EPS语音解决方案探讨

文档发布

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