LTE网络语音业务的实现

【摘 要】本文介绍了LTE网络实现语音业务的三种方案：SVLTE、CSFB、VoLTE，并对这三种方案的优缺点进行了分析，同时也介绍了目前正在商用的LTE网络中语音业务的实现情况。

【关键词】LTE；SVLTE；CSFB；VoLTE

LTE作为新一代移动通信技术，能够提供更高的用户速率和更低的时延，提供更丰富的业务。但LTE网络的建设必然存在一个较长的过程，在这个过程中，会存在LTE覆盖小于2G/3G网络的场景，当用户从有LTE覆盖的区域，移动到没有LTE覆盖但有2G/3G网络覆盖的区域时，会出现业务掉线/掉话的问题。

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，而且需要全网布署IMS，因此在现有网络基础上，形成了三种不同的LTE语音解决方案：SVLTE（基于双待机终端方案）、CSFB（电路域回落）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、无线和核心网的全面支持和优化，从目前来看实现复杂度较大。

一、 SVLTE

双待机终端可以同时待机在LTE网络和3G/2G网络里，而且可以同时从LTE和3G/2G网络接收和发送信号，其语音解决方案的实质是使用传统3G/2G网络，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。

全球最大的CDMA运营商Verizon于2010年底商用LTE时LTE网络覆盖还不完善，互操作技术在当时尚未成熟，为了快速抢占市场，推出了双射频系统的CDMA和LTE双模终端。此类终端采用两套射频系统独立处理CDMA20001x语音和分组数据业务， LTE与语音同步支持。

二、CSFB

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网络回落到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网络的MSC设备之间建立SGs接口。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。

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网络中的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网络的无线子系统（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网络后的语音业务结束后，尽快回到LTE网络，原有网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，原有网络的无线子系统需要支持RIM功能等。

从用户的业务感受来说，SVLTE最好，语音和数据业务的性能互不影响，而且语音数据还可以并发；CSFB最差，不仅是语音和短信会影响到LTE数据业务的中断，而且由于CSFB的终端是单天线系统，进行分组数据的非优化切换时，还会因搜索CDMA系统开销消息而导致额外的2s左右的时延。

从呼叫性能来说，CSFB最好，完全通过高速的LTE网络来完成起呼、寻呼等信令操作，被叫建立时长可以压缩到1.7s，远低于CDMA系统5～7s的时间。

从对网络影响程度来说，SVLTE最好，不需要网络的改动就可以支持，CSFB需要增加一个IWS网元及其跟LTE的S102接口。

从终端成本和省电来说，CSFB最好，在成本上相对于SVLTE的终端要低。

综合以上对比，两种方案各有优劣，具体选择哪个，就要看运营商的取舍了。Verizon选择了SVLTE方案，日本的KDDI和美国的Sprint则更倾向于CSFB方案。

由于双射频系统的终端对系统无改动要求，最易于推广，因此SVLTE是目前最主流的语音解决方案，即使Sprint更倾向于CSFB方案，但还是部署了SVLTE方案，只有KDDI部署了CSFB方案。

对于我国运营商，主要考虑要便于LTE部署后的终端大面积推广，有了更丰富的终端类型，才能发展更多的用户。因此对于我国运营商，可以优先考虑终端产业最丰富的SVLTE方案，后续可以根据终端的发展情况，再确定是否部署CSFB等方案。

三、VoLTE

VoLTE是全IP条件下的端到端语音方案，当LTE网络达到全覆盖时，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，其核心业务控制网络是IMS（IP多媒体子系统）网络，配合LTE和EPC网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、会议电话等。

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。

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、无线域和核心网有如下要求：

核心网需要全面部署 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）。

随着LTE网络技术的日益成熟，移动通信系统的网络架构将逐步向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网络演进过渡阶段发挥重要作用。最终，随着LTE和IMS网络的全面部署基于VoLTE的语音解决方案将是最终的解决方案。

参考文献：

[1]赵训威等 3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范，人民邮电出版社 2010年.

[2]张新承等 LTE空中接口技术与性能，人民邮电出版社 2009年.

[3]湖北邮电规划时间有限公司编著 LTE无线网络规划与设计，人民邮电出版社 2012年.

作者简介：

张良德，男，（1971.9-），湖北仙桃人，研究生学历、工学硕士，高级通信工程师。现供职于湖北邮电规划设计有限公司无线通信咨询设计院，主要从事2G/3G/LTE网络规划与工程设计工作。