LTE和CDMA2000互操作方案分析

LTE和CDMA2000互操作方案分析
2013-02-21 作者：黄溆安，李强华（中兴通讯）
LTE作为新一代移动通信技术，能够提供更高的用户速率和更低的时延，提供更丰富的业务。

但LTE
网络的建设必然存在一个较长的过程，在这个过程中，会存在LTE覆盖小于2G/3G网络的场景，当用户从有LTE覆盖的区域，移动到没有LTE覆盖但有2G/3G网络覆盖的区域，会出现业务掉线/掉话的问题。

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，把与现有系统间的互操作作为一个非常重要的特性来研究，并制定相应的方案。

但标准中只定义一些框架和接口，而且LTE和CDMA2000分属于不同的标准体系，也不能预见产业的发展情况，因此标准并未能涵盖所有的互操作方案。

LTE和CDMA2000互操作可以从两方面来分析:分组数据业务的互操作和电路业务（主要是语音）的互操作。

LTE和CDMA2000的数据业务互操作
LTE和CDMA2000的数据业务互操作主要是考虑LTE和HRPD之间的分组数据切换，由于中国HRPD网络覆盖已经比较完善，因此不考虑LTE和1x之间的分组数据业务的互操作。

HRPD属于3GPP2标准体系，标准制定早于属于3GPP的LTE，因此要支持LTE和HRPD之间的分组数据切换，需要将HRPD网络升级为eHRPD网络，主要考虑如下两种场景：
●在LTE覆盖不足的时候，需要平滑切换到eHRPD网络，以确保业务连续性；
●在同时有LTE和eHRPD网络覆盖时，尽量选用LTE网络，以获取更好的业务体验，也可以解决CDMA2000容量的不足。

对于终端空闲态的处理，标准中以上两种场景都有考虑；而对于终端处于连接态时，在标准制定之初，只考虑第一种场景，当时认为连接态在第二种场景下，即使不切换，也不会掉线，只是速率比LTE低一些，用户感受不强烈，等用户进入空闲状态，再转入LTE网络处理，这种处理方式和CDMA2000 1x系统到HRPD 的连接态切换处理机制一样。

根据中国CDMA网络的实际使用情况调查，这种处理对用户感受还是有影响的，因此中国运营商和设备商联合，把连接态eHRPD到LTE的切换推进标准中。

标准考虑的主要点在终端连接态下LTE向eHRPD的分组数据切换，目前有两种切换方式：非优化切换和优化切换。

非优化切换的为常规流程，其过程可以分为4个部分：eHRPD的测量、LTE连接释放、eHRPD 网络搜索和锁定、eHRPD网络的连接建立。

而优化切换通过S101接口在LTE建立一个终端和eHRPD网络的隧道，终端可以通过LTE网络与eHRPD 网络进行信令交互，提前进行eHRPD网络的资源分配、建立等操作，以加快切换的速度。

其过程可以分为：eHRPD网络的预登记、eHRPD的测量、通过隧道方式进行eHRPD资源分配、完成eHRPD网络的连接建立、LTE 连接释放。

切换的时延定义为终端从当前服务网络脱网，到终端在新的网络中完成信道建立的时间。

从这个定义分析，优化切换可以做到500~800ms，非优化切换可以做到2s左右。

从性能上来说，优化切换是有好处的，
但优化切换也带来了网络的复杂度。

如图1所示，优化切换需要支持eAN到MME的S101接口，以及PDSN 到SGW的S103接口，需要网络进行改动，同时S101和S103接口都是跨标准体系的接口，在接口定义上也容易模糊（如S101接口框架由3GPP定义，但接口内容由3GPP2定义），会增加不同设备商之间对接的难度。

目前非优化切换已经在全球广泛使用，对大部分运营商来说，1秒多的性能差异并不是他们关注的主要问题，而且非优化切换实现简单，所有支持CDMA2000和LTE的双模终端都支持非优化切换方式，自然就成为主流运营商的选择。

因此在LTE部署的初期阶段，在没有非常迫切的业务需求下，LTE和HRPD的互操作建议采用非优化切换方式。

LTE的语音业务互操作方式
LTE和CDMA2000的电路业务互操作需求场景相对比较简单：确保电路业务（包括语音）在任何时候的连续性及可获得性。

但实际以语音为主的电路业务的互操作方式比数据业务的要复杂，出现这个情况的主要原因是终端的多样性，这是标准制定之初未预料到的。

标准制定之初主要考虑单射频系统（Single Radio）的终端，这是从终端的成本及耗电因素来考虑的，认为后续的LTE商用终端主要都是单射频系统。

基于此，在3GPP的R8版本定义了CSFB和SRVCC两种互操作方式，在R9版本将CSFB改进为eCSFB。

CSFB/eCSFB定义满足了语音业务在任何时候的可获得性，简单地说，就是终端在LTE网络时，能够接收到语音呼叫、能接收到短信、能够打电话；SRVCC定义则满足了语音业务的连续性，前提条件是LTE也能承载语音业务，同时跟CDMA2000 1x的语音锚定到同一个IMS网络。

全球最大的CDMA运营商Verizon的快速LTE部署，打破了LTE终端单射频系统的限制。

Verizon在2010年底商用LTE，LTE网络覆盖还不完善，互操作技术在当时尚未成熟，为了快速抢占市场，推出了双射频系统的CDMA和LTE双模终端。

此类终端采用两套射频系统独立处理CDMA20001x语音和分组数据业务，基于此类终端的互操作称为SVLTE (Simultaneous Voice and LTE，LTE与语音同步支持)。

针对SVLTE，3GPP2和3GPP随后进行了一些标准修订，同时也加入双收单发终端的处理。

本文重点讨论满足语音可获得性的各种方案，有以下几种主流方案：SVLTE、CSFB（电路域回落）、eCSFB （增强型电路交换回落）、双接收单发方案。

从用户的业务感受来说，SVLTE最好，语音和数据业务的性能互不影响，而且语音数据还可以并发；CSFB和eCSFB最差，不仅是语音和短信会影响到LTE数据业务的中断，而且由于CSFB/eCSFB的终端是单天线系统，进行分组数据的非优化切换时，还会因搜索CDMA2000 1x的开销消息而导致额外的2s左右的时延。

从呼叫性能来说，eCSFB最好，完全通过高速的LTE网络来完成起呼、寻呼等信令操作，被叫建立时长可以压缩到1.7s，远低于CDMA系统5~7s的时间。

从对网络影响程度来说，SVLTE和双接收单发方案最好，不需要网络的改动就可以支持，CSFB/eCSFB 需要增加一个IWS（Interworking Solution，互操作节点）网元及其跟LTE的S102接口。

从终端成本和省电来说，CSFB和eCSFB最好，在成本上相对于SVLTE的终端要相差2~3美元。

综合以上对比，语音互操作的方案各有优劣，具体选择哪个，就要看运营商的取舍了。

Verizon选择了SVLTE方案，日本的KDDI和美国的Sprint则更倾向于CSFB/eCSFB方案。

由于双射频系统的终端对系统无改动要求，最易于推广，因此SVLTE是目前最主流的语音互操作解决方案，即使Sprint更倾向于CSFB方案，但还是部署了SVLTE方案，只有KDDI部署了CSFB/eCSFB方案。

对于中国运营商，对于语音互操作方案，主要考虑要便于LTE部署后的终端大面积推广，有了更丰富的终端类型，才能发展更多的用户。

因此对于中国运营商，可以优先考虑终端产业最丰富的SVLTE方案，后续可以根据终端的发展情况，再确定是否部署CSFB/eCSFB等方案。

LTE和CDMA2000网络的互操作包括分组数据业务的互操作，和以语音业务为主的电路业务的互操作。

LTE网络建设初期，分组数据业务的互操作建议采用非优化切换方式，后续根据业务需求确定是否需要部署优化切换；语音等电路业务建议采用SVLTE的方式，后续根据终端产业的情况决定是否增加其他方案。