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LTE语音业务解决方案
徐菲 杨红梅 许慕鸿 宋爱慧
2013-01-17  来源:泰尔网

 

  摘要:LTE是未来国际主流的新一代宽带无线移动通信技术。由于LTE面向分组域提供业务,不能象传统的3G和2G网络那样提供电路域业务,因此如何在LTE网络提供语音业务成为业界关注的一个问题。本文主要介绍了LTE网络的语音业务解决方案,并分析了每种方案对传统网络和产业的影响。

  LTE(Long Term Evolution)是国际主流的新一代宽带无线移动通信技术。基于LTE面向于分组域优化的系统设计目标,LTE的网络架构不再区分电路域和分组域,采用统一的分组域架构。在新的LTE系统架构下,不再支持传统的电路域语音解决方案,IMS控制的VoIP业务将作为未来LTE网络中的语音解决方案。

  由于目前VoIP业务的性能指标未能达到现有电路域语音业务的质量,而且需要全网布署IMS,因此在现有网络基础上,形成了三种不同的语音解决方案:基于双待机终端方案、CSFB和VoLTE。CSFB和VoLTE均为3GPP定义的LTE语音解决方案。VoLTE需要终端、无线和核心网的全面支持和优化,从目前来看,实现复杂度较大。CSFB是在产业界未实现VoLTE时提出的一种相对较为简单的语音解决方案。

  一、基于双待机终端的语音解决方案

  双待机终端可以同时待机在LTE网络和3G/2G网络里,而且可以同时从LTE和3G/2G网络接收和发送信号。双待机终端在拨打电话时,可以自动选择从3G/2G模式下进行语音通信。也就是说,双待机终端利用其仍旧驻留在3G/2G网络的优势,从3G/2G网络中接听和拨打电话;而LTE网络仅用于数据业务。

  基于双待机终端的语音解决方案是一个相对比较简单的方案。终端芯片可以用两个芯片(1个3G/2G芯片和1个LTE芯片)或一个多模芯片来实现,解决方案简单。由于双待机终端的LTE与3G/2G模式之间没有任何互操作,终端不需要实现异系统测量,技术实现简单。

  因此双待机终端语音解决方案的实质是使用传统3G/2G网络,与LTE无关。对网络没有任何要求,LTE网络和传统的3G/2G网络之间也不需要支持任何互操作。

  二、基于CSFB的语音解决方案

  CSFB方案的主要思想是在用户需要进行语音业务的时候,从LTE网络回落到3G/2G的电路域重新接入,并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务。

  1、网络架构

  为实现CSFB,需要在MME和3G/2G网络的MSC设备之间建立SGs接口。SGs关联在CSFB技术中起着桥梁作用,能够将两个不同的系统联系起来,实现用户在不同系统间的语音业务连续。

  CSFB技术会影响现有的3G/2G网络,原有网络的MSC需要新增与MME的SGs接口,SGSN新增与MME的S3接口。

  原有3G/2G网络的无线子系统(基站、基站控制器),需要增加LTE的邻小区配置。为让终端在CSFB到3G/2G网络后的语音业务结束后,尽快回到LTE网络,原有网络的无线子系统需要支持Fast Return功能;为了优化终端从LTE回落到3G/2G的延迟,原有网络的无线子系统需要支持RIM功能等。

  2、CSFB关键技术

  CSFB的思路是在用户需要进行语音业务的时候,从LTE网络回落到3G/2G的电路域。回落的方式是在释放LTE的无线链接,并且在释放消息中携带重定向字段,指出终端重新接入的制式和频点,称为重定位。重定位方式的特点是实现简单,对原有网络的改造量小;缺点是延迟相对较大。

  为了减少终端重新接入3G/2G网络的时间,3GPP提出了带系统消息的重定位功能,在重定位字段中携带3G/2G网络的系统消息。3G/2G网络的系统消息是通过RIM流程从BSC/RNC、SGSN、MME传送到LTE的eNB。这种方式的特点是延迟较小,但对原有网络的改造量较大,需要对原有无线网络进行改造。

  为了尽可能减少对原有网络的改造量,但同时又为了减少重新接入的时延,3GPP规范提出了DMCR功能。DMCR(Deffered Measurement Control)功能是让UE回落到3G网络进行呼叫期间只读取部分系统消息,而不需要在呼叫建立前读完所有的系统消息,从而减少呼叫建立时间。但是该功能只能用于3G网络,2G网络不支持DMCR功能。

  用于支持终端从LTE回落到3G/2G网络的另一种方法是PS域切换。这种方案延迟较小,但支持难度较大,而且现有终端基本不支持这种方式。

  从目前技术支持、产业实现、性能等方面来看,“带系统消息的重定位方式”被业界广泛接受。

  三、基于VoLTE的语音解决方案

  当LTE网络达到全覆盖时, VoLTE语音方案将成为运营商的终极解决方案。 VoLTE的核心业务控制网络是IMS(IP多媒体子系统)网络,配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。 通过IMS系统的控制,VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务,包括:号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。

  1、网络架构

  VoLTE解决方案中,实现VoIP语音业务时,除了由EPS系统提供承载,由IMS系统提供业务控制外,通常还要由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策略的控制。

  IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。IMS系统和EPS网络配合,可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务,包括:号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。

  VoLTE 系统采用专门的IMS APN来提供语音业务,为信令和语音数据使用特定QCI的“承载”,从而保障给语音业务较高的QoS。

  2、关键技术

  VoLTE语音解决方案的核心思想是采用IMS作为业务控制层系统,EPC仅作为承载层。借助IMS系统,不仅能够实现语音呼叫控制等功能,还能够合理、灵活地对多媒体会话进行计费。运营商可以基于用户的QoS,针对用户业务的不同内容,提供不同的资费标准。

  VoLTE是全IP条件下端到端语音解决方案,涉及终端、无线、PS、IMS、CS各技术域,旨在替代电路域话音。采用VoLTE语音解决方案,对终端域、无线域和核心网有如下要求:

  核心网需要全面部署 IMS系统,IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS,MMTel AS和IP-SM-GW、MGCF/IBCF/TrGW等互通功能;需要引入LTE的设备S/P-GW、MME和为VoLTE提供承载通道和QoS控制能力。

  四、结束语

  随着LTE网络技术的日益成熟,移动通信系统的网络架构将逐步向EPS演进,语音业务IP化也是语音业务必然的发展趋势。但是,真正实现VoLTE将是一个漫长的过程。因此,电路域语音业务将在很长一段时间内与分组域业务并存;基于双待机终端的语音解决方案和基于CSFB的语音解决方案将在网路演进过渡阶段发挥重要作用。最终,随着LTE和IMS网络的全面部署基于VoLTE的语音解决方案将是最终的解决方案。

 

  作者简介

  徐菲:现任工业和信息化部电信研究院通信标准所无线与移动研究室主任工程师,中国无线通信标准化协会无线技术委员会WG9组组长。长期在无线通信领域方面进行研究和实践,在蜂窝移动通信以及无线接入标准方面有深入的研究。

  杨红梅:北京邮电大学硕士,1995年~1999年在西安邮电学院从事教学工作,主要讲授移动通信系统等专业课程。2002年开始专注于移动通信网络核心网及业务应用领域的技术研究和标准化制定工作,主要从事GSM系统、软交换、GPRS、IMS、EPC网络技术究以及语音解决方案、短消息、MMS、WAP等业务领域的研究,近年来,在CCSA牵头组织EPC相关研究报告和行业标准的起草和制定工作,并参加3GPP会议对新技术进行讨论和跟踪。在移动通信核心网技术及业务应用方面,发表专业技术文章30余篇。

  许慕鸿:北京邮电大学硕士,工信部电信研究院通信标准所高级工程师;主要从事移动核心网络和业务系统方面的研究,负责相关标准和技术的跟踪、研究和标准制定。

  宋爱慧:北京邮电大学硕士,现从事移动通信的关键技术及标准研究工作。

  

  




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