EPS網絡的語音業務解決方案

李文苡

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 背景

1.1 EPS是移動網絡的發展方向

自從3GPP R8提出LTE技術，就吸引了全球移動通信行業的目光，隨著采用LTE技術的EPS網絡標準的逐漸完善，EPS也理所當然地成為各主流移動運營商選擇的演進方向。

EPS網絡包括無線網絡和核心網絡。無線網絡采用LTE技術，定義了E-UTRAN網絡，通過采用OFDMA/MIMO等一系列先進技術，上行設計吞吐量不低于100 Mbit/s，下行設計吞吐量不低于50 Mbit/s。核心網絡為EPC網絡，采用扁平化網絡架構的設計，在核心網絡側簡化網絡架構和消息，理論上可以大大縮短時延，業務層設計無線用戶數據環回時延小于10 ms，控制層喚醒時延小于100 ms。

更重要的是，EPS還可以支持多種無線接入技術。這樣，對于CDMA運營商來說，EPS網絡也成為他們進入主流產業鏈的一個關鍵契機。

1.2 語音業務是移動網絡的基本業務

語音業務（此處的語音業務指純語音業務，不包括視頻電話、手機對講等業務）是移動網絡的基本業務和重點保障業務，也是移動用戶廣泛使用的主要業務。通常，語音業務質量的優劣是評判移動網絡和移動運營商服務質量的關鍵指標，也是用戶可以最直觀判斷的依據。

語音業務在時延、抖動、中斷等方面的性能要求都相當高。CDMA網絡的語音業務由傳統cdma2000 1x（以下簡稱1x）網絡的CS域承載。1x CS域承載語音業務經過了多年的發展，已經成為非常成熟的語音承載方式，能夠保證語音在1x網絡中無縫地、實時地傳輸。

語音業務如此地重要，以至于移動網絡發展演進到EPS網絡階段，語音業務同樣占居移動業務的首要位置，是運營商不能忽視的關鍵問題。

2 VoIP解決方案

EPS網絡是一個分組數據網絡，而且EPS網絡的QoS機制設計在理論上是可以保障各種實時業務和非實時業務，包括語音業務。表1是3GPP定義的語音業務性能指標和根據EPS網絡QoS設計指標計算得到的指標之間的對照，從中可以看出，EPS網絡能夠滿足語音業務的QoS要求。

表1 3GPP定義的性能指標和EPS網絡指標的對照

EPS網絡承載的語音業務為VoIP，需要部署IMS系統來提供業務層面的控制。考慮到在EPS網絡建設期間，EPS的覆蓋范圍將小于1x CS的覆蓋范圍，為保證語音業務的連續性，可以采用3GPP定義的SRVCC方案來解決這個問題。SRVCC針對Single Radio，即單接收機單發射機的移動終端，提供EPS VoIP單向切換到1x CS，從而保證語音通話不中斷。SRVCC的網絡架構如圖1所示。

在SRVCC方案中，網絡需新增功能模塊1x CS IWS和S102接口，IMS系統需配置VCC AS服務器。IWS通過S102接口與MME通信，S102接口提供MME和3GPP2 1xCS IWS之間的隧道來轉播3GPP2 1xCS信令消息。對于MME，IWS是信令隧道的終結點，用于封裝3GPP2 1x CS的信令消息接收/發送給UE；對于1x網絡，IWS類似BSC通過A1接口與MSC Server連接。VCC AS用于UE的域錨定、域選擇和域切換。同時，SRVCC方案要求終端除了是LTE/1x雙模外，還要支持IMS、1x消息封裝等功能。

E-UTRAN的VoIP切換到1x CS分為三步：

第一步，UE在E-UTRAN的VoIP呼叫流程在IMS的VCC AS已錨定，與MGW沒有任何關聯；

第二步，切換前拜訪網絡的MSC和MGCF與歸屬網絡的VCC AS為實現UE與遠端的通話，建立MGW承載；

第三步，切換過程中，UE執行域切換到1x CS網絡，UE接入拜訪MSC，通過MGW與遠端實現通話。

3 電路語音解決方案

相對于VoIP，各種制式移動網絡的CS語音業務都比較成熟，而且網絡覆蓋問題解決得都比較完善。在EPS網絡建設初期，大部分運營商都會優先考慮使用CS繼續承載語音業務，因此，提出了多種EPS和CS語音業務的解決方案，下面主要討論業界的主流方案。

3GPP標準定義的EPS和1x的語音方案主要是R8 1xCSFB、R9 e1xCSFB、Dual Rx方案，除此之外，還有一種SVLTE的方案。這幾種方案的共同點就是在保證EPS數據業務的同時保證1x CS語音業務、SMS業務的發起/接收。

3.1 R8 1xCSFB

R8 1xCSFB方案是3GPP R8定義的語音解決方案，針對單接收機單發射機的移動終端。對于這種終端，由于同一時刻只能保持與一種RAT網絡的連接，因此存在EPS網絡和1x網絡之間的互操作，需要通過E-UTRAN網絡傳遞1x網絡的消息。1xCSFB的網絡架構如圖2所示。

在1xCSFB方案中，類似SRVCC方案，網絡同樣需要增加功能模塊1xCS IWS和S102接口，但是不需要部署IMS系統和服務器。S102提供MME和IWS之間的隧道，用于轉發3GPP2 1x CS的信令消息。終端除了是LTE/1x雙模外，還要支持1x消息封裝等功能。

1xCSFB的過程分為三步：

第一步，UE通過E-UTRAN發起到1x CS域的預注冊過程，并建立了MME和1xCS IWS之間的S102會話；

第二步，UE在E-UTRAN網絡駐留或進行EPS業務時，可以進行1x CS的語音業務和SMS業務，語音業務需要UE即刻切換到1x CS域，SMS業務不需要UE切換，在E-UTRAN網絡下即可完成；

第三步，當UE在E-UTRAN網絡中發生了TAU并伴隨MME改變時，會發生S102隧道的重定向過程。

3.2 R9 e1xCSFB

R9 e1xCSFB是R8 1xCSFB方案的增強，針對單接收機單發射機的移動終端。

在1xCSFB方案中，UE發起MO/MT時執行Extended Service Request過程后就立即轉到1x網絡并刪除EPS空口和網絡資源，開始在1x網絡建語音通道。在UE轉到1x網絡時，UE需要通過Hash算法和讀1x系統開銷信息來選擇信道。在最壞的情況下，該步驟的時延接近4 s，因此CS呼叫的整體建立時延會較長。

R9 e1xCSFB相對于1xCSFB，在呼叫建立時延的性能方面進行了改善，采用SRVCC機制，將UE做Hash算法和選擇信道的工作放在了E-UTRAN下通過隧道完成，因此在時延上更能滿足運營商的需求。同時，e1xCSFB還在語音切換到1xCS的同時增加了數據業務切換到HRPD的功能，從而支持了語音和數據業務在e1xCSFB后可以并發的場景。因此，e1xCSFB實現了對1xCSFB的功能優化。

e1xCSFB的網絡架構和1xCSFB相同，不同之處主要體現在流程上。e1xCSFB沒有并發數據業務時的MO過程如圖3所示。

相對于1xCSFB的MO流程來說，e1xCSFB的第6到9步完成了UE到1x網絡的初始工作，將1x網絡的資源都準備好，一旦UE切到1x網絡，即可建立信道進行呼叫。

3.3 Dual Rx

Dual Rx方案是利用雙接收機單發射機的移動終端實現1xCS語音業務。這種終端同一時刻可以同時接收LTE和1x網絡的信號，但是只能向一種RAT網絡發送信號，因此，網絡之間不需要通過互操作來傳遞其他網絡的消息，UE同樣可以在LTE數據業務的情況下保證作為主叫或被叫的語音業務，而且語音業務必須回落到1x CS網絡中進行。

由于Dual Rx方案不需要網絡之間的互操作，因此EPS網絡和1x網絡不需要增加任何功能模塊和接口，相對于以上兩種CSFB方案，其網絡架構要簡單很多。

表2 4種支持1xCS語音業務的方案比較

在Dual Rx方案中，UE在EPS和1x網絡分別以EPS和1x的標準注冊流程進行注冊，由EPS網絡和1x網絡分別管理UE在各自網絡中的移動性。UE在EPS網絡中處于空閑態或激活態時，同時也在1x網絡進行1x的小區重選、讀取廣播信道、監聽尋呼、位置區更新等工作。當UE需要發起或接收1x語音呼叫、執行位置區更新、收發短信時，UE會離開E-UTRAN網絡而接入1x網絡進行。UE離開E-UTRAN接入1x網絡前，通過Extended Service Request過程將EPS會話暫停掛起，以便1x工作結束后返回可以繼續EPS會話。因此，在UE收發短信、1x注冊和位置區更新、接收尋呼時，EPS會話會被中斷，影響數據業務的體驗。

3.4 SVLTE

SVLTE方案利用雙接收機雙發射機的移動終端來實現1x CS語音業務。由于這種終端同一時刻可以同時接收來自LTE和1x網絡的信號，也可以同時向LTE和1x網絡發送信號，因此實際上是LTE網絡和1x網絡業務并發的情況。

與Dual Rx方案一樣，SVLTE方案也不需要網絡之間的互操作，因此網絡架構要簡單很多。UE的LTE和1x模塊各自獨立地和網絡工作，在保證LTE數據業務的同時，可以完成語音、SMS等其他1x網絡的工作和業務，給用戶帶來更好的業務體驗。

雙收雙發終端的主要問題集中在終端和芯片上，對終端的硬件配置、資源分配、1x和LTE芯片的相互控制、電池能耗等都具有較高的要求。

3.5 方案比較

對于支持1x CS語音業務的以上4種方案，可以從標準成熟情況、網絡架構、終端要求等多方面進行以下比較，具體見表2。

從以上的比較來看，Dual Rx和SVLTE方案相對于1xCSFB和e1xCSFB方案，在網絡部署和對1x網絡的改造會相對簡單；Dual Rx方案對EPS數據的連續性有一定的影響；SVLTE則對終端成本要求較高。1xCSFB和e1xCSFB方案的優勢在于對EPS數據業務影響小，而e1xCSFB的性能更優于1xCSFB和Dual Rx，甚至優于1x網絡本身。

4 結束語

4.1 優先考慮1x CS語音業務

EPS網絡是移動網絡未來演進的方向，語音業務在EPS網絡依然具有重要的地位。

一方面，目前比較大的CDMA移動運營商基本都擁有一張廣覆蓋、大容量、高質量的1x CS網絡，1x CS語音業務經過多年的發展和優化，是一項非常成熟的移動業務，業務質量達到指標要求，能夠在1x網絡中無縫地、實時地傳輸。

另一方面，雖然VoIP業務是未來的發展趨勢，但在目前情況下，VoIP業務還是存在不少問題。首先是政策方面的風險；其次，VoIP業務需要IMS系統支持，而IMS目前還沒有大規模商用的經驗；第三，VoIP語音切換方案由于需要錨定呼叫，因此實現流程非常復雜，從而也導致呼叫時延還不能滿足要求，業界正在考慮對它進行優化。

基于以上考慮，CDMA運營商應優先考慮用現有的1x CS網絡來承載語音業務，待EPS網絡和VoIP業務成熟后再逐漸考慮引入VoIP。

4.2 優化并完善1x CS語音業務方案

EPS網絡解決CDMA 1x網絡語音業務在文中已介紹了多種方案，但是這些解決方案都還不是很完善：CSFB方案的標準正在制定；Dual Rx方案對數據業務的影響還需要進一步探討；SVLTE對終端和產業鏈都提出了較高要求。當出現不同運營商選擇了不同的方案時，這些方案之間的漫游更成為網絡部署中突出的問題。

隨著EPS網絡試驗和商用進程的加快，相信這些問題將逐漸得到解決，EPS網絡中的語音業務將給用戶帶來一如既往的良好體驗。

1 3GPP TS23.272 V9.2.0.Circuit switched fallback in evolved packet system

2 3GPP TS23.216 V9.1.0.Singleradiovoicecallcontinuity(SRVCC)