Передача голоса в LTE - CS Fallback

Традиционно передача голоса в мобильных сетях осуществляется с использованием коммутации каналов (Circuit Switch - CS). Так как LTE не поддерживает коммутацию каналов, а использует только коммутацию пакетов (Packet Switch - PS), то существует несколько вариантов организации передачи голоса в сетях LTE. Один из них это - CS Fallback.

Основная идея механизма CS Fallback заключается в переводе мобильного устройства (далее UE - User Equipment) на обслуживание в сеть с поддержкой коммутации каналов (например, UMTS, GSM). Такой перевод осуществляется во время создания соединения для передачи голосового трафика. Таким образом, для использования механизма CS Fallback для передачи голоса требуется поддержка нескольких технологий радиодоступа со стороны UE (LTE и той, где будет передаваться голос).

На рисунке ниже изображена архитектура сети, необходимая при использовании CS Fallback. Подразумевается, что у оператора имется как сеть LTE, так и сеть более раннего поколения (UMTS или GSM). При этом, обязательно должна быть поддержка интерфейса SGs между MME и MSC.



UE, передача голоса которой будет организована через CS Fallback, должна быть зарегистрирована в двух сетях. Это достигается с помощью так называемой процедуры 'EPS/IMSI' Attach. На рисунке ниже приводится схема обмена сообщениями во время этой процедуры (описание стандартной процедуры подключения (UE Attach)).



На первом шаге этой процедуры UE отправляет сообщение 'Attach Request', особенности которого для данного случая заключаются в следующем:

• Поле 'EPS Attach Type' устанавливается в 'Combined EPS/IMSI Attach'
• Поле 'EMM Combined Procedures Capability' устанавливается в 'Mobile Station supports EMM Combined Procedures'

MME, получив сообщение 'Attach Request', смотрит на указанный тип подключения и понимает, что данная мобильная станция должна быть также зарегистрирована на MSC. После этого MME определяет соответствующий номер VLR и Location Area Identity (из Tracking Area Identity сектора) и отправляет сообщение 'Location Update Request' MSC/VLR. Получив это сообщение, MSC/VLR сохраняет имя MME и, чтобы выполнить регистрацию UE в CS домене, выполняет обычную процедуру Location Update. После этого MSC/VLR отвечает MME сообщением 'Location Update Accept', в котором может указать выделенный идентификатор TMSI или сообщить о том, что должен использоваться текущий IMSI. В свою очередь, MME отвечает UE сообщением 'Attach Accept'. И завершается процедура подтверждением от UE сообщением 'Attach Complete'. После чего UE может использовать механизм CS Fallback для совершения телефонных звонков.

Ниже на рисунке приводится последовательность сообщений для случая, когда UE находится в режиме idle, и звонок инициируется со стороны сети. MME получает сообщение 'Paging Request', которое содержит IMSI идентификатор UE. Также в этом сообщении есть идентификатор сервиса, чтобы отличать случай с SMS и голосовым звонком. Приняв это сообщение, MME отправляет 'Paging Request' к базовой станции (eNB) по интерфейсу S1AP. В этом сообщении уже указываются два идентификатора UE: IMSI и S-TMSI. Однако, это сообщение уже не содержит телефонный номер вызывающего абонента, в отличие от сообщения, которое приходит в MME. MME отправляет сообщение 'Paging Request' всем eNB, сектора которых относятся к указанной Tracking Area группе.



Получив сообщение от MME, eNB отправляет RRC сообщение Paging для того, чтобы проинформировать UE о входящем вызове. В ответ на это сообщение UE устанавливает RRC соединение. И в сообщении 'RRC Connection Setup Complete' UE передает сообщение 'Extended Service Request', где UE сообщает MME о приеме или отклонении CS Fallback процедуры. eNB передает эту информацию MME в сообщении 'Initial UE Message'. В свою очередь, MME отправляет сообщение 'Service Request' MSC/VLR, где указывает EMM состояние клиента (EPS Mobility Management State) на момент получения сообщения 'Paging Request' на MME. В данном случае, это состояние будет 'EMM-IDLE'. Отсюда MSC/VLR понимает, что номер вызывающего абонента не был доставлен до UE. Получив сообщение 'Service Request', MSC/VLR прекращает повторную передачу 'Paging Request'.

Также MME отправляет сообщение 'Initial Context Setup Request' к eNB, где выставляет 'CS Fallback Indicator', чтобы дать указание eNB перевести UE в сеть UTRAN/GERAN (3G/2G). В этом сообщение также может быть указан Registered Location Area Identiy (LAI), который определяет PLMN сети (идентификатор сети, Public Land Mobile Network) для UE. eNB подтверждает получение сообщения 'Initial Context Setup Request' сообщением 'Initial Context Setup Response'. После этого eNB отправляет сообщение 'RRC Connection Release' к UE, которое информирует UE о необходимости перехода в сеть UTRAN/GERAN. Причиной перевода UE в другую сеть (Release Cause) могут быть указаны следующие значения: 'Load Balancing Tracking Area Update Required', 'CS Fallback High Priority', 'Other'. Причина 'CS Fallback High Priority' указывается в только в том случае, если это значение было указано MME в сообщении 'Initial Context Setup Request' и UE переводится в сеть UTRAN. Также eNB указывает в сообщении 'RRC Connection Release' технологию сети (Radio Access Technology), куда переводится UE, и ее частоту (RF Carrier). Кроме этого, могут быть указаны приоритеты различных технологий, которые UE будет использовать при выборе сети для переключения. В поле 'Cell Information List' eNB указывает параметры секторов, куда может переключиться UE. Эта информация позволяет UE сократить время для подключения к новому сектору, так как UE не надо вычитывать информацию из BCCH канала.

После отправки сообщения 'RRC Connection Release' eNB удаляет контекст UE, используя трехэтапную процедуру общения с MME. Тем временем, UE переключается на новый сектор и другую технологию (на рисунке это UTRAN) и устанавливает там RRC соединение. После чего, UE отправляет сообщение 'Initial Direct Transfer', куда включает 'Paging Response'. RNC достает 'Paging Response' и отправляет его MSC/VLR.

После окончания звонка UE может либо остаться в текущей сети, либо вернуться в LTE, используя обычную процедуру подключения.



Если вы не нашли интересующую вас информацию по LTE/LTE-A в этой статье, напишите мне об этом письмо на alexey.anisimov86@gmail.com. Я постараюсь ее добавить в кратчайшие сроки.