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CDMA向LTE演进中的若干问题及解决方案


CDMA 向 LTE 演进中的若干问题及解决方案
1 LTE 技术和 EPS 网络架构简介 基于移动运营商对无线宽带高速率和低时延的需求, 网络演进架构, 基于移动运营商对无线宽带高速率和低时延的需求,3GPP 在 R8 版本标准提出了 EPS 网络演进架构,包 括无线网络和核心网络。 网络, 接入。 括无线网络和核心网络。无线网络为 E-UTRAN 网络,采用 LTE

接入。LTE 利用 OFDMA/MIMO 等一系列先进技 Mbit/s, Mbit/s。 网络, 术,上行设计吞吐量不低于 100 Mbit/s,下行设计吞吐量不低于 50 Mbit/s。核心网络为 EPC 网络,采用 扁平化网络架构的设计,在核心网络侧简化网络架构和消息,理论上可以大大缩短时延, 扁平化网络架构的设计,在核心网络侧简化网络架构和消息,理论上可以大大缩短时延,业务层设计无线 用户数据环回时延小于 ms, ms。 用户数据环回时延小于 10 ms,控制层唤醒时延小于 100 ms。 E-UTRAN 和 EPC 共同构建了演进的移动网络架构——EPS。全 IP 架构、灵活的频率配置、SON 技术等赋 共同构建了演进的移动网络架构——EPS。 架构、灵活的频率配置、 ——EPS 网络很大的成本优势。同时考虑到整个移动产业联盟和网络融合的发展, 予了 EPS 网络很大的成本优势。同时考虑到整个移动产业联盟和网络融合的发展,EPS 网络还支持多种接 入技术, 接入( GERAN、UTRAN) 接入( CDMA、 入技术,包括 3GPP 接入(如 GERAN、UTRAN)和非 3GPP 接入(如 CDMA、WiMAX 等)。 所示: 3GPP 接入时 EPS 网络架构如图 1 所示:

网络架构—— ——3GPP 图 1 EPS 网络架构——3GPP 接入 所示: 非 3GPP 接入时 EPS 网络架构如图 2 所示:

网络架构—— ——非 图 2 EPS 网络架构——非 3GPP 接入 网络架构中的主要网元包括: EPS 网络架构中的主要网元包括: MME:MME( Entity)是一个信令实体,主要负责移动性管理、承载管理、 (1) MME:MME(Mobility Management Entity)是一个信令实体,主要负责移动性管理、承载管理、用户 的鉴权认证、 的选择等功能; 的鉴权认证、SGW 和 PGW 的选择等功能; SGW: GW( SGW) 的接口,主要负责用户面处理, (2) SGW:Serving GW(以下简称 SGW)终结和 E-UTRAN 的接口,主要负责用户面处理,负责数据包的路由 和转发等功能, 不同接入技术的切换,发生切换时作为用户面的锚点; 和转发等功能,支持 3GPP 不同接入技术的切换,发生切换时作为用户面的锚点; (3) PGW:PDN Gateway(Packet Data Network,以下简称 PGW)终结和外面数据网络(如互联网、IMS 等) PGW: Gateway( Network, PGW) 终结和外面数据网络( 如互联网、 接口, 锚点, non网络间的用户面数据链路的锚点, non的 SGi 接口, EPS 锚点, 是 即是 3GPP 与 non-3GPP 网络间的用户面数据链路的锚点, 负责管理 3GPP 和 non-3GPP 间的数据路由, non接入( WLAN、 间的移动, DHCP、策略执行、 间的数据路由,管理 3GPP 接入和 non-3GPP 接入(如 WLAN、WiMAX 等)间的移动,还负责 DHCP、策略执行、 计费等功能。 计费等功能。 架构, 会根据业务和网络的实际情况产生策略规则, EPS 网络的策略控制采用 PCC 架构, 控制网元 PCRF 会根据业务和网络的实际情况产生策略规则, PCEF 供 进行策略执行。 议时, 功能模块提供策略执行; 或 BBERF 进行策略执行。当 SGW 和 PGW 之间使用 GTP 协议时,位于 PGW 中的 PCEF 功能模块提供策略执行; 协议时, 功能模块提供策略执行。 当 SGW 和 PGW 之间使用 PMIP 协议时,位于 SGW 中的 BBERF 功能模块提供策略执行。 2 CDMA 向 LTE 演进的问题 目前, 作为未来网络的演进方向。 目前,全球主流的移动运营商都倾向于把 LTE 作为未来网络的演进方向。对于 CDMA 移动网络运营商来 说,由于涉及到不同标准组织定义的不同的网络之间的互操作,不同的接口、不同的协议需要得到互通, 由于涉及到不同标准组织定义的不同的网络之间的互操作,不同的接口、不同的协议需要得到互通, 从 CDMA 向 LTE 演进要考虑的问题将比从 WCDMA/GSM 向 LTE 演进要复杂得多。 演进要复杂得多。 网络( 网络) 网络( 中国电信目前的 CDMA 网络包括 cdma 2000 1x 网络(以下简称 1x 网络)和 HRPD RevA 网络(以下简 网络), ),其中 域提供电路语音业务, 提供中、高速数据业务。 称 HRPD A 网络),其中 1x CS 域提供电路语音业务,HPRD A 提供中、高速数据业务。全球其他 CDMA 运营 商的网络现状与中国电信基本类似。 商的网络现状与中国电信基本类似。 网络可以提供高速的数据业务,因此, 网络时, 基于 LTE 接入的 EPS 网络可以提供高速的数据业务,因此,运营商部署 EPS 网络时,初期都以热点覆 运营商来说, 盖、提供高速数据业务为目的。对于 CDMA 运营商来说,将会面临 EPS 网络和现网 CDMA 网络同时存在的网 提供高速数据业务为目的。 络状况, 网络覆盖不足的问题。 络状况,并由现有的完善的 CDMA 网络来弥补 EPS 网络覆盖不足的问题。

网络共存期间, EPS 在 EPS 网络和 CDMA 网络共存期间, S 网络上的业务和 CDMA 网络上的业务存在一定的关系数据业务可 EP 网络, 以承载在 EPS 网络和 HRPD A 网络,因此 EPS 网络和 HRPD A 网络之间需要解决数据业务切换和业务连续的 问题。另一方面, 网络初期, 问题。另一方面,EPS 网络初期,由于覆盖范围小和 VoIP 技术的不成 3 CDMA 向 LTE 演进中数据业务解决方案 移动网络正逐渐走向互联网时代,因此未来的数据业务将会成为移动网络发展的重点和亮点。现阶段, 移动网络正逐渐走向互联网时代,因此未来的数据业务将会成为移动网络发展的重点和亮点。现阶段, 网络来承载。 数据业务正随着 HRPD A 网络的建设逐渐由 HRPD A 网络来承载。 的初期, 主要覆盖热点地区,提供高速、高质量的数据业务 业务。 当部署 LTE 的初期,LTE 主要覆盖热点地区,提供高速、高质量的数据业务。LTE 的覆盖范围通常也会 有 HRPD 的覆盖,因此,当数据业务从 LTE 范围移动出去后,有必要由 HRPD 网络来保证业务的连续性。而 的覆盖,因此, 范围移动出去后, 网络来保证业务的连续性。 的切换, eHRPD, HSGW。 HRPD 要能支持和 EPS 的切换,必须先要升级到 eHRPD,PDSN 升级成为 HSGW。 3.1 非优化切换 对于实时性要求不高的数据业务,如浏览、消息业务、下载、流媒体等, 对于实时性要求不高的数据业务,如浏览、消息业务、下载、流媒体等,eHRPD 和 EPS 的非优化切换即 可支持该类业务的连续性。 网络的网络架构, 可支持该类业务的连续性。非优化切换的架构遵循非 3GPP 接入 EPS 网络的网络架构,支持 LTE 到 eHRPD 的切换。切换发生时, 的链接后建立 的链接, 的切换和 eHRPD 到 LTE 的切换。切换发生时, 实际上是中断 LTE 的链接后建立 eHRPD 的链接,无线链路 连接都会中断,由业务层来保证业务的连续。 和网络的 PPP 连接都会中断,由业务层来保证业务的连续。 3.2 优化切换 对于实时性要求较高的数据业务, VoIP、VT、实时视频等, 对于实时性要求较高的数据业务,如 VoIP、VT、实时视频等,需要 eHRPD 和 EPS 支持优化切换来保证 业务的连续性。 网络要增加新的接口和能力,因此对网络有较大的改造要求。 业务的连续性。优化切换在 CDMA 网络和 EPS 网络要增加新的接口和能力,因此对网络有较大的改造要求。 优化切换的网络架构如图 3 所示: 所示:

图 3 LTE 和 eHRPD 优化切换网络架构

的单向切换,由于是针对实时业务,要尽量地避免切换频率, 优化切换目前标准只定义了 LTE 到 eHRPD 的单向切换,由于是针对实时业务,要尽量地避免切换频率, 因此当业务切换到 eHRPD 后,在激活态下暂没有从 eHRPD 到 LTE 的切换需求。 的切换需求。 中所示, 切换涉及的主要接口为: S103。 如图 3 中所示,LTE 和 eHRPD 切换涉及的主要接口为:S101 和 S103。 接口: 之间新增接口, 网络之间用户的预注册、 (1) S101 接口:MME 和 HRPD eAN/PCF 之间新增接口,用于 LTE 和 eHRPD 网络之间用户的预注册、会话维 护和切换信令的传递 S101- 应用协议,能提供应用层的可靠性传输。 护和切换信令的传递。S101 接口采用 S101-AP 应用协议,能提供应用层的可靠性传输。

接口: 之间的接口, 网络切换时的前向数据转发, ( 2) S103 接口:SGW 和 HSGW 之间的接口,用于从 LTE 向 eHRPD 网络切换时的前向数据转发,以尽可能 地减少数据丢包。 接口的信令流程建立, GRE。 地减少数据丢包。S103 接口的隧道是通过 S101 接口的信令流程建立,支持 RFC2784 的 GRE。 3.3 针对中国电信的解决方案建议 网络初期, 以热点区域覆盖、 提供高速非实时数据业务为目的, 建议中国电信部署 EPS 网络初期, 以热点区域覆盖、 提供高速非实时数据业务为目的, 网络和 HRPDA EPS 网络之间先提供非优化切换。 网络建设的扩大和业务的多样化、差异化需求,逐步推出非 网络之间先提供非优化切换。随着 EPS 网络建设的扩大和业务的多样化、差异化需求,逐步推出非 VoIP 的实时数据业务,如实时视频等,网络提供优化切换以保证实时数据业务的连续性。 的实时数据业务,如实时视频等,网络提供优化切换以保证实时数据业务的连续性。 4 CDMA 向 LTE 演进中语音业务解决方案 语音业务是移动网络的基础业务,并且是服务质量要求较高的业务。现有网络在数据业务的时候最大 语音业务是移动网络的基础业务,并且是服务质量要求较高的业务。 地保证语音业务的优先, 相对于非实时数据业务来说,也是要保证语音业务的优先。 地保证语音业务的优先,在 LTE 时,相对于非实时数据业务来说,也是要保证语音业务的优先。 终端的语音业务, 将会有不同的解决方案。 对于 Single Radio 终端的语音业务,根据 LTE 网络是否部署 VoIP 将会有不同的解决方案。 4.1 CSFB 网络来承载, 且优先级高于非实时数据业务( 当 LTE 网络初期不部署 VoIP 时, 语音业务仍然由 1xCS 网络来承载, 且优先级高于非实时数据业务(如 并 浏览、下载等) 的标准定义了当用户正在进行某一非实时数据时,用户拨打或接听语音业务, 浏览、下载等)。3GPP R8 的标准定义了当用户正在进行某一非实时数据时,用户拨打或接听语音业务,可 方案来解决此问题。 做了增强, 语音的建立时延, 以通过 CSFB 方案来解决此问题。R9 规范进一步对 CSFB 做了增强,减少了 CS 语音的建立时延,并且支持 网络,用户可以做到语音和数据业务的并发。 数据业务同时切换到 HRPD 网络,用户可以做到语音和数据业务的并发。 所示: CSFB 的网络架构如图 4 所示:

图 4 CSFB 网络架构 IWS, 接口。 CSFB 时网络中需要增加网元 1x CS IWS,以及 IWS 和 MME 之间的 S102 接口。S102 提供 MME 和 IWS 之间 的隧道, 的信令消息。 的隧道,用于转发 3GPP2 1xCS 的信令消息。 对终端和网络设备的新增要求有: CSFB 对终端和网络设备的新增要求有: 的预登记, 流程。 (1) 终端支持通过 EPS 进行 1x CS 的预登记,能够完成 CSFB 流程。 接口的信令隧道终结点, 信令消息, (2) MME 作为面向 1x CS IWS 的 S102 接口的信令隧道终结点,为 UE 交互 3GPP2 1x CS 信令消息,这些消

S1-MME 消息中传送的。 重定位, 隧道重定向。 处于空闲状态时, 息封装在 S1-MME 消息中传送的。一旦 MME 重定位,能处理 S102 隧道重定向。当 UE 处于空闲状态时,能 收到的消息。 够缓存其通过 S102 收到的消息。 E重登记, UE, (3) E-UTRAN 支持控制 UE 进行 1x CS 重登记,把 1xCS 寻呼请求下发给 UE,在 MME 和 UE 之间传送 1x CS 相关消息等功能。 发寻呼后, 资源。 相关消息等功能。当 UE 离开 E-UTRAN 覆盖区域并在 1x CS 发寻呼后,释放 E-UTRAN 资源。 4.2 SRVCC 业务时存在的问题。 在没有达到全网覆盖范围时, SRVCC 方案主要解决 LTE 网络部署 VoIP 业务时存在的问题。当 LTE 在没有达到全网覆盖范围时,随着 用户的移动, 范围后的语音连续性的问题,这时, 用户的移动,正在进行的 VoIP 业务会面临离开 LTE 范围后的语音连续性的问题,这时,SRVCC 可以将语音 切换到 1x CS,从而保证语音通话的不中断。 CS,从而保证语音通话的不中断。 的切换需求,暂没有反向切换的需求。 实现, SRVCC 目前只有 LTE 到 1x CS 的切换需求,暂没有反向切换的需求。SRVCC 方案基于 IMS 实现,因此 IMS, 业务后, SRVCC。 网络上需要部署 IMS,且 EPS 网络开通 VoIP 业务后,才会在特定场景需要使用 SRVCC。 所示: SRVCC 的网络架构如图 5 所示:

图 5 SRVCC 网络架构 架构一样, 接口。 通信, 和 CSFB 架构一样,网络中需新增功能模块 1x CSIWS 和 S102 接口。IWS 通过 S102 接口与 MME 通信, UE。 MME, 是信令隧道的终结点, 并发送 3GPP2 1x CS 的信令消息给 SRVCC UE。对于 MME,IWS 是信令隧道的终结点,用于封装 3GPP2 1x CS 的信令消息接收/ UE; 网络, 连接。 的信令消息接收/发送给 UE;对于 1x 网络,IWS 仿真 BSC 通过 A1 接口与 MSC Server 连接。 对终端和网络设备的新增要求有: 双模终端, VoIP。 SRVCC 对终端和网络设备的新增要求有:SRVCC UE 应是 LTE/1x 双模终端,支持 VoIP。 的互操作,作为信令隧道的终结点。 完成后, (2) MME 支持与 3GPP2 1x CS 的互操作,作为信令隧道的终结点。当 SRVCC 完成后,能够释放 E-UTRAN 的 资源。 资源。 E的互操作,应能触发切换, 信令消息, (3) E-UTRAN 支持与 3GPP2 1x CS 的互操作,应能触发切换,向 MME 隧道传送 3GPP2 1x CS 信令消息,并 交互信息。 与 SRVCC UE 交互信息。 4.3 针对中国电信的解决方案建议 网络初期, 网络承载, 建议中国电信部署 EPS 网络初期,语音业务仍然由 1x 网络承载,采用 SingleRadio 终端以控制终端 成本, 网络的门槛, 网络之间提供增强的 方案保证语音业务的优先。 成本,降低用户使用 EPS 网络的门槛,EPS 网络和 1x 网络之间提供增强的 CSFB 方案保证语音业务的优先。 成熟的情况下, 业务, 在 VoIP 成熟的情况下,可以考虑提供 VoIP 业务,网络需要 SRVCC 这样的解决方案以保证语音业务的连续 性。 5 总结 演进是移动网络未来发展的方向。 运营商来说, 向 LTE 演进是移动网络未来发展的方向。对于 CDMA 运营商来说,在解决了 EPS 网络和 CDMA 网络之间

的互操作问题后, 1x、HRPD、 等多种接入技术和融合的网络,可以部署多样化、差异化的产品, 的互操作问题后,通过 1x、HRPD、LTE 等多种接入技术和融合的网络,可以部署多样化、差异化的产品, 为用户提供无缝的、优质的、高速的业务体验,同时也为运营商带来更可观的效益。 为用户提供无缝的、优质的、高速的业务体验,同时也为运营商带来更可观的效益。


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