LTE语音解决方案比较及分析

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买望工业和信息化部电信研究院工程师
董原工业和信息化部电信研究院工程师
孙向前工业和信息化部电信研究院高级工程师
摘要：文章对LTE 网络下的几种语音解决方案从
应用场景、网络影响、终端设备要求等方面进行了
细致深入的比较，并对关键技术的实现进行了分
析，最后对基于IMS 的LTE 网络进行了总结和展
望。
关键词：LTE，CSFB，SVLTE，SRVCC，IMS，VoLTE
1 引言
基于LTE 标准演进及产业发展状况，LTE 对语音业
务的支持，目前存在多种技术解决方案，如CSFB（Circuit
Switched Fallback）、SVLTE（Simultaneous Voice and LTE）
以及VoLTE（Voice over LTE）等，这些不同的方案对于
LTE 网络的升级改造及终端实现均有不同程度的影响
和依赖。因此，本文会先就LTE 的这些不同语音解决方
案做一些基本的介绍，然后分别给出基于这些语音解决
方案的手机终端的实现架构，最后对这些方案的优缺点
给出分析。
2 各种语音方案介绍与分析
由于LTE 的主要设计目标是提供宽带高速业务，只
定义了PS（分组）域，并没有像2G 或者3G 制式那样为
时延敏感和带宽要求较低的语音业务定义一个专用的
基于CS（电路）域的承载。因此针对LTE 网络的各种语
音解决方案，从技术演进的角度分类，可以分为过渡阶
段语音解决方案和终极语音解决方案：CSFB 和SVLTE
属于过渡语音解决方案，VoLTE 则属于终极语音解决方
案。
2.1 CSFB 语音方案
CSFB 是CS FallBack 的简称，其基本原理是：终
端驻留在LTE 网络时，其发起或接收语音呼叫时，
需要先从LTE 回落到2G/3G 网络，由2G 或者3G
的电路域来提供语音业务服务。作为LTE 的过渡语
音解决方案，在国际上已经被一些运营商商用部署，
比如美国的AT&T、日本DoCoMo等。虽然从技术上
可以把语音业务回退到2G 或者3G的网络承载，但
是多数运营商都选择了回退到3G 的WCDMA 上，
比如DoCoMo、AT&T 等运营商都选择了回退到
WCDMA 上进行语音业务的承载。
图1 是3GPP 的相关标准中给出的关于CSFB
的网络架构，从图中直接可以看出，为了支持CSFB，
需要LTE 网络中的核心网网元设备MME 与传
统2G/3G 核心网的网元设备SGSN 和MSC 之间分
别透过S3 和SCs 接口连接起来，这就需要对2G/3G
的核心网设备进行升级。除此之外，从接入网的角度
看，也需要对LTE 小区与传统2G/3G 小区的覆盖及
邻小区配置进行优化。
对应于CFSB 语音方案，3GPP 定义的CSFB 标
准考虑了各种不同场景下的CSFB 信令流程，比如
终端在PS 空闲状态下的主叫及被叫、终端在PS 激
活状态下的主叫及被叫等。
图2 是3GPP 的标准中，针对终端在LTE 侧PS
业务进行期间收到一个CS 的被叫语音呼叫时而定
义的CSFB 的信令流程。
从上述信令流程可以看出，在软件方面，终端需
要支持CSFB 对应的协议栈软件方可与网络配合支
持CSFB 语音方案的信令流程。
图3 是CSFB 终端的射频部分硬件架构参考
图。
2.2 SVLTE 语音方案
SVLTE 又称为双待方式，该解决方案是通过终
端同时工作在LTE 和CS(2 2G/3G)，前者提供数据业
务，后者提供语音业务来实现的，由于终端的CS 域
和PS 域是在两个网络上独立进
行注册，互不影响，无需网络升级
和改造，因此这是纯粹基于终端
的解决方案。3GPP标准中并未定
义此方案，也是因为此方案是一
个完全终端自主实现的方案，并
不需要网络设备的配合和改造。
2011 年，北美运营商Verzion
商用了此方案，其需求是CDMA+
LTE 的双待，语音业务基于
其CDMA 网络承载，数据业务则
基于LTE 网络承载。近期，国内
的运营商中国移动也宣布选择双
待方案作为LTE 的语音过渡阶
段方案，其需求是语音通过2G 或
者3G 承载，数据通过LTE 承载，
因此会有两种终端的实现：GSM/TD-SCDMA+
TD-LTE 或者GSM+TD-SCDMA/TD-LTE。
图4 是GSM+TD-SCDMA/TD-LTE 终端的射频
部分硬件实现架构参考图。
双待方案的优点是可以支持语音业务和数据业
务的并发，即通过传统的2G/3G 网络的CS 域支持
语音业务，PS 业务在LTE 网络上可以获得很好的高
速数据业务体验。其缺点是，由于需要同时在两个网
络上驻留，终端的待机功耗会比较高。另外，终端需
同时支持2 套Radio，也会增加终端实现的成本及复
杂度。
在LTE 网络部署的中早期，LTE
网络覆盖还不太完善、VoLTE 技术和
产品不够成熟之前，CSFB 和SVLTE
这两种方案是主要的语音解决方案。
这两种方案本质上都是依赖传统
的2G 或者3G 网络的CS 域来承载语
音业务，而LTE 只用于承载数据业务。
其主要区别是：CFSB 需要网络和终端
配合实现，而SVLTE 则完全是一个终
端自主实现的方案，不需要网络升级
改造。
VoLTE 则直接基于LTE 网络来承
载语音业务，以VoIP 的方式通过LTE
的PS 域来传输语音业务的数据包。此技术非常适合
承载基于WB-AMR（宽带自适应多速率）的高采样
速率语音服务，从而为用户带来较好体验的语音服
务。
2.3 VoLTE 语音方案
VoLTE 作为LTE 的终极语音解决方案，直接基
于LTE 网络来承载语音业务，以VoIP 的方式通过
LTE 的PS 域来传输语音业务的数据包。此技术非常
适合承载基于WB-AMR（宽带自适应多速率）的高
采样速率语音服务，从而为用户带来较好体验的语
音服务。同时，在网络演进方面，无线侧体现
为2G/3G 向LTE 发展，核心网侧则体现为从CS 向
IMS（IP Multimedia Subsystem）发展，因此VoLTE 非
常符合移动通信产业演进的方向。为了支持VoLTE，
需要在核心网部署完善的IMS 核心网网元设备来
控制语音业务的发起和呼叫，GSMA 的标准IR.92
对VoLTE 的协议栈做了详细的规定和描述。
图5 是端到端的VoLTE 协议栈架构图。由图可
见，终端侧只需要增加IMS 协议栈以及相应的
SRVCC 协议栈，可以沿用与CSFB 类似的射频硬件
部分实现；接入网需要支持对应于Voice 业务的承
载，核心网需要增加IMS Server。图6 则是对应于
VoLTE 的网络架构参考图。
由于VoLTE 涉及较多新技术，需要必要的测试
和试验，另一方面，IMS 的部署也需要一定的周期，
此阶段在LTE 网络的覆盖不完善的情况下，可以结
合SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）技术，
利用已有的2G/3G 网络，实现通话中的LTE 到CS
的切换，来为用户提供连续的语音服务。
图7 是VoLTE+SRVCC 一起部署的网络参考架
构。由图七可见，部署SRVCC 需要对2G/3G 核心网
网元设备MSC、SGSN、MME 等进行升级、改造，以支
持与IMS 多媒体网元设备的互联互通。
综合来看，基于IMS 的VoLTE 语音方案具有如
下优势。
第一，对于用户而言，VoLTE 能够带来更好的使
用感受和更佳的用户体验，高清语音和视频编解码
的引入将语音通话质量提升两倍以上，VoLTE 的呼
叫接续时长大幅缩短，测试表明VoLTE 比CSFB 缩
短一半以上，VoLTE 能将高清语音业务与IMS 网络
具有的其他多媒体业务（如融合消息、会议、视频共
享等）以及互联网业务进行有机融合，提供远比窄带
语音业务更为丰富的融合业务体验。
第二，VoLTE 基于LTE 承载语音，能够充分利
用LTE 无线技术高频谱利用率、抗衰落性、高带宽、
大容量的优点。同时，LTE 的核心网EPC（Evolved
Packet Core）网络在设计之初就为对时延敏感而带
宽要求较低的语音业务制定了相应的QoS 控制机
制，从而保证了在LTE 网络上提供高质量Voice 业
务的能力。
第三，VoLTE 网络性能高于现网，其接续时间相
比2G/3G 网络可提高50%以上。这一点，对于运营
商有很大的吸引力。
第四，CSFB 和双待机仍然依赖于电路域提供语
音，造成多网长期共存，网络和运营复杂度高。
VoLTE 真正实现了“端到端”IP 语音业务，符合网络
演进方向。可以说，基于IMS 的VoLTE 是无线和核
心网技术发展的必然结果。
VoLTE 在部分国家和地区已经获得商用，2012
年8 月，韩国的LGU+，SKT以及北美的MetroPCS已
宣告商用VoLTE。但是，总体来看，VoLTE 技术还处
于早期阶段，有很多问题需要
进一步总结和细化，比如终端
的功耗优化、IMS 协议的一致
性、互联互通以及持续的网络
覆盖优化等。
3 结语
以上介绍的CSFB、SVLTE
和VoLTE 方案，各有其优缺点和适用的阶段。CSFB
方案和SVLTE 语音解决方案会作为过渡阶段的语
音方案，在LTE 早期商用中通过传统的2G/3G 网络
来满足用户的语音业务需求。随着VoLTE 技术的成
熟和IMS 的部署，VoLTE 必将成为最终的语音解决
方案，语音业务也将会成为LTE 网络上PS 域的一
种承载类型。最终，LTE 网络将通过其PS 域以全IP
的方式来承载现今所有的业务类型以及后续新开发
出的基于IP 的各种新型业务。