LTE語音業務相關技術和建議

李 波（愛立信（中國）通信有限公司，北京100102）

0 前言

LTE網絡提供大于100 Mbit/s的網絡接入帶寬，與一般的固定網絡接入帶寬相當或更高。基于IP的多媒體（包括語音）業務可端到端地在基于因特網應用的用戶間直接實現；基于MSN和QQ的多媒體通信和語音通信轉移了傳統電信運營商語音業務的話務量。智能終端的出現加劇了這種語音業務話務量的轉移。安裝Google Talk或Skype軟件后，智能終端可在用戶終端間直接進行語音通信。由于LTE提供了更高的無線接入帶寬，終端用戶語音通話質量有一定保障。語音話務量的轉移在LTE時代會更加突出。

在GSM/WCDMA網絡中，無線網和核心網都有CS核心網元和專門的無線承載通道 （TCH或CS RAB）用于承載語音業務。與GSM/WCDMA網絡技術不同，在LTE/EPC網絡技術中，核心網與LTE無線網僅定義了不同QoS的PS承載通道技術，無特別的專門用于語音通信的技術和承載方式。基于LTE的無線網和終端如何實現和保障語音業務是運營商面臨的重要課題。

1 LTE網絡的語音業務實現方式

1.1 基于OTT的語音業務

在LTE移動寬帶接入網中，基于Google Talk和Skype軟件進行語音通信會是一些LTE終端用戶的選擇。業界把該語音通信實現方式，即基于因特網提供語音業務的方式稱為OTT方式。用戶通過LTE無線寬帶接入使用語音業務時，語音業務質量基于LTE移動寬帶給以一定保障。行業分析表明：在LTE發展的初步成熟期（2014—2015年），智能終端約有10%左右的語音業務通過預置的OTT語音軟件實現，即擁有LTE接入能力的智能終端用戶約有10%左右的語音業務從傳統的電信網絡中轉移出去。用戶采用OTT方式實現語音業務的優勢是一般電信網絡采用包月流量及不區分業務的網絡使用方式；另外基于OTT的用戶語音業務的使用界面友好對用戶也具有吸引力。目前基于OTT的語音業務通信方式在高無線接入帶寬的網絡（如HSPA移動網絡），特別是智能終端中開始流行，一般認為電信運營商較難限制用戶采用OTT方式進行語音通信。

雖然OTT的方式給移動終端用戶提供了便宜的業務使用價格和友好的使用界面，但在LTE無線網絡建設的初期，由于建設投入和周期的原因，LTE的無線覆蓋很有可能是非連續的，造成OTT語音在用戶移動的進程中掉話，無法體現終端語音通信的移動需求。由于接入網絡對OTT語音業務提供無差別的傳送模式，用戶的語音通話質量也難以保障。基于OTT的語音通信無法完整體現無線通信的移動特征，特別是像緊急呼叫、應急語音通信、高質量語音通信等需求OTT方式都難以滿足。這些需求都要求移動運營商通過移動通信網絡技術向用戶提供可靠保障。

1.2 基于IMS MMTel的語音實現技術

基于運營商移動和固定網絡的融合運營和建設需求，3GPP規范定義了多媒體語音實現技術，即基于IMS多媒體電話MMTel的網絡技術。基于MMTel技術，運營商可以向終端用戶提供豐富的多媒體語音業務。GSMA運營商企業聯盟在IR.92規范中明確定義和承諾：在向未來的LTE網絡演進中，移動網絡的語音和多媒體業務基于IMS MMTel網絡技術提供。MMTel網絡技術基于IP的SIP協議，SIP協議在信令層面處理用戶的語音呼叫。在MMTel向終端用戶提供語音業務中，MTAS作為多媒體語音業務的引擎與IMS核心網絡設備CSCF、MGCF和MGF等網元一道向終端用戶提供語音業務和完成主、被叫的多媒體語音業務處理。在基于MMTel提供語音業務的LTE接入網絡場景中，LTE核心網EPC與MMTel互通向LTE終端提供多媒體語音業務。該多媒體語音業務可確保電信運營商級別的業務服務質量，并提供電信運營商保障的緊急呼叫和應急語音通信等社會職能。

根據3GPP規范，基于MMTel多媒體語音業務有別于OTT語音業務的一大優勢是用戶在LTE與GSM/WCDMA無線系統漫游時可進行語音切換以保持語音連續性。在OTT語音場景下，當用戶在LTE向GSM/WCDMA網絡切換時，難以在GSM/WCDMA網絡提供確保的語音通道和語音服務質量。而在基于MMTel的多媒體語音通信中，當用戶在LTE網絡向GSM/WCDMA網絡漫游時，3GPP規范明確定義了LTE與GSM/WCDMA CS核心網互通接口以確保語音業務的電信級服務質量和連續性，其中重要的網絡技術是SRVCC技術。

1.3 語音回落技術

在LTE網絡部署時，特別是在部署的初期，LTE無線覆蓋會呈不連續狀態，甚至在LTE部署期間，不能形成商業應用。為應對這種狀態，3GPP規范定義了語音回落（CSFB）技術。該網絡技術定義了LTE用戶終端在LTE網絡登記時，可回落到GSM/WCDMA網絡，并基于GSM/WCDMA網絡的CS核心網進行語音的主、被叫接續處理。與SRVCC技術一樣，CSFB技術在IR.92規范中給出了定義和推薦。

2 SRVCC與CSFB技術概要

2.1 SRVCC技術概要

3GPP規范定義的LTE和移動網絡演進目標是采用IMS MMTel向用戶提供多媒體語音業務。LTE/EPC可看作是MMTel的無線寬帶接入網絡。網絡要保證LTE終端在向GSM/WCDMA網絡漫游時語音業務的連續性。LTE終端向GSM/WCDMA網絡切換時，如果目標網絡可以提供足夠的帶寬并支持MMTel切換，則可以基于MMTel進行PS間的切換保障語音業務的連續性；另外3GPP規范定義了LTE到GSM/WCDMA網絡間的PS到CS的切換技術（SRVCC），即在切換時利用目標網絡的CS域保持語音業務的連續性，借助運營商已有的軟交換系統向終端用戶提供連續的語音業務。基于SRVCC網絡技術，LTE核心網絡的MME與現網軟交換MSC服務器之間要建立基于IP的信令接口 （Sv接口）。該接口在用戶從LTE無線網向GSM/WCDMA網漫游時，由用戶終端觸發PS到CS的語音業務切換。終端用戶在原LTE網絡下的承載除了可能有基于GBR的語音承載外，還可能同時有非GBR的數據承載，在網絡和終端具備條件的情形下也要進行相應的處理。

LTE向GSM網絡漫游，且不進行DTM的SRVCC簡要切換流程（見圖1）如下：

步驟①：手機向eNodeB發送測量報告。

步驟②：eNodeB判定向GSM進行SRVCC切換。

步驟③：eNodeB發送切換請求。

步驟④：MME進行語音承載與數據承載的分離，對QCI=1的GBR語音承載進行到CS域的切換。

步驟⑤：MME向MSC服務器發送PS到CS的切換請求（內含IMSI和STN-SR號碼）。

步驟⑥：MSC服務器與目標MSC服務器和BSC協商完成GSM無線系統切換電路的建立。

步驟⑦：MSC服務器向IMS MMTel發起語音會話轉移傳送信息（含STN-SR號碼）。

步驟⑧：IMS MMTel進行語音會話的更新和用戶面的承載更新。

步驟⑨：MSC服務器向MME發送PS到CS的切換響應消息。

步驟⑩：MME向eNodeB發送切換命令消息。

步驟11：eNodeB向用戶終端發送切換命令消息。

步驟12：用戶終端切換到GSM，用戶終端通過BSC發送PS業務掛起，SGSN與MME互通PS掛起。

步驟13：BSC向目標MSC服務器發送切換完成消息。

步驟14：MSC服務器向MME發送切換完成消息。

步驟15：根據規范流程MME與SGw/PGw互通進行相應的LTE承載處理和掛起。

在目標網絡GSM或WCDMA支持和終端手機支持的情況下，SRVCC的切換同時可能伴隨PS到PS的切換。PS到PS的切換要涉及到網絡的S3/S4接口或Gn接口；同時進行PS到PS的切換可使得Web瀏覽的數據業務在目標網絡中保持連續。

2.2 CSFB技術概要

CSFB技術是利用網絡MME與MSC服務器間的SGs接口，終端用戶在網絡附著時同時進行EPS/IMSI的附著，即用戶同時登記在MME和MSC服務器上。當用戶在LTE無線覆蓋區進行MO或MT語音呼叫時，都由對應的MSC服務器進行語音呼叫處理。SGs的接口采用SGsAP/SCTP/IP協議。當手機終端采用EPS/IMSI附著時，MME與MSC服務器間通過SGs接口建立該用戶終端的關聯。用戶在SGs接口的關聯建立完成后，用戶在LTE網絡漫游進行TAU更新時，相應地在MSC服務器的LAU進行位置更新。當用戶在LTE網絡發起MO或接收MT語音呼叫時，MME與MSC服務器通過SGs接口互通把用戶回落到GSM/WCDMA網絡中由MSC服務器在CS域完成語音的呼叫處理。在實現CSFB的過程中，取決于用戶終端和GSM/WCDMA的網絡支持能力，可能進行到WCDMA系統的PS業務切換或到GSM系統的DTM PS同時傳送或切換；當無法進行用戶PS業務的切換時，用戶的PS業務暫時掛起。

圖1 SRVCC簡要切換流程

LTE網絡實現CSFB語音業務的技術要點如下：

a）MME通過 SGs接口維系用戶在 LTE網絡MME上和GSM/WCDMA網絡MSC服務器上的同時登記，該登記在用戶終端發起EPC/IMSI雙附著時完成，MME通過終端的GUTI提取LAI和VLR局號碼訪問對應的MSC服務器。

b）用戶在LTE網絡的去附著觸發SGs接口的IMSI去附著過程；SGs接口支持基于3GPP規范的全部去附著過程。

c）當終端進行MO CSFB語音呼叫時，用戶終端向eNodeB發送帶擴展的業務請求連接消息，消息中攜帶CSFB標示。對于MT呼叫，當用戶處于空閑狀態時，MSC服務器向MME發送用戶LA位置的尋呼請求，MME把LAI翻譯成TAI-List并在LTE網絡進行尋呼；被尋呼的用戶終端在GSM/WCDMA網絡發送尋呼響應消息，建立語音業務請求連接。

d）MME與SGw和PGw互通，進行數據業務承載通道的處理。當終端在LTE網絡同時有PS業務的承載業務連接時，可進行數據業務信道的切換，或者進行PS承載數據業務的掛起（語音呼叫完成后恢復）。

e）MME支持TAU/LAU的同時位置更新。當用戶在LTE網絡TAU位置更新時，MME從TAI提取對應的LAI，通過SGs接口MSC服務器進行用戶的LAU。

f）當運營商在網絡部署MSC服務器Pool時，MME可根據LAI和3GPP規范的Hash算法得到對應的MSC服務器。

3 面向LTE的語音業務演進和網絡建設建議

電信網絡正經歷巨大的變革時期，因特網提供的IP多媒體業務直接挑戰電信運營商的運營角色和運營模式。目前一般的傳統電信運營商的語音業務收入在運營中的比例為70%左右，運營商如何保有用戶并在LTE網絡建設中確保基本的語音通信和營業利潤是一個重要課題。語音通信在相當長的一段時間內仍是最基本的通信需求，確保語音通信就是確保用戶和確保運營利潤；面向LTE的網絡建設需求，建議運營商在現網的網絡建設中關注以下幾點。

a）IMS MMTel是2G/3G移動網絡進一步演進并在LTE時代提供多媒體語音業務的關鍵網絡技術，是保證運營商在下一代網絡業務運營中處于主導地位的關鍵。運營商在現網的網絡建設中應積極推進和部署IMS的網絡建設。

b）在現網的網絡建設中，運營商應在網絡IP化建設的基礎上，基于移動網絡的設備演進能力，積極推進網絡軟交換系統與IMS系統的設備功能融合，例如進行MGCF與MSC服務器的功能融合、IM-MGw與軟交換MGw融合，推進SIP-I技術的網絡部署，從而簡化IMS與現網組網的復雜度，加快IMS的網絡應用步伐。

c）在LTE網絡部署的同時，在IMS MMTel成熟的區域部署SRVCC的網絡應用解決LTE覆蓋不連續問題。

d）分析和準備CSFB的網絡技術應用。在現網的網絡建設中，在現有的軟交換系統中部署SGs網絡互通接口，以確保用戶語音業務的應用。

4 結束語

積極面對OTT業務模式的挑戰，特別是在未來LTE網絡的建設中，運營商保有終端用戶的語音業務是決定運營商網絡運營地位的關鍵。在當下的網絡規劃中要積極籌備IMS網絡建設和業務應用，在LTE網絡建設的不同時期和不同網絡場景可適當采用不同的語音技術。

［1］Magnus Olsson，Shabnam Sultana，Stefan Rommer，et al.SAE and the Evolved Packet Core［M］.Academic Press，2009.

［2］3GPP TS 23.272 Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System［S/OL］. ［2011-12-25］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23272-CRs.htm.

［3］3GPP TS 23.216 Single Radio Voice Call Continuity （SRVCC）［S/OL］.［2011-12-25］.http://www.arib.or.jp/IMT-2000/V700Sep08/5_Appendix/.../23216-800.pdf.