摘要：在介紹LTE的業務發展與2G/3G現網的業務運營的基礎上，詳細闡述了LTE與2G/3G融合需要細致考慮的3個步驟：數據業務的互操作、確定LTE語音方案 、LTE與2G/3G的業務均衡。
0 前言
3GPP WCDMA是第三代移動通信系統主流技術，在全世界有著成功的商用。在不改變系統網絡結構的前提下，通過引入64QAM、MIMO、DualCell技術，系統可以演進到HSPA+，最高支持84Mbit/s速率。LTE是3GPP R8技術，以OFDM為核心的寬帶無線多媒體網絡，其上、下行峰值速率分別達到50、100Mbit/s。據GSA統計，LTE技術已經超越當年的HSPA，創下了新技術商用部署速度的新記錄；截至2011年10月12日，已有21個國家或地區的35個LTE網絡投入商用。
LTE的商用進程雖然迅速，但目前LTE尚不能滿足所有運營商的特定需求，需要繼續完善以支持多種應用。近期看，采用在HSPA基礎上引入HSPA+的平滑演進措施，可以在網絡改造投入和網絡效能之間尋求最佳平衡點，以最小代價逼近LTE水平；長遠看，HSPA+最終不能替代LTE。就技術而言，LTE采用的多載波技術OFDM，相對于HSPA沿用的WCDMA的單載波直序擴頻技術有著天生的優點，特別是在對大的系統帶寬支持上(超過10M頻率帶寬條件下)，WCDMA技術的MIMO、信道均衡、多用戶檢測、多徑衰落均衡以及終端設計都很復雜。
1 數據業務的互操作
LTE與2G/3G數據互操作，要求開機優選LTE，移出LTE覆蓋區后，優先在WCDMA網絡駐留/繼續業務，若無WCDMA網絡則選擇2G網絡，終端一旦重新檢測到LTE覆蓋，則返回LTE；具體實現包括終端選擇與網絡側控制2種方案。
1.1 UE自主選擇網絡的數據切換
對于運營商而言，最簡單的切換方式是同時維護2張網絡，現網業務還保持在現有的2G/3G網絡上，新的高帶寬業務由LTE網絡提供。2張網獨立運營和維護，由新的2G/3G/LTE多模終端決定選擇哪張網來提供所需的業務。每張網有自己獨立的IP地址規劃。當終端檢測到一個更為合適的網絡時，就主動脫離現有網絡，注冊到新的網絡里來，建立新的會話來獲得更好的服務。但這種脫離原網、重新注冊進新網的切換方式會帶來幾十秒的業務中斷時間，帶給用戶不好的業務體驗。
終端自主選擇網絡的切換方式最簡單，易于實施，但切換中IP連接在原網絡里被斷掉，切換完成后再在目標網絡里重建，業務中斷時間較長，用戶體驗比較差。這種方式一般在試驗網里使用。
1.2 網絡側控制的數據切換
為了更好地保持業務的連續性、降低業務中斷時間、提升用戶體驗，3GPP定義了幾種由網絡側控制的切換機制：小區重選、重定向、PS切換和NACC。運營商可以基于自己的基礎網絡情況和網絡演進策略作出不同的選擇。圖1示出的是LTE/3G/2G系統間重選、切換狀態轉移示意圖。
1.2.1 小區重選
基站側指導終端對服務小區和鄰小區頻點進行測量，配置切換觸發門限；終端根據測量結果，自行決定是否重選進新的小區駐留。之后發起TAU或者RAU位置更新流程，注冊到網絡里來。如果終端頻繁在LTE覆蓋邊緣移動，會產生大量位置更新信令，給系統設備帶來極大的信令負荷，造成空口資源消耗。為了減少這種位置更新信令，3GPP引入了ISR(減少空閑模式的信令)的方案，將相鄰的2G/3G的路由區和EPS的跟蹤區設定為等效區，讓終端在2個網絡進行雙注冊，這樣終端在這2個系統邊界徘徊時，就不再需要發起注冊及位置更新流程。
對于空閑狀態的終端，為了確保業務發起時有合適可用的網絡，終端需要通過小區重選的方式選擇合適的網絡進行駐留。
對于連接狀態的終端，終端在移出LTE覆蓋時為了保證業務不中斷或者終端進入LTE覆蓋時為了獲得更好的服務，終端需要完成不同接入系統之間的切換。基站側(eNB、RNC、BSC)指導終端對服務小區和鄰小區們進行測量，設定測量上報事件觸發條件；終端根據基站側指示對本小區和鄰小區進行測量，當上報事件觸發條件滿足時，終端向基站側發送測量報告。主服務小區的改變可通過重定向、網絡輔助小區重選NACC、PS切換來完成。
1.2.2 重定向
如果終端和網絡不支持Inter-RAT的PS切換或者NACC，基站側根據測量報告指示終端選擇新的小區。重定向機制的業務中斷時間相對較長(2~6s)，因為終端需要先向目標小區獲取系統信息。
1.2.3 網絡輔助小區重選NACC
NACC只應用于從LTE到GERAN的切換，在網絡或終端不支持PS切換的情況下，用以盡量減少業務切換到GERAN目標小區的時延。EUTRAN通過MME和SGSN之間的交互獲得目標小區的系統信息，并把系統信息提供給終端，這樣終端就可以更快接入到目標小區恢復業務承載。在不支持PS切換的情況下，NACC能更好地支持一些對時延和丟包率比較敏感的基于TCP的業務。NACC機制的業務中斷時間相對較快(500ms~2s)。
1.2.4 PS切換
PS切換的優點是中斷時間較快(500ms~1s)。網絡側根據終端測量報告作出切換判決，并在發起實際切換前幫助終端在目標網絡中申請好資源。這種機制能更好地支持實時業務并保證QoS要求、降低業務中斷時間及丟包率。
PS切換的限制是對端到端(終端、無線網元和核心網元)能力的要求。相對而言，在實現PS切換方面，WCDMA運營商比CDMA運營商具有更大的優勢。
a)CDMA/LTE兩網絡系統實現原理差異較大，存在context和注冊的繼承問題。
b)WCDMA/LTE系統的SGSN/GGSN和MME/xGW一脈相承，定義EPC標準時已經考慮到兼容性，如GUTI和P-TMSI的轉換等，而且切換時用戶數據等相關數據也會通過Gn或S4發送到對方，所以沒有context和需要預注冊的問題。
1.3 LTE和GERAN/UTRAN的互操作
根據3GPP基于R8和R8前的定義，LTE和GERAN/UTRAN的互操作有2種選擇。
1.3.1 LTE與GERAN/UTRAN R8的切換
LTE和R8 GERAN/UTRAN互操作時需要用到2個新的接口，即S3和S4。S3位于SGSN和MME之間，用以在核心網間交換用戶上下文和承載信息；S4位于SGSN和SGW之間，在DT功能沒有啟用的情況下提供用戶平面數據的傳輸。啟用DT功能時，位于GERAN/UTRAN和SGW之間會有一個新的接口(S12)，用于傳輸用戶平面數據。從網絡角度來看，該架構可以被認為是intra-E-UTRAN間的切換，GERAN/UTRAN中的SGSN可被當作MME，因此現網中的2G/3G SGSN需要升級到R8來支持S3/S4接口。將GERAN/UTRAN升級到R8的一個好處是可以使用ISR來減少終端和網絡間的信令，達到提高網絡性能的目的。
LTE疊加在R8網絡上的切換方式能夠提供最好的用戶體驗，切換導致的業務中斷時間也被縮短到0.5s以內。在這種方式里，SGW成為所有接入系統的移動性錨點，簡化了系統間切換流程。這種切換方式最大的缺點是網絡升級成本比較大，對現網影響也比較大。
1.3.2 LTE與GERAN/UTRAN Pre R8的切換
現網都是Pre R8的網絡，若引入LTE來支撐一部分高帶寬的業務，則MME和S/PGW必須開發支持Pre R8的信令和承載接口(Gn/Gp)，來和Pre R8 SGSN溝通，實現切換。如果需要支持DT，PGW和RNC之間需要增加另外新的接口來建立直接通道旁路SGSN；否則，連接E-UTRAN和2G/3G的通路建立在PGW和SGSN之間。對于這種切換，現網不需要做任何改動，MME被看作是SGSN，PGW被看作是GGSN。因此，EPC網元需要開發支持新的接口，比如MME和SGSN直接的信令接口Gn，PGW和SGSN之間的信令和承載接口Gn等。
LTE網絡疊加在Pre R8網絡上的切換方式能夠提升用戶體驗，業務中斷時間應該在1s以內。這種方式也是對現網影響最小的一種方式，因為接口(如Gn/Gp/Gr)開發的工作都轉移到了EPC網元上。對于2G/3G/LTE多模終端，2G/3G核心網和EPC都把PGW作為IP層面的錨定點；而對于non-LTE的終端，仍然可以選擇老的GGSN來連接外部PDN網絡。這種方式的最大好處是短期內沒有網絡升級成本，最大的缺點是不支持ISR。
2 確定LTE語音方案
LTE是一個純數據域的網絡，不能直接承載語音，3GPP定義了2種語音方案。
2.1 方案1：CSFB
在沒有部署IMS的情況下，CSFB方案可以幫助運營商在LTE網絡中實現語音業務。CSFB 方案的實質是LTE只實現分組域業務，語音業務仍然依靠2G/3G網絡原有的電路域設備實現。需要在MME和電路域使用SGs接口以支持CSFB功能，還要求用戶終端同時支持2G/3G電路域和LTE的無線接入，支持CSFB功能。
CSFB方案存在的不足是：可能會導致不好的用戶體驗。因為用戶每發起或接收一個呼叫都要進行一次無線接入方式的切換， 這樣一方面會帶來一定的時延，另一方面如果終端正在使用LTE 分組域業務，進來的呼叫會影響當前業務。如何解決這個問題，存在多種CSFB優化方案(包括R8 RRC重定向、R9 RRC重定向WITH SIB、CCOW/O NACC等)，運營商之間的態度存在分歧，一定程度影響了方案的成熟。
2.2 方案2：SRVCC
SRVCC主要研究和解決IMS over LTE/SAE和CS之間的語音連續性問題；使2G/3G電路域或者LTE的分組域接入IMS，基于IMS網絡實現語音業務的連續性，用戶終端可在不同的2G/3G電路域和LTE分組域之間直接進行切換。
SRVCC方案實現的前提條件如下：
a)運營商已部署IMS，且能提供語音業務。
b)IMS需要增加VCC AS功能實體，負責管理終端在CS域或者PS域的注冊以及CS與PS域之間的路由，并協助完成VT/VoIP至電路域語音的切換。
c)在MME和2G/3G電路域互操作功能實體(IWS)引入SGs接口以支持SRVCC功能，SGs參考點在MME和IWS之間提供了一條通道，用于傳送電路域信令消息。
2.3 方案比較
a)SRVCC方案能夠比較完善地解決LTE與2G/3G語音互操作問題，保證業務連續性，但要求升級2G/3G現網設備和部署IMS核心網。
b)在IMS部署復雜、商用緩慢以及VoIP/VoLTE運營策略未明確的現狀下，CSFB是實現語音業務的一個比較簡單、經濟的方案。但是CSFB方案可能會導致不好的用戶體驗。
綜上所述，建議以SRVCC為LTE語音解決的目標方案。建網初期，建議雙待機方案先行，搶占市場先機；CSFB視雙待終端推廣情況及CSFB的性能和產業化情況，擇機引入。考慮到GSM網絡具有更好的語音能力，建議SRVCC和CSFB能夠以GSM為切換/回落目標網絡。
3 LTE與2G/3G的業務均衡
隨著LTE引入2G/3G現網，系統呈現出單制式網絡和多制式網絡的異構性，網絡變得越來越復雜。這樣，業務的傳遞需要更復雜的策略控制，以及優化機制提供保障。一方面網間負載均衡的繁雜性和動態需求，無法通過目前的人工參數方式實現；需要擇機引入自組織網絡(SON)機制；另一方面SON的良好效果，離不開與現網技術的密切配合，如RRM(MCTA)+RNP/RNO，三者之間并不矛盾或者重復，而是相互彌補，也就是說SON+RNP+RRM(MCTA)等于全面完整的網間負載均衡方案。
因此，SON能靈活實現自配置、自優化、自操作等功能。這些功能對減少網絡運維管理的人為干預非常有利，會大大降低LTE運營商的OPEX。SON部署(如MLB)將會進一步提升自己在LTE運維上的競爭優勢，解決LTE引入2G/3G現網后的三網均衡難題。
4 結束語
LTE與2G/3G現網的融合部署趨勢十分明顯。運營商需要從網絡架構、終端能力、業務均衡角度，綜合權衡LTE與2G/3G現網部署策略與實施步驟。
第一步，建立數據業務互通：通過權衡切換時延與 網絡成本，選取合適的數據業務切換架構。
第二步，選擇語音解決方案：建網初期，選擇獨立雙待機終端；規模部署階段，選擇CSFB；網絡成熟，特別是引入IMS后，采用VoLTE/SRVCC。
第三步，LTE與2G/3G 的業務均衡：引入部署LTE SON，并向2G/3G現網拓展滲透；借助SON+RRM/MCTA+RNP/RNO的相互配合，提供全面完善的業務控制與均衡。
參考文獻：
[1]3GPP TS 23.060 General Packet Radio Service(GPRS)；Service description；Stage 2[S/OL].[2011-12-10].http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23060-851.pdf.
[2]3GPP TS 23.401 General Packet Radio Service(GPRS)enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)access[S/OL].[2011-12-10].http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23401-a00.pdf.
