2016/04/DTPT

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收稿日期：2016-03-01

LTE FDD和TD-LTE融合组网的互操作研究

关键词：TD-LTE；LTE FDD；互操作；CSFB

doi：10.16463/j.cnki.issn1007-3043.2016.04.002中图分类号：TN929.5

文献标识码：A

文章编号：1007-3043（2016）04-0008-04

摘 要：研究了TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/GSM融合组网下的互操作策略，通过优选

TD-LTE并开启LTE FDD和TD-LTE之间的负载均衡来充分利用LTE网络资

源。在LTE/WCDMA/GSM同覆盖区域，LTE仅配置与WCDMA的互操作以提

供最优的用户体验，并提出了开启WCDMA基于状态转换重定向至LTE功能以

加速用户回到LTE。同时在无WCDMA覆盖区域，采用LTE FDD和GSM的多

模基站进行部署来节约网络建设投资，并给出了该部署场景下CSFB至GSM

的优化方案和性能。

Abstract：The interworking strategy of TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/GSM hybrid networking is investigated. TD-LTE optimization strategy

and load balancing between LTE FDD and TD-LTE were used to make full use of LTE network resources. When LTE，WCDMA

and GSM system were co-located，only the interworking configuration strategy between LTE and WCDMA was suggested to

ensure user best experience. Redirection to LTE based on WCDMA state transition was advised to reduce the time that user

returned to LTE. Finally，when there is no WCDMA coverage，LTE FDD and GSM multi-mode based station was suggested to

deploy to save the investment costs in the construction of the network. And prioritization scheme and performance of CSFB to

GSM were also investigated.

Keywords：TD-LTE；LTE FDD；Interworking；CSFB

0 前言

根据GSA的统计，截至 2015年 10月，全球 142个国家已经部署 442张 LTE商用网络，其中包含 397张

LTE FDD商用网络，62张TD LTE商用网络，17家运营

商部署双模网络，其中 1.8 GHz是 LTE FDD使用最广

泛的频率，2.3 GHz是TD LTE使用最广泛的频率。在

国内 FDD和 TDD混合组网情况下，LTE 无线网采用

FDD 连续覆盖、TDD 热点业务吸收的部署策略。

LTE混合组网同时需要终端进行支持，LTE FDD终端从数量和种类上都相对较多；TD LTE后期发展迅

速，终端普及速率加快，但全球使用地区和国家仍然有

限，仍需要 LTE FDD提供国际漫游能力。在中国，由

于中国移动的大力拉动和市场驱动，TD-LTE终端发

展很快，而纯FDD终端无法入网。

本文针对LTE FDD/TD-LTE/WCDMA/GSM融合组

网场景进行研究，给出了不同场景下 LTE FDD/TD-LTE/WCDMA/GSM的互操作策略。

1 LTE FDD和TD-LTE互操作

1.1 LTE FDD和TD-LTE共站优选策略

按照目前移动互联网业务特征，TD-LTE和 LTEFDD 网络都可以为用户提供满意的业务体验。在

LTE FDD和 TD-LTE共站建设情况下，按照目前国内

李佳俊，李轶群，李福昌（中国联通网络技术研究院，北京 100048）Li Jiajun，Li Yiqun，Li Fuchang（China Unicom Network Technology Research Institute，Beijing 100048，China）

Investigation of Interworking in LTEFDD/TD-LTE Hybrid Networking

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融合组网建设情况，TD-LTE 使用 2.6 GHz 频段，空间

衰耗和绕射损耗均大于 LTE FDD使用的 1.8 GHz频段。实测1.8 GHz LTE FDD的有效覆盖范围比2.6 GHzTD-LTE有效覆盖范围要大 50%～100%。建议 TD-LTE的优先级高于LTE FDD的优先级，即同站址TD-LTE吸收中心区域数据业务，覆盖更好的LTE FDD吸

收外圈业务，这样既实现了业务分摊又保证了切换的

可靠；否则，若采用LTE FDD优先策略，由于TD-LTE网络覆盖小于 LTE FDD，用户将很难驻留到 TD-LTE进行业务，将会造成TD-LTE网络资源的浪费。

图1给出了共站条件下TD-LTE和LTE FDD互操

作示意图。空闲态LTE中TD-LTE和LTE FDD间的互

操作通过小区重选来实现，优选TD-LTE策略仅对空

闲态小区重选有效。连接态互操作通过弱覆盖触发异

频切换来实现，由于相同位置下LTE FDD的速率要高

于TD-LTE，因此仅建议配置TD-LTE到LTE FDD基于

覆盖的切换。业务连接态下，即使源频点信号覆盖恢

复良好，无当前频率弱覆盖触发的情况下也不进行异

频切换，而是待业务完成返回空闲态后，通过小区重选

驻留于更合适的异频小区。

为了使TD-LTE和LTE FDD网络都能够被充分利

用，一方面可以通过TD-LTE的小区重选以及切换参

数来控制TD-LTE的覆盖范围，另一方面可以通过开

启TD-LTE和LTE FDD之间的移动负载均衡（MLB）来

使用户得到更高的数据业务体验。在TD-LTE和LTEFDD共站条件下采用 10个测试终端按照 4∶4∶2 近中

远的比例进行分布，在每种优先级下满 Buffer测试。

打开负载均衡前后，单用户平均吞吐量性能能够提升

186%。

1.2 LTE FDD和TD-LTE异频连续覆盖

在国内现网部署中，LTE FDD采用 1.8 GHz同频

方式进行连续覆盖，小区间的同频干扰是LTE FDD需

解决的主要问题。特别是高层建筑窗边覆盖，LTE无

线网的最大困扰就是如何控制小区间同频干扰。如果

在同频干扰难以控制的特殊场景采用TD-LTE的异频

覆盖，会同时解决覆盖和干扰问题，并可在 LTE FDD的覆盖边缘提升用户感知速率。用户在 LTE FDD和

TD-LTE网络间移动时，采用双向小区重选和切换来

保障业务的连续性。

2 LTE与WCDMA/GSM互操作

LTE FDD和 TD-LTE对于WCDMA/GSM而言，是

频点不同的 LTE 系统，GSM/WCDMA 与 TD-LTE 和

LTE FDD系统间的互操作性能也基本相同。在LTE网

络覆盖满足VoLTE部署要求以及VoLTE终端未完全

普及之前，LTE需要通过CSFB回落至WCDMA或GSM来进行语音通话。同时在LTE网络覆盖边缘，LTE与

WCDMA/GSM也需要进行互操作。

2.1 LTE和WCDMA互操作

相比 LTE与GSM互操作，LTE与WCMDA之间的

互操作性能更佳，同时WCDMA能够实现语音和数据

的并发，建议 LTE异系统间互操作优选 LTE与WCD⁃MA网络间互操作以实现最佳性能。

2.1.1 LTE和WCDMA现网互操作方案

LTE和WCDMA互操作包括空闲态小区重选、数

据业务互操作和 CSFB 3种场景，目前现网部署方案

为：

a）空闲态小区重选：LTE和WCDMA双向小区重

选。

b）数据业务互操作：测试结果表明LTE到WCD⁃MA采用切换方式，数据业务中断时延最短，因此LTE到WCDMA 数据业务采用切换方式。WCDMA 返回

LTE采用数据业务结束后空闲态小区重选至 LTE方

案。

c）CSFB：实际测试中R9盲重定向至WCDMA的

CSFB时延最低，成功率很高，因此采用R9盲重定向至

WCDMA的方案。CSFB通话结束后采用 Fast Return方案快速返回LTE。2.1.2 应用心跳包对LTE和WCDMA互操作的影响

目前网络部署时WCDMA返回LTE采用空闲态小

区重选方案，只有当WCDMA RRC保持时长+小区重

选时间小于心跳包发送间隔，终端才能从WCDMA重

选回LTE。其中WCDMA RRC保持时长由网络参数控

图1 TD-LTE和LTE FDD互操作示意图

小区重选

TD-LTE网络 数据切换

LTE FDD网络

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制，WCDMA到LTE小区重选时间由终端控制（不同终

端从WCDMA到LTE的小区重选行为类似，小区重选

的平均时延约为5 s），业务心跳包发送间隔由业务、操

作系统特性控制。

使用3款终端对QQ、微信和新浪微博的心跳包特

征进行了测试分析，测试结果如图 2所示。典型场景

下QQ、微信和新浪微博的心跳包间隔为 300、270和

120 s。因此通常单个应用程序处于背景状态，不会影

响用户从WCDMA小区重选回到LTE网络；若用户开

启多个应用心跳包叠加，当 4G用户在 4G覆盖区域内

驻留3G时，将导致用户无法短时间内回到3G空闲态，

从而导致难以短时间返回4G。

2.1.3 连接态WCDMA返回LTE互操作

考虑到部分地区RNC已经升级，抵抗信令风暴能

力增强，同时 4G网络会吸收部分数据业务，一定程度

上降低了3G网络的信令负荷，并且现网参数设置虽未

影响用户回到4G，但各地设置差异大，有优化空间，建

议有条件地区应尽量减少 3G网络信道状态转换时间

的设置，使用户可以尽快回到LTE。同时可以采用连

接态 WCDMA 到 LTE 互操作方案来加速用户返回

LTE。连接态WCDMA到 LTE互操作包括重定向和切

换。重定向对核心网和eNodeB没有要求，同时用户体

验相比切换损失不大（1 s以内），建议采用重定向方

式。考虑到WCDMA本身具有一定的承载能力，同时

切换复杂度和费用较高，建议采用基于状态转换的重

定向方式来快速返回LTE。重定向方式分为盲重定向

和基于测量的重定向2类。盲重定向可以使用户更快

地回到LTE，但若WCDMA大于LTE覆盖，在LTE边缘

的WCDMA站采用盲重定向方式将会导致乒乓切换。

图3给出了在不同心跳包周期（5~120 s）下开启基

于状态转换WCDMA到LTE的重定向和现网小区重选

性能对比：若用户心跳包间隔小于 5 s，用户将无法返

回LTE；当心跳包间隔大于10 s时，开启重定向相比现

网配置返回LTE时间要快10 s以上。

图4是开启前后WCDMA网络KPI统计，从图4中可以看出：开启重定向后，对3G CS掉话率、PS掉话率、

RAB异常释放率等3G网络KPI指标基本无影响；开启

重定向后，测试区域每小时发生基于状态转换的重定

向次数平均为465次，每次用户返回4G相比现网配置

至少快10 s。2.2 LTE与GSM互操作

无 GSM/WCDMA/LTE 覆盖区域，采用 GSM/LTEFDD的多模基站可同时解决数据和语音回落问题，可

大大节约网络投资，这将涉及 4G覆盖区内无 3G覆盖

时 4G和 2G互操作问题，对于该覆盖场景建议采用如

下4G和2G互操作方案来保障用户业务的连续性。

a）空闲态建议采用双向小区重选。测试结果表

明，4G到2G重选时延为6 s，2G到4G重选时延为10 s；

图2 常见业务应用心跳包周期

图3 基于状态转换WCDMA到LTE的重定向开启前后性能对比

图4 开启基于状态转换WCDMA到LTE的重定向和现网配置网络KPI统计

QQ 微博 微信0

100200300400 300

120270

周期

/s

开启3G到4G重定向现网30.025.020.015.010.05.00.0

35.0

时延

/s心跳包周期/s

5 10 20 30 60 120

无法返回 4.2

30.9

1.918.1

3.215.1

3.315.9

2.611.6

2.1

未开启重定向开启重定向

CS掉话率 PS业务掉话率 RAB异常释放率

0.13%0.14% 0.17%0.08% 0.09%

0.17%未开启重定向开启重定向

上行PRB利用率 下行PRB利用率

2.69% 2.52% 1.87% 1.75%

开启重定向 未开启重定向

576

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（a）3G网络KPI指标对比（一周平均） （b）LTE网络KPI指标对比 （c）3G返回LTE重定向次数（每小时平均，含FR）

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邮电设计技术/2016/04

如果用户在2G网络存在应用心跳包，返回时延可能达

到40~60 s。b）连接态数据业务建议采用 4G到 2G的基于覆

盖R8重定向，并将重定向门限设为 4G最小接收电平

以防止终端脱网，反向采用重选。

c）CSFB业务可根据省分投资能力和对性能要求

的差异在R8盲重定向至2G或R9盲重定向至2G方案

中二选一。R8盲重定向网络改造量小、优化难度小、

费用低，时延为约10 s；R9盲重定向网络改造量大、优

化难度大、费用高，时延约为8 s。d）Fast Return目前有无线侧Fast Return和终端侧

Fast Return 2种方案。性能差异不大，但网络侧方案

需要软硬件投资和升级改造，终端侧Fast Return无需

网络但存在部分存量终端不支持的情况（可通过小区

重选返回至LTE）。相比4G到3G的CSFB方案，4G到2G的CSFB接入

时延会长 3 s左右，同时CSFB无法实现语音和数据并

发。4G到2G的CSFB优化手段和优化效果如表1所示。

3 结束语

本文给出了TD-LTE/LTE FDD/WCDMA/GSM融合

组网下的互操作策略：通过优选TD-LTE并开启TD-LTE和LTE FDD之间的负载均衡来充分利用LTE网络

资源；通过开启WCDMA到LTE基于状态转换的重定向

来加速用户回到LTE网络，提升用户体验；同时给出了

无3G覆盖时，LTE与GSM的互操作策略以及优化手段。

参考文献：

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［14］ Radio Resource Control（RRC）; Protocol Specification：3GPP TS25.331［S/OL］.［2015- 11- 07］. http：//www.3gpp.org/ftp/specs/ar⁃chive/25_series/25.331/.

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表1 LTE到2G CSFB优化手段和效果

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一

优化手段

缩短时延/s

关闭 IMEICheck0.5

CSFB 的 CS 域鉴权关闭或减少频次

1~2

4G TAC到2G LAC映射

3~5

作者简介：

李佳俊，毕业于北京交通大学，高级工程师，博士，主要从事3G和LTE移动通信系统研

究工作；李轶群，毕业于北京邮电大学，高级工程师，博士，主要从事移动通信新技术研

究、测试和标准化工作；李福昌，毕业于哈尔滨工程大学，高级工程师，博士，主要从事移

动通信新技术研究和标准化工作。

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