LTE语音三步走 CSFB技术凸显便捷性 三步走, 技术, 语音

520503

由于目前VoIP业务的性能指标未能达到现有电路域语音业务的质量，而且需要全网布署IMS，因此在现有网络基础上，形成了三种不同的LTE语音解决方案：基于双待机终端方案、CSFB和VoLTE。CSFB和VoLTE均为3GPP定义的LTE语音解决方案，两个方案在3GPP规范中均有明确定义。VoLTE需要终端、无线和核心网的全面支持和优化，从目前来看实现复杂度较大。CSFB是在产业界未实现VoLTE时提出的一种相对较为简单的语音解决方案。
双待机：技术实现简单
双待机终端可以同时待机在LTE网络和3G/2G网络里，而且可以同时从LTE和3G/2G网络接收和发送信号，其语音解决方案的实质是使用传统3G/2G网络，与LTE无关。
基于双待机终端的语音解决方案是一个相对比较简单的方案。终端芯片可以用两个芯片(1个3G/2G芯片和1个LTE芯片)或一个多模芯片来实现，LTE与3G/2G模式之间没有任何互操作，终端不需要实现异系统测量，技术实现简单。
CSFB：逐步趋于完善
CSFB方案的主要思想是在用户需要进行语音业务的时候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域重新接入，并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务。
为实现CSFB，需要在MME和3G/2G网络的MSC设备之间建立SGs接口(图1中紫色线所示)。SGs关联在CSFB技术中起着桥梁作用，能够将两个不同的系统联系起来，实现用户在不同系统间的语音业务连续。所谓为用户建立了SGs关联，就是在VLR中保存了用户的MME的地址，而同时也在MME中保存了用户的VLR的地址。
从图1可以看出来，CSFB技术会影响现有的3G/2G网络，原有网络的MSC需要新增与MME的SGs接口，SGSN新增与MME的S3接口。
支持CSFB的终端必须具有多模能力，既能通过E-UTRAN接入到EPC，也能通过GERAN/UTRAN接入到CS域。具有CSFB能力的终端必须能够执行联合的RAU/LAU附着、位置更新和去附着程序。
原有3G/2G网络中的MSC为支持CSFB功能，需要新增到MME的SGs接口，支持SGs协议栈，维护SGs关联;并且在SGs接口和Iu/A接口并行地寻呼用户，支持和MME的联合移动性管理等功能。
对于原有3G/2G网络的无线子系统(基站、基站控制器)，需要增加LTE的邻小区配置，为让终端在CSFB到3G/2G网络后的语音业务结束后，尽快回到LTE网络，原有网络的无线子系统需要支持Fast Return功能;为了优化终端从LTE回落到3G/2G的延迟，原有网络的无线子系统需要支持RIM功能等。
CSFB关键技术
CSFB的思路是在用户需要进行语音业务的时候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域。回落的方式是在释放LTE的无线链接，并且在释放消息中携带重定向字段，指出终端重新接入的制式和频点。这种回落方式，俗称为重定位。重定位方式的特点是实现简单，对原有网络的改造量小;缺点是延迟相对较大。
为了优化重定位的性能，减少终端重新接入3G/2G网络的时间，3GPP提出带系统消息的重定位功能，在重定位字段中携带3G/2G网络的系统消息。3G/2G网络的系统消息是通过RIM流程从BSC/RNC、SGSN、MME传送到LTE的eNB。这种方式的特点是延迟较小，但对原有网络的改造量较大，需要对原有无线网络进行改造，支持RIM功能。
为了尽可能减少对原有网络的改造量，但同时又为了减少重新接入的时延，3GPP规范提出了DMCR功能。DMCR(Deffered Measurement Control)功能是让UE回落到3G网络进行呼叫期间只读取部分系统消息，而不需要在呼叫建立前读完所有的系统消息，从而减少呼叫建立时间。但是该功能只能用于3G网络，2G网络不支持DMCR功能。
用于支持终端从LTE回落到3G/2G网络的另一种方法是PS域切换。这种方案延迟较小，但支持难度较大，而且现有终端基本不支持这种方式。
从目前技术支持、产业实现、性能等方面来看，“带系统消息的重定位方式”被业界广泛接受。
CSFB呼叫流程
处于LTE网络中的用户发起语音呼叫的大致过程是，主叫用户向E-UTRAN网络发送业务请求，并在EPS网络的帮助下切换到 2G/3G系统中的目的小区，用户在重新接入到CS域中后完成后续CS业务。具体呼叫流程参见图2。
VoLTE：全IP条件下的端到端语音方案
当LTE网络达到全覆盖时， VoLTE语音方案将成为运营商的终极解决方案。 VoLTE是GSMA定义的标准LTE语音解决方案，其核心业务控制网络是IMS(IP多媒体子系统)网络，配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。
网络架构
VoLTE解决方案中，实现VoIP语音业务时，除了由EPS系统提供承载，由IMS系统提供业务控制外，通常还要由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策略的控制。VoLTE业务的系统架构如图3所示。
图3中主要包括UE、eNodeB、MME、S-GW、P-GW、HSS、PCRF、IMS域(P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AS)、MMTtel AS等网元。
IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。IMS系统和EPS网络配合，可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括：号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。

VoLTE 系统采用专门的IMS APN来提供语音业务，为信令和语音数据使用特定QCI的“承载”，从而保障给语音业务较高的QoS。通常，信令承载采用QCI=5的默认承载，语音承载采用QCI=1的专用承载。
PCRF(策略和计费规则功能)主要完成策略控制决策和基于流进行计费控制的功能。
基于IMS核心的业务控制
VoLTE语音解决方案的核心思想是采用IMS作为业务控制层系统，EPC仅作为承载层。借助IMS系统，不仅能够实现语音呼叫控制等功能，还能够合理、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(比如，是VoIP会话还是一次网页浏览或者是一条即时消息等)，提供不同的资费标准。另外，IMS定义了为业务开发商使用的标准接口，通过这些接口使得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。