EPS网络的语音业务解决方案

李文苡

（中国电信股份有限公司广东研究院 广州 510630）

1 背景

1.1 EPS是移动网络的发展方向

自从3GPP R8提出LTE技术，就吸引了全球移动通信行业的目光，随着采用LTE技术的EPS网络标准的逐渐完善，EPS也理所当然地成为各主流移动运营商选择的演进方向。

EPS网络包括无线网络和核心网络。无线网络采用LTE技术，定义了E-UTRAN网络，通过采用OFDMA/MIMO等一系列先进技术，上行设计吞吐量不低于100 Mbit/s，下行设计吞吐量不低于50 Mbit/s。核心网络为EPC网络，采用扁平化网络架构的设计，在核心网络侧简化网络架构和消息，理论上可以大大缩短时延，业务层设计无线用户数据环回时延小于10 ms，控制层唤醒时延小于100 ms。

更重要的是，EPS还可以支持多种无线接入技术。这样，对于CDMA运营商来说，EPS网络也成为他们进入主流产业链的一个关键契机。

1.2 语音业务是移动网络的基本业务

语音业务（此处的语音业务指纯语音业务，不包括视频电话、手机对讲等业务）是移动网络的基本业务和重点保障业务，也是移动用户广泛使用的主要业务。通常，语音业务质量的优劣是评判移动网络和移动运营商服务质量的关键指标，也是用户可以最直观判断的依据。

语音业务在时延、抖动、中断等方面的性能要求都相当高。CDMA网络的语音业务由传统cdma2000 1x（以下简称1x）网络的CS域承载。1x CS域承载语音业务经过了多年的发展，已经成为非常成熟的语音承载方式，能够保证语音在1x网络中无缝地、实时地传输。

语音业务如此地重要，以至于移动网络发展演进到EPS网络阶段，语音业务同样占居移动业务的首要位置，是运营商不能忽视的关键问题。

2 VoIP解决方案

EPS网络是一个分组数据网络，而且EPS网络的QoS机制设计在理论上是可以保障各种实时业务和非实时业务，包括语音业务。表1是3GPP定义的语音业务性能指标和根据EPS网络QoS设计指标计算得到的指标之间的对照，从中可以看出，EPS网络能够满足语音业务的QoS要求。

表1 3GPP定义的性能指标和EPS网络指标的对照

EPS网络承载的语音业务为VoIP，需要部署IMS系统来提供业务层面的控制。考虑到在EPS网络建设期间，EPS的覆盖范围将小于1x CS的覆盖范围，为保证语音业务的连续性，可以采用3GPP定义的SRVCC方案来解决这个问题。SRVCC针对Single Radio，即单接收机单发射机的移动终端，提供EPS VoIP单向切换到1x CS，从而保证语音通话不中断。SRVCC的网络架构如图1所示。

在SRVCC方案中，网络需新增功能模块1x CS IWS和S102接口，IMS系统需配置VCC AS服务器。IWS通过S102接口与MME通信，S102接口提供MME和3GPP2 1xCS IWS之间的隧道来转播3GPP2 1xCS信令消息。对于MME，IWS是信令隧道的终结点，用于封装3GPP2 1x CS的信令消息接收/发送给UE；对于1x网络，IWS类似BSC通过A1接口与MSC Server连接。VCC AS用于UE的域锚定、域选择和域切换。同时，SRVCC方案要求终端除了是LTE/1x双模外，还要支持IMS、1x消息封装等功能。

E-UTRAN的VoIP切换到1x CS分为三步：

第一步，UE在E-UTRAN的VoIP呼叫流程在IMS的VCC AS已锚定，与MGW没有任何关联；

第二步，切换前拜访网络的MSC和MGCF与归属网络的VCC AS为实现UE与远端的通话，建立MGW承载；

第三步，切换过程中，UE执行域切换到1x CS网络，UE接入拜访MSC，通过MGW与远端实现通话。

3 电路语音解决方案

相对于VoIP，各种制式移动网络的CS语音业务都比较成熟，而且网络覆盖问题解决得都比较完善。在EPS网络建设初期，大部分运营商都会优先考虑使用CS继续承载语音业务，因此，提出了多种EPS和CS语音业务的解决方案，下面主要讨论业界的主流方案。

3GPP标准定义的EPS和1x的语音方案主要是R8 1xCSFB、R9 e1xCSFB、Dual Rx方案，除此之外，还有一种SVLTE的方案。这几种方案的共同点就是在保证EPS数据业务的同时保证1x CS语音业务、SMS业务的发起/接收。

3.1 R8 1xCSFB

R8 1xCSFB方案是3GPP R8定义的语音解决方案，针对单接收机单发射机的移动终端。对于这种终端，由于同一时刻只能保持与一种RAT网络的连接，因此存在EPS网络和1x网络之间的互操作，需要通过E-UTRAN网络传递1x网络的消息。1xCSFB的网络架构如图2所示。

在1xCSFB方案中，类似SRVCC方案，网络同样需要增加功能模块1xCS IWS和S102接口，但是不需要部署IMS系统和服务器。S102提供MME和IWS之间的隧道，用于转发3GPP2 1x CS的信令消息。终端除了是LTE/1x双模外，还要支持1x消息封装等功能。

1xCSFB的过程分为三步：

第一步，UE通过E-UTRAN发起到1x CS域的预注册过程，并建立了MME和1xCS IWS之间的S102会话；

第二步，UE在E-UTRAN网络驻留或进行EPS业务时，可以进行1x CS的语音业务和SMS业务，语音业务需要UE即刻切换到1x CS域，SMS业务不需要UE切换，在E-UTRAN网络下即可完成；

第三步，当UE在E-UTRAN网络中发生了TAU并伴随MME改变时，会发生S102隧道的重定向过程。

3.2 R9 e1xCSFB

R9 e1xCSFB是R8 1xCSFB方案的增强，针对单接收机单发射机的移动终端。

在1xCSFB方案中，UE发起MO/MT时执行Extended Service Request过程后就立即转到1x网络并删除EPS空口和网络资源，开始在1x网络建语音通道。在UE转到1x网络时，UE需要通过Hash算法和读1x系统开销信息来选择信道。在最坏的情况下，该步骤的时延接近4 s，因此CS呼叫的整体建立时延会较长。

R9 e1xCSFB相对于1xCSFB，在呼叫建立时延的性能方面进行了改善，采用SRVCC机制，将UE做Hash算法和选择信道的工作放在了E-UTRAN下通过隧道完成，因此在时延上更能满足运营商的需求。同时，e1xCSFB还在语音切换到1xCS的同时增加了数据业务切换到HRPD的功能，从而支持了语音和数据业务在e1xCSFB后可以并发的场景。因此，e1xCSFB实现了对1xCSFB的功能优化。

e1xCSFB的网络架构和1xCSFB相同，不同之处主要体现在流程上。e1xCSFB没有并发数据业务时的MO过程如图3所示。

相对于1xCSFB的MO流程来说，e1xCSFB的第6到9步完成了UE到1x网络的初始工作，将1x网络的资源都准备好，一旦UE切到1x网络，即可建立信道进行呼叫。

3.3 Dual Rx

Dual Rx方案是利用双接收机单发射机的移动终端实现1xCS语音业务。这种终端同一时刻可以同时接收LTE和1x网络的信号，但是只能向一种RAT网络发送信号，因此，网络之间不需要通过互操作来传递其他网络的消息，UE同样可以在LTE数据业务的情况下保证作为主叫或被叫的语音业务，而且语音业务必须回落到1x CS网络中进行。

由于Dual Rx方案不需要网络之间的互操作，因此EPS网络和1x网络不需要增加任何功能模块和接口，相对于以上两种CSFB方案，其网络架构要简单很多。

表2 4种支持1xCS语音业务的方案比较

在Dual Rx方案中，UE在EPS和1x网络分别以EPS和1x的标准注册流程进行注册，由EPS网络和1x网络分别管理UE在各自网络中的移动性。UE在EPS网络中处于空闲态或激活态时，同时也在1x网络进行1x的小区重选、读取广播信道、监听寻呼、位置区更新等工作。当UE需要发起或接收1x语音呼叫、执行位置区更新、收发短信时，UE会离开E-UTRAN网络而接入1x网络进行。UE离开E-UTRAN接入1x网络前，通过Extended Service Request过程将EPS会话暂停挂起，以便1x工作结束后返回可以继续EPS会话。因此，在UE收发短信、1x注册和位置区更新、接收寻呼时，EPS会话会被中断，影响数据业务的体验。

3.4 SVLTE

SVLTE方案利用双接收机双发射机的移动终端来实现1x CS语音业务。由于这种终端同一时刻可以同时接收来自LTE和1x网络的信号，也可以同时向LTE和1x网络发送信号，因此实际上是LTE网络和1x网络业务并发的情况。

与Dual Rx方案一样，SVLTE方案也不需要网络之间的互操作，因此网络架构要简单很多。UE的LTE和1x模块各自独立地和网络工作，在保证LTE数据业务的同时，可以完成语音、SMS等其他1x网络的工作和业务，给用户带来更好的业务体验。

双收双发终端的主要问题集中在终端和芯片上，对终端的硬件配置、资源分配、1x和LTE芯片的相互控制、电池能耗等都具有较高的要求。

3.5 方案比较

对于支持1x CS语音业务的以上4种方案，可以从标准成熟情况、网络架构、终端要求等多方面进行以下比较，具体见表2。

从以上的比较来看，Dual Rx和SVLTE方案相对于1xCSFB和e1xCSFB方案，在网络部署和对1x网络的改造会相对简单；Dual Rx方案对EPS数据的连续性有一定的影响；SVLTE则对终端成本要求较高。1xCSFB和e1xCSFB方案的优势在于对EPS数据业务影响小，而e1xCSFB的性能更优于1xCSFB和Dual Rx，甚至优于1x网络本身。

4 结束语

4.1 优先考虑1x CS语音业务

EPS网络是移动网络未来演进的方向，语音业务在EPS网络依然具有重要的地位。

一方面，目前比较大的CDMA移动运营商基本都拥有一张广覆盖、大容量、高质量的1x CS网络，1x CS语音业务经过多年的发展和优化，是一项非常成熟的移动业务，业务质量达到指标要求，能够在1x网络中无缝地、实时地传输。

另一方面，虽然VoIP业务是未来的发展趋势，但在目前情况下，VoIP业务还是存在不少问题。首先是政策方面的风险；其次，VoIP业务需要IMS系统支持，而IMS目前还没有大规模商用的经验；第三，VoIP语音切换方案由于需要锚定呼叫，因此实现流程非常复杂，从而也导致呼叫时延还不能满足要求，业界正在考虑对它进行优化。

基于以上考虑，CDMA运营商应优先考虑用现有的1x CS网络来承载语音业务，待EPS网络和VoIP业务成熟后再逐渐考虑引入VoIP。

4.2 优化并完善1x CS语音业务方案

EPS网络解决CDMA 1x网络语音业务在文中已介绍了多种方案，但是这些解决方案都还不是很完善：CSFB方案的标准正在制定；Dual Rx方案对数据业务的影响还需要进一步探讨；SVLTE对终端和产业链都提出了较高要求。当出现不同运营商选择了不同的方案时，这些方案之间的漫游更成为网络部署中突出的问题。

随着EPS网络试验和商用进程的加快，相信这些问题将逐渐得到解决，EPS网络中的语音业务将给用户带来一如既往的良好体验。

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

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