LTE语音目标解决方案——VoLTE技术

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LTE语音目标解决方案——VoLTE技术【作者】 许慕鸿：工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师

【机构】 工业和信息化部电信研究院通信标准研究所；

【摘要】 文章对LTE网络下的目标语音解方案--VoLTE技术做了详细的分析,涉及VoLTE技术实现的各个层面,包括VoLTE技术的基本架构、基本业务流程、设备功能要求和互通技术等,并对几种LTE语音解决方案的应用进行了比较和总结。

【关键词】 LTE； CSFB； SRVCC； IMS； VoLTE； 互通；

1 引言
  虽然演进的分组系统（EPS:Evolved Packet System）最终可以为用户提供 LTE 语音（VoLTE：Voice over Long Term Evolution）业务，但是，由于各个运营商现有的网络运行模式不同，语音业务从电路域往全 IP 网络的业务模式转变路线和时间点也将会各不相同。对于国外有些小规模的移动运营商以及新建网络的运营商来说，有可能直接进入 EPS 网络运营阶段，采用 IP 多媒体子系统（IMS：IP Multimedia Subsystem）业务控制系统来提供各种业务，包括实时语音业务，可以完全实现电路域现有的全部业务。但是，对于已经部署了成熟的 2G/3G 网络的运营商，考虑到目前的电路域网络已经能够提供高质量的语音业务、补充业务和增值业
务，而且其网络管理能力也非常完善，出于对建设和网络成本的考虑，最大限度地重用运营商在传统网络的投资的目的，这些运营商的网络演进过程会是阶段性的。业界普遍认可的一种演进步骤，是在 EPS 网络的初期建设只做热点覆盖，并只给 EPS 用户提供数据卡业务；随着 EPS 网络部署规模的扩大，逐渐提供各种实时语音业务及消息类业务等。
  基于以上考虑，业界对如何在 EPS 网络发展的过渡阶段实现语音业务连续性，进行了全面的分析和技术评估，提出了电路域回落（CSFB：Circuit Swithed Fallback） 和单无线频率语音呼叫连续性（SRVCC：Single Radio Voice Call Continuity） 两种过渡期方案。
   CSFB 就是在 LTE 和 2G/3G 的双覆盖区域，用户可以从 LTE 系统回落到 CS 域来使用电路域现有的业务，包括话音、定位业务和补充业务等。支持 CSFB 的终端需要在 EPS 和 CS 域进行双注册。当终端有语音业务的时候，由网络根据策略决定将该终端切换到 2G/3G 电路域完成语音业务。CSFB 方案要求 LTE 与 2G/3G 区域重叠覆盖，这样终端才能同时注册到 LTE 和 2G/3G 网络，并且随时可以切换到 2G/3G 网络执行电路域业务。此外，在运营商的 EPS 网络发展过程中，可能会出现 EPS 网络在部分地区能够提供 VoIP 业务，但不能实现 VoIP 业务全覆盖的场景，此时可以考虑借用 2G/3G 网络电路域的覆盖来保证业务本身的全覆盖。在 EPS 网络覆盖好的地区使用 IMS 的 VoIP业务，当用户到达 EPS 网络覆盖边缘却具备良好 2G/3G 网络覆盖时，可在 EPS 网络控制下，将用户正在进行的 VoIP 通话接续到 2G/3G 网络电路域。为了实现两个接入系统间语音业务切换的连续性，3GPP 提出 SRVCC 方案，通过 IMS 域网元对语音业务进行信令和媒体的接续、转接。SRVCC 实际上是个切换过程，通过 IMS SRVCC的应用服务器（AS：Application Server）和承载网络实体（MME：Mobility Management Entity）/ 移动交换服务器（MSC Server）的配合，实现语音业务的连续性。语音业务的信令从 IMS 向 MSC Server 转接，承载信令从 MME 向 MSC Server 转接，用户媒体数据流从 IMS- 媒体网关（MGW：Media Gateway）转接到MGW。
   与 CSFB 方 式 不 同 的 是 ，CSFB 是 在 EPS与 2G/3G 重叠覆盖区域内发生回落切换，而 SRVCC则是在 LTE 网络失去覆盖的时候，才发生到 2G/3G网络电路域间的切换。
  下面给出了 LTE 网络可能演进的一个过程举例。需要注意的是，各个运营商的 LTE 网络演进方式各不相同，有可能跳过以下提到的某一步，直接到达 VoLTE 目标网架构。
  阶段 1：最初的 LTE 网络规模小，终端模式简单，双模双待机，同时驻留在 LTE 网络和 2G/3G 网络，LTE 网络只提供数据业务，语音业务由 2G/3G 网络提供。
  阶段 2：随着网络的改造，终端功能完善，系统提供 CSFB 功能，此时终端是双模单待模式，可以接入 LTE 网络和 2G/3G 网络，但只能驻留在一个系统下。一般终端都是驻留在 LTE 网络下，可以执行数据业务，一旦有语音呼叫，终端将无线接入切换到 2G/3G 系统下，即驻留到 2G/3G 网络中，执行普通的 2G/3G 语音呼叫。呼叫完成后将再切换到 LTE系统下。
  阶段 3：如果运营商 IMS 系统成熟，终端能力允许，VoLTE 语音逐渐开展，在未覆盖 LTE 区域，系统通过 SRVCC 技术，实现语音业务的切换，将用户的语音业务从 LTE 切换到 2G/3G 系统中。
  阶段 4：LTE 全面覆盖，技术和设备完全成熟，将全网实现 VoLTE 业务，SRVCC 和 CSFB 功能将不再使用。
   本文将主要对 LTE 的语音目标解决方案———
   VoLTE 技术进行分析。
   2 VoLTE语音方案分析
   2.1 基本架构
   EPS 系统在部署初期有可能只为用户提供数据业务，在这个阶段核心网部分仅有演进的分组核心网（EPC：Evolved Packet Core）网络就能满足对运营商的业务需求；但随着网络的发展和演进，终将要在EPS 系统为用户提供 VoIP 业务，此时仅有 EPC 网络就无法满足需求了，需要同时部署 IMS 和 PCC 系统提供业务控制和 QoS 策略控制。
  尽管从理论上说，用户通过 EPS 分组域就可以实现所有的业务，但如果没有独立于 EPS 分组域之上的业务层来提供业务控制，用户在业务的服务质量（QoS）、计费等方面都将会存在问题。用分组域提供实时多媒体业务的主要问题是网络只能尽力而为地提供业务而不能保证业务的服务质量。例如，对于VoIP 业务，用户在通话过程中的语音质量就可能变化很大，可能会出现声音时好时坏的现象。跟现有的电路域语音质量比，这样没有 QoS 保证的通话是无法让人接受的。但如果采用 IMS 系统作为业务控制层，就可以提供具有 QoS 保证的实时多媒体会话控制机制，很好地解决这个问题。因此，鉴于 IMS 系统的特点和优势，业界已倾向采用选择 IMS 系统为EPS 系统的用户提供 VoIP 语音业务控制。
  采用 IMS 作为业务控制层系统的另一个原因是能够合理、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。比如，需要区别是 VoIP 会话还是一次网页浏览或者是一条即时消息等不同业务进行计费。
  采用 IMS 的第三个原因是运营商可以对不同的业务进行整合。IMS 定义了为业务开发商使用的标准接口，运营商能够在多厂商环境下提供业务，避免绑定在单一厂商来获取新业务。如果采用 IMS 作为业务控制层系统，那么，从整个通信系统的网络架构来看，EPS 网络其实是位于承载层，提供通信所需的信息的传递。在实现VoIP 业务的过程中，除了由 EPS 系统提供承载，由IMS 系统提供业务控制外，还要由策略和计费控制（PCC：Policy and Charging Control） 架构实现用户业务 QoS 控制以及计费策略的控制。EPS 系统提供VoIP 业务的系统架构如图 1 所示。

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