由CS域轉至VOIP域的LTE語(yǔ)音過(guò)渡技術(shù)

　引言

　　由于GSM等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )在過(guò)去20年間的發(fā)展和普及，使全球移動(dòng)語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)獲得了空前的成功。伴隨個(gè)人語(yǔ)音業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，無(wú)線(xiàn)數據網(wǎng)絡(luò )也從GPRS/HSPA走向了LTE。LTE將給我們造就一個(gè)高帶寬的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )，更好地支持各種移動(dòng)應用，但是，這里面也隱藏著(zhù)危機，最大的危機來(lái)自VOIP。

　　LTE基于IMS的全IP架構可以實(shí)現基于分組域的語(yǔ)音和多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展。IMS采用SIP協(xié)議作為不同分組接入網(wǎng)絡(luò )的統一會(huì )話(huà)控制協(xié)議，從而成為業(yè)界公認的下一代的語(yǔ)音/多媒體業(yè)務(wù)控制和網(wǎng)絡(luò )融合的平臺。LTE技術(shù)的出現和逐漸成熟才使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )E2E的VoIP業(yè)務(wù)商用部署成為可能。LTE技術(shù)的高帶寬、高移動(dòng)性、低時(shí)延保證了用戶(hù)在LTE網(wǎng)絡(luò )上的通話(huà)業(yè)務(wù)感受能夠與傳統CS相同。LTE VoIP的實(shí)施標志了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )向All-IP 網(wǎng)絡(luò )邁出重要的一步，最終PS域將取代移動(dòng)CS域，成為真正All-IP網(wǎng)絡(luò )。

　　受運營(yíng)商初期投資限制，LTE會(huì )先在熱點(diǎn)地區孤島式部署，再逐步鋪開(kāi)，因而為滿(mǎn)足用戶(hù)隨時(shí)隨地的語(yǔ)音業(yè)務(wù)需求，LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)解決方案很長(cháng)一段時(shí)間內仍要依賴(lài)于GERAN/UTRAN CS接入的配合。LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)應該對GERAN/UTRAN無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有改動(dòng)需求，對移動(dòng)電路域核心網(wǎng)盡量少地改造，以方便運營(yíng)商的LTE部署。

　　LTE和UTRAN／GERAN的切換需求

　　為了簡(jiǎn)化LTE和UTRAN／GERAN的互操作技術(shù)要求，降低LTE終端射頻模塊的復雜度，延長(cháng)LTE終端的待機時(shí)間，3GPP業(yè)界決定LTE和UTRAN／GERAN之間采用為Single Radio 技術(shù)。 Single Radio意味著(zhù)LTE終端不能同時(shí)在LTE和UTRAN／GERAN上開(kāi)展業(yè)務(wù)，這給LTE和UTRAN／GERAN之間的切換控制帶來(lái)了新需求。

　　經(jīng)過(guò)3GPP業(yè)界的共同努力，回退至2G和3G的電路域話(huà)音（CSFB）被當作是從電路交換網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)至全 IP過(guò)程中的一步。撥打或接聽(tīng)語(yǔ)音電話(huà)時(shí)，CSFB解決方案可將用戶(hù)設備（UE）接入從 LTE切換至2G/3G。

　　為了促使行業(yè)聯(lián)合起來(lái)支持3GPP標準，愛(ài)立信及其它幾家廠(chǎng)商和運營(yíng)商共同啟動(dòng)了“One Voice”計劃。該計劃的主要目標是制定終端和網(wǎng)絡(luò )廠(chǎng)商應遵循的基準規范（baseline profile），從而確?；ゲ僮餍?。自從被GSM協(xié)會(huì )在2010年初采用以來(lái)，該計劃在業(yè)界獲得了更廣泛的認可。

　　“One Voice”計劃推出的基準規范構成了面向語(yǔ)音和短消息的IMS規范（GSM 協(xié)會(huì )永久參考文檔 IR.92）的基礎，通常被稱(chēng)為VoLTE（LTE語(yǔ)音）。

　　基準規范中的要求涵蓋了網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)層。而每個(gè)層也相應地包含 IMS 特性、媒體要求、承載管理特性、LTE 無(wú)線(xiàn)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(wù)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)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(yǔ)音向全IP域語(yǔ)音的過(guò)渡技術(shù)。

　　業(yè)界LTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)實(shí)現架構

　　當前業(yè)界主要有三種開(kāi)展LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現架構，分別是：

　　1.CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System)

　　2.SR-VCC(Single radio voice continuity control)

　　3.VoLGA (Voice over LTE via Generic Access technology)

　　其中前兩種已經(jīng)寫(xiě)入即將凍結的3GPP R8規范中，后一種則在VoLGA組織中密切討論。

　　圖1 業(yè)界三種LTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)實(shí)現架構

　　CSFB架構

　　部分運營(yíng)商因為現有CS網(wǎng)絡(luò )覆蓋好、容量充足等原因，會(huì )作出在LTE網(wǎng)絡(luò )上首先開(kāi)展無(wú)線(xiàn)Internet業(yè)務(wù)的選擇，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)則暫不遷移到LTE網(wǎng)絡(luò )中，仍然基于原有的CS網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展。由于LTE和GERAN/UTRAN之間的Signal-radio mode，LTE終端使用LTE數據業(yè)務(wù)時(shí)，將無(wú)法收到電路域語(yǔ)音業(yè)務(wù)信號。因此LTE網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生了對MSC的CSFB需求，嚴格說(shuō)來(lái)，CSFB技術(shù)并不是一種真正的LTE VoIP技術(shù)。

　　CSFB主要解決附著(zhù)于LTE網(wǎng)絡(luò )的雙模終端如何在LTE網(wǎng)絡(luò )中接收到電路域的被叫尋呼等網(wǎng)絡(luò )發(fā)起的請求，要求MSC能夠建立與MME之間的SGs接口，實(shí)現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(wǎng)絡(luò )提供LTE VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)的路由、控制和業(yè)務(wù)觸發(fā)，并提供LTE向GERAN／UTRAN切換時(shí)的語(yǔ)音連續性保證。不同于CSFB架構，SR-VCC架構中移動(dòng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)真正能夠基于LTE分組網(wǎng)絡(luò )實(shí)施。

　　GPP在 R7協(xié)議版本中制定了VCC架構，實(shí)現WiFi和GERAN／UTRAN接入間切換時(shí)的語(yǔ)音連續性控。3GPP R8階段又針對LTE的需求，在R7 VCC基礎上進(jìn)一步制定了SR-VCC的語(yǔ)音業(yè)務(wù)切換控制標準。

　　SR-VCC架構需要部署IMS SCC(Service continuity control) AS、增強MSC網(wǎng)元，結合MME的切換控制保證LTE語(yǔ)音能夠平滑地向GERAN/UTRAN CS網(wǎng)絡(luò )切換。要求MME在eNodeB發(fā)出向GERAN／UTRAN 切換請求后，通知增強MSC網(wǎng)元，MSC網(wǎng)元則基于3GPP CS網(wǎng)絡(luò )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(shí)時(shí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，而且能夠為用戶(hù)提供全新的IMS多媒體業(yè)務(wù)，例如即時(shí)消息和用戶(hù)狀態(tài)呈現業(yè)務(wù)等。

　　VoLGA架構

　　VoLGA架構利用現有的CS網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對LTE語(yǔ)音的控制，類(lèi)似WiFi的UMA解決方案。 需要部署GANC網(wǎng)元，模擬BSC/RNC的A/Iu接口。此方案最大特點(diǎn)在于引入GANC網(wǎng)元, 而不需要部署IMS，不需要改造CS網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)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(ài)立信、華為、Kineto、LG電子、摩托羅拉、北電網(wǎng)絡(luò )、三星、Starent、中興通訊等10家廠(chǎng)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(huì )議。

　　大唐移動(dòng)CSFB語(yǔ)音呼叫解決方案

　　CSFB技術(shù)并不是一種真正的LTEVoIP技術(shù)，CSFB主要解決附著(zhù)于LTE網(wǎng)絡(luò )的雙模終端如何在LTE網(wǎng)絡(luò )中接收到電路域的被叫尋呼等網(wǎng)絡(luò )發(fā)起的請求，要求MSC能夠建立與MME之間的SGs接口，實(shí)現LTE和2G／3G的聯(lián)合位置更新和尋呼等操作

　　CSFB通過(guò)MSC/VLR和MME之間的SGs接口實(shí)現。

　　UE必須同時(shí)附著(zhù)到MME和MSC/VLR上，UE在附著(zhù)時(shí)將附著(zhù)類(lèi)型指示為聯(lián)合附著(zhù)，MME收到聯(lián)合附著(zhù)請求后向MSC發(fā)送位置更新請求。

　　在UE回退到CS域系統時(shí)，如果UE和回退系統支持PS域切換，則將激活的PS域承載切換到回退系統的PS域網(wǎng)絡(luò )中；否則PS域承載業(yè)務(wù)將被中止。

　　在UE請求激活CS域業(yè)務(wù)時(shí)執行CS Fallback過(guò)程，區分如下兩種情況：

　　1.當回退系統支持PS切換時(shí)：當UE請求激活CS域業(yè)務(wù)時(shí)，MME指示eNB發(fā)起PS域切換，之后UE在回退系統中接入并發(fā)送CS域業(yè)務(wù)請求，UE與MSC之間的CS域業(yè)務(wù)承載建立過(guò)程和PS域切換過(guò)程可并行執行。

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

　　對于正在TD-LTE網(wǎng)絡(luò )中接收數據業(yè)務(wù)或者駐留的UE，如果需要發(fā)起話(huà)音呼叫，則優(yōu)先將其CSFB到GERAN網(wǎng)絡(luò )，在沒(méi)有GERAN網(wǎng)絡(luò )覆蓋或者UE不支持接入到GERAN網(wǎng)絡(luò )時(shí)將其CSFB到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )。（如果UE之前處于空閑態(tài)，則UE在需要發(fā)起話(huà)音呼叫時(shí)NAS將觸發(fā)RRC連接建立過(guò)程，轉入連接態(tài)。剩余的處理過(guò)程與UE之前處于連接態(tài)時(shí)完全相同。）

　　大唐移動(dòng)CSFB語(yǔ)音呼叫解決方案使用場(chǎng)景

　　對于上述UE發(fā)起話(huà)音呼叫被CSFB到2G/3G網(wǎng)絡(luò )的場(chǎng)景，RAT頻點(diǎn)選擇流程如圖如下。

　　圖2 CSFB時(shí)RAT頻點(diǎn)選擇流程圖

　　當選擇了TD-SCDMA頻點(diǎn)作為測量對象時(shí)，頻點(diǎn)優(yōu)先級順序如下：

　　TD-SCDMA頻點(diǎn)優(yōu)先級 > TD-LTE頻點(diǎn)優(yōu)先級。

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

　　當eNB確定將UE CSFB到GERAN網(wǎng)絡(luò )時(shí)，不需要執行測量配置。

　　當eNB確定將UE CSFB到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )時(shí)，立即執行RRC連接重配過(guò)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(wǎng)絡(luò )。在成功下發(fā)測量配置后，eNB可以采用基于定時(shí)器的方式確定是否需要采用重定向。

　　量等需求特點(diǎn)，對支撐網(wǎng)絡(luò )，尤其是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境提出了極高的要求。