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[VoLTE] EPS语音解决方案探讨 [复制链接]

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发表于 2015-5-3 16:59:32 |显示全部楼层
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许化栋
山东省邮电规划设计院有限公司 济南 250031
摘 要 随着LTE网络部署,如何实现EPS语音连续性覆盖是各大电信运营商面临的主要问题。文章对CSFB、
VoLTE+SRVCC、多模双待终端等EPS语音解决方案的网络架构和基本流程进行介绍,对三种EPS语音解决方案进行分
析和比较,给出了不同场景下EPS语音解决方案建议和部署策略。
关键词 电路域回落;单无线语音呼叫连续性;VoLTE;IP多媒体子系统;长期演进
引言
语音业务是电信运营商赖以生存和发展的基础电
信业务之一。在传统2G/3G移动通信网络中,语音业
务在CS域(Circuit Switched Domain,电路域)以电路
交换的方式提供,数据业务在PS域(Packet Switched
Domain,分组域)以分组交换的方式提供。在LTE(Long
Term Evolution,长期演进)阶段,鉴于LTE能够在空中
接口上提供更高速率和更低时延的无线分组数据接入,
3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代合
作伙伴计划)在设计EPC(Evolved Packet Core,演进的
分组核心网)时摒弃CS域而仅保留了PS域,并通过引入
IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)技术
和架构完成多媒体会话类业务所必需的呼叫会话控制和
管理功能,即通过VoLTE(Voice over LTE,LTE语音)为
用户提供具有电信级QoS(Quality of Service,服务质
量)保证的、包括语音在内的多媒体通信业务。
1 语音业务解决方案中存在的主要问题
在LTE/EPC网络部署和发展初期,完全通过VoLTE
来提供语音业务还存在如下问题。
1) 部分运营商的IMS网络建设滞后LTE网络建设,
无法基于IMS提供VoLTE业务。
2) LTE部署前期仅实现热点覆盖,当用户在网络覆
盖边缘区域活动时,语音业务的提供需要LTE在2G/3G
接入网络间进行切换,并保持业务的连续性。
为实现LTE语音业务的连续覆盖,本文主要就
CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet
System,电路域回落)、SRVCC(Single Radio Voice
Call Continuity,单无线语音呼叫连续性)和多模双待终
端三种主流的EPS(Evolved Packet System,演进的分
组系统)语音解决方案进行探讨。
2 LTE发展过程中的语音解决方案
2.1 CSFB语音解决方案
2.1.1 CSFB网络架构
CSFB是由EPC核心网和2G/ 3G电路域核心
网联合作用来实现的。使用CSFB时, 需在MME
和MSC Server之间新增SGs接口,并利用SGs接
口实现UE(User Equipment,用户终端)的EPS和
IMSI(International Mobile Subscriber Identification
Number,国际移动用户识别码)的联合附着、位置更新
和寻呼等操作。支持CSFB的网络架构如图1所示。
2.1.2 CSFB基本流程
在CSFB方案中,UE平时驻留域LTE网络,当需要
发起语音呼叫或者检测到有呼入请
求时,回退到2G/3G网络的电路域
来处理语音通信。
以UE被动接收语音呼叫为例,
CSFB的基本流程[1]如图2所示。
当MSC接收到前往某UE的语
音呼叫消息,MSC通过SGs接口
向MME发送CS呼叫消息。MME首
先从MSC接收到TMSI(Temporary
Mobile Subscriber Identity,
临时移动用户识别码) 找到
S-TMSI(System Architecture
Evolut ion-Temporary Mobi l e
Subscriber Identity , 系统架构演进
临时移动用户识别码)、进而找到
eNodeB;eNodeB在其列表小区范
围内进行寻呼,通知UE并发起一
个CS呼叫流程。
UE 在接到寻呼消息后执行
业务请求( 业务请求消息中包含
一个特殊的CSFB指示符) , 建
立RRC连接并将业务请求发送
至MME(Mobility Management
En t i t y , 移动管理实体) , 并要
求MME进行CS域回落。MME
向eNodeB发送S1-AP消息,指
示eNodeB将UE迁移到UTRAN/
GERAN。
UE、eNodeB进行小区切换
或改变,UE检测新小区并建立
无线连接,通过目标RAN(Radio
Access Network,无线接入网络)
向MSC发送寻呼响应消息;当寻呼
消息到达MSC后,正常的2G/3G终
端呼叫会话建立,UE的CS呼叫被
Access Network,GSM EDGE无
线接入网)电路域切换的SRVCC
架构[2]见图3(只显示SRVCC增强的
MSC Server相关的必要模块),其中
MME域MSC Server之间根据需要动
态建立Sv接口连接,用于传递切换
准备信令和语音业务接续号码。
2.2.2 SRVCC基本流程
与CSFB不同,SRVCC只有
在LTE网络失去覆盖时,才发生从
EPC网络到2G/3G网络电路域的关
联和协作。在SRVCC方案中,UE
平时在EPC网络中使用基于IMS的
VoIP业务,当移动过程中离开EPC
而进入2G/3G网络覆盖区域时,UE
激活。
2.2 VoLTE+SRVCC语音解决方案
2.2.1 VoLTE+SRVCC网络架构
VoLTE+SRVCC是一个基于
IMS实现PS域和CS域语音业务连
续性的通用方案。3GPP的SRVCC
技术方案覆盖了从EPC和HSPA
VoIP切换到2G/3G CS域语音的
业务场景。从E-UTRAN(Evolved
Universal Terrestrial Radio Access
Network,演进的通用陆地无线接
入网络)向3GPP UTRAN(Universal
Te r r e s t r i a l R a d i o A c c e s s
Network,通用陆地无线接入网
络)/GERAN(GSM EDGE Radio在EPC核心网的控制下将当前正在
进行的VoIP通话接续到2G/3G网络
的电路域来完成。
从E-UTRAN向GERAN切换
的SRVCC流程[3](不支持DTM(Dual
Transfer Mode,双模传输))如图4
所示。
首先,UE 在注册过程中与
EPC网络交换支持的业务能力(携
带SRVCC指示),UE向E-UTRAN
发送测量报告,基于该测量报告,
源E-UTRAN决定发起面向GERAN
发送SRVCC PS-CS请求消息。
MSC Server向目标MSC发送
切换准备请求消息,MSC Server
发起CS域MSC间的切换请求过
程。目标MSC与目标BSS(Base
Station Subsystem,基站子系统)
交换切换请求/确认消息,在目标
BSS上进行相关资源的分配。目标
MSC向MSC Server回应切换准备
响应消息,目标MSC和MGW之间
建立电路连接。
MSC Server向IMS发起会话转
的SRVCC切换过程。
源E - U T R A N 向源MME 发
送切换请求消息, 其中携带的
“SRVCC HO Indication”明确
指示UE在目标小区中PS业务不可
用。基于语音承载相关的QCI(QoS
Class Identifier,QoS参数)和
“SRVCC HO Indication”,源
MME将语音业务包从非语音承载中
分离出来,并针对分离出的语音承
载发起指向MSC Server的PS-CS
的切换过程,MME向MSC Server
移过程,随后会话转移过程执行标准的IMS业务连续性
过程或紧急的IMS业务连续性过程。
在执行会话转移的过程中,使用CS接入分支的
SDP(Session Description Protocol,会话描述协议)信
息进行远端的更新,此时VoIP分组的下行流转至CS接
入分支,并依据3GPP TS23.237释放源IMS接入分支。
MSC Server向源MME发送SRVCC PS到CS响应
消息。源MME向源E-UTRAN发送切换指令消息,源
E-UTRAN向UE发送E-UTRAN到GERAN的切换指令消
息,之后UE切换到GERAN。
UE启动挂起过程,触发目标SGSN向MME发送
挂起通知消息。随后,MME向目标SGSN(Serving
GPRS Support Node,服务GPRS支持节点)返回一条
挂起确认消息,目标BSS向目标MSC发送切换完成消
息。目标MSC向MSC Server发送切换完成SES消息,
此时语音电路经由MSC Server/MGW获得连通,目标
MSC使用指向MSC Server的ISUP应答消息完成建立
过程。
2.3 多模双待终端语音解决方案
多模双待终端(即同时支持LTE和2G/3G等的终端)
可同时注册在LTE网络和2G/3G的CS域上,使用LTE提
供数据业务,使用2G/3G网络提供语音业务。
3 EPS语音解决方案比较
通过对CSFB、VoLTE+SRVCC、多模双待终端等
在呼叫建立性能、信令开销、语音质量和频谱利用等方
面进行分析,EPS语音各解决方案比较情况见表1。
通过表1 比较, 在呼叫建立时延方面,CSFB
较2 G / 3 G 有1 . 5 ~ 3 . 3 s 的时延, 而多模双待、
VoLTE+SRVCC则与2G/3G相同或类似;在信令开销
方面,CSFB解决方案涉及到呼叫中的多种流程,信
令开销最高,VoLTE+SRVCC解决方案略高于多模
双待终端解决方案;在语音质量和业务提供方面,
CSFB、多模双待技术的语音质量与2/3G系统相同,
VoLTE+SRVCC切换前依赖于LTE网络所支持的QoS能
力,具备提供视频、高清语音以及高速数据业务和语音
业务的并发的能力;在频谱利用方面,VoLTE+SRVCC
比现有CSFB、2G/3G的CS域效率高;在解决方案切入
方面,CSFB和VoLTE+SRVCC是网络解决方案,多模
双待终端是终端解决方案。
4 不同应用场景下EPS语音解决方案与部
署策略
EPS语音解决方案在标准支持、现网改造影响、对
终端要求、适用场景及业务体验等方面存在较大区别[5],
比较分析情况见表2。
通过表2的比较,在LTE 网络部署的早中期,LTE
网络覆盖还不太完善、VoLTE 技术和产品不够成熟之
前,CSFB 和多模双待这两种方案是主要的语音解决方
案;多模双待终端方案可快速推出语音业务,但需持续
对2G/3G CS域进行投资,且成本高、功耗大、实现复
杂,也无法解决国外LTE漫游用户语音接入;CSFB初
期不依赖完善IMS网络,能充分利用现网2G/3G的CS
域,是NGMN定义的LTE初期国际漫游的必选语音解决
方案,具有较好网络过度可行性。VoLTE+SRVCC则
需要首先部署IMS系统,该方案还处于早期阶段[6],还
有待进一步优化和验证,但其是GSMA(Global System
for Mobile Communications assembly,GSM协会)和
NGMN(Next Generation Mobile Network, 下一代移
动通信网络联盟)认定的LTE下唯一的、端到端的目标
语音解决方案,其通过SRVCC技术能有效实现LTE与
2G/3G的网络协同,能为用户提供视频、高清语音和高
速数据等业务,且具备为用户提供高速数据业务和语音
业务的并发提供能力,使用户获得更好体验。
综上所述,三种方案各有优缺点,适合不同的应用
场景和网络建设阶段。
1)在网络部署初期,LTE网络一般以孤岛形式覆
盖,针对已建2G/3G网络的运营商,LTE覆盖区域如
与2G/3G网络共同覆盖,出于投资保护及其他部署策
略,建议运营商使用CSFB语音解决方案,LTE仅用
来提供高速数据业务,或短期内使用多模双待终端
语音解决方案;未部署IMS的运营商,则应考虑IMS
的部署建设。2)在网络部署中期,LTE网络已在部分
地区实现规模覆盖,对于已建2G/3G网络的运营商,
如尚未部署完成IMS,此阶段仍可继续使用CSFB语
音解决方案,但建议积极部署完成IMS,为网络演进
奠定基础。对于已完成IMS部署的运营商,建议使用
VoLTE+SRVCC语音解决方案。3)在网络部署后期,
LTE网络将逐步扩大到全覆盖,运营商将逐步减少使
用SRVCC技术,在全网范围内逐步使用基于IMS的
VoLTE技术来提供语音业务。
根据EPS语音解决方案优缺点及网络演进趋势,
结合2G/3G、IMS、LTE部署建设的情况,各个场景下
EPS语音解决方案应用场景与部署策略见表3。
当然,运营商对EPS语音解决方案的选择,除考虑
技术本身外,还受到终端产业链支持状况、技术选择与
资本投入的平衡、现网投资保护以及整体网络发展战略
定位等多方面因素的影响,三种EPS语音解决方案之间
并不矛盾,可能将在一段时期内共存并互补[7]。
5 结束语
在LTE/EPC网络部署和发展初期,运营商尚不能完
全通过VoLTE来实现语音业务的连续覆盖,文章给出三
种EPS语音解决方案,并分别对三种EPS语音解决方案
的网络架构和基本流程进行介绍,对各自的优缺点进行
分析和比较,给出了不同场景下、不同时期EPS语音解
决方案建议和部署策略,实现了LTE语音业务的连续性覆
盖。本文对网络规划设计人员及运营商网络建设人员具
有一定帮助,能帮助运营商有效地选择EPS解决方案和
部署策略,对LTE网络建设指导具有一定的指导意义。
参考文献
[1] 3GPP TS 23.272.Circuit Switched(CS)fallback in Evolved
Packet System(EPS);Stage2(Release 10)[S/OL].[2014-
08-06].http://www.3gpp.org/Dynareport/23272.htm
[2] 3GPP TS 23.216.Single Radio Voice Call Continuity
(SRVCC);Stage2(Release 8)[S/OL].[2014-08-06].http://
www.3gpp.org/Dynareport/23216.htm
[3] 3GPP TS 23.401.General Packet Radio Service(GPRS)
enhancements for Evolved Universal Terrestrial
Radio Access Network(E-UTRAN)access(Release
12)[S/OL].[2014-08-06].2014.http://www.3gpp.org/
Dynareport/23401.htm
[4] 庞韶敏, 李亚波. 3 G U M T S 与4 G L T E 核心网
-CS,PS,EPC,IMS[M].北京:电子工业出版社,2011:367-370
[5] 霍龙社,王健全,周光涛等.演进的移动分组核心网架构和
关键技术[M].北京:机械工业出版社,2013:140-155
[6] 吴琼,薛楠.网络演进中的语音解决方案[J].邮电设计技
术,2012(5):15-20
[7] 周晶,叶丹.运营商LTE语音解决方案研究[J] .集成技
术,2013(3):79-81
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