Inloggen

  

De 4G netwerken in Nederland zijn snel groeiende, en daarbij ook het aantal gebruikers die gebruik maken van 4G. Maar voor bellen blijven we (nog) afhankelijk van het oudere 2G en 3G netwerk.

In dit artikel gaan we dieper op het fenomeen CSFB oftwel Circuit-Switched Fallback in; Wat is het? Hoe werkt het? De voor- en nadelen van het systeem.

Het artikel is zo simpel mogelijk opgezet, maar het voorkomen van afkortingen en termen is zo goed als onmogelijk, wat hier beschreven wordt is in de meeste gevallen al een versimpelde weergave van de echte situatie.

De informatie op deze pagina is bijgewerkt op 22 augustus 2014

 De providers

Iedereen die nu verbinding heeft met het 4G netwerk van KPN, Vodafone of T-Mobile moet voor het bellen overschakelen naar het 2G of 3G netwerk. De providers hebben zelf een bepaalde voorkeur op welk netwerk er teruggevallen wordt tijdens het bellen. 
Alle providers (KPN/Vodafone/T-Mobile) laten in principe de gebruiker terugvallen op het 3G netwerk. Dit is afhankelijk van wel/niet aanwezigheid in het omgebouwde gebied. De providers maken gebruik van HD voice, KPN deed dat al enkele jaren, Vodafone en T-Mobile zijn dit jaar begonnen met de HD Voice uitrol. HD Voice werkt alleen op het 3G netwerk. Theoretisch kan het ook op het 2G netwerk, maar dat hebben de Nederlandse providers niet geïmplementeerd. 

Verschil 4G en 2G/3G

Het grootste verschil is dat 4G all-IP is, oftwel packet switching. Dat wil zeggen dat het 4G netwerk compleet over een data-only netwerk gaat, dit in tegenstelling tot 2G/3G, dat (voornamelijk) circuit-switched is.
Tele2 heeft straks een groot voordeel; het netwerk is 4G-only, dus er hoeft geen rekening worden gehouden met oudere protocollen/technieken, wat het onderhoud en dus de kosten sterk reduceert. De andere providers hebben wel allemaal nog een 2G en 3G netwerk en moeten dus zorgen voor een soepele overgang tussen deze netwerken mocht het 4G bereik onvoldoende zijn.

CSFB

Er zijn 2 oplossingen om te kunnen schakelen tussen packet switched (PS – 4G) en circuit switched (CS – 2G/3G); dual radio en single radio.

Dual radio

Zoals de naam als zegt, zijn er bij deze oplossing 2 radio's geïmplementeerd in een toestel. Deze 2 radio's zijn altijd online, 1 voor CS en 1 voor PS. Dual radio wordt echter niet (meer) gebruikt, deze oplossing was voornamelijk ontwikkeld voor de VS voor de LTE-CDMA2000 netwerken. Het grootste nadeel is de hogere energieverbruik, er moet immers met 2 netwerken continue verbinding gelegd worden. Daarnaast is het een duurdere oplossing. Het grote voordeel is dat er veel sneller overgeschakeld kan worden bij gebruik van telefonie, er is immers al een verbinding opgebouwd met een CS (2G/3G) netwerk.

Single radio

Hierbij wordt gebruik gemaakt van 1 radio die beiden type verkeer moet afhandelen. Single radio maakt gebruik van netwerk signalering om te detecteren wanneer het toestel over moet schakelen van PS naar CS. Single radio is de algemene standaard zoals beschreven in de LTE-3GPP en het hele artikel zal dan ook toegespitst zijn op deze standaard.

Hoe werkt CSFB?

Wanneer het toestel in 4G modus (PS) werkt en er komt een gesprek binnen dan wordt er een signaal verstuurd naar het toestel. Het toestel reageert met een speciaal verzoek naar het netwerk toe, en het netwerk stuurt een verzoek naar het toestel om terug te schakelen (fall back) naar 2G/3G (CS) om het inkomende gesprek aan te nemen.

Hetzelfde gebeurt met een uitgaand gesprek, hetzelfde speciaal verzoek wordt gebruik om het toestel naar 2G/3G over te laten schakelen. Deze techniek wordt CSFB genoemd.
CSFB heeft wel technische uitdagingen, wat verderop in het artikel behandeld wordt.
CSFB is eigenlijk een tijdelijke oplossing om compatibiliteit tussen de verschillende netwerken mogelijk te maken.

De 3 fasen naar een volwaardige 4G spraakoplossing

De omschakeling kent 3 fasen;

Fase 1 is wat nu gebruikt wordt door KPN, Vodafone en T-Mobile. Hierbij worden de CS netwerken (2G/3G) gebruikt voor alle spraak verkeer en het PS netwerk (4G) voor alle dataverkeer, met een mogelijkheid tot terug schakeling naar 2G en/of 3G wanneer er geen 4G dekking is.
CSFB is de oplossing voor de spraak en SMS mogelijkheid in de huidige 4G toestellen, en is dus de eerste stap in de omzetting naar een 4G-only netwerk (wat Tele2 gaat uitrollen).

Fase 2 introduceert VoIP over 4G (VoLTE) met de toevoeging van IP multimedia oplossingen zoals videotelefonie of LTE-Broadcast (TV kijken via 4G). Uiteraard heeft VoLTE HD Voice voor een verbeterde gesprekskwaliteit.
Een probleem treedt op wanneer er vanuit een 4G naar een niet-4G dekkend gebied wordt gereisd terwijl er een gesprek gevoerd wordt. Dit wordt opgelost door SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity). Deze techniek zorgt voor een vlekkeloze overgang tussen 4G en 2G/3G. 
Tele2 gaat deze techniek gebruiken, aangezien Tele2 gelijk VoLTE gaat gebruiken op het 4G netwerk. Het Tele2 netwerk zal niet gelijk landelijk dekkend zijn, waardoor ze nog steeds gebruik moeten maken van het T-Mobile 2G/3G netwerk voor gesprekken en/of dataverkeer.

In deze 2e fase wordt nog steeds gebruik gemaakt van CSFB voor gebruikers die roamen (mensen met een buitenlandse simkaart) en toestellen die niet VoLTE kunnen gebruiken.

Fase 3 is de afsluitende fase, hierin is VoLTE compleet geïntegreerd in 4G, 3G en WiFi netwerken. Ook moet het dan mogelijk zijn om met VoLTE te roamen in het buitenland.

Opbouw van het CSFB netwerk

Het 2G/3G netwerk en het 4G netwerk zijn 2 separate netwerken.
De MME (Mobility Management Entity) is de server voor 4G verkeer, de SGSN (Serving GPRS Support Node) regelt het dataverkeer voor 2G en 3G en de MSC (Mobile Switiching Center) server regelt de spraak verbindingen.

De MSC server is verbonden met het telefoonnetwerk van de provider. Om CSFB (Circuit-switching fallback) en SMS verkeer te ondersteunen op 4G is de MME verbonden met de MSC server, de SGs bij figuur 1. De UE staat voor User Equipment (Gebruikersapparatuur zoals een telefoon of dongle).


Figuur 1

De koppeling (SGs in figuur 2) tussen de MSC server en de MME server geeft het toestel de mogelijkheid om zowel op het CS (Circuit switched) als op het PS (Packet switched) geregistreerd te zijn terwijl er een 4G verbinding actief is.
Deze verbinding zorgt er ook voor dat SMS ontvangen/verzonden kan worden zonder dat het toestel de 4G modus verlaat.
Als er een telefoongesprek (CS) binnenkomt op een toestel dat verbonden is met het 4G netwerk zal dat via een melding naar het toestel gaan (Zie roze lijn in figuur 2).


Figuur 2

De melding zorgt ervoor dat CSFB geactiveerd wordt waarnaar het toestel een verzoek stuurt om over te mogen gaan naar het 2G/3G netwerk (Zie figuur 3).


Figuur 3

Wanneer het toestel overgeschakeld is naar 2G/3G, zal de standaard procedure gevolgd worden om het gesprek mogelijk te maken.

Een uitgaande gesprek werkt op dezelfde manier, alleen is de melding vanuit het netwerk niet aanwezig.

Wanneer het gesprek afgelopen is zal het toestel terugschakelen naar 4G. Wanneer dit gebeurd is afhankelijk van de provider instelling, bij KPN en Vodafone is dat direct na het beeïndigen van het gesprek, mits er geen dataverkeer is bij een 3G gesprek (zie figuur 4). Bij een 2G gesprek is er geen dataverkeer bij de Nederlandse providers, het is echter technisch wel mogelijk.


Figuur 4

Tijdsduur om een gesprek op te zetten

Iedere 4G gebruiker zal het herkennen; de uitgaande gesprekken duren langer dan bij 2G/3G om op te zetten. De reden daarvoor is dat het toestel compleet moet overschakelen naar 2G/3G, en moet daarbij in de systemen zichzelf registeren via diverse stappen. Dat kost tijd.

Bij 3G duurt het gemiddeld 4,0 seconden voordat een gesprek opgebouwd is, bij 2G is dit 3,9 seconden.

Er zijn diverse protocollen voor CSFB, welke de providers in Nederland gebruiken is onbekend.
Onderstaand grafiek (figuur 5) geeft de verschillen tussen de verschillende protocollen bij 3G (de eerste 5 kolommen) en de bij 2G (de laatste 4 kolommen).

De eerste kolom en de 6e geven de tijd aan die bij 3G cq. 2G nodig is om een gesprek op te bouwen. De snelste methode kost 0,4 seconden extra, de langzaamste 2,5 seconden extra bij 3G, bij 2G varieert dat tussen 0,6 en 2,7 seconden extra.


Figuur 5

Voor een binnenkomend gesprek is de gespreksopbouwtijd niet zo relevant. Mocht er net op het scherm gekeken worden dan is het wel zichtbaar dat een gesprek binnenkomt, de telefoon schakelt naar 2G/3G en 1 tot 2 seconden later gaat de telefoon over.

De opbouwtijd bij een binnenkomend gesprek is normaal gesproken 2,6 seconden bij gebruik van 3G. Bij gebruik van CSFB kost het gemiddeld 0,4 tot 2,5 seconden extra (zie figuur 6).


Figuur 6

De opbouwtijd kan behoorlijk fluctueren, mocht de 2G/3G mast waar het gesprek initieel mee opgebouwd zou worden, te druk zijn, dan moet er een andere mast (lees: cel) gevonden worden, dit kost tijd. Dit geldt ook wanneer gereisd wordt.

Onderbreking van het dataverkeer

Als de gebruiker een actieve 4G PS data sessie heeft (bijv. YouTube of Spotify) wanneer er gebeld wordt, dan zal de data sessie afgebroken worden. Hoe lang dat duurt is afhankelijk van de instellingen van de mast/provider. Dat kan variëren van 0,3 tot 6,8 seconden. 0,3 seconden is nauwelijks tot niet merkbaar, bij streaming wordt immers gebufferd. 6,8 seconden kan wel een probleem zijn, en dus een onderbreking veroorzaken.
Op zich is het niet zo'n groot probleem, de telefoon moet in de meeste gevallen opgenomen worden om het gesprek te voeren.

Betrouwbaarheid van de gespreksopbouw

Een andere belangrijk punt is de betrouwbaarheid bij het opzetten van gesprek. De ondergrens is 98%, dus 98 van de 100 gesprekken worden goed opgebouwd. Uit testen is gebleken dat 99% van de gesprekken goed opgebouwd worden, dit is op hetzelfde niveau als bij 3G.

Doordat er gebruik wordt gemaakt van CSFB, wat dus een omschakeling van 4G naar 2G/3G inhoudt, is de kans dus groter dat een gesprek niet goed opgezet wordt. Dat kan komen door diverse oorzaken.

Doordat er overgeschakeld wordt naar een andere techniek (2G of 3G) is het signaal van de andere techniek niet identiek aan die van 4G. Er wordt immers gebruik gemaakt van een andere frequentie. Ook kunnen de antennes anders gericht zijn of er moet verbinding worden gemaakt met een andere mast. Ook kunnen in een 4G gebied wel 3 tot 5 3G locaties zijn (vanuit gaand dat 4G op 800 MHz zit en 3G op 2100 MHz).

Deze verschillen tussen 4G en 2G/3G kunnen extra vertraging veroorzaken; de MSC (Mobile switching center) servers moeten namelijk de toestel locatie wijzigen, wat verschillend kan zijn. De server moet dus de locatie updaten voordat er een verbinding opgezet kan worden. Dit kan 1 tot 2 seconden extra kosten, afhankelijk van de drukte op het netwerk.

Het kan ook mogelijk zijn dat de telefoon zich in een gebied bevindt dat tussen 2 MSC's zit (Zie figuur 7). Daarbij moet dus geswitched worden naar de MSC die de 2G/3G afhandelt. Daarbij moet niet alleen de locatie (LAU – Location Area Update) maar ook de HLR (Home Location Register) geupdate worden.
Dit kan 4 tot 5 seconden extra kosten.


Figuur 7

Het kan zijn dat de providers MSC Pool gebruiken, hierbij zitten alle MSC servers in één grote groep, waardoor er geen grenzen zijn en is dus geen sprake van bovenstaande situatie (Zie figuur 8).


Figuur 8

Conclusie

CSFB moet echt gezien worden als een tijdelijke oplossing tot VoLTE geïntroduceerd gaat worden. De extra tijd voor het opbouwen van het gesprek is de grootste irritatie. Ook het onderbreken van een actieve dataverbinding kan problemen opleveren in bepaalde gevallen (bijv. bij VPN verbindingen).

In de toekomst zal er een artikel verschijnen met meer informatie over VoLTE, over de achterliggende systemen en de voor- en nadelen.

Bron: Whitepaper Qualcomm (The first phase of voice evolution for mobiel LTE devices) www.qualcomm.com 

4G Masten in Nederland

West NL 4G Oost NL 4G

Achtergrond Artikelen

4G implementaties, wat kunnen we verwachten

GSA Logo
GSA (Global mobile Suppliers Association) publiceert op regelmatige basis statistieken en artikelen over de 4G status over de gehele wereld. In deze komkommertijd kijken we even hoe het gesteld is met de 4G implementaties bij de providers op deze aardbol.

Lees meer...

De grote verwisseltruuk

banner

4GMasten.nl was laatst op bezoek bij een site-swap, in dit geval van T-Mobile. In dit achtergrond artikel laten we zien hoe dat in zijn werk gaat en wat er allemaal bij komt kijken.

Lees meer...

Antennes, de verbindende eenheid

totaal plaatje

Iedereen kent ze, de antennes van de providers, in masten of in/op/aan gebouwen. Maar welke antennes zijn nu van welke provider? En wat komt er allemaal bij kijken? We gaan in dit artikel daar dieper op in.

Lees meer...

4G Categorieën; de volgende stap

Generaties

LTE cat 4 of cat 6, je ziet deze kenmerken steeds vaker bij toestellen vermeld staan, maar wat zijn die categorieën en wat kun je er mee, of beter gezegd, wat kan het toestel dan wel of niet?

Lees meer...

Nieuwsbrief

  • Nieuwsbrief 4G Masten.nl


Ontvang HTML?

Joomla Extensions powered by Joobi