李文苡

（中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 背景

1.1 EPS是移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向

自從3GPP R8提出LTE技術(shù)，就吸引了全球移動通信行業(yè)的目光，隨著采用LTE技術(shù)的EPS網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸完善，EPS也理所當(dāng)然地成為各主流移動運營商選擇的演進(jìn)方向。

EPS網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)采用LTE技術(shù)，定義了E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)，通過采用OFDMA/MIMO等一系列先進(jìn)技術(shù)，上行設(shè)計吞吐量不低于100 Mbit/s，下行設(shè)計吞吐量不低于50 Mbit/s。核心網(wǎng)絡(luò)為EPC網(wǎng)絡(luò)，采用扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計，在核心網(wǎng)絡(luò)側(cè)簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和消息，理論上可以大大縮短時延，業(yè)務(wù)層設(shè)計無線用戶數(shù)據(jù)環(huán)回時延小于10 ms，控制層喚醒時延小于100 ms。

更重要的是，EPS還可以支持多種無線接入技術(shù)。這樣，對于CDMA運營商來說，EPS網(wǎng)絡(luò)也成為他們進(jìn)入主流產(chǎn)業(yè)鏈的一個關(guān)鍵契機(jī)。

1.2 語音業(yè)務(wù)是移動網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)

語音業(yè)務(wù)（此處的語音業(yè)務(wù)指純語音業(yè)務(wù)，不包括視頻電話、手機(jī)對講等業(yè)務(wù)）是移動網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)和重點保障業(yè)務(wù)，也是移動用戶廣泛使用的主要業(yè)務(wù)。通常，語音業(yè)務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣是評判移動網(wǎng)絡(luò)和移動運營商服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，也是用戶可以最直觀判斷的依據(jù)。

語音業(yè)務(wù)在時延、抖動、中斷等方面的性能要求都相當(dāng)高。CDMA網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)cdma2000 1x（以下簡稱1x）網(wǎng)絡(luò)的CS域承載。1x CS域承載語音業(yè)務(wù)經(jīng)過了多年的發(fā)展，已經(jīng)成為非常成熟的語音承載方式，能夠保證語音在1x網(wǎng)絡(luò)中無縫地、實時地傳輸。

語音業(yè)務(wù)如此地重要，以至于移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進(jìn)到EPS網(wǎng)絡(luò)階段，語音業(yè)務(wù)同樣占居移動業(yè)務(wù)的首要位置，是運營商不能忽視的關(guān)鍵問題。

2 VoIP解決方案

EPS網(wǎng)絡(luò)是一個分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而且EPS網(wǎng)絡(luò)的QoS機(jī)制設(shè)計在理論上是可以保障各種實時業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)，包括語音業(yè)務(wù)。表1是3GPP定義的語音業(yè)務(wù)性能指標(biāo)和根據(jù)EPS網(wǎng)絡(luò)QoS設(shè)計指標(biāo)計算得到的指標(biāo)之間的對照，從中可以看出，EPS網(wǎng)絡(luò)能夠滿足語音業(yè)務(wù)的QoS要求。

表1 3GPP定義的性能指標(biāo)和EPS網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的對照

EPS網(wǎng)絡(luò)承載的語音業(yè)務(wù)為VoIP，需要部署IMS系統(tǒng)來提供業(yè)務(wù)層面的控制。考慮到在EPS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期間，EPS的覆蓋范圍將小于1x CS的覆蓋范圍，為保證語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，可以采用3GPP定義的SRVCC方案來解決這個問題。SRVCC針對Single Radio，即單接收機(jī)單發(fā)射機(jī)的移動終端，提供EPS VoIP單向切換到1x CS，從而保證語音通話不中斷。SRVCC的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

在SRVCC方案中，網(wǎng)絡(luò)需新增功能模塊1x CS IWS和S102接口，IMS系統(tǒng)需配置VCC AS服務(wù)器。IWS通過S102接口與MME通信，S102接口提供MME和3GPP2 1xCS IWS之間的隧道來轉(zhuǎn)播3GPP2 1xCS信令消息。對于MME，IWS是信令隧道的終結(jié)點，用于封裝3GPP2 1x CS的信令消息接收/發(fā)送給UE；對于1x網(wǎng)絡(luò)，IWS類似BSC通過A1接口與MSC Server連接。VCC AS用于UE的域錨定、域選擇和域切換。同時，SRVCC方案要求終端除了是LTE/1x雙模外，還要支持IMS、1x消息封裝等功能。

E-UTRAN的VoIP切換到1x CS分為三步：

第一步，UE在E-UTRAN的VoIP呼叫流程在IMS的VCC AS已錨定，與MGW沒有任何關(guān)聯(lián)；

第二步，切換前拜訪網(wǎng)絡(luò)的MSC和MGCF與歸屬網(wǎng)絡(luò)的VCC AS為實現(xiàn)UE與遠(yuǎn)端的通話，建立MGW承載；

第三步，切換過程中，UE執(zhí)行域切換到1x CS網(wǎng)絡(luò)，UE接入拜訪MSC，通過MGW與遠(yuǎn)端實現(xiàn)通話。

3 電路語音解決方案

相對于VoIP，各種制式移動網(wǎng)絡(luò)的CS語音業(yè)務(wù)都比較成熟，而且網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題解決得都比較完善。在EPS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，大部分運營商都會優(yōu)先考慮使用CS繼續(xù)承載語音業(yè)務(wù)，因此，提出了多種EPS和CS語音業(yè)務(wù)的解決方案，下面主要討論業(yè)界的主流方案。

3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的EPS和1x的語音方案主要是R8 1xCSFB、R9 e1xCSFB、Dual Rx方案，除此之外，還有一種SVLTE的方案。這幾種方案的共同點就是在保證EPS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時保證1x CS語音業(yè)務(wù)、SMS業(yè)務(wù)的發(fā)起/接收。

3.1 R8 1xCSFB

R8 1xCSFB方案是3GPP R8定義的語音解決方案，針對單接收機(jī)單發(fā)射機(jī)的移動終端。對于這種終端，由于同一時刻只能保持與一種RAT網(wǎng)絡(luò)的連接，因此存在EPS網(wǎng)絡(luò)和1x網(wǎng)絡(luò)之間的互操作，需要通過E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)傳遞1x網(wǎng)絡(luò)的消息。1xCSFB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

在1xCSFB方案中，類似SRVCC方案，網(wǎng)絡(luò)同樣需要增加功能模塊1xCS IWS和S102接口，但是不需要部署IMS系統(tǒng)和服務(wù)器。S102提供MME和IWS之間的隧道，用于轉(zhuǎn)發(fā)3GPP2 1x CS的信令消息。終端除了是LTE/1x雙模外，還要支持1x消息封裝等功能。

1xCSFB的過程分為三步：

第一步，UE通過E-UTRAN發(fā)起到1x CS域的預(yù)注冊過程，并建立了MME和1xCS IWS之間的S102會話；

第二步，UE在E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)駐留或進(jìn)行EPS業(yè)務(wù)時，可以進(jìn)行1x CS的語音業(yè)務(wù)和SMS業(yè)務(wù)，語音業(yè)務(wù)需要UE即刻切換到1x CS域，SMS業(yè)務(wù)不需要UE切換，在E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)下即可完成；

第三步，當(dāng)UE在E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了TAU并伴隨MME改變時，會發(fā)生S102隧道的重定向過程。

3.2 R9 e1xCSFB

R9 e1xCSFB是R8 1xCSFB方案的增強(qiáng)，針對單接收機(jī)單發(fā)射機(jī)的移動終端。

在1xCSFB方案中，UE發(fā)起MO/MT時執(zhí)行Extended Service Request過程后就立即轉(zhuǎn)到1x網(wǎng)絡(luò)并刪除EPS空口和網(wǎng)絡(luò)資源，開始在1x網(wǎng)絡(luò)建語音通道。在UE轉(zhuǎn)到1x網(wǎng)絡(luò)時，UE需要通過Hash算法和讀1x系統(tǒng)開銷信息來選擇信道。在最壞的情況下，該步驟的時延接近4 s，因此CS呼叫的整體建立時延會較長。

R9 e1xCSFB相對于1xCSFB，在呼叫建立時延的性能方面進(jìn)行了改善，采用SRVCC機(jī)制，將UE做Hash算法和選擇信道的工作放在了E-UTRAN下通過隧道完成，因此在時延上更能滿足運營商的需求。同時，e1xCSFB還在語音切換到1xCS的同時增加了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換到HRPD的功能，從而支持了語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在e1xCSFB后可以并發(fā)的場景。因此，e1xCSFB實現(xiàn)了對1xCSFB的功能優(yōu)化。

e1xCSFB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和1xCSFB相同，不同之處主要體現(xiàn)在流程上。e1xCSFB沒有并發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時的MO過程如圖3所示。

相對于1xCSFB的MO流程來說，e1xCSFB的第6到9步完成了UE到1x網(wǎng)絡(luò)的初始工作，將1x網(wǎng)絡(luò)的資源都準(zhǔn)備好，一旦UE切到1x網(wǎng)絡(luò)，即可建立信道進(jìn)行呼叫。

3.3 Dual Rx

Dual Rx方案是利用雙接收機(jī)單發(fā)射機(jī)的移動終端實現(xiàn)1xCS語音業(yè)務(wù)。這種終端同一時刻可以同時接收LTE和1x網(wǎng)絡(luò)的信號，但是只能向一種RAT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號，因此，網(wǎng)絡(luò)之間不需要通過互操作來傳遞其他網(wǎng)絡(luò)的消息，UE同樣可以在LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的情況下保證作為主叫或被叫的語音業(yè)務(wù)，而且語音業(yè)務(wù)必須回落到1x CS網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行。

由于Dual Rx方案不需要網(wǎng)絡(luò)之間的互操作，因此EPS網(wǎng)絡(luò)和1x網(wǎng)絡(luò)不需要增加任何功能模塊和接口，相對于以上兩種CSFB方案，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要簡單很多。

表2 4種支持1xCS語音業(yè)務(wù)的方案比較

在Dual Rx方案中，UE在EPS和1x網(wǎng)絡(luò)分別以EPS和1x的標(biāo)準(zhǔn)注冊流程進(jìn)行注冊，由EPS網(wǎng)絡(luò)和1x網(wǎng)絡(luò)分別管理UE在各自網(wǎng)絡(luò)中的移動性。UE在EPS網(wǎng)絡(luò)中處于空閑態(tài)或激活態(tài)時，同時也在1x網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行1x的小區(qū)重選、讀取廣播信道、監(jiān)聽尋呼、位置區(qū)更新等工作。當(dāng)UE需要發(fā)起或接收1x語音呼叫、執(zhí)行位置區(qū)更新、收發(fā)短信時，UE會離開E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)而接入1x網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。UE離開E-UTRAN接入1x網(wǎng)絡(luò)前，通過Extended Service Request過程將EPS會話暫停掛起，以便1x工作結(jié)束后返回可以繼續(xù)EPS會話。因此，在UE收發(fā)短信、1x注冊和位置區(qū)更新、接收尋呼時，EPS會話會被中斷，影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的體驗。

3.4 SVLTE

SVLTE方案利用雙接收機(jī)雙發(fā)射機(jī)的移動終端來實現(xiàn)1x CS語音業(yè)務(wù)。由于這種終端同一時刻可以同時接收來自LTE和1x網(wǎng)絡(luò)的信號，也可以同時向LTE和1x網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號，因此實際上是LTE網(wǎng)絡(luò)和1x網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)并發(fā)的情況。

與Dual Rx方案一樣，SVLTE方案也不需要網(wǎng)絡(luò)之間的互操作，因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要簡單很多。UE的LTE和1x模塊各自獨立地和網(wǎng)絡(luò)工作，在保證LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時，可以完成語音、SMS等其他1x網(wǎng)絡(luò)的工作和業(yè)務(wù)，給用戶帶來更好的業(yè)務(wù)體驗。

雙收雙發(fā)終端的主要問題集中在終端和芯片上，對終端的硬件配置、資源分配、1x和LTE芯片的相互控制、電池能耗等都具有較高的要求。

3.5 方案比較

對于支持1x CS語音業(yè)務(wù)的以上4種方案，可以從標(biāo)準(zhǔn)成熟情況、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、終端要求等多方面進(jìn)行以下比較，具體見表2。

從以上的比較來看，Dual Rx和SVLTE方案相對于1xCSFB和e1xCSFB方案，在網(wǎng)絡(luò)部署和對1x網(wǎng)絡(luò)的改造會相對簡單；Dual Rx方案對EPS數(shù)據(jù)的連續(xù)性有一定的影響；SVLTE則對終端成本要求較高。1xCSFB和e1xCSFB方案的優(yōu)勢在于對EPS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)影響小，而e1xCSFB的性能更優(yōu)于1xCSFB和Dual Rx，甚至優(yōu)于1x網(wǎng)絡(luò)本身。

4 結(jié)束語

4.1 優(yōu)先考慮1x CS語音業(yè)務(wù)

EPS網(wǎng)絡(luò)是移動網(wǎng)絡(luò)未來演進(jìn)的方向，語音業(yè)務(wù)在EPS網(wǎng)絡(luò)依然具有重要的地位。

一方面，目前比較大的CDMA移動運營商基本都擁有一張廣覆蓋、大容量、高質(zhì)量的1x CS網(wǎng)絡(luò)，1x CS語音業(yè)務(wù)經(jīng)過多年的發(fā)展和優(yōu)化，是一項非常成熟的移動業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)質(zhì)量達(dá)到指標(biāo)要求，能夠在1x網(wǎng)絡(luò)中無縫地、實時地傳輸。

另一方面，雖然VoIP業(yè)務(wù)是未來的發(fā)展趨勢，但在目前情況下，VoIP業(yè)務(wù)還是存在不少問題。首先是政策方面的風(fēng)險；其次，VoIP業(yè)務(wù)需要IMS系統(tǒng)支持，而IMS目前還沒有大規(guī)模商用的經(jīng)驗；第三，VoIP語音切換方案由于需要錨定呼叫，因此實現(xiàn)流程非常復(fù)雜，從而也導(dǎo)致呼叫時延還不能滿足要求，業(yè)界正在考慮對它進(jìn)行優(yōu)化。

基于以上考慮，CDMA運營商應(yīng)優(yōu)先考慮用現(xiàn)有的1x CS網(wǎng)絡(luò)來承載語音業(yè)務(wù)，待EPS網(wǎng)絡(luò)和VoIP業(yè)務(wù)成熟后再逐漸考慮引入VoIP。

4.2 優(yōu)化并完善1x CS語音業(yè)務(wù)方案

EPS網(wǎng)絡(luò)解決CDMA 1x網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)在文中已介紹了多種方案，但是這些解決方案都還不是很完善：CSFB方案的標(biāo)準(zhǔn)正在制定；Dual Rx方案對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的影響還需要進(jìn)一步探討；SVLTE對終端和產(chǎn)業(yè)鏈都提出了較高要求。當(dāng)出現(xiàn)不同運營商選擇了不同的方案時，這些方案之間的漫游更成為網(wǎng)絡(luò)部署中突出的問題。

隨著EPS網(wǎng)絡(luò)試驗和商用進(jìn)程的加快，相信這些問題將逐漸得到解決，EPS網(wǎng)絡(luò)中的語音業(yè)務(wù)將給用戶帶來一如既往的良好體驗。

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

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