TD-LTE语音解决方案分析

2015-12-26王琦

移动通信 2015年13期

关键词：网元通话时延

王琦

（中国移动通信集团广东有限公司，广东广州 510623）

TD-LTE语音解决方案分析

王琦

（中国移动通信集团广东有限公司，广东广州 510623）

结合TD-LTE语音技术实现基本原理和工程实践，简要分析了TD-LTE的几种语音解决方案，并对各种方案的优化方法进行了一定总结。

TD-LTE 语音电路域回落 VoLTE 单一无线语音呼叫连续性增强的单一无线语音呼叫连续性

1 引言

LTE（Long Term Evolution，长期演进）是由3GPP组织制定的UMTS（通用移动通信系统）技术标准的长期演进，相比于3G技术，LTE网络在数据业务峰值速率、小区边缘速率、网络时延、频谱利用率和建设运营成本方面得到了很大的改善，能够为用户提供“永久在线”的高质量数据业务服务。TD-LTE网络是LTE网络的TDD版本，是由我国主导的4G主流技术，TD-LTE网络的正式商用标志着4G时代的来临。但是在TD-LTE网络建网初期，由于覆盖和终端兼容等问题，导致通过TD-LTE网络为用户提供语音服务无法实现，大多数运营商都是先满足用户的数据业务需求，再根据产业链和网络发展情况适时提供语音业务。因此TD-LTE语音解决方案就出现了很多过渡形式，并且由于终端和漫游等影响，各种语音解决方案将长期共存。如何分阶段部署TD-LTE语音业务解决方案及做好相关方案的优化，值得深入思考。

2 TD-LTE语音解决方案

2.1 TD-LTE语音的3个阶段

TD-LTE语音业务的发展，不仅受限于网络建设发展情况，也受限于产业链发展情况。TD-LTE语音解决方案主要分为3个阶段：

第一阶段，TD-LTE网络建设初期，TD-LTE网络无法实现连续覆盖，并且IMS域网元改造未完成，此时在网络侧已经能够建立LTE智能管道，且终端已经可以使用移动宽带业务。这一阶段主要的语音解决方案是SGLTE（单卡双待）和CSFB（电路域回落）。

第二阶段，TD-LTE网络已经达到一定规模，大范围区域实现连续覆盖，IMS域网元改造工作已经完成，VoLTE终端出现。此时用户能够真正享受VoLTE语音，在TD-LTE网络覆盖不足时实现PS域到CS域的语音切换。这一阶阶段主要的语音解决方案是VoLTE和SRVCC（eSRVCC）。

第三阶段，TD-LTE网络覆盖达到很高水平，IMS域多媒体业务充分发展，并且伴随着用户向TD-LTE网络迁移的现象，CS域业务和网络规模逐步减少，用户基本都使用VoLTE实现语音通话，并且享受丰富的IMS域多媒体业务，极少切换回2G/3G网络。这一阶段主要的语音解决方案是VoLTE技术。

2.2 TD-LTE语音解决方案

在TD-LTE的几种语音解决方案中，SGLTE和CSFB都可以认为是过渡性解决方案，主要是解决TDLTE网络在不具备VoLTE业务能力时的通话问题，VoLTE是TD-LTE语音的最终解决方案。下面对各种语音解决方案做简要分析。

（1）SGLTE方案。SGLTE的语音解决方案如图1所示，SGLTE是对网络要求最低的语音解决方案，终端为单卡双待多模终端，能够同时驻留在TD-LTE网络和2G/3G网络，无需对网络侧进行改造，语音和数据业务可以同时使用，即打电话的同时能够进行高速下载，但最大的问题是双待机对终端电池的挑战。此时的语音通话仍是CS域的语音通话，语音体验与2G/3G大体相当。

（2）CSFB方案。CSFB语音解决方案如图2所示，此种语音解决方案基于TD-LTE网络和2G/3G网络的互操作，终端是支持CSFB方案的终端。此种方案终端会优先驻留在TD-LTE网络，监听网络寻呼，在CSMT（被叫）和CSMO（主叫）时回退到2G/3G网络，并在结束通话后返回TD-LTE网络。CSFB方案相比于SGLTE方案，需要改造现网网元，如升级VMSC（访问移动交换中心）和增加SGs接口，并且需要通过SGs接口进行MME和MSC的联合操作，以实现联合位置更新、寻呼和短信功能。由于回落过程涉及到TDLTE网络和2G/3G网络的互操作问题，因此在部署初期成功率不高，并且需要专项优化来改善时延问题。

图1 SGLTE语音解决方案

图2 CSFB语音解决方案

（3）VoLTE和SRVCC（eSRVCC）方案。VoLTE和SRVCC（eSRVCC）方案如图3所示，此种方案需要对现网进行进一步改造，如增加Sv接口，IMS域需要具备一定的规模和能力，IMS域需要增加SCC AS，同时HLR和HSS等网元也要实现全网融合。终端在TDLTE覆盖区域能够发起高清语音等IMS域多媒体业务，在移动出TD-LTE覆盖区域时，能够由PS域切换回CS域以继续语音通话。

图3 VoLTE和SRVCC（eSRVCC）语音解决方案

在多种TD-LTE语音解决方案中，最受关注的就是CSFB方案和VoLTE+SRVCC（eSRVCC）方案，其中CSFB方案是现网已经大规模部署的方案，VoLTE+SRVCC（eSRVCC）方案是现网正在开展功能测试的方案，也是业界公认的TD-LTE较为理想的解决方案。

3 CSFB解决方案

CSFB方案的相关网元在图2中已经有介绍，CSFB的具体流程如图4所示，此方案涉及2G/3G网元和TDLTE网元的互操作，在多个环节都可能引起回落失败或回落时延较长的问题，影响用户感知。目前CSFB方案主要有以下5种优化思路：

（1）回落使用RRC Release（with SIBs）方案。通过TD-LTE的RRC Release消息，提前告知终端即将回落的2G/3G小区广播信息，缩短终端回落后再读取2G/3G广播的时延。

（2）TA与LA统一规划，一一映射。如果联合位置更新时所处的LA与回落后实际的LA不同，将会引起进一步的位置更新，增加时延，通过对TA与LA的统一规划，避免TA跨LA的现象出现，减少回落时延。

（3）开启MTRF（呼叫前转）功能。如果终端回落的小区与联合位置更新所驻留的小区属于不同的MSC，会引起回落失败。如果开启原MSC的MTRF功能，原MSC不释放呼叫并前转给新的MSC，则呼叫仍然能够建立成功。

图4 CSFB流程

（4）开启Fast Return功能。终端在2G/3G网络结束通话后，需要返回TD-LTE网络，此时终端先读取2G/3G的广播消息，并进行位置更新，再返回TD-LTE网络。Fast Return功能通过2G/3G网络的信道释放消息，不进行2G/3G网络广播消息的读取，直接测量并返回TD-LTE网络。

（5）对2G/3G小区开展有针对性的优化工作，避免CSFB终端回落到质量较差的小区，或者根据GSM900/1800的网络质量和负荷情况，有针对性地配置回落邻区，避免回落后业务体验变差的情况出现。

CSFB 解决方案是现网已经大规模部署的方案，并不会因为以后VoLTE方案的商用而停止应用，CSFB和VoLTE之间不存在升级和替代关系，考虑到现网中有大量高端CSFB终端和网间漫游等问题，CSFB方案短期内都将部署在网络中并不断被优化。

因4G到2G的回落过程CSFB方案会额外增加约3s话音呼叫建立时延，优化前后主要是改善呼叫建立的时延，可以由3s左右缩减为1s多，呼叫建立成功后，如在多个小区间移动产生的切换时延与2G网络相当，取决于2G网络优化的情况，一般从测量到切换执行完毕大概3s，语音中断时间一般不被用户感知。

4 SRVCC和eSRVCC解决方案

VoLTE+SRVCC方案的相关网元在图3中已经有介绍，SRVCC是目前为止最为复杂的互操作问题，涉及到IMS域的改造升级、融合等问题，也涉及到2G/3G和TD-LTE多个网元，同时涉及到IMS域和CS域、PS域的转换。但VoLTE能够为用户提供高清语音，并且通过IMS域的升级改造，TD-LTE网络能够为用户提供更丰富多彩的业务，因此VoLTE+SRVCC的应用与推广势在必行。

SRVCC的流程如图5所示，主要需要8个步骤来完成：（1）SRVCC终端通过EPC和IMS与另一IMS终端建立语音呼叫；（2）SRVCC终端即将离开LTE覆盖区域，eNodeB通过测量触发SRVCC切换；（3）MME通知CS域网络为SRVCC用户预留网络及空口资源；（4）CS域进行资源预留；（5）资源预留完成后，CS域通知MME；（6）MME下发Handover Command；（7）SRVCC终端切换到2G/3G无线网络；（8）CS核心网发起远端媒体更新，通知对方终端新的媒体连接。由于切换流程比较复杂，SRVCC最短的语音中断时长在800ms左右，最长可能超过1s。

图5 SRVCC流程

基于SRVCC的切换时延问题，又提出了eSRVCC方案，eSRVCC方案主要是在IMS域增加了ATCF和ATGW网元，其中ATCF负责控制面，ATGW负责媒体面，在发生eSRVCC时通过ATCW和ATGW进行锚定，相比于SRVCC方案改善了切换后主被叫链路都需要更新的问题，总体语音切换时延在300ms左右。考虑到CSFB功能部署后能够满足TD-LTE用户的基本语音需求和SRVCC的时延问题，预计现网会在CSFB方案基础上直接部署eSRVCC方案以满足用户对VoLTE语音通话的需求。

5 结束语

TD-LTE网络规模正在不断扩大，TD-LTE的语音方案也随着TD-LTE网络建设情况、IMS域改造情况和终端产业的发展而逐步接近VoLTE。2014年12月，杭州成为中国移动首个具备VoLTE试商用基础网络能力的城市。据悉，这也是全球第一张基于大规模TD-LTE网络的VoLTE业务网络，具有国际性的示范意义。相信伴随着网络的发展，TD-LTE能够通过IMS域提供更加丰富多彩的业务，而不仅仅局限于VoLTE语音业务。

[1] 中兴通讯股份有限公司. EPC语音解决方案[Z]. 2014.

[ 2] 中国移动通信集团公司技术部. Voice over LTE（VoLTE）介绍[Z]. 2013.

[3] 童恩,邵建. VoLTE关键技术应用及现网规划建设研究[J]. 移动通信, 2014(17): 46-50.

[4] 3GPP. 3GPP TS 23.228 V12.5.0. IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2[S]. 2014.

[5] 3GPP. 3GPP TS 23.216 V12.1.0. Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) Stage 2[S]. 2014.

[6] 付航. IMS体系研究与网络架构演进[J]. 移动通信, 2007(3): 73-76.

[7] 周峰,许正锋,罗俊. VoLTE业务与技术实现方案的研究与分析[J]. 电信科学, 2013(2): 31-35.

[8] 张长青. TD-LTE演进型分组核心网技术分析[J]. 移动通信, 2013(8): 51-57.

[9] 冯传奋,王少波,李爱娇,等. IMS域引入QoS架构探讨[J].移动通信, 2010(24): 71-74.

[10] 顾明. LTE网络中PCC架构的应用[J]. 电信工程技术与标准化, 2010(11): 35-39.

[11] 陈群辉. VoLTE业务发展节奏的演进与部署[J]. 华为技术, 2011(56): 41-43. ★

Analysis on Voice Solution of TD-LTE

WANG Qi
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Guangzhou 510623, China)

Combined with implementation principle and engineering practice of TD-LTE voice technology, several TD-LTE voice solutions were briefl y analyzed in this paper. Corresponding optimization methods were summarized, which provides a useful reference.

TD-LTE voice CSFB VoLTE single radio voice call continuity (SRVCC) enhanced single radio voice call continuity (eSRVCC)