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[VoLTE] LTE网络语音业务部署方案研究 [复制链接]

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发表于 2015-5-3 11:30:17 |显示全部楼层
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LTE网络语音业务部署方案研究

论述了LTE网络引入语音业务的主要方法,包括电路域回落方案、双待手机方案、过顶传球方案和基于IMS的VoLTE方案。继而对基于IMS的VoLTE方案原理和优势做了论述。最后,研究了LTE网络语音业务部署策略。

(1.中国移动广东有限公司揭阳分公司,广东 揭阳 522000;

2.中睿通信规划设计有限公司,广东 广州 510630)
【摘 要】
【关键词】LTE网络语音业务 VoLTE CSFB SVLTE OTT

1 引言
随着LTE网络的大规模部署,无线数据业务得到
了飞速发展,100Mbps的下行速率和50Mbps的上行速
率让宽带的无线化成为现实,用户感知大为增强。语
音业务作为运营商的核心基础业务,同样关系到运营
商的收入和竞争力,所以在LTE网络上引入语音业务
显得十分必要。特别是在未来,为了降低2G、3G、
4G网络的共存度,实现高速数据业务和大容量话音
业务的单一网络支持,降低网络建设和维护成本,
对L T E 网络话音业务引入的研究显得十分必要, 而
VoLTE作为LTE话音业务的主流方案,由于其具备很
多优势,对它的部署成了目前的研究热点。
2 LTE网络实现语音业务的主要方法
2.1 电路域回落方案
电路域回落CSFB(Circuit Switched Fallback),
是一种最简单的LTE网络话音业务引入方法,默认的
LTE网络只支持数据业务,当终端接收或者发起语音

业务时, 自动跳回到C S 域。C S F B 方案的优势是网
络只需要对M S C 进行升级, 不需要重新增加I M S设
备。同时,当LTE终端漫游到没有部署LTE网络的地
区时,电路域回落方案可为LTE终端提供话音业务。
CSFB方案的缺点是呼叫接续的反应时间长,当用户
使用数据业务的时候,不能使用语音业务,当使用语
音业务的时候数据业务也会暂时断开,在智能机中的
表现就是拨打电话时候,数据连接会中断。目前移动
版的i P h o n e5S采用的就是CS F B方案,用户体验的反
馈是用户在语音通话结束后信号会首先跳到3G再跳
到4 G网络,等待时间大约需要3分钟。因为CSF B存
在先天不足,电路域回落方案可以作为IMS应用前的
过渡方案。
2.2 双待手机方案
双待手机方案SVLTE(Simultaneous Voice and
LTE),主要是指LTE手机同时支持多种制式,让手
机可以工作在LTE网络和2G、3G的CS域网络上,LTE
网络提供高速率的数据业务,2G、3G的CS域网络提
供语音业务。该方案主要是对手机终端进行改造,优点是对无线网络没有改造要求,也不需要部署IMS,
可以充分利用现有的网络资源,在短时间内完善网
络。目前三星的No t e2移动4G版、索尼的M35T移动
4G版采用的是双待方案。该方案缺点是对手机基带和
频带的处理能力要求较高,导致手机设计复杂,成本
上升,也降低了手机的待机和使用时间;同时,基站
侧需要存续2G设备,从长远角度来讲运营商的运营维
护成本较大。
2.3 过顶传球方案
过顶传球方案OTT(Ove r - T h e - T op)。OTT
和虚拟运营商是今年国内通信行业除了LTE外最热门
的词汇,引发了业界的大讨论,通过智能手机和OTT
软件的融合和创新,终端App可以通过OTT技术利用
LTE高速低延迟的无线数据网络提供跟CS域效果基本
一致的语音服务,而且用户在使用界面和使用习惯上
没有很大变化,语音资费也更加廉价,容易被用户接
受。该方案最大的不足是,由于不是运营商主导,使
得运营商的参与积极性不高。同时,该语音方案由于
是采用第三方的软件进行通话,会严重影响运营商的语音业务收入,而且由于没有电信级99.999%的可靠性
保证,很难成为主流方案,但可以作为语音业务的有
效补充,Microsoft的Skype就是典型代表,它在国际长
途资费上的优势,使它有着特定的市场。
2.4 基于IMS的VoLTE方案
V o L T E 是V o i c e o v e r LTE的英文缩写,即通过
LTE来承载语音;要想通过LTE来承载语音,需对LTE
网络进行升级改造,简而言之就是需要在LTE网络构
架中加入IMS网元,IMS(IP Multimedia Subsystem)
即多媒体子系统。通过IMS可以实现LTE网络的VoIP
功能(Voice over IP),从而实现LTE的话音业务。
通过V o L T E 实现了L T E 网络对高速数据业务和高可
靠性语音业务的双项支持, 对L T E 网络长期演进并
替代2 G 、3 G 网络和提升用户体验Q o E(Q u a l i t y o f
E x p e r i e n c e ) 意义重大, 虽然现在全面部署V o L T E
存在着较多的问题,但是从技术角度来看基于IMS的
VoLTE是LTE网络语音业务部署的最佳选择,对于消
费者和运营商都是有利的。国外主流运营商LTE语音
业务部署路线图如图1所示:

3 部署VoLTE的优势
3.1 基于IMS的VoLTE的基本原理
L T E 要实现话音业务需要在L T E 核心网的
PDN GW和MSC S e r v er之间加设基本网元IMS(IP
Mul t i m e d i a S u b s y s t em),即多媒体子系统。IMS主
要实现呼叫控制和随后的切换控制功能,通过多种信
令和控制操作,实现语音信令和语音业务的VoIP化。
基于IMS的VoLTE具有成本低、支持语音视频、业务
扩展灵活、延时低、频谱利用率高等优势。4G网络
V oLTE提供的语音体验不但不会比传统的CS域语音
差,在声音保真度、声音延时等关键指标上比CS域
语音更好。早期的LTE网络是不支持语音业务的,随
着LTE标准的更新和中国移动等主流运营商的推动,
多种LTE语音方案被提出来,VoLTE成为了事实上的
标准。通过VoLTE技术,LTE具备了承载高速无线数
据业务和高可靠性无线语音业务的功能。基于IMS的
VoLTE的基本原理如图2所示。
3.2 多代无线网络共存的浪费问题
从短期来讲4G网络会跟2G、3G网络共存,这种共
存主要是因为4G对语音支持的不足和4G终端的不足。
但是从4G网络的长期发展目标来看,4G网络是要全部
取代2G、3G网络的。因为现在天面、机房是极为紧缺
的资源,在极端情况下一个天面和机房要放置3家运营
商的3代无线基站,这样就会在有限空间内积聚9套系统,不仅会加剧设计施工的难度,也带来了高额的建设
维护成本,特别是电力、租金等方面的开支,也不绿色
环保。现在运营商都在提倡降本增效,公开数据显示3
大运营商每家的电费和基站租金开销每年高达数百亿人
民币,如果能只用1套系统,运营商的降本增效效果显
著,也能减少辐射和能耗,实现“绿色通信”。
3.3 VoLTE提高频谱利用率
在无线通信领域频谱是最宝贵的资源之一,特别
是较为优质的低频段频谱资源,它们被2G、3G无线
网络占据较多,比如GSM和CDMA占据的900MHz附
近的频谱,导致现在LTE只能使用2 000MHz和2 600MHz
附近的高频段频谱,在同样的发射功率下接收信号
会弱3 d B 左右。同时, 2G无线侧采用QS K等低阶调
制, 最大带宽利用率约为1 b p s / H z , 3 G 无线侧采用
16QAM等中阶调制,最大带宽利用率约为2bps/Hz,
而LTE无线侧可采用64QAM等高阶调制,最大带宽
利用率约为5bps/Hzz。如果2G、3G无线网络退出商
用后,把频谱给LTE网络使用,会大大提高频谱使用
效率,也增加可用频谱资源,为LTE-A的载波聚合
技术提供可用频谱。
4 LTE网络语音业务部署策略
电路域回落方案CSFB(Circuit Switched Fallback)、
双待手机方案SVLTE(Simultaneous Voice and LTE)、过顶传球方案OTT(Over-The-Top)、基于IMS的VoLTE
方案是目前LTE承载语音业务的4种主流方案,并且这4种
主流方案都有成功的商用案例和存在的问题。从技术角
度来讲基于IMS的VoLTE无疑是最好的,但是从工程实践
角度来讲却是最难实现的。作为国内运营商,LTE网络语
音业务部署可以采取3步走的策略:第1步,依托现有网
络加大双模终端采购,采用双待手机方案,语音走原有
网络,数据走LTE网络,快速实现LTE业务的商用并保证
用户的良好体验;第2步,适当关注和投入CSFB(Circuit
Switched Fallback)和OTT(Over-The-Top)方案,为
LTE承载语音技术进行多元化技术储备;第3步,加紧研
究和实验VoLTE技术,使其快速成熟和标准化,真正实
现LTE对高速数据业务和高可靠性话音业务的双承载,从
而降低多代无线网络共存的建设维护成本,提升用户体
验,并实现“绿色通信”。
5 总结
2 G 、3 G 、4 G 网络大规模共存是一个特殊的现
象,在其他技术商用的过程中,很难看到3代共存的
情况,究其原因,一是无线蜂窝技术换代快,代隔时
间不长;二是4G网络对语音业务支持的先天不足需要
2G、3G来补充。通过LT E网络语音业务部署可真正
实现LTE对数据业务和话音业务的高效双承载,实现
2G、3G的逐步退网和LTE的更高级演进。

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