【正文】 IupsS1MMEEGb IucsAS3GsSGs圖 LTE 網(wǎng)絡(luò)與 2G/3G 網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)圖LTE 網(wǎng)絡(luò)與 2G/3G 網(wǎng)絡(luò)連接如圖 所示，圖 給出了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的一些主要節(jié)點(diǎn)和接口，包含移動(dòng)用戶 UE、各種無線接入技術(shù) RAT 的空中接口、主要的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體，以及功能實(shí)體間的連接接口（S3 、SGs ） [4]。CSFB 要求 UE 能夠同時(shí)接入 EUTRAN 和GERAN/UTRAN 的 CS 電路域，支持 EPS/IMSI 的聯(lián)合附著，更新，去附著；支持 CS 域的語音和短消息業(yè)務(wù)。（3）MSC：移動(dòng)交換中心，通過 MME 支持維持 EPS/IMSI 之間的 SGs 連接；支持 SMS 過程。 EUTRAN 是 TDLTE 采用的接入網(wǎng)架構(gòu)，它對(duì)傳統(tǒng) 3G 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，采用簡(jiǎn)單的、扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，接入網(wǎng)僅包含基站（eNodeB ） ，不再有 RNC。支持 CS域的尋呼請(qǐng)求；定向 UE 到目標(biāo) CS 域的小區(qū)并考慮從 MME 得到的已登記的PLMN ID 和可能的 LAC；支持在位置區(qū)邊界的合適的小區(qū)重選以降低跟蹤區(qū)更新量；允許選擇目標(biāo)回落 RAT 和頻率。它既能真正實(shí)現(xiàn)快至 384kbit/s 的速率，又能完全兼容現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，充分保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的投資。UTRAN 是一種全新的接入網(wǎng)，是UMTS 最重要的一種接入方式?？商峁┰捯?、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體業(yè)務(wù)，終端多種多樣，實(shí)現(xiàn)全球無縫連接 [5]。SGSN 作為 GPRS/TDSCDMA/WCDMA核心網(wǎng)分組域設(shè)備重要組成部分，主要完成分組域數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)、移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、邏輯鏈路管理、鑒權(quán)和加密、話單產(chǎn)生和輸出等功能。用戶 IP 數(shù)據(jù)包通過 SGW 轉(zhuǎn)發(fā)，提供 EUTRAN與 EPC 之間的路由；當(dāng)用戶在 eNodeB 之間移動(dòng)，充當(dāng)本地移動(dòng)性管理實(shí)體；對(duì)5 / 40下行用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，等待 MME 發(fā)起尋呼，建立無線承載。存儲(chǔ)用戶的開戶信息；QoS 配置和漫游接入限制；存儲(chǔ)用戶可連接的 PDN 的信息；集成鑒權(quán)功能。用戶面的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 用戶面協(xié)議?？刂泼鎱f(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖 所示。 UE eNBPDCPRLCMACPHYPDCPRLCMACPHY6 / 40圖 控制面協(xié)議棧 LTE 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)1. OFDM 技術(shù)OFDM 技術(shù)的主要思想就是在頻譜內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制。圖 OFDM 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)UENASRRCPDCPRLCMACPHYRRCPDCPRLCMACPHYNASMMEeNB串并變換子載波映射子載波均衡并串變換IFFT 并串變換 插入 CP 數(shù)模轉(zhuǎn)換FFT 串并變換 去掉 CP 模數(shù)轉(zhuǎn)換信道輸入輸出7 / 40從圖 可以看出，OFDM 系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)符號(hào)調(diào)制在傳輸速率相對(duì)較低的、相互之間具有正交性的多個(gè)并行子載波上進(jìn)行傳輸。此外，由于該技術(shù)允許子載波頻譜重疊，接收端利用各子載波間的正交性恢復(fù)出發(fā)送的數(shù)據(jù)，因此，OFDM 系統(tǒng)具有更高的頻譜利用率 [7]。OFDM 信號(hào)頻譜如圖 所示。 圖 OFDM 信號(hào)頻譜圖OFDM 的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）抗多徑衰落的能力強(qiáng)；（3） 頻譜效率高；（3）OFDM 將信道劃分為若干個(gè)子信道，而每個(gè)子信道內(nèi)部可以認(rèn)為是平8 / 40坦衰落的；（4）可采用基于 IFFT/FFT 的 OFDM 快速實(shí)現(xiàn)方法；（5）在頻率選擇性信道中，OFDM 接收機(jī)的復(fù)雜度比帶均衡器的單載波系統(tǒng)低。它能充分利用空間資源，通過多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量，被視為下一代移動(dòng)通信的核心技術(shù)。每份信號(hào)都是一個(gè)空間流。MIMO 允許多個(gè)天線同時(shí)發(fā)送和接收多個(gè)空間流，并能夠區(qū)分發(fā)往或來自不同空間方位的信號(hào)。 圖 各天線技術(shù)原理圖SISOSIMOMISOMIMO9 / 40MIMO 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，在發(fā)射和接收端均有多根天線。在接收端，利用不少于發(fā)送天線數(shù)目的天線組進(jìn)行接收，并利用估計(jì)出的信道傳輸特性與發(fā)送子碼流間一定的編碼關(guān)系對(duì)多路接收信號(hào)進(jìn)行空域與時(shí)間域上的處理，從而分離出幾路發(fā)送子碼流，再轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出。在發(fā)射端，高速率的數(shù)據(jù)流被分割為多個(gè)較低速率的子數(shù)據(jù)流，不同的子數(shù)據(jù)流在不同的發(fā)射天線上在相同頻段上發(fā)射出去?？臻g復(fù)用技術(shù)在高信噪比條件下能夠極大提高信道容量，并且能夠在“開環(huán)” ，即發(fā)射端無法獲得信道信息的條件下使用。（3）波束賦型：借由多根天線產(chǎn)生一個(gè)具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸?shù)姆较颍黾有盘?hào)品質(zhì)，并減少與其他用戶間的干擾。運(yùn)營(yíng)商的語音收入將逐年減少，但是對(duì)用戶而言，語音業(yè)務(wù)仍將是“必須”的基本通信需求，并且根據(jù)預(yù)測(cè)到 2022 年，語音收入仍將占運(yùn)營(yíng)商整體收入的 65%左右。如何通過 LTE 提供語音業(yè)務(wù)以及實(shí)現(xiàn) LTE 和 2/3G 網(wǎng)絡(luò)的互操作已經(jīng)成為眼下全球運(yùn)營(yíng)商共同關(guān)注的熱門話題。 基于雙待機(jī)終端方案 單卡多模雙待方案技術(shù)架構(gòu)TDLTE/TDSCDMA/GSM（GPRS）多模雙待手持終端根據(jù)業(yè)務(wù)類型自動(dòng)選擇不同的通信模塊：語音業(yè)務(wù)選擇注冊(cè)/建立在 GSM（GPRS）/TDSCDMA 雙模單待模塊，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先選擇注冊(cè)/建立在 TDLTE 模塊，若多模雙待手持終端離開 TDLTE 覆蓋區(qū)，或 TDLTE 模式無法提供正常數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持，則選擇在GSM（ GPRS）/TDSCDMA 雙模單待模塊注冊(cè)/建立 /重建數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) [9]。圖 TDLTE/TDSCDMA/GSM（GPRS）單卡多模雙待技術(shù)架構(gòu)TDSCDMA/GSM(GPRS)SIMTDLTEEUTRAN接入網(wǎng)EPC核心網(wǎng)Inter傳統(tǒng) 2/3G接入網(wǎng)傳統(tǒng) CS 域核心網(wǎng)PSIN/PLMN接入網(wǎng)PSCS11 / 40圖 的 SIM 卡與普通單模終端相同，雙待的兩個(gè)模式依據(jù)各自的流程操作同一 SIM 卡的相應(yīng)參數(shù)區(qū)。當(dāng)一個(gè)模式操作某參數(shù)區(qū)時(shí)，若該參數(shù)區(qū)為兩個(gè)模式共享參數(shù)區(qū)，終端能夠控制一個(gè)模式的操作不影響另一模式下的數(shù)據(jù)。（1）TDSCDMA/GSM（ GPRS）模式的開機(jī)選網(wǎng)和注冊(cè)流程與現(xiàn)在的 TDSCDMA/GSM（GPRS）雙模單待終端一致，終端優(yōu)先選擇 TDSCDMA 網(wǎng)絡(luò)，若TDSCDMA 無法提供服務(wù)，按普通雙模單待終端流程選擇 GSM 網(wǎng)絡(luò)，正常駐留后，發(fā)起 CS 域注冊(cè)流程，完成后進(jìn)入 TDSCDMA/GSM（GPRS）待機(jī)狀態(tài)。圖 TDLTE/TDSCDMA/GSM（GPRS）單卡多模雙待開機(jī)流程多模雙待終端 TDLTE 網(wǎng)絡(luò) TDSCDMA/GSM(GPRS)網(wǎng)絡(luò)開機(jī)雙待機(jī)初搜：小區(qū)同步，接收廣播，駐留初搜：小區(qū)同步，接收廣播，駐留PS 域注冊(cè)請(qǐng)求CS 域注冊(cè)請(qǐng)求PS 域注冊(cè)接受PS 域注冊(cè)完成CS 域注冊(cè)接受CS 域注冊(cè)完成12 / 40（2）TDLTE 模式的開機(jī)選網(wǎng)流程與單模 TDLTE 終端搜網(wǎng)機(jī)制一致，選擇合適的 TDLTE 小區(qū)正常駐留后，發(fā)起 PS 域注冊(cè)流程，完成后進(jìn)入 TDLTE 待機(jī)狀態(tài)。 多模雙待終端業(yè)務(wù)過程TDLTE 正常待機(jī)狀態(tài)下，終端優(yōu)先選擇在 TDLTE 模式上發(fā)起 PS 域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時(shí)，終端控制關(guān)閉TDLTE 模式或進(jìn)入慢搜索狀態(tài)。圖 TDLTE/TDSCDMA/GSM（GPRS）單卡多模雙待終端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程多模雙待終端 TDLTE 網(wǎng)絡(luò) TDSCDMA/GSM(GPRS)網(wǎng)絡(luò)雙待機(jī)PS 域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立和保持 CS 域待機(jī)PS 域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中斷PS 域注冊(cè)成功PS 域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重建和恢復(fù)小區(qū)搜索駐留成功PS 域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中斷PS 域注冊(cè)成功PS 域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重建和恢復(fù) CS 域待機(jī)13 / 40從圖 可以看出，TDSCDMA/GSM （GPRS ）單待機(jī)狀態(tài)（TDLTE 丟失覆蓋或無法提供正常 PS 服務(wù)） ，終端選擇在 TDSCDMA/GSM（GPRS ）雙模單待模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。因多模雙待方案針對(duì)的 TDLTE 網(wǎng)絡(luò)目前不支持語音業(yè)務(wù)，所有 CS 域業(yè)務(wù)只能在 TDSCDMA/GSM（GPRS ）雙模單待模式上進(jìn)行，業(yè)務(wù)流程及行為同普通雙模單待終端。只有在 EUTRAN 與 UTRAN/GERAN 的重疊區(qū)域，并且 UE 也具有 CSFB 功能的時(shí)候，CSFB 技術(shù)才能使用。對(duì)短消息業(yè)務(wù)，UE 不需要回退到 CS 網(wǎng)絡(luò)，在 LTE 下即可收發(fā)短消息。具備 CSFB 能力的 UE 能接入 EUTRAN/EPC，也能接入GERAN/UTRAN 的 CS 域。 MME 能夠根據(jù)終端當(dāng)前駐扎的 TAI 導(dǎo)出 LAC，或者配置一個(gè)默認(rèn)的 LAI，然后根據(jù) LAT 導(dǎo)出 VLR 號(hào)碼。當(dāng) MSC 通知要尋呼終端的時(shí)候，在 EUTRAN 里觸發(fā)尋呼，并且支持短消息流程 [10]。EUTRAN 能夠發(fā)送 CS 尋呼消息給終端，并引導(dǎo)終端到 CS 域。在此過程中，eNodeB 可以通過 PSHO 和重定向方式將 UE 轉(zhuǎn)移到目標(biāo)小區(qū)。如果用戶是空閑狀態(tài)，先要變成 EMMCONNECTED 激活狀態(tài)，才能發(fā)起呼叫。圖 CSFB 的 MO 呼叫流程圖 中，UE 通過 Extended Service Request 消息（NAS 消息）通知 MME發(fā)起 CS 域業(yè)務(wù)。若 MME 支持SGSNMSCMMERNCeNodeBUE measurement reportS1 UE context release bined RAU/LAU or RAU and LAU call establishment procedure Service Request(containing a CS Fallback Indicator Message withCS Fallback IndicatorS1AP Reponse Message Connection Releasewith UTRAN fequency15 / 40LAI 特性，則同時(shí)下發(fā) LAI 給 eNodeB。eNodeB 在 RRC Connection Release 消息中攜帶一個(gè)目標(biāo) UTRAN 的頻點(diǎn)，指示 UE 進(jìn)行重定向，并發(fā)起 S1 UE 上下文釋放過程。UE 在 UTRAN 小區(qū)發(fā)起 CS 域業(yè)務(wù)建立過程。 MSC 收到對(duì)該 UE 的呼叫時(shí)，通過 MSCMMEeNodeBUE 的路徑傳遞尋呼消息。UE 收到消息后，向 MME 回 Extended Service Request 消息觸發(fā)和執(zhí)行 CSFB，eNodeB 根據(jù)MME 的指示幫助 UE 完成小區(qū)重選并指示 UE 通過 UTRAN/GERAN 接入到 CS域，UE 在 CS 與響應(yīng) MSC 的尋呼建立呼叫。（1） 用戶感知對(duì)比分析對(duì)于 CSFB 技術(shù)來說，影響用戶感知的主要是兩個(gè)方面：呼叫接續(xù)時(shí)長(zhǎng)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)終端時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)高通的 CSFB 技術(shù)白皮書提供的數(shù)據(jù)，在現(xiàn)網(wǎng) 3G 下，各種 CSFB 方式接續(xù)時(shí)長(zhǎng)的測(cè)試數(shù)據(jù)如表 所示。在重定向方式中，R9 重定向方式性能最優(yōu)，R8 優(yōu)化重定向方式其次，R8 重定向方式最差。在切換過程中，UE 測(cè)量信息結(jié)果是在 UE 嘗試接入網(wǎng)絡(luò)之前 秒進(jìn)行的，如果網(wǎng)絡(luò)情況發(fā)生變化，很可能會(huì)導(dǎo)致切換失敗，特別是在 UE 高速移動(dòng)的時(shí)候尤為明顯。因?yàn)榛谥囟ㄏ蚍绞较?，UE 在嘗試接入指定小區(qū)之前才進(jìn)行測(cè)量，基于重定向的 CSFB 能夠提供比基于切換的 CSFB 更高的呼叫建立的可靠性。根據(jù)高通搜集的數(shù)據(jù)，重定向方式的呼叫建立成功率高于 99%，而由于 PSHO 方式的使用時(shí)間問題，暫時(shí)還沒有PSHO 方式的呼叫建立成功率數(shù)據(jù)。17 / 40表 改造范圍及產(chǎn)業(yè)支持情況回落方式 復(fù)雜度 涉及改造網(wǎng)元 產(chǎn)業(yè)支持R8 重定向 最簡(jiǎn)單目前廣泛部署的主流方案，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性能尚可R9 重定向 網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要支持 RIM流程需現(xiàn)網(wǎng) LTE 同覆蓋區(qū)及邊界 RNC/SGSN改造支持 RIM 流程多數(shù)運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃部署的優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)代價(jià)較大，性能好R8 優(yōu)化重定向 需要網(wǎng)絡(luò)和終端支持deferred SIB11/12不采用 DMCR 時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)無改造，需終端支持，采用 DMCR需要 RNC 支持高通及海思芯片已支持，部分廠商網(wǎng)絡(luò)不支持 DMCRPSHO流程復(fù)雜，現(xiàn)網(wǎng) LTE同覆蓋區(qū)及邊界BSC/SGSN 均需改造，改造難度大需要終端 RNC 和