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摘要：在LTE覆盖不完善的情况下，采用LTE与3G数据业务互操作解决方案，可保证用户在4G与3G网络之间的平滑切换。在此对C/L互操作原理进行了研究，探索C/L互操作的实现原理、交互流程以及分类。
关键词：LTECDMA互操作
LTE网络在经过2014年4G网络大规模建设下已初具规模。国内LTE的频谱基本都集中在高频段，对于运营商而言，LTE的部署必将是经历热点覆盖到城区覆盖再到广覆盖，因此在LTE建网的很长一段时间内，由于成本、建设进度等原因，必然难以提供全网的LTE覆盖。由于LTE网络部署的渐进性，那么对于CDMA运营商，CDMA和LTE2张网将长期并存，如何给LTE用户提供LTE与CDMA间语音和数据业务的互操作功能，为用户提供良好的业务体验是十分必要的。本文描述CDMA与LTE语音和数据互操作的各种方案，并在此基础上给出适合CDMA运营商的建议方案。
一、概述
根据目前中国电信LTE网络建设的统一部署，LTE网络是依托现有CDMA网络进行建设，实现快速网络布置。这一举措造成LTE与CDMA网络之间出现频繁的业务交互，并且目前LTE网络不具备支持VOIP业务，只承载数据业务，不承载语音业务，LTE与CDMA网络之间的业务互操作研究工程成为当前LTE网络建设初期热点问题，在今后的网络优化工作中也将是一个不容忽视的优化方向。对于语音业务来说，CDMA1x和LTE双模手机采用的是双模双待，在LTE覆盖区域需要开展语音业务时不涉及互操作进程，手机不会断开LTE连接，直接采用CDMA1X模块进入CDMA1X建链通话。当有短消息业务到来时，终端不需要回落到CDMA网络，而是直接利用E-UTRA网络的MME作为中间转发节点完成终端和MSC消息的转发，实现短消息功能。
二、互操作的分类
终端与LTE网络之间的无线连接称为RRC连接，根据RRC的连接状态，我们可以将终端的状态分为空闲态和激活态两种。终端在空闲态和激活态时，当出现LTE与eHRPD网络之间互操作，它们是根据不同的原理流程来实现的，因此基于终端状态的互操作可以分为空闲态互操作与激活态互操作两种。
三、C/L互操作的步骤
目前中国电信LTE系统中，切换到异系统（eHRPD系统）采用的基于覆盖切换，其原理与异频切换相似。异系统切换包含了测量触发、测量阶段、决策阶段和执行阶段四个步骤。
随着业务种类的多样化，UE同时建立多个PDN连接的需求越来越强烈，LTE支持多PDN业务并发。但HRPD网络的PPP协议是使用IPCP协议作为网络控制协议，这个协议不支持对PDN连接的协商；eH?RPD接入EPC后新增了多PDN连接的功能，eHRPD采用的PPP协议改用了设备商定义的网络控制协议（VSNCP协议）作为网络控制协议，可以支持更多的参数协商及多PDN接入。因此将HRPD升级为eHRPD后，当终端在LTE与CDMA之间移动并使用数据业务时，P-GW作为LTE与eHRPD的统一的数据锚点，可以保证切换前后终端IP地址不变；终端在两网间切换后，将自动为各PDN连接重建承载，保证切换前后的多APN业务并发体验。
期间我在这里说一下我对APN业务业务并发的想法。统一用户数据管理LTE网络中，用户鉴权及签约是通过MME与HSS之间交互来实现的，用户的签约数据存放在HSS中。HRPD网络用户鉴权、签约及认证是通过PDSN与3GPP2AAA之间交互来实现的，用户的签约数据存放在3GPP2AAA中。eHRPD网络用户鉴权及签约则是由HSGW通过3GPPAAA与HSS之间交互来实现的，用户的签约数据存放在HSS中。LTE与CDMA互操作后，LTE与eHPRD2张网的用户签约数据统一存放在HSS中，并且使用同一套签约数据，便于运营商对用户数据的管理，符合未来统一用户数据库的发展趋势。如果不采用互操作的方式，则LTE用户数据存储在HSS中，HRPD用户数据存储在3GPP2AAA中，2套数据分散在不同的数据库设备中，数据不同步，将给运维带来非常大的困难。
LTE与CDMA网络语音互操作方案
语音互操作方案EPC系统是纯分组的网络，不提供电路域的业务。从运营商目前运营的现状来看，电路域业务包括语音业务和短信业务。因此，在LTE网络规划的时候，电路域业务该如何实现，是运营商网络部署时重点关注的问题。对于国内现有CDMA网络运营商而言，现有的核心网电路域网络规模大、业务量大，而且CDMA无线网络经过几年的建设，无论从网络容量还是网络覆盖来看都已经非常完善了。因此，在LTE网络逐步部署的前提下，LTE用户的语音解决方案应考虑尽量利用现有的CDMA1x网络，以保护投资和维持用户体验。
目前全球范围内，CDMA运营商对于EPC的语音解决方案主要有4种，即SVLTE、e1xCSFB、1xCSFBDu?alRx和VoLTE+SRVCC。语音解决方案的4种不同组网方式如下：
a）e1xCSFB要求采用双模单待单通（SingleRadioLTE-3G1XeCSFBwithS102）的终端；终端只支持单个无线模块，优先驻留在LTE网络，通过S102接口信令隧道接收CDMA1x网络的消息，eNB触发UE通过S102接口向MSC发起呼叫，语音回落到1x；针对现网需在CDMA与LTE重叠覆盖区域内的BSC或MSC进行改造部署IWS逻辑功能并新增S102接口；从理论分析来看，如果在LTE网络注册的同时完成1x网络的预注册的话，语音接续时延比1x网络要小；CSFB终端在GUL阵营非常普遍，在CL阵营仅有少量基于高通8960芯片的e1xCSFB终端；从目前产业发展来看还不成熟，所以现网还未有商用案例，仅KDDI计划小规模试用。
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b）SVLTE要求采用双模双待双通（DualTx/RxSi?multaneousVoiceandLTEData）的终端；终端有2个并发无线模块，CDMA网和LTE网2个无线模块相互独立；CDMA1x承载语音，LTE承载数据；1x和LTE可以并发使用；针对现网无任何改造需求；语音业务接续时延与1x网络相当；SVLTE终端基本都采用高通的CD?MA芯片与其他LTE芯片双拼的方式构成或采用高通提供的8960单芯片解决方案构成；从目前产业发展来看已经相当成熟，以Verizon为代表的主流CDMA运营商的商用均使用此方案。
c）VoLTE+SRVCC要求采用双模单待单通（Sin?gleRadioVoiceCallContinuity）的终端；终端只支持单个无线模块，优先驻留在LTE网络，在LTE覆盖不足的情况下，支持VoLTE语音业务切换到1x电路域语音，以保证语音业务的连续性；针对现网需在CDMA与
LTE重叠覆盖区域之外的BSC或MSC进行改造部署IWS逻辑功能并新增S102接口；从理论分析来看，由于LTE永远在线的特点，VoLTE的语音时延将比1x的要小；受芯片规划、核心网部署与网络覆盖广度的制约现仅有少量VoLTE终端；从目前产业发展情况来看不
成熟，尚未有商用案例，但有运营商计划选择此方案。从长远来看，随着LTE和IMS网络的全面部署，VoLTE是LTE承载语音的目标方案，将是LTE运营商的最终选择。
d）1xCSFBDualRx要求采用双模双待单通（DualRxLTECSFBto3G1XCSw/oS102）的终端；与e1xCS?FB相比，终端有2个并发下行控制信道，可以同时接收CDMA网和LTE网2个网络的寻呼，无需新增S102接口；1x承载语音，LTE承载数据，但不支持1x和LTE业务并发使用，1x业务优先，来自1x的寻呼会中断LTE上的数据业务并转到1x上；对现网CDMA1x网络没有改造需求，但LTE网络需支持1xCS业务回落后，LTE数据业务被挂起（包括空口连接释放、S1-U承载释放及non-GBR承载的状态挂起和去激活）以及1xCS业务结束后返回LTE；语音业务接续时延与1x网络基本相当；iPhone5即为双收单发终端，采用的是高通9615芯片，可在SVLTE和CSFB中从事业务；从目前产业发展情况来看比较成熟，已经有商用的案例（MetroPCS选择此方案），但是网络规模较小。
四、数据互操作方案
EPC网络为天然的分组数据网络，提供高速数据业务有先天的优势。对于现有的CDMA运营商来说，现有的HRPD网络已经做到了良好的广覆盖，因此实现LTE与eHRPD间数据业务的互操作功能，为用户提供数据业务的无缝切换是十分必要的。
LTE-FDD与eHRPD网络目前已实现商用的互操作有LTE到eHRPD非优化激活切换、LTE到eHRPD空闲重选和eHRPD到LTE空闲重选这3种。LTE 与 eHRPD 互操作遵循以下两项原则，一是兼顾LTE网络的频谱效率让终端优选驻留LTE网络，二是建议eHRPD的互操作配置进行LTE网络簇群边界站点与为重点。为提升用户体验对于室分热点、VIP的区域，也因此进行互操作的配置。而对于最重要互操作参数设置，LTE 与 eHRPD 互操作需配置的内容主要包括以下两方面，一是eHRPD的频段（HRPD Frequency Band）、频点（HRPD Frequency）、PN偏置（PN offset）以及LTE到eHRPD激活切换和空闲重选的参数为LTE侧需配置eHRPD的主要参数；二是LTE频点（EARFCN）、带宽（MeasurementBandwidth）以及eHRPD到LTE空闲重选的参数为eHRPD侧需配置LTE的主要参数。
终端选网方案
为了实现LTE与CDMA的互操作，网络建设初期引入的必然是LTE与CDMA双模终端，终端如何选择网络将影响用户的业务体验。下文对2种选网方案进行分析比较。
a）标准的空闲态选网。当终端驻留在eHRPD网络时，终端接收eHRPD网络的广播消息（如OtherRAT?Neighborlist消息），该消息包含LTE频点和LTE重选门限等参数，LTE/eHRPD终端收到OtherRATNeighborlist消息后按照该消息指定的频点搜索LTE信号，当LTE信号高于重选门限值后即重选到LTE网络；当终端驻留在LTE网络时，终端通过接收LTE网络的SIB8广播消息，该消息同样包含eHRPD的频点和eHRPD重选门限，LTE/eHRPD终端收到该广播消息，且当终端检测到LTE的信号低于LTE网络广播消息中指定的门限时，终端将根据广播的eHRPD频点搜索eHRPD信号，当eHRPD信号高于重选门限值后即重选到eHRPD网络。
b）非标准的空闲态选网。将LTE与eHRPD的优先级直接写在UICC卡中，当默认优先级配置为eH?RPD优先级高时，即假设卡里写入eHRPD优先级高于LTE，那么空闲态时，终端会优选驻留eHRPD网络；当默认优先级配置为LTE优先级高时，即假设卡里写入LTE优先级高于eHRPD，那么空闲态时，终端会优先驻留LTE网络。
综上所述，非标准空闲态选网方案下终端会周期性地搜LTE信号，即使在纯eHRPD区域也会盲目地搜LTE信号；标准的空闲态选网方案下终端收听CDMABTS基站下发的OtherRATNeighborlist消息，然后按照该消息对指定的LTE频点进行搜索，因此标准空闲态方案终端更节电。非标准空闲态选网方案下当LTE优先级高时，终端只要搜到LTE信号，就会重选到LTE网络上，但假若此时终端LTE信号很差（如在LTE小区边缘），使用LTE网络不仅需要占用更多的空口资源，用户体验也差；当eHRPD优先级高时，终端将一直在eH?RPD网络附着，达不到引入LTE网络的目的；标准的空闲态选网方案下，网络会考虑信号强度、网络优先级等因素，让终端选择最合理的网络附着并发起业务，因此标准空闲态方案用户体验更好。
结束语
LTE网络的时代即将到来，但是网络的建设不是一蹴而就的。在当下，移动通信业务高度竞争，用户体验是决定运营商网络建设的关键环节。因此在EPC核心网建设过程中，必须关注LTE和CDMA的互操作，并且在合适的阶段选择适合运营商网络的相应方案。
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论文作者:杨庆勇
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/2
标签：终端论文; 网络论文; 操作论文; 业务论文; 语音论文; 用户论文; 方案论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;