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        LTE網(wǎng)絡(luò)中語音業(yè)務(wù)承載方案分析

        2012-04-29 00:00:00李強(qiáng)
        網(wǎng)友世界 2012年17期

        【摘 要】在LTE的演進(jìn)之路上,語音業(yè)務(wù)作為重要的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)一定會(huì)有多種承載解決方案可供選擇,在各種標(biāo)準(zhǔn)競相出臺(tái)的時(shí)候,各家運(yùn)營商如何選擇適合自己的語音業(yè)務(wù)承載方案也就成為他們必須面對的選擇題。本文結(jié)合各主流承載方式的特點(diǎn)逐一分析,希望可以對讀者了解“長期演進(jìn)”過程中語音業(yè)務(wù)承載方式起到一些作用。

        【關(guān)鍵詞】LTE網(wǎng)絡(luò)中的語音業(yè)務(wù);CSFB;SR—VCC;IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

        1.前言

        LTE是面向未來的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),早在2004年底,3GPP就啟動(dòng)了LTE技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,并在2009年3月發(fā)布了R8版本的FDD—LTE和TDD—LTE標(biāo)準(zhǔn),并于后續(xù)的R9版本中進(jìn)一步提出了LTE—A(LTE—advanced)的概念。LTE技術(shù)采用關(guān)鍵的正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)、“多進(jìn)多出(MIMO)”技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)扁平化的方法使得在20MHz的頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率,與3G技術(shù)相比,LTE具有高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、降低時(shí)延、廣域覆蓋和向下兼容等優(yōu)勢。在這些技術(shù)優(yōu)勢和3GPP的大力推動(dòng)下,截止2012年2月就已經(jīng)在81個(gè)國家的242個(gè)通信運(yùn)營商處于LTE商用、試商用、測試或部署階段。我國也早在2010年12月28日,工信部對電信研究院上報(bào)的《關(guān)于開展TD—LTE規(guī)模技術(shù)試驗(yàn)的請示》進(jìn)行了批復(fù)(工信部科函【2010】612號(hào)),在上海、杭州、南京、廣州、深圳、廈門6個(gè)城市開展TD—LTE規(guī)模技術(shù)試驗(yàn),目前根據(jù)測試需要將測試區(qū)域分為南、北兩個(gè)大區(qū),測試城市也增至13座,TD—LTE的測試工作正在順利進(jìn)行。

        在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)巨大變革的背景下,作為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)重要的業(yè)務(wù)之一的語音業(yè)務(wù)該如何應(yīng)對也成為迫在眉睫需要研究的課題。

        2.相關(guān)方案介紹

        按照網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的演進(jìn)路線,語音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的方案也不是單一的,根據(jù)3GPP制定的標(biāo)準(zhǔn)包含主動(dòng)回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)的CSFB(Circuit Switched Fallback,電路域語音回落)方式和被動(dòng)回落(切換)至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的PS域或CS域的IMS MMTel(IMS 多媒體電話)方式,其中第二種方式中目前看來更具有可操作性,也就是3GPP中也做了定義的SR—VCC(Single Radio Voice Call Continuity,雙模單待無線語音呼叫連續(xù)性)技術(shù)。

        另外,在LTE網(wǎng)絡(luò)中如果可以直接通過PS域承載語音業(yè)務(wù)是不能忽視的一種方式,而且這種方式相對低廉的使用價(jià)格和友好的使用界面將會(huì)隨著LTE無線覆蓋范圍的擴(kuò)大而逐步被用戶接受,隨著Google talk、Face time或Skype等客戶端軟件以及高性能智能終端的發(fā)展,行業(yè)分析認(rèn)為在LTE網(wǎng)絡(luò)的初步成熟期(2014—2015),擁有LTE接入能力的智能終端約有10%左右的語音業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)移出去,一般認(rèn)為,電信運(yùn)營商很難限制用戶采用該方式進(jìn)行語音通話。

        除上述三種方式之外,還有由工業(yè)聯(lián)盟制定的VoLGA方式,該方式的主要思路是將LTE作為一個(gè)IP接入網(wǎng),在LTE部署初期通過新增一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體VANC(一說GANC,相當(dāng)于2G網(wǎng)絡(luò)中的BSC或3G網(wǎng)絡(luò)中的RNC),接入CS域核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的承載,這樣的設(shè)計(jì)思路就需要VANC需要支持2種工作模式:A mode和Iu mode,分別針對2G和3G網(wǎng)絡(luò)。但是由于VoLGA方式使得網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度增加,而且未解決語音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)中的承載等問題,未得到主流設(shè)備商和運(yùn)營商的廣泛支持。

        隨著DMDS(雙模雙待)終端的出現(xiàn),PS域和CS域上所承載的業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)完全分離,即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)承載在LTE和3G網(wǎng)絡(luò)的方式。這種方式主要依賴于終端支持,可以看做是兩部終端合為一部,同時(shí)工作在兩張網(wǎng)絡(luò)里而互不影響,但是考慮到終端的復(fù)雜度、耗電和生產(chǎn)成本等因素,該方案目前還未得到廣泛支持。如果這種終端得以推廣,在LTE網(wǎng)絡(luò)也相對成熟的情況下,可以為運(yùn)營商提供很好的業(yè)務(wù)捆綁銷售的機(jī)會(huì)。

        3.CSFB和SR—VCC

        縱觀上述5種方式,結(jié)合現(xiàn)在主流技術(shù)的演進(jìn)階段不難看出CSFB和SR—VCC將是在近期LTE發(fā)展道路上最先遇到的語音解決關(guān)鍵技術(shù),所以在本章節(jié)將著重描述這2種方式。

        (1)CSFB

        CSFB技術(shù)是利用網(wǎng)絡(luò)MME與軟交換MSC服務(wù)器間的SGs接口,終端用戶(雙模單待)同時(shí)登記在MME和MSC服務(wù)器上,當(dāng)用戶在LTE無線覆蓋區(qū)內(nèi)進(jìn)行語音的MO或MT時(shí),均由對應(yīng)的MSC服務(wù)器進(jìn)行處理。SGs接口采用SGsAP/SCTP/IP協(xié)議。當(dāng)終端附著在LTE網(wǎng)絡(luò)時(shí),MME和MSC之間通過SGs接口進(jìn)行關(guān)聯(lián)后,用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)漫游時(shí)進(jìn)行TAU更新時(shí),相應(yīng)的MSC服務(wù)器的LAU也會(huì)進(jìn)行更新。當(dāng)用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起MO或接收MT語音呼叫時(shí),MME與MSC服務(wù)器就通過SGs接口互通將用戶回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)中,并由MSC服務(wù)器在CS域完成語音的呼叫處理(見圖1)。

        CSFB的實(shí)現(xiàn)還有以下幾點(diǎn)需要了解:

        ①M(fèi)ME通過SGs接口維系用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的MME和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的MSC服務(wù)器上的同時(shí)登記,該雙登記過程結(jié)束后,MME就可以通過終端的GUTI提取LAI和VLR局號(hào)碼找到并訪問MSC服務(wù)器了。

        ②用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的去附著將觸發(fā)SGs接口的IMSI去附著流程;SGs接口支持基于3GPP規(guī)范的全部去附著流程。

        ③當(dāng)終端發(fā)起MO流程(使用CSFB技術(shù))時(shí),終端向eNodeB發(fā)送帶擴(kuò)展的業(yè)務(wù)請求連接消息,消息中攜帶CSFB標(biāo)示。在MT流程中,當(dāng)終端處于空閑狀態(tài)時(shí),MSC服務(wù)器向MME發(fā)送終端LA位置的尋呼請求,MME把LAI翻譯成TAI—List并在LTE網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行尋呼,終端在接收到尋呼請求時(shí)在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送尋呼響應(yīng)消息,建立語音業(yè)務(wù)請求連接。

        ④MME與SGw和PGw互通進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載。當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)語音通話時(shí)有PS業(yè)務(wù)的承載連接,可進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道的切換,當(dāng)不能切換時(shí)則對PS承載業(yè)務(wù)掛起,語音呼叫完成后恢復(fù)。

        ⑤通過MME的控制可以實(shí)現(xiàn)TAU/LAU的同時(shí)更新。當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行TAU更新時(shí),MME從TAI提取對應(yīng)的LAI,通過SGs接口通知MSC服務(wù)器進(jìn)行LAU。

        ⑥CSFB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備功能和主要流程等內(nèi)容已經(jīng)凍結(jié),為了減小在回退過程中的時(shí)延問題,3GPP又提出了增強(qiáng)CSFB功能,主要的方案有嵌入式LAU、安全增強(qiáng)、基于SR—VCC的CSFB等。

        通過以上描述了解到,CSFB技術(shù)是一項(xiàng)基于LTE網(wǎng)絡(luò),以MME為主在EPC架構(gòu)下由2G/3G網(wǎng)絡(luò)協(xié)助進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。

        (2)SR—VCC

        在VoLTE向2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換時(shí),如果正在進(jìn)行語音通話,那么很難在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中提供確保的語音通道和語音服務(wù)質(zhì)量,在這樣的背景下,3GPP規(guī)范了LTE終端向2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)的兩種情況:一是在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)PS域帶寬可以滿足要求并支持MMTel切換;二是LTE網(wǎng)絡(luò)到2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)使用目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的CS域進(jìn)行語音承載并保證其連續(xù)性和服務(wù)質(zhì)量,第二種情況的重要實(shí)現(xiàn)技術(shù)既是SR—VCC技術(shù)(見圖2)。

        同CSFB技術(shù)一樣,SR—VCC技術(shù)也有一些關(guān)鍵點(diǎn)需要注意:

        1)SR—VCC技術(shù)主要解決的是單射頻終端在IMS控制的VoIP語音與CS語音之間的無縫切換,即運(yùn)營商需要擁有已經(jīng)搭建完成可以實(shí)現(xiàn)VoIP的IMS網(wǎng)絡(luò)。

        2)SR—VCC技術(shù)需要建立在MME和MSC服務(wù)器之間的基于IP的信令接口—Sv接口,該接口在終端從LTE網(wǎng)絡(luò)向2G/3G網(wǎng)絡(luò)漫游時(shí)由終端觸發(fā)PS至CS的語音業(yè)務(wù)切換。

        3)目前SR—VCC技術(shù)僅支持LTE向2G/3G的單向切換。

        4)為了實(shí)現(xiàn)SR—VCC功能,現(xiàn)網(wǎng)中涉及功能增強(qiáng)的網(wǎng)元有MSC服務(wù)器、MME和HSS,其中各網(wǎng)元需要增強(qiáng)的功能內(nèi)容見表1。

        表1 為實(shí)現(xiàn)SR—VCC對現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元功能增強(qiáng)列表

        網(wǎng)元名稱需要增強(qiáng)的功能

        MSC服務(wù)器1 處理MME通過Sv接口發(fā)送的語音業(yè)務(wù)切換準(zhǔn)備請求;

        2 發(fā)起IMS域到CS域的會(huì)話切換;

        3 處理CS切換和會(huì)話切換流程。

        MME1 執(zhí)行PS承載劃分功能,用于區(qū)分VoIP承載和非VoIP承載;

        2 Inter—RAT切換過程中實(shí)現(xiàn)非VoIP承載的切換;

        3 發(fā)起到目標(biāo)小區(qū)的SR—VCC切換;

        4 協(xié)調(diào)PS切換和SR—VCC切換的同步執(zhí)行;

        5 執(zhí)行非語言承載掛起及恢復(fù)。

        HSS存儲(chǔ)SR—VCC功能的一個(gè)特殊參數(shù)STN—SR(Session Transfer Number Single—Radio,會(huì)話遷移號(hào)碼),在終端附著過程中HSS會(huì)通過插入簽約用戶數(shù)據(jù)消息將STN—SR傳給MME,再轉(zhuǎn)發(fā)至MSC服務(wù)器。

        綜上所述,SR—VCC技術(shù)是介于VoLTE和CSFB之間的一種語音業(yè)務(wù)承載解決方案,是在LTE演進(jìn)路線上不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

        (3)網(wǎng)絡(luò)改造及建設(shè)思路

        本章節(jié)所介紹的CSFB和SR—VCC兩項(xiàng)技術(shù)是在LTE網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù),如何在現(xiàn)網(wǎng)中進(jìn)行應(yīng)用則是下一步迫切需要考慮的問題。下面結(jié)合國內(nèi)某運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)普遍狀況進(jìn)行分析:

        1)展開在現(xiàn)網(wǎng)中CSFB功能的應(yīng)用和測試,在現(xiàn)有的軟交換系統(tǒng)中部署SGs網(wǎng)絡(luò)互連接口,以確保實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中所進(jìn)行的必要測試的完成。

        2)IMS MMTel是2G/3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步演進(jìn)并在LTE時(shí)代提供多媒體語音業(yè)務(wù)的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù),是保證運(yùn)營商在下一代網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)運(yùn)營中處于主導(dǎo)地位的關(guān)鍵。運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中應(yīng)積極加大對IMS網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)力度。

        3)在LTE測試和部署的同時(shí),在IMS MMTel成熟的區(qū)域部署SR—VCC的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,來解決LTE覆蓋不連續(xù)的問題。

        (4)關(guān)鍵技術(shù)劣勢分析

        本章節(jié)在前面主要闡述了CSFB和SR—VCC這兩種目前主流技術(shù)的優(yōu)勢和可操作性,但是它們也并不完美,下面就逐一進(jìn)行分析。

        1)CSFB

        ①CSFB技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并不完善,尤其對呼叫建立的時(shí)延要求并未明確標(biāo)明;

        ②需要對現(xiàn)網(wǎng)MSC服務(wù)器進(jìn)行軟、硬件升級(jí);

        ③在語音呼叫階段不能使用LTE網(wǎng)絡(luò),使得數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)必須中斷。

        2)SR—VCC

        ①切換時(shí)延過長,僅IMS核心網(wǎng)流程時(shí)延就達(dá)到200ms~500ms;

        ②SR—VCC信令流程過于復(fù)雜,導(dǎo)致LTE向2G/3G網(wǎng)絡(luò)切換成功率較低;

        ③SR—VCC的IMS域與無線接入網(wǎng)并行流程中無同步機(jī)制;

        ④2G/3G向LTE網(wǎng)絡(luò)反向切換不能實(shí)現(xiàn)。

        4.結(jié)束語

        在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷巨大變革的時(shí)期,隨著“Long Term Evolution”的步伐加快,傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)由CAFB到SR—VCC再到VoLTE的演進(jìn)路線已十分明確并在實(shí)現(xiàn)過程中,我國各運(yùn)營商在這場變革中如何發(fā)揮自我優(yōu)勢、在日益殘酷的市場和技術(shù)競爭中搶占先機(jī)已經(jīng)成為不可避免的課題。

        參考文獻(xiàn):

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