由CS域轉(zhuǎn)至VOIP域的LTE語音過渡技術(shù)

　引言

　　由于GSM等移動網(wǎng)絡(luò)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(wù)獲得了空前的成功。伴隨個(gè)人語音業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也從GPRS/HSPA走向了LTE。LTE將給我們造就一個(gè)高帶寬的無線接入網(wǎng)絡(luò)，更好地支持各種移動應(yīng)用，但是，這里面也隱藏著危機(jī)，最大的危機(jī)來自VOIP。

　　LTE基于IMS的全I(xiàn)P架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)基于分組域的語音和多媒體業(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(tǒng)一會話控制協(xié)議，從而成為業(yè)界公認(rèn)的下一代的語音/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(xiàn)和逐漸成熟才使移動網(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、高移動性、低時(shí)延保證了用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)上的通話業(yè)務(wù)感受能夠與傳統(tǒng)CS相同。LTE VoIP的實(shí)施標(biāo)志了移動網(wǎng)絡(luò)向All-IP 網(wǎng)絡(luò)邁出重要的一步，最終PS域?qū)⑷〈苿覥S域，成為真正All-IP網(wǎng)絡(luò)。

　　受運(yùn)營商初期投資限制，LTE會先在熱點(diǎn)地區(qū)孤島式部署，再逐步鋪開，因而為滿足用戶隨時(shí)隨地的語音業(yè)務(wù)需求，LTE語音業(yè)務(wù)解決方案很長一段時(shí)間內(nèi)仍要依賴于GERAN/UTRAN CS接入的配合。LTE語音業(yè)務(wù)應(yīng)該對GERAN/UTRAN無線網(wǎng)絡(luò)沒有改動需求，對移動電路域核心網(wǎng)盡量少地改造，以方便運(yùn)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(shù)要求，降低LTE終端射頻模塊的復(fù)雜度，延長LTE終端的待機(jī)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LTE終端不能同時(shí)在LTE和UTRAN／GERAN上開展業(yè)務(wù)，這給LTE和UTRAN／GERAN之間的切換控制帶來了新需求。

　　經(jīng)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(dāng)作是從電路交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)至全 IP過程中的一步。撥打或接聽語音電話時(shí)，CSFB解決方案可將用戶設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，愛立信及其它幾家廠商和運(yùn)營商共同啟動了“One Voice”計(jì)劃。該計(jì)劃的主要目標(biāo)是制定終端和網(wǎng)絡(luò)廠商應(yīng)遵循的基準(zhǔn)規(guī)范（baseline profile），從而確保互操作性。自從被GSM協(xié)會在2010年初采用以來，該計(jì)劃在業(yè)界獲得了更廣泛的認(rèn)可。

　　“One Voice”計(jì)劃推出的基準(zhǔn)規(guī)范構(gòu)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(chǔ)，通常被稱為VoLTE（LTE語音）。

　　基準(zhǔn)規(guī)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(yīng)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(wù)是移動網(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域語音向全I(xiàn)P域語音的過渡技術(shù)。

　　業(yè)界LTE 語音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

　　當(dāng)前業(yè)界主要有三種開展LTE語音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，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)寫入即將凍結(jié)的3GPP R8規(guī)范中，后一種則在VoLGA組織中密切討論。
 

　　圖1 業(yè)界三種LTE 語音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

　　CSFB架構(gòu)

　　部分運(yùn)營商因?yàn)楝F(xiàn)有CS網(wǎng)絡(luò)覆蓋好、容量充足等原因，會作出在LTE網(wǎng)絡(luò)上首先開展無線Internet業(yè)務(wù)的選擇，而語音業(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(wù)時(shí)，將無法收到電路域語音業(yè)務(wù)信號。因此LTE網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了對MSC的CSFB需求，嚴(yán)格說來，CSFB技術(shù)并不是一種真正的LTE VoIP技術(shù)。

　　CSFB主要解決附著于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(xiàn)LTE和2G／3G的聯(lián)合位置更新和尋呼等操作。

　　SR-VCC架構(gòu)

　　SR-VCC架構(gòu)利用IMS核心網(wǎng)絡(luò)提供LTE VoIP語音業(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)的語音連續(xù)性保證。不同于CSFB架構(gòu)，SR-VCC架構(gòu)中移動語音業(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(gòu)，實(shí)現(xiàn)WiFi和GERAN／UTRAN接入間切換時(shí)的語音連續(xù)性控。3GPP R8階段又針對LTE的需求，在R7 VCC基礎(chǔ)上進(jìn)一步制定了SR-VCC的語音業(yè)務(wù)切換控制標(biāo)準(zhǔn)。

　　SR-VCC架構(gòu)需要部署IMS SCC(Service continuity control) AS、增強(qiáng)MSC網(wǎng)元，結(jié)合MME的切換控制保證LTE語音能夠平滑地向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(qiáng)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)語音業(yè)務(wù)，而且能夠?yàn)橛脩籼峁┤碌腎MS多媒體業(yè)務(wù)，例如即時(shí)消息和用戶狀態(tài)呈現(xiàn)業(yè)務(wù)等。

　　VoLGA架構(gòu)

　　VoLGA架構(gòu)利用現(xiàn)有的CS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對LTE語音的控制，類似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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)并不是一種真正的LTEVoIP技術(shù)，CSFB主要解決附著于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(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(shí)現(xiàn)。

　　UE必須同時(shí)附著到MME和MSC/VLR上，UE在附著時(shí)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(shí)，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(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(zhí)行CS Fallback過程，區(qū)分如下兩種情況：

　　1.當(dāng)回退系統(tǒng)支持PS切換時(shí)：當(dāng)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(tǒng)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)承載建立過程和PS域切換過程可并行執(zhí)行。

　　2.當(dāng)回退系統(tǒng)不支持PS切換時(shí)：當(dāng)UE請求激活CS域業(yè)務(wù)時(shí)，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(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(tǒng)中發(fā)起CS業(yè)務(wù)建立過程。

　　對于正在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)，在沒有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)起話音呼叫時(shí)NAS將觸發(fā)RRC連接建立過程，轉(zhuǎn)入連接態(tài)。剩余的處理過程與UE之前處于連接態(tài)時(shí)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(wǎng)絡(luò)的場景，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(dāng)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(dāng)UE之前處于空閑態(tài)時(shí)，由NAS觸發(fā)業(yè)務(wù)請求，轉(zhuǎn)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(dāng)eNB確定將UE CSFB到GERAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不需要執(zhí)行測量配置。

　　當(dāng)eNB確定將UE CSFB到TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(bào)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)，尤其是無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出了極高的要求。