LTE网络中语音业务的解决方案

杨宏

【摘要】 LTE（Long Term Evolution）是3GPP为了应对移动互联网时代中迅速增长的移动数据业务需求而提出的下一代宽带无线移动通信技术。由于在LTE系统架构下仅仅支持分组交换，基于电路域的语音解决方案无法得到支持，传统的语音业务必须在LTE网络中采用新的解决方案才能实现。本文主要介绍了LTE网络的三种主要语音业务解决方案的实现原理，并比较了这三种方案的性能，最后给出了LTE语音解决方案的部署建议等。

【关键词】 LTE 语音 SVLTE CSFB VoLTE SRVCC IMS

一、概述

LTE（Long Term Evolution）是3GPP为了应对移动互联网时代中迅速增长的移动数据业务需求而提出的下一代宽带无线移动通信技术。基于LTE面向于分组域（PS域）优化的系统设计目标，LTE的网络架构中取消了电路域（CS域），而是统一采用了分组域架构。所以，在LTE系统架构下，基于电路域的语音解决方案无法得到支持，传统的语音业务必须在LTE网络中采用新的解决方案。

目前LTE对语音业务的支持，存在多种技术解决方案，包括有 SVLTE（Simultaneous Voice and LTE）、CSFB（Circuit Switched Fallback）、VoLTE（Voice over LTE）以及SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）等。不同的语音解决方案对LTE的升级改造和终端实现有不同的影响。SVLTE和CSFB属于过渡语音解决方案，VoLTE和SRVCC是终极语音解决方案。

二、LTE网络中语音解决方案

2.1 SVLTE解决方案

SVLTE（Simultaneous Voice and LTE）又被称为双待机解决方案，它是在LTE网络中实现语音传输的最简单直接的解决方案。该方案不需要网络的升级或者改造，而是直接从终端层面实现对语音的支持。

双待机终端使用一张SIM卡，有两套独立的射频链路，可以同时待机在LTE网络和3G/2G网络里，并同时从LTE和3G/2G两张网络中分别接收和发送信号。该方案是一种私有实现性方案，3GPP标准中并未定义此方案。对于LTE网络和3G/2G网络而言，两个网络之间没有任何交互，在终端发生数据业务时，自动选择LTE网络进行数据服务，而终端发生語音业务时，自动选择3G/2G网络进行语音服务。这样，就从终端层面使用双待机的方式解决了LTE网络中的语音实现问题。

从以上SVLTE的实现过程可以看出，SVLTE语音解决方案的实质是延用传统3G/2G网络来实现语音业务，对LTE网络是透明的，语音业务的实现过程与LTE网络无关，所以LTE网络和传统的3G/2G网络之间也不需要支持任何互操作，仅仅需要终端支持即可。

2.2 CSFB解决方案

在LTE网络建设初期，LTE覆盖不足，如果运营商已经有稳定成熟的3G/2G网络，出于对现网投资的保护和语音的可靠传输，运营商可以采用CSFB解决方案将语音业务转移到3G或2G系统提供语音业务。

CSFB是在用户发起语音业务时，由LTE的MME指示用户回落到3G或2G系统的CS网络，再发起语音业务。CSFB本质上是个语音会话从LTE回落到3G/2G后重新建立的流程，即在CS会话建立之前用户就已经进入3G或2G的CS网络，在整个CS通话过程中，用户总是位于3G或2G的CS网络中；而在完成语音业务之后，用户重新返回到LTE网络中待机。

为了实现CSFB流程，需要对现有的LTE以及3G/2G网络架构进行一定的改造，并新增相关信令支撑CSFB流程。按照3GPP协议规定，为了实现CSFB，在3G/2G的MSC server与LTE的MME之间新增SGs接口，该接口是由3G/2G网络中Gs接口（MSC server和SGSN之间的接口）发展扩充而来的。SGs接口在CSFB技术中起着两个系统之间的桥梁作用，能够将LTE与3G/2G网络桥接起来，实现用户从LTE网络中回落到3G/2G网络后完成语音业务。

CSFB的具体流程如下（以回落到2G网络的主叫流程为例）：1、用户开机后，在LTE网络中实现联合附着，即同时在LTE和2G网络 中注册附着；2、用户在LTE网络中发起语音呼叫，MME通过eNodeB指示用户回落到2G网络中完成语音业务；3、用户从LTE网络中释放，通过切换或者重定向的方式回落到2G网络中，在2G网络中重新建立无线连接，进行语音业务；4、完成通话后，从2G网络中快速返回到LTE网络中，重新在LTE网络中待机。

2.3 VoLTE/SRVCC解决方案

VoLTE/SRVCC是基于IMS（IP Multimedia Subsystem）的语音解决方案。VoLTE是指LTE网络内的主叫及被叫用户与IMS间建立由IP传输网络承载的语音业务，即LTE网络内的主叫和被叫用户可以直接使用语音业务。与其它语音解决方案相比，VoLTE能为LTE中的终端用户直接提供语音服务，不再需要回落到3G/2G网络，具有更高的频谱效率以及更佳的用户体验（包括更低的接入时延、更好的语音质量）等优点。

IMS是下一代核心网控制平台，它叠加在PS域之上，目的是在基于全IP的网络上为用户提供高效的多媒体服务。VoLTE在IMS平台的控制下，直接基于LTE网络承载语音业务，以VoIP的方式通过LTE的PS域来传输语音业务的数据包。

SRVCC技术是用来解决LTE弱覆盖区域的语音连续性问题的解决方案。在LTE覆盖区，使用LTE来提供基于IMS的语音服务，如果在通话过程中离开LTE覆盖区，用户正在进行的语音可被平滑接续到3G/2G网络中，这就是3GPP提出的SRVCC解决方案，通过SRVCC技术来保证语音服务在LTE网络与3G/2G网络切换时的连续性。

VoLTE是一项涉及到核心网、接入网、终端的系统工程，关键技术包括有半静态调度、RoHC语音包报头压缩技术、上行TTI Bundling技术等。

VoLTE的数据包有两种，一种是在通话期，每隔20ms一个VoIP包，包的大小取决于语音编码速率，典型值是60～100字节。另外一种是在静默期，每隔160ms一个SID（Silence Insertion Descriptor）帧，是一个很小的大小固定包（7字节），是背景声音包。分成两种包的原因是为了降低传输开销。

2.4三种解决方案的性能比较

以上介绍的三种LTE网络中的语音解决方案的性能比较如下表所示：

三、LTE语音解决方案的部署建议

目前LTE网络中的语音解决方案包括有SVLTE、CSFB以及VoLTE/SRVCC三种主要的技术方案。如何选择适合自己的语音解决方案，是运营商在LTE网络部署中面临的一个重要课题。语音解决方案的选择，要综合考虑当前现网状况、未来演进方向、终端支持情况、LTE网络部署进度等各个方面的因素后再做出选择。

在LTE网络建设初期，往往LTE覆蓋很不完善，而IMS系统也没有部署，这是就要借助相当成熟稳定的3G/2G网络，使用CSFB解决方案，让语音业务回落到3G/2G网络中后由3G/2G网络提供语音服务。

随着LTE建设的逐步开展，LTE覆盖不断完善，以及IMS系统的成功部署，就可以对LTE进行改造，实现VoLTE/SRVCC功能，可以在LTE覆盖较好的区域采用VoLTE实现语音业务，而当用户移动进入LTE弱覆盖但2G/3G覆盖较好的区域时，就可以通过SRVCC技术来实现语音呼叫的连续性，保证用户语音业务不中断。

在LTE建设优化完成后，随着LTE网络的成熟，以及后续可能的2G/3G频段的退网和Refarming，VoLTE就完全取代了2G/3G网络，单独向用户提供连续且高质量的语音服务。

关于SVLTE解决方案，由于该方案需要双模双待手机支持，手机的种类少、成本高且待机时间短，所以采用该方案的运营商较少，往往是一些CDMA运营商会考虑这种临时的解决方案。

当前全球主流运营商多数处于LTE建设初期或中期，LTE网络距离成熟状态尚需时日，所以全球主流语音解决方案还是CSFB方案，但已经有少数运营商开始逐步试点甚至全网开始部署VoLTE方案，相信在不久的将来，VoLTE方案将成为最流行的LTE语音解决方案。

四、结束语

在移动互联网的浪潮冲击下，LTE时代已经到来，而语音业务虽然在逐步萎缩，但无论对运营商还是消费者而言，依然是一项至关重要的业务，所以LTE网络中语音解决方案十分重要，它关系到运营商的业务收入和消费者的通话体验。

包括语音业务在内的全业务IP化是未来移动通信网络发展的趋势，但受限于LTE网络部署进度以及其他因素，要最终实现VoLTE将是一个长期演进的过程。在此期间，CSFB解决方案将在LTE网络发展完善过程中起着重要的过渡作用。基于IMS平台实现VoLTE是LTE的终极语音解决方案目标。