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LTE语音三步走CSFB技术凸显便捷性0

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来源: 作者: 2019-03-13 13:58:15

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,而且需要全布署IMS,因此在现有络基础上,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络和3G/2G络里,而且可以同时从LTE和3G/2G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络,原有络的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络后的语音业务结束后,尽快回到LTE络,原有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络的系统消息。3G/2G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,但对原有络的改造量较大,需要对原有无线络进行改造,支持RIM功能。

为了尽可能减少对原有络的改造量,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络,2G络不支持DMCR功能。

用于支持终端从LTE回落到3G/2G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络中的用户发起语音呼叫的大致过程是,主叫用户向E-UTRAN络发送业务请求,并在EPS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,其核心业务控制络是IMS(IP多媒体子系统)络,配合LTE和EPC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、会议等。

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等元。

IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。IMS系统和EPS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。

VoLTE是全IP条件下端到端语音解决方案,涉及终端、无线、PS、IMS、CS各技术域,旨在替代电路域话音。采用VoLTE语音解决方案,对终端域、无线域和核心有如下要求:

核心需要全面部署 IMS系统,IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS,MMTel AS和IP-SM-GW、MGCF/IBCF/TrGW等互通功能;需要引入LTE的设备S/P-GW、MME和为VoLTE提供承载通道和QoS控制能力。

终端域需要支持VoLTE相关特性 ,包括RoHC(鲁棒头压缩)、RLC UM(无线链路连接非确认模式)以及LTE DRX(非连续接收)等功能。

无线域需要引入LTE的设备eNodeB(E-UTRAN)。

业务流程

从业务实现流程来看,一个EPS系统的用户,如果要实现端到端的VoIP业务,要经过EPS附着、IMS注册、主叫流程和被叫流程(包括专有承载和IMS层信令交互)等几个过程。典型的VOLTE呼叫流程如下。

LTE络附着:在LTE络下附着,UE建立信令承载(UE中配置IMS APN )。

IMS注册:UE根据PS附着流程中获取的P-CSCF地址向IMS络注册;IMS络对UE进行鉴权,UE完成注册,络保存用户的联系地址,用于后续的来话寻址。

MO流程:用户拨打被叫号码,触发UE通过认证后的连接向IMS发起主叫流程;P/S-CSCF将呼叫路由到MMTel AS(电信补充业务的AS)处理,业务处理结束后返回到S-CSCF。

MT流程:主叫S-CSCF寻址到被叫S-CSCF;被叫S-CSCF根据签约情况触发被叫的服务MMTel AS,进行业务处理;完成后返回给S-CSCF,S-CSCF经由P-CSCF根据注册保存的UE contact地址找到被叫UE;UE完成呼叫接续。

随着LTE络技术的日益成熟,移动通信系统的络架构将逐步向EPS演进,语音业务IP化也是语音业务必然的发展趋势。但是,真正实现VoLTE将是一个漫长的过程。因此,电路域语音业务将在很长一段时间内与分组域业务并存;基于双待机终端的语音解决方案和基于CSFB的语音解决方案将在路演进过渡阶段发挥重要作用。最终,随着LTE和IMS络的全面部署基于VoLTE的语音解决方案将是最终的解决方案。

观点

目前移动运营商准备推出LTE服务并不需要急于部署VoLTE,LTE整体服务以及产业链供应问题都还需要时间来完善。同时我们也应该看到,VoLTE不会在数据业务之外提供任何引人注目的服务或商业机会。虽然VoLTE将使络效率提高并节约成本,但短期内运营商应该继续关注LTE数据服务。

目前已经部署VoLTE服务的运营商可能出于几方面考虑:提高络效率; VoLTE不再需要一个单独的语音络,能进一步降低语音传输成本;整体LTE质量和效益;新服务的可能性,例如LTE高清语音,以及语音和数据的融合业务,同时丰富的通信套件(RCS)服务最经常被引用。

不过其他运营商不急于发展VoLTE也是出于对现实问题的判断,包括服务资费问题、支持紧急呼叫与呼叫LTE和其他络之间的灵活交替、终端设备的支持率不高等。

我们相信,有机会获得先发优势是运营商抵消VoLTE发展初期问题的初衷。但对上述实质性问题的正视,可以帮助运营商在采用新技术上获多的把握。

——OVUM

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