从GPRS切换到E-UTRAN。
1.4 语⾳业务切换
对于语⾳业务的切换，LTE分成2个阶段来实现，当LTE⽹络不能提供语⾳业务时，通过电路域语⾳回退(CSFB)功能来实现；当LTE⽹络能够提供分组域语⾳业务时，通过单射频语⾳连续控制(SR-VCC)功能来实现，具体包括：
a)当LTE⽹络不能提供语⾳业务时，具有CSFB能⼒的终端，可以实现：从LTE-IDLE 状态，重定向到
UTRAN/GSM建⽴语⾳业务；从LTE-Active状态(即建⽴有数据业务连接)，发起PS Handover流程使得终端在UTRAN/GSM接⼊，发起语⾳业务建⽴流程。
b)当LTE⽹络能够提供IMS语⾳业务时，LTE侧的语⾳业务可以通过SR-VCC功能切换到UMTS/GSM⽹络。
2 LTE互操作的重点仍是语⾳业务
LTE标准在制定之初的主要⽬的是提⾼⽆线移动宽带接⼊速率，技术上仅⽀持分组数据业务，但考虑到⽬前移动⽹上的⾦牌业务是语⾳，因此LTE也制定了⼤量关于承载语⾳业务的互操作规范。根据实现时间与⽅式的不同，主要可分为3个⽅案：CSFB、SR-VCC和VoLGA(LTE ⽹络通过通⽤接⼊承载语⾳)。
保安单元2.1 CSFB
LTE和GSM/WCDMA双模终端是Single-radio模式，在使⽤LTE接⼊时，⽆法同时收/发GSM/WCDMA电路域业务信号。为了使终端在LTE接⼊下能够收/发语⾳等CS业务，并且能够正确地处理正在进⾏的LTE PS业务，产⽣了CSFB技术。当运营商还没有部署IMS⽹络，仅由CS域提供语⾳、SMS等服务，LTE提供数据服务时，CSFB技术可以触发终端从LTE接⼊回退到GSM/WCDMA⽹络接⼊并进⾏CS业
务。实现CSFB功能需要在MME与MSC服务器之间引⼊SGs接⼝。终端附着在LTE，同时通过SGs附着在CS域，使得其他⽤户可以呼叫该UE。
这样终端就可以优先驻留在LTE⽹络以享受⾼速数据业务，在需要语⾳服务时才返回2G/3G ⽹络发起CS语⾳呼叫。
⽬前标准规范中CSFB的⽹络架构、设备功能、主要流程等内容已经冻结；后续为了减⼩在回退过程中的时延问题，3GPP⼜提出了增强CSFB功能，主要的⽅案有嵌⼊式LAU、安全增强、基于SR-VCC的CSFB和隐⼠位置更新等。
2.2 SR-VCC
SR-VCC主要解决单射频终端在IMS控制的VoIP语⾳与CS语⾳之间的⽆缝切换。已经搭建IMS⽹络实现VoIP业务是SR-VCC 技术的前提，同时SR-VCC技术要求MSC服务器⽀持Sv接⼝。为了便于切换，VoIP需要锚定在IMS中。⽬前SR-VCC仅⽀持E-UTRAN到UTRAN/GERAN 的单向切换。MME⾸先从E-UTRAN接收切换请求和⽤于说明此为SR-VCC处理的指⽰消息，然后再通过Sv参考点触发它与MSC服务器enhanced for SR-VCC之间的切换流程。
⽬前标准规范中SR-VCC的应⽤场景、功能架构和主要流程等内容已经基本确定，后续为了减⼩在切
换过程中IMS侧时延过长的问题，3GPP⼜提出了：在SIP层⾯和在EPC⽹关层⾯的锚定⽅案等增强型SR-VCC规范。
2.3 VoLGA
VoLGA的主要思想是将LTE作为⼀个IP接⼊⽹，通过新增加的⼀个⽹络实体VANC(VoLGA 接⼊⽹络控制器)模拟RNC或BSC，接⼊CS核⼼⽹完成语⾳业务的处理。VANC⽀持2种⼯作模式：A mode和Iu mode，分别针对GERAN和UTRAN⽹络。
与前两者不同的是，VoLGA由⼯业联盟制定规范，初衷是想在LTE部署初期，将它作为⼀个IP接⼊⽹，CS域业务仍利⽤原有的2G/3G⽹络，因此该⽅案未解决最终在LTE系统中提供语⾳的问题，没有得到主流运营商和设备制造商的⼴泛⽀持。
3 完备的互操作⽅案带来复杂的现⽹设备升级
⽤户在多系统间业务的连续性体验，需要在⽹络层⾯制定完备的互操作规范。对于新设备可以在研发时就将这些因素考虑进去(仅增加研发成本)；对于现有设备，则需要考虑如何进⾏升级改造来满⾜新的技术要求。
正如引⼊3G⽹络对2G设备的升级改造⼀样，LTE的互操作对现有设备也提出了⼤量的改造任务。
3.1 SGSN
LTE⽹络仅⽀持PS域业务，因此SGSN是LTE引⼊后与2G/3G⽹络互操作的核⼼⽹元之⼀。SGSN的升级要求较多，它需要增加⽀持的接⼝、流程、协议、字段等多⽅⾯内容。
a)⽀持S3、S4、S6d等接⼝及相关功能。
b)为实现CSFB功能需⽀持Suspend和Resume流程。
c)⽀持2G⽹络与LTE⽹络间的RIM流程，包括Gb接⼝及Gn接⼝的信令流程。
d)⽀持IPv6单栈，IPv4、IPv6双栈PDP类型。
e)⽀持EPC DNS地址解析、SRV查寻，根据DNS反馈的权重信息选择P-GW(GGSN)等。
3.2 HLR
为保证LTE覆盖范围内2个相邻MSC边界地区被叫呼叫成功率，被叫⽤户归属HLR需⽀持Roaming Retry流程。同时还需要升级⽀持HLR/HSS融合。
3.3 MSC
若现⽹MSC升级⽀持CSFB，则LTE覆盖范围内的所有MSC需⽀持以下功能。
a) 基于SGs接⼝的移动性管理，包括：IMSI位置更新请求，在VLR建⽴IMSI和SGs 接⼝的映射关系；IMSI去附着，在VLR删除IMSI和SGs接⼝的映射关系。
b) 语⾳业务流程，包括SGs接⼝的寻呼。
同时GMSC也需进⾏升级，⽀持Sv接⼝，并通过Sv接⼝交互处理SR-VCC切换流程。
3.4 2G/3G RAN设备
RAN设备是组成移动⽹的基础单元，完成⽤户空⼝的信息交互过程。对于互操作内容的空闲态⼩区双向重选、数据连接态LTE向2G/3G⼩区重选或切换⼤都可以通过软件升级⽅式来完成；但对语⾳业务的回落功能，现有的RAN设备可以软件升级⽀持R8版本，对于增强型CSFB，则⼤都不⽀持，需要更换⼤量的软硬件设备。
这些功能的实现，虽然可以通过软件升级来完成，但是⼤多数对接⼝、协议的⽀持，需要更换硬件，甚⾄平台，才能达到要求。因此完备的互操作要求带来的必然是现⽹设备的⼤规模调整。
设备共享情况：
4 他⼭之⽯，可以攻⽟
互操作不是个案问题，不同电信运营商、不同技术制式都⾯临这个选择，因此关注和了解他们的做法，对中国运营商，对E-UTRAN、UTRAN和GERAN技术都有很好的参考与借鉴作⽤。
4.1 国外运营商的选择，可供中国运营商参考
截⾄2011年1⽉，全球范围内已有17个正式商⽤的LTE⽹络，分布于15个国家和地区。由于LTE⽹络刚开始建设，其覆盖程度、⽤户数量都还处在极其初级的阶段；同时市场上的LTE终端⼤部分都是数据卡或路由器，在这种情况下，为互操作升级现有⽹元设备的风险和带来的效益远不能成正⽐。因此，运营商⼤都选择独⽴的LTE组⽹⽅式，采取完全双卡双待的模式。
后续，随着LTE⽹络⽤户数量的增加、⽤户业务需求和管理复杂度的上升、核⼼⽹设备的融合以及终端设备的成熟，国外LTE 运营商将基于3GPP定义的标准功能，循序渐进地引⼊互操作内容。⾸先，实现空闲状态下系统间的双向⼩区重选；同时，针对已发起的数据呼叫，开启LTE到UTRAN/GERAN的PS切换。LTE建⽹初期主要以数据卡业务为主，因此上述功能基本上能实现以2G/3G覆盖弥补LTE覆盖不⾜的⽬的。
随着LTE终端类型的多样化，当其发起或接收语⾳呼叫时，可以通过CSFB，回落到2G/3G ⽹络CS域完成此呼叫。未来出于市场竞争的需要，运营商也将有可能会开通基于LTE的VoIMS，要求LTE与2G/3G系统⽀持SR-VCC。终端在离开LTE覆盖区时，可以平滑切换到2G/3G ⽹络。随着业务量的增长，也有可能会在多系统间开启基于业务量均衡的互操作功能。
4.2 其他技术制式的实现⽅式，可供E-UTRAN借鉴
作为主要3G技术之⼀的cdma2000，也制定了⼤量关于1x与EV-DO系统间互操作内容的规范。cdma 2000互操作⽅案主要有4种：混合终端、双接收机、交叉寻呼和VCC。其中混合终端和双接收机⽅案由于采⽤周期时隙监听，因此在⾮监听时隙容易丢失寻呼信息，且终端耗电较⼤。
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⽬前，1x与EV-DO间互操作⼤都采⽤交叉寻呼⽅案，通过接⼊⽹实现单⽹驻留两⽹登记、单⽹驻留接收两⽹寻呼。EV-DO系统在空⼝应⽤层设置cdma 2000 CS域消息通知应⽤协议，使得终端在监听EV-DO的同时，可以收到由EV-DO系统下发的cdma 2000 1x寻呼或短消息等，不需要在两⽹之间进⾏频繁切换，从⽽降低了⽹络切换所需要的开销，延长了终端的待机时间，有利于实现对1x语⾳呼叫的快速响应。交叉寻呼要求在DO AN和1x MSC
间设置A1/A1P接⼝，因此只需对1x MSC进⾏改造，对移动⽹的其他⽹元则不需要改造。
1x与EV-DO间互操作的⽬标也是实现VCC，这需要在IMS增加VCC AS功能实体，管理终端在CS/PS域的注册与路由，协助完成VT/VoIP⾄CS语⾳的切换功能。
5 结束语
移动市场的竞争，使得今天的电信运营商更加关注⽤户感知，这项指标成了建⽹和技术演进的主要依据。因此⽹络覆盖越来越趋于完善，⽆线接⼊速率越来越宽；新技术不断涌现，技术更新换代周期越来越短。多种技术的叠加要求相互间要有良好的互操作性，以确保业务的连续。多种互操作⽅案对现⽹设备的更新改造难易程度差别巨⼤，因此纯理想的⽅案，不⼀定能够得到好的升级效果。
LTE⽹络的建设，不会⼀蹴⽽就，其所能采⽤的频段和承载业务的特点，都决定了LTE 的建设以吸收热点地区的数据业务为主要⽬的，因此LTE与2G/3G的互操作⾸要解决的是数据业务的双向切换；对于语⾳业务，从未来较长⼀段时间来看，都不会是LTE⽹络的重点，因此可以考虑借鉴cdma2000的经验，采⽤交叉寻呼的⽅式，将语⾳业务回落到2G/3G⽹络实现。这⼀⽅⾯解决了⽤户的互操作需求，另⼀⽅⾯避免了⼤量⽹元的改造，提⾼了运营商的投资效益。
附：切换与重定向的区别
切换⾛的是切换流程，包含切换判决：基于覆盖、容量或业务等，然后进⾏切换准备：源⼩区和⽬标⼩区之间会进⾏资源申请，数据转发等，切换准备完成后，下发切换命令，UE执⾏切换。
重定向则没有切换准备的过程，通过RRC release消息携带⽬标⼩区信息，UE根据⽬标⼩区信息重新发起接⼊。
重定向通常是为不⽀持切换的UE准备的⼀种过渡⼿段。
LTE中的重定向有两种基于测量和基于⾮测量（盲重定向）
测量哪些⼩区：测量的临区列表，LTE在rrcConnectionReconfiguration消息,“measConfig"字段配置给终端
磷酸氧钛钾测量门限：同频⼩区⼀直测量，异频⼩区和异系统⼩区根据A2测量事件，也就是当前⼩区
门限值低于某个值进⾏后进⾏测量，A2的门限由⽹络侧设置
切换判决：同系统的判决条件由A3/A4/A5事件判决，异系统判决由B1/B2事件判决，⾄于事件门限同样由系统判定。
基于⾮测量的重定向：由于不需要测量，切换到哪个⼩区上由⽹络决定，协议中规定重定向到优先级最⾼的⼩区上。
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