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大唐移動LTE：從CS域語音到VOIP語音

2011/05/04

　　引言

　　由于GSM等移動網絡在過去20年間的發(fā)展和普及，使全球移動語音通信業(yè)務獲得了空前的成功。伴隨個人語音業(yè)務的迅猛發(fā)展，無線數(shù)據(jù)網絡也從GPRS/HSPA走向了LTE。LTE將給我們造就一個高帶寬的無線接入網絡，更好地支持各種移動應用，但是，這里面也隱藏著危機，最大的危機來自VOIP。

　　LTE基于IMS的全IP架構可以實現(xiàn)基于分組域的語音和多媒體業(yè)務發(fā)展。IMS采用SIP協(xié)議作為不同分組接入網絡的統(tǒng)一會話控制協(xié)議，從而成為業(yè)界公認的下一代的語音/多媒體業(yè)務控制和網絡融合的平臺。LTE技術的出現(xiàn)和逐漸成熟才使移動網絡E2E 的VoIP業(yè)務商用部署成為可能。LTE技術的高帶寬、高移動性、低時延保證了用戶在LTE網絡上的通話業(yè)務感受能夠與傳統(tǒng)CS相同。LTE VoIP的實施標志了移動網絡向All-IP 網絡邁出重要的一步，最終PS域將取代移動CS域，成為真正All-IP網絡。

　　受運營商初期投資限制，LTE會先在熱點地區(qū)孤島式部署，再逐步鋪開，因而為滿足用戶隨時隨地的語音業(yè)務需求，LTE語音業(yè)務解決方案很長一段時間內仍要依賴于GERAN/UTRAN CS接入的配合。LTE語音業(yè)務應該對GERAN/UTRAN無線網絡沒有改動需求，對移動電路域核心網盡量少地改造，以方便運營商的LTE部署。

　　LTE和UTRAN／GERAN的切換需求

　　為了簡化LTE和UTRAN／GERAN的互操作技術要求，降低LTE終端射頻模塊的復雜度，延長LTE終端的待機時間，3GPP業(yè)界決定LTE和UTRAN／GERAN之間采用為Single Radio 技術。 Single Radio意味著LTE終端不能同時在LTE和UTRAN／GERAN上開展業(yè)務，這給LTE和UTRAN／GERAN之間的切換控制帶來了新需求。

　　經過3GPP業(yè)界的共同努力，回退至2G和3G的電路域話音（CSFB）被當作是從電路交換網絡演進至全 IP過程中的一步。撥打或接聽語音電話時，CSFB解決方案可將用戶設備（UE）接入從 LTE切換至2G/3G。

　　為了促使行業(yè)聯(lián)合起來支持3GPP標準，愛立信及其它幾家廠商和運營商共同啟動了“One Voice”計劃。該計劃的主要目標是制定終端和網絡廠商應遵循的基準規(guī)范（baseline profile），從而確�；ゲ僮餍浴Ｗ詮谋籊SM協(xié)會在2010年初采用以來，該計劃在業(yè)界獲得了更廣泛的認可。

　　“One Voice”計劃推出的基準規(guī)范構成了面向語音和短消息的IMS規(guī)范（GSM 協(xié)會永久參考文檔 IR.92）的基礎，通常被稱為VoLTE（LTE語音）。

　　基準規(guī)范中的要求涵蓋了網絡的每個層。而每個層也相應地包含 IMS 特性、媒體要求、承載管理特性、LTE 無線要求以及通用功能。這些要求符合 3GPP 版本8（Rel-8），其它一些出自3GPP版本9（Rel-9）的要求用于支持分組交換緊急呼叫。
　　
　　LTE VoIP和多媒體業(yè)務是移動網絡演進的必然趨勢，支持UE從 LTE切換至2G/3G的CSFB解決方案終將成為一種CS域語音向全IP域語音的過渡技術。

　　業(yè)界LTE 語音業(yè)務實現(xiàn)架構
業(yè)界三種LTE 語音業(yè)務實現(xiàn)架構

圖1 業(yè)界三種LTE 語音業(yè)務實現(xiàn)架構
　　當前業(yè)界主要有三種開展LTE語音業(yè)務的實現(xiàn)架構，分別是CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System)、SR-VCC(Single radio voice continuity control)和VoLGA (Voice over LTE via Generic Access technology)。其中前兩種已經寫入即將凍結的3GPP R8規(guī)范中，后一種則在VoLGA組織中密切討論。

　　CSFB架構

　　部分運營商因為現(xiàn)有CS網絡覆蓋好、容量充足等原因，會作出在LTE網絡上首先開展無線Internet業(yè)務的選擇，而語音業(yè)務則暫不遷移到LTE網絡中，仍然基于原有的CS網絡開展。由于LTE和GERAN/UTRAN之間的Signal-radio mode，LTE終端使用LTE數(shù)據(jù)業(yè)務時，將無法收到電路域語音業(yè)務信號。因此LTE網絡產生了對MSC的CSFB需求，嚴格說來，CSFB技術并不是一種真正的LTE VoIP技術。

　　CSFB主要解決附著于LTE網絡的雙模終端如何在LTE網絡中接收到電路域的被叫尋呼等網絡發(fā)起的請求，要求MSC能夠建立與MME之間的SGs接口，實現(xiàn)LTE和2G／3G的聯(lián)合位置更新和尋呼等操作。

　　SR-VCC架構

　　SR-VCC架構利用IMS核心網絡提供LTE VoIP語音業(yè)務的路由、控制和業(yè)務觸發(fā)，并提供LTE向GERAN／UTRAN切換時的語音連續(xù)性保證。不同于CSFB架構，SR-VCC架構中移動語音業(yè)務真正能夠基于LTE分組網絡實施。

　　GPP在 R7協(xié)議版本中制定了VCC架構，實現(xiàn)WiFi和GERAN／UTRAN接入間切換時的語音連續(xù)性控。3GPP R8階段又針對LTE的需求，在R7 VCC基礎上進一步制定了SR-VCC的語音業(yè)務切換控制標準。

　　SR-VCC架構需要部署IMS SCC(Service continuity control) AS、增強MSC網元，結合MME的切換控制保證LTE語音能夠平滑地向GERAN/UTRAN CS網絡切換。要求MME在eNodeB發(fā)出向GERAN／UTRAN 切換請求后，通知增強MSC網元，MSC網元則基于3GPP CS網絡成熟的切換控制協(xié)議向控制RNC/BSC的MSC發(fā)起CS切換請求。

　　SR-VCC不僅提供實時語音業(yè)務，而且能夠為用戶提供全新的IMS多媒體業(yè)務，例如即時消息和用戶狀態(tài)呈現(xiàn)業(yè)務等。

　　VoLGA架構

　　VoLGA架構利用現(xiàn)有的CS網絡實現(xiàn)對LTE語音的控制，類似WiFi的UMA解決方案。需要部署GANC網元，模擬BSC/RNC的A/Iu接口。此方案最大特點在于引入GANC網元, 而不需要部署IMS，不需要改造CS網絡，同時要求VoLGA UE與SR-VCC UE采用不同的協(xié)議棧。

　　VoLGA方案在T-Mobile發(fā)起的VoLGA論壇中討論，創(chuàng)始成員除T-Mobile外，包括阿爾卡特朗訊、愛立信、華為、Kineto、LG電子、摩托羅拉、北電網絡、三星、Starent、中興通訊等10家廠商。3GPP組織已確定不在R8／R9中接受此方案。

　　VoLGA在09年1月剛剛完成版本1的需求討論,計劃在09年6月底完成版本1的三階段規(guī)范定義，在10年6月完成版本2的定義。中興通訊作為VoLGA成員，積極參加VoLGA標準的討論，并將在09年6月作為東道主主辦VoLGA上海會議。

　　大唐移動CSFB語音呼叫解決方案

　　CSFB技術并不是一種真正的LTEVoIP技術，CSFB主要解決附著于LTE網絡的雙模終端如何在LTE網絡中接收到電路域的被叫尋呼等網絡發(fā)起的請求，要求MSC能夠建立與MME之間的SGs接口，實現(xiàn)LTE和2G／3G的聯(lián)合位置更新和尋呼等操作

　　CSFB通過MSC/VLR和MME之間的SGs接口實現(xiàn)。

　　UE必須同時附著到MME和MSC/VLR上，UE在附著時將附著類型指示為聯(lián)合附著，MME收到聯(lián)合附著請求后向MSC發(fā)送位置更新請求。

　　在UE回退到CS域系統(tǒng)時，如果UE和回退系統(tǒng)支持PS域切換，則將激活的PS域承載切換到回退系統(tǒng)的PS域網絡中；否則PS域承載業(yè)務將被中止。

　　在UE請求激活CS域業(yè)務時執(zhí)行CS Fallback過程，區(qū)分如下兩種情況：

　�。�1）當回退系統(tǒng)支持PS切換時：當UE請求激活CS域業(yè)務時，MME指示eNB發(fā)起PS域切換，之后UE在回退系統(tǒng)中接入并發(fā)送CS域業(yè)務請求，UE與MSC之間的CS域業(yè)務承載建立過程和PS域切換過程可并行執(zhí)行。

　　（2）當回退系統(tǒng)不支持PS切換時：當UE請求激活CS域業(yè)務時，MME指示eNB通過CCO或重定向過程讓UE重新選擇到回退系統(tǒng)，PS業(yè)務被掛起，MME保留所有NBGR承載而去激活所有GBR承載，UE在回退系統(tǒng)中發(fā)起CS業(yè)務建立過程。

　　對于正在TD-LTE網絡中接收數(shù)據(jù)業(yè)務或者駐留的UE，如果需要發(fā)起話音呼叫，則優(yōu)先將其CSFB到GERAN網絡，在沒有GERAN網絡覆蓋或者UE不支持接入到GERAN網絡時將其CSFB到TD-SCDMA網絡。（如果UE之前處于空閑態(tài)，則UE在需要發(fā)起話音呼叫時NAS將觸發(fā)RRC連接建立過程，轉入連接態(tài)。剩余的處理過程與UE之前處于連接態(tài)時完全相同。）

　　大唐移動CSFB語音呼叫解決方案使用場景

　　對于上述UE發(fā)起話音呼叫被CSFB到2G/3G網絡的場景，RAT頻點選擇流程如圖如下。
CSFB時RAT頻點選擇流程圖

圖2 CSFB時RAT頻點選擇流程圖
　　當選擇了TD-SCDMA頻點作為測量對象時，頻點優(yōu)先級順序如下：

　　TD-SCDMA頻點優(yōu)先級 > TD-LTE頻點優(yōu)先級。

　　當UE之前處于空閑態(tài)時，由NAS觸發(fā)業(yè)務請求，轉移到連接態(tài)。eNB基于MME的指示可以判斷需要執(zhí)行CSFB操作。

　　當eNB確定將UE CSFB到GERAN網絡時，不需要執(zhí)行測量配置。

　　當eNB確定將UE CSFB到TD-SCDMA網絡時，立即執(zhí)行RRC連接重配過程以配置測量，以保證基于UE的測量上報盡快地切換到TD-SCDMA網絡。在成功下發(fā)測量配置后，eNB可以采用基于定時器的方式確定是否需要采用重定向。

　　量等需求特點，對支撐網絡，尤其是無線網絡環(huán)境提出了極高的要求。

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