TD-LTE語音解決方案的研究

侯愛霞，高 博

?

TD-LTE語音解決方案的研究

侯愛霞1，高 博2

（1.重慶科創職業學院，重慶 永川 402160；2.上海貝爾股份有限公司陜西分公司，陜西 西安 710075）

TD-LTE語音解決方案主要有雙待機、CSFB、VoLTE等。雙待機的原理為在手機內置兩個多模收/發模塊，使手機同時駐留在2G/3G和TD-LTE網絡，數據業務優先通過TD-LTE網絡提供，若無 LTE 覆蓋，則由2G/3G網絡提供，語音業務則通過2G/3G網絡提供。CSFB的原理為終端在 LTE 網絡駐留，使用 CS 語音回退技術將 TD-LTE 網絡語音服務轉移至傳統的 2G/3G網絡，通話結束后再返回到TD-LTE網絡。VoLTE作為TD-LTE的最終語音解決方案，以VoIP的方式通過LTE的分組域來傳輸語音業務相關數據包，直接使用TD-LTE網絡來承載語音業務。

TD-LTE；語音解決方案；CSFB；VoLTE

一、TD-LTE語音業務解決方案研究

LTE網絡現已在全球迅猛發展，LTE的語音解決方案也是 LTE網絡及終端發展中業界重點關注的一個問題。TD-LTE網絡是完全基于統一分組域架構的，無法提供像 3G和2G那樣基于電路域的語音通話，而要實現全網 VoLTE 的語音解決方案，需要全網部署IMS網絡，這在網絡部署前期無法實現[1]。因此，3GPP提出了適用于過渡時期的解決方案。

二、單卡雙待機解決方案

雙待機終端的語音解決方案的原理為手機內置兩個多模收/發模塊，使手機可以同時駐留2G/3G和LTE網絡。主被叫語音業務由2G/3G網絡負責，而數據業務則優先通過LTE網絡提供，若無 LTE 覆蓋，再由3G或者2G網絡提供。這表明數據和語音業務不會相互干擾可同時進行。用戶不但能使用到2G/3G時代優秀的語音通話，而且能獲得高速的4G數據體驗。

在網絡建設方面，這種方案無需任何網絡改造，完全依賴手機終端，2G/3G網絡在初期并不需要升級，LTE建網成本在初期也會較低，這樣便可以快速進行LTE網絡的覆蓋。在終端開發方面，可以用一個多模芯片或1個2G/3G芯片和1個LTE芯片來實現。除此之外，由于雙待機的兩個模式之間沒有任何互操作，技術實現也很簡單。因此單卡雙待機終端語音解決方案是一個相對簡單的方案。

雖然單卡雙待機終端語音解決方案實現比較簡單，但是由于終端使用部件增多，影響手機尺寸，同時也增加了生產成本。

另外，在實際應用中需要注意終端不要執行聯合位置更新，因為LTE 模式執行聯合位置更新會導致 HLR 中保存的 MSC 信息發生乒乓效應，并且要求終端不執行 LTE 與 2G/3G 同時在分組域進行，因為SAE HSS/HLR 中保存的分組域信息將在MME、SGSN的地址之間發生乒乓效應。

三、CSFB解決方案

CSFB 語音解決方案又分為基于切換（Handover）的CSFB 和基于重定向（Redirection）的CSFB 兩種。基于切換的CSFB方案在語音回落前，手機要先測量信號強度，接著網絡把選中小區信息告知終端，最后終端完成切換。基于重定向的CSFB方案在語音回落前，只需將目標頻點告知終端，終端在目標頻點任何小區選擇回落。當手機選定回落小區后就發起呼叫建立流程，而終端不需測量信號強度。因此，基于切換的CSFB方案比基于重定向的CSFB方案找到回落小區更慢。

為了實現CSFB語音解決方案，終端駐留LTE網絡時必須能夠和CS域保持聯系，接收來自電路域的語音通知和短信業務，這就需要在 MME 網絡和 2G/3G 網絡的 MSC 設備間建立一個 SGs接口，其主要用來實現 EPS 和 CS 域間的語音/ SMS 業務的尋呼過程。現有的2G/3G網絡將會被 CSFB 技術影響，現有網絡 MSC 和 MME 之間需要添加 SGs 接口，SGSN 和 MME 新的 S3 接口也需要新增在 SGSN 與 MME 之間。原2G/3G網絡（基站，中央基站控制器）的無線子系統，LTE 鄰小區配置需要被增加。為了用戶終端語音回落至 3G/2G 網絡后的語音服務結束后，很快恢復到 LTE網絡，原有無線網絡需要支持 Fast Return（快速返回功能）。SGs 接口是CSFB技術中最重要的接口，是 MME 和 MSC 之間的邏輯接口。主要被用來實現 EPS 和 CS 域之間的移動性管理和尋呼流程，擴充實現這些流程是在現有網絡的Gs接口的基礎之上完成的。MO和MT之間的SM也可以用SGs接口來傳送[2]。SGs 接口如圖1所示。

圖1 SGs接口

圖2 VoLTE工作原理

從CSFB解決方案的實現原理和網絡改造來看，這種方案的優點是網絡結構簡單，改造相對容易，并且能保護現網投資；其缺點是電路域回退過程中將發生 inter-RAT 小區之間交換或選擇，所以帶來了大量的呼叫建立時延，并且電路域回退要求2G網絡和 E-UTRAN 網絡覆蓋區域重疊，因此沒有傳統的2G網絡的新運營商不能使用該解決方案。因此，CSFB只能作為LTE語音過渡方案。

四、VoLTE解決方案

VoLTE解決方案可以提供包括號碼顯示、呼叫等待、呼叫轉移、視頻電話等語音業務和其他補充業務，其性能與電路域差不多。與傳統的GSM網絡比較，VoLTE能提供端到端的IP數據和語音服務，是全IP條件下端到端語音解決方案，旨在替代電路域話音。因此，VoLTE被認為是LTE的終極語音解決方案。

VoLTE的IMS（IP多媒體子系統）網絡是其核心業務控制網絡，通過IMS網絡與LTE和EPC網絡相互配合，可實現語音和視頻等端到端的基于PS（分組）域的業務。IMS就是IP多媒體系統，它是一種新興的多媒體業務系統，不僅能支持多種接入，還能支持豐富的多媒體業務，能夠滿足如今手機客戶各種各樣的多媒體業務需求。IMS網絡是LTE實現語音與多媒體數據融合的必備網絡協議，被3GPP、GSMA確定為移動語音的標準架構[3]。

VoLTE的工作原理如圖2所示。在VoLTE中EPC作為IMS的接入網，VoLTE通過EPC將信令和媒體傳輸至IMS網絡，由IMS提供會話控制和業務邏輯。如果在沒有覆蓋LTE網絡的區域，則需要通過SRVCC（單待無線語音呼叫連續性）技術將當前呼叫切換至2G/3G電路域，此時2G/3G網絡作為IMS的接入網。

目前3GPP 提出的TS23.216 R9 版本中選定的SRVCC 方案中，SRVCC 的切換處理需要MSC Server 和MME 之間Sv 接口來支持，語音的SRVCC 切換和非語音的PS 切換需要MME來處理，網絡結構如圖3所示。

要實現VoLTE的大規模商用，必須具備三個條件：一是大規模的覆蓋LTE網絡，避免過多空洞帶來頻繁切換；二是需要在核心網中部署IMS網元設備，用來控制語音業務的發起和呼叫，同時還需要完成VoLTE設備的升級和改造；三是需要批量生產能夠支持VoLTE的終端產品。

圖3 SRVCC網絡結構

五、小結

通過對三種解決方案對比可以看出，雙待機方案對網絡改造量最少；CSFB方案的網絡改造代價與選取的具體方案有關，前期主要在 LTE 覆蓋區進行改造；VoLTE方案初期改造較大，但后期改造量增加不大，僅MSC少量升級。

隨著LTE建網的進度推進，移動通信網絡的架構將會逐漸成熟，語音服務業會逐步實行IP化。VoLTE是直接在LTE網絡上承載語音業務，因此能夠充分利用LTE無線網絡抗衰落性好、頻譜利用率高、帶寬和容量大等優點[4]。從長遠發展來看，VoLTE才是最終的語音解決方案。不過考慮到產業支持和網絡覆蓋要求，以及國際運營商部署 VoLTE 的節奏不同，過渡期間仍然需要借助 CSFB 支持國際漫游，但可以部署 IMS 提供 LTE 高清視頻類增值業務等。

參考文獻：

[1]李波. LTE語音業務相關技術和建議[J].郵電設計技術，2012（1）.

[2]周晶，葉丹.運營商LTE語音解決方案研究[J].集成技術，2013（3）.

[3]許慕鴻.LTE語音目標解決方案-VoLTE技術[J].現代電信科技，2013（11）.

[4]曾召華.LTE基礎原理與關鍵技術[M].西安：西安電子科技大學，2010.

（責任編輯 李建武）

Research on TD-LTE Voice Solutions

HOU Ai-xia1，GAO Bo2

（1.Chongqing Creation Vocational College, Yongchuan, Chongqing 402160, China;2. Alcatel-lucent Shanghai Bell Co., Ltd. Xi’an, Shaanxi 710075, China）

Now TD-LTE voice solution includes double standby terminal, CSFB and VoLTE. The principle of double standby terminal is to set two multi-modemodules to let the phone standby in 2G/3G and TD-LTE network at the same time. The voice service is provided by 2G/3G network, and the data service is provided by TD-LTE network. If there is no TD-LTE network, the data service is provided by 2G/3G network. The principle of CSFB is that terminals standby in TD-LTE network, and use CS fallback technology to transfer the voice service from LTE network to 2G/3G network, then return back to TD-LTE network after the communication is over. To be the ultimate voice solution, VoLTE provides the voice service by TD-LTE network. It uses VoIP mode to transmit the data package of voice service through LTE PS domain.

TD-LTE; Voice Solution; CSFB; VoLTE

TN929.5

A

1008—6129（2015）05—0078—03

2015—08—21

侯愛霞（1981—），女，湖北襄陽人，重慶科創職業學院，講師。