馮愛玲， 梁琨

（中國移動通信集團河北有限公司，石家莊 050021）

LTE語音模式選擇及建設(shè)方案

馮愛玲， 梁琨

（中國移動通信集團河北有限公司，石家莊 050021）

本文針對在LTE網(wǎng)絡(luò)下，語音/短信業(yè)務(wù)實現(xiàn)的幾種方式進行深入的研究和分析，尤其在CSFB和IMS語音共存下，對EPC核心網(wǎng)的改造要求，其中重點闡述了CSFB實現(xiàn)流程、VoLTE-IMS語音實現(xiàn)和eSRVCC切換技術(shù)等。

CSFB原理；CSFB流程；CSFB網(wǎng)絡(luò)改造；VoLTE-IMS；IMS語音連續(xù)性；VoWi-Fi語音

1 引言

隨著全球4G LTE規(guī)模使用，如何在LTE的全IP架構(gòu)下承載語音業(yè)務(wù)呼叫，國際上存在3種解決方案。但多數(shù)運營商又同時經(jīng)營2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，終端在多張網(wǎng)絡(luò)間的漫游/切換，導(dǎo)致語音解決方案復(fù)雜，并對語音呼叫連續(xù)性提出較高要求。

2 4G LTE語音解決方案

和LTE無線對應(yīng)的核心網(wǎng)是EPC，而EPC本身只承載分組域業(yè)務(wù)，基于IP分組交換技術(shù)，如何在IP架構(gòu)下承載語音，業(yè)界主要有3種模式。

（1）SGLTE/SvLTE模式：簡稱雙模雙待，即終端支持同時駐留在CS（電路域）和PS域（分組域），對核心網(wǎng)無任何要求。

（2） CSFB語音模式：終端空閑時駐留在PS域，發(fā)起/接收語音業(yè)務(wù)時，切換到CS模式。

（3）IMS語音模式：簡稱VoLTE語音，即終端需要支持VoLTE功能，并新建IMS核心網(wǎng)，語音承載/控制在IMS，同時需要對LTE無線、EPC/HSS等改造實現(xiàn)。

目前因VoLTE-IMS接續(xù)快、語音質(zhì)量高、支持eSRVCC（切換）等，成為運營商主流選擇。

2.1SGLTE/SvLTE語音方案

雙待機語音分為：SGLTE和SvLTE兩種方式，簡稱雙模雙待，其中SGLTE是同時待機在GSM和LTE下；SvLTE是同時待機在CDMA和LTE下，實現(xiàn)方式為：終端發(fā)起PS業(yè)務(wù)使用LTE網(wǎng)絡(luò)，CS業(yè)務(wù)用2G/3G網(wǎng)，互不影響。

雙待機終端因配備了LTE和2G/3G下的兩套射頻，導(dǎo)致終端功耗大，待機和使用時間短，該方式對運營商和用戶都不能深入接受。

2.2CSFB語音方案

CSFB（CS回落）方案的核心是空閑時終端待機在PS域，當(dāng)用戶發(fā)起語音業(yè)務(wù)時，終端從LTE網(wǎng)絡(luò)回落到2G/3G的電路域，并按照電路域的業(yè)務(wù)流程發(fā)起/接聽語音業(yè)務(wù)。該方案是在EPC-MME和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的MSC間建立SGs聯(lián)合位置更新接口，實現(xiàn)CS/PS聯(lián)動。

CSFB因增加了回落流程，導(dǎo)致呼叫時延增大到8～10 s（GSM為4～6 s），用戶感受比較差，但對系統(tǒng)改造小，屬于過渡方案，圖示如圖1所示。

圖1　CSFB流程示意圖

主要流程為：

（1）UE在LTE下發(fā)起EPS/IMSI聯(lián)合附著請求，MME通過SGs口向MSCS發(fā)起聯(lián)合位置更新要求并完成后，UE獲取到MSCS分配的TMSI/VLR NUM/ LAI等參數(shù)。

（2）UE語音業(yè)務(wù)： MME收到UE的語音請求，MME觸發(fā)eNode B /UE回落到2G/3G無線及對應(yīng)的MSCS，UE在CS域發(fā)起/接收語音，完成主/被叫業(yè)務(wù)。

（3）UE短消息（MO/MT）：MME收到UE或MSCS發(fā)起的短消息業(yè)務(wù)請求，MME通過SGs口轉(zhuǎn)發(fā)給MSCS（MO），或下發(fā)給UE（MT）。

為了更深入介紹CSFB流程，本文以CSFB被叫語音和MT短信業(yè)務(wù)為例研究其信令流程，為深入理解提供幫助。

2.2.1CSFB語音流程（被叫）

圖2中流程為UE做被叫，且UE駐留在LTE網(wǎng)下并完成了SGs流程。

1～5：GMSC Server獲取到被叫UE的漫游號碼MSRN，發(fā)起IAM呼叫到MSC/VLR。

6～7：MSC/VLR收到IAM消息后，向關(guān)聯(lián)的MME發(fā)送SGsAP-PAGING-Request（攜帶IMSI、TMSI、Service indicator、CLI、LAC），并尋呼到UE。

8～9：UE收到Paging后，發(fā)送Extended Service Request消息給MME，其中Service-type=1指示業(yè)務(wù)類型為被叫CSFB語音（Service-type=0/主叫，=1/被叫，=2/緊急呼叫），MME給MSC/VLR回SGsAP-Service-Request消息，UE收到尋呼，呼叫在接續(xù)中。

圖2　被叫語音流程（呼叫入局流程）

10～13：MME發(fā)送Initial UE Context Setup，指示UE因CSFB業(yè)務(wù)回落到2G/3G并建立CS呼叫并進入通話中。其中UE回Paging Response需要BSC/RNC能正確處理并找到支持CSFB-MSC/VLR（根據(jù)TMSI）。

14～15：通話結(jié)束并拆線。

現(xiàn)網(wǎng)還存在CSFB預(yù)尋呼流程，即在上述SRI消息中包含Prepage標(biāo)志域，允許MSC/VLR先對被叫UE發(fā)起尋呼，再向HLR返回漫游號碼。在LTE覆蓋越來越完善下，預(yù)尋呼使用會越來越少。

2.2.2短消息流程（MT）

CSFB的短消息MT流程，和普通CS下短消息MT流程相似，主要流程為：

SMSC提取待下發(fā)短消息后，向HLR獲取MSC ID后并投送短消息到指定MSC。

MSC/VLR通過SGs發(fā)送尋呼請求給MME，其中參數(shù)Service Indicator指示這是一個短消息業(yè)務(wù)。

MME向UE下發(fā)尋呼，UE響應(yīng)尋呼后，MME向MSC發(fā)送SGsAP-Service-Request消息，表示網(wǎng)絡(luò)側(cè)與UE已準(zhǔn)備好，可以投送短消息。

MSC通過SGsAPDOWNLINK-UNITDATA將短消息內(nèi)容發(fā)送到UE，UE回送響應(yīng)給MME/ MSC。

UE返回成功接收報告給MME、MSC，MSC通知短消息中心發(fā)送成功并流程釋放。

2.2.3CSFB對MSCS Pool改造要求

CSFB因為需要MME和MSCS之間開通SGs接口，所以需要對電路域MSCS有新的改造需求，MSCS升級支持該功能是必須的。而當(dāng)前CS域MSCS均已組Pool，以中國移動為例，一般1個Pool中包含4～8個MSCS，考慮到CSFB語音呼叫結(jié)束，UE將迅速返回到4G網(wǎng)絡(luò)，若將Pool中所有MSCS升級支持SGs，涉及升級工作量大、且商務(wù)付出多。而且在建設(shè)VoLTE-IMS后，CSFB用戶將逐步減少，導(dǎo)致前期投資浪費大。

目前解決方案是在1個Pool中選擇2個MSCS升級支持SGs功能，即只有2臺MSCS和MME之間開通SGs口，組成主備模式，Pool中其余MSCS維持現(xiàn)狀。該功能要求MME配置2×SGs口之間的鏈路狀態(tài)檢測，當(dāng)主用SGs口出故障，MME能迅速切換到備用SGs口，以維持CSFB功能正常。

當(dāng)UE在實施初次聯(lián)合位置更新時，由對應(yīng)的支持SGs口的MSCS分配TMSI并記錄在UE中，后續(xù)UE回落時，BSC/RNC通過TMSI中NRI將其回落到支持SGs口的MSCS中，確保CSFB呼叫正常，以圖3組網(wǎng)為例，解決方案如下。

（1）UE發(fā)起聯(lián)合位置更新成功后時，MSCS1分配TMSI并記錄在UE中，其中NRI確保UE在Pool中任意移動，均能選擇到MSCS1，且使UE也能回落到支持SGs的MSCS1上。若UE移出Pool進入另一個Pool，將在新Pool發(fā)起聯(lián)合位置更新。

圖3　CSFB和MSCS Pool關(guān)系

（2）若MSCS1故障或SGs主鏈路斷，MME激活備用MSCS2，此處不同廠家處理方式有不同，某些廠家MME采用UE做TAU時再發(fā)起到MSCS2的聯(lián)合位置更新，在TAU未發(fā)起前，CSFB被叫將全部失??；考慮到某些用戶在家或上班時間內(nèi)不經(jīng)常跨TA移動，為解決CSFB被叫通話，某些廠家采用手動開啟MME的強制聯(lián)合位置更新，迫使MME和MSCS2完成SGs更新流程。

（3）目前MSCS對A/Iu尋呼采用一次TMSI、二次IMSI。但在CSFB被叫時，MSCS在SGs口若通過IMSI尋呼，將出現(xiàn)大概率失敗。緣于UE通過IMSI回落到Pool中后，BSC/RNC根據(jù)IMSI按一定規(guī)則輪選Pool中MSCS，若選擇不支持SGs功能的MSCS，將導(dǎo)致回落失敗，所以要求所有廠家MSCS在SGs口必須通過TMSI尋呼。

（4）針對SGs操作成功的部分UE，但未成功存儲TMSI，將導(dǎo)致CSFB被叫無法接通。為解決此問題，可讓廠家開發(fā)在SGs-MSCS在SGs口多次TMSI尋呼失敗后，通過A/Iu口發(fā)起IMSI尋呼，可以提高一定比例的尋呼成功率。

2.2.4CSFB對SGs MSCS影響及解決

在現(xiàn)網(wǎng)4G終端多，而VoLTE尚未建設(shè)完畢時，將有更多用戶發(fā)起CSFB時，選擇注冊到支持SGs MSCS中，會導(dǎo)致Pool中SGs-MSCS負荷過高。

為解決Pool中MSCS負荷均衡，需要不定時將SGs MSCS中的非CSFB用戶，卸載到不支持CSFB的MSCS上，確保Pool內(nèi)均衡。當(dāng)Pool中支持CSFB終端超過一定比例時，需要升級Pool中其他MSCS支持CSFB。最極端為100%用戶支持CSFB，則需要Pool中100%的MSCS均需升級支持CSFB功能。

2.3IMS語音方案

由于CSFB和雙待機語音存在的缺點，3GPP在LTE引入IMS，作為主要解決方案，該方案具備呼叫時延短、語音質(zhì)量高、通話連續(xù)性好已作為主要解決方案，圖4為VoLTE-IMS組網(wǎng)圖。

IMS/LTE利用4G完善的QoS機制，并輔助若干新技術(shù)確保了語音通話的可靠性、連續(xù)性等。

（1）采用全球統(tǒng)一的獨立IMS APN，語音通話由PCRF指派GBR承載，確保IP通話的帶寬保證，國際漫游APN一致。

（2）引入eMSC、ATCF/ATGW網(wǎng)元，MME和eMSC開通Sv接口。通話切換到2G/3G區(qū)域時，在eSRVCC-AS控制下，話路可快速切換，確保語音連續(xù)性。

（3）IMS HSS和2G/3G/4G-HSS/HLR融合，BOSS開戶簡單，基本業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)一致性高，用戶使用VoLTE-IMS，確保業(yè)務(wù)不丟失。

圖4　VoLTE-IMS組網(wǎng)圖

（4）支持VoLTE-IMS終端既可以在CS域撥打語音（CSFB），也可以在PS域發(fā)起語音，用戶可選擇性多。

VoLTE-IMS由于引入很多關(guān)鍵技術(shù)，其中eSRVCC解決了呼叫連續(xù)性，為使用IMS提供語音提供了重大促進，目前中國移動采用切換到GSM方式，3GPP TS 23.216中定義E-UTRAN到UTRAN/GERAN注冊、切換流程圖流程如圖5所示。

圖5　eSRVCC注冊及切換流程

2.3.1eSRVCC注冊流程（見圖5 ①～⑧）

① UE1發(fā)起IMS注冊請求，S/P-GW將請求發(fā)送到SBC/PCSCF/ATCF網(wǎng)元。ATCF分配STN-SR號碼（eMSC和ATCF之間切換關(guān)鍵號碼）。

②③ ATCF將ATN-SR通過I/S-CSCF傳遞到SCC AS。

④ SCC AS和HSS之間傳遞UE1對SRVCC支持能力、C-MSISDN號碼等。

⑤⑥ SCC AS產(chǎn)生ATU-STI號碼+HSS返回的C-MSISDN號碼給ATCF進行綁定。

ATU-STI：切換后ATCF到SCC AS更新信令路由。

C-MSISDN：切換后ATCF實現(xiàn)eMSC到ATCF新建會話和原有會話的綁定。

⑦⑧ SCC AS向HSS更新最新的STR-SN號碼，并將最新STR-SN下插到MME，便于切換時，MME根據(jù)STR-SN號碼發(fā)起Sv口接續(xù)。

2.3.2eSRVCC語音流程（見圖5 ⑨～⑩）

⑨ UE1和遠端UE2發(fā)起正常VOLTE通話。

⑩ UE1切換到2G網(wǎng)絡(luò)，MME通過Sv接口發(fā)起切換請求到eMSC/IWF，攜帶STR-SN號碼。eMSC/IWF使用STR-SN號碼發(fā)起到ATCF接續(xù)。當(dāng)UE1切換到GSM下，媒體切換到MGW下，通過MGW到ATGW。被叫側(cè)媒體承載不改變。

3 VoLTE-IMS部署方案

VoLTE網(wǎng)絡(luò)引入IMS，為支持VoIP，需要對現(xiàn)網(wǎng)無線、CS、PS、HSS、業(yè)務(wù)平臺、BOSS、網(wǎng)管等進行全面改造，方能支持語音業(yè)務(wù)。

3.1三融合HSS/HLR改造

現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G-HSS/HLR需要100%升級支持VoLTE-IMS用戶的數(shù)據(jù)存儲，并支持Sh接口和VoLTE-AS進行透明數(shù)據(jù)傳遞。

VoLTE用戶放號、修改業(yè)務(wù)等采用SOAP接口模式，需要BOSS改造支持SOAP.

3.2EPC融合核心網(wǎng)

為支持eSRVCC功能，需要部署eMSC網(wǎng)元。有條件的升級1對現(xiàn)網(wǎng)MSC支持eMSC；無條件的新建1對eMSC，支持和MME之間的Sv接口?？紤]到eMSC只承載4G到2G的語音切換，一旦語音通話結(jié)束，對eMSC資源占用即釋放，所以eMSC盡量按大區(qū)制建設(shè)，建議和VLTE SBC靠近減少跨承載網(wǎng)路由。

為提供VoLTE業(yè)務(wù)，需全面改造分組域MME、SAE-GW新增支持eSRVCC、P-CSCF發(fā)現(xiàn)、IPv6、IMS緊急呼叫等VoLTE相關(guān)功能。

3.3PCC網(wǎng)絡(luò)

中國移動VoLTE-PCRF使用拜訪地原則，為此需要對全網(wǎng)的PCRF/PCEF進行改造，支持專用承載建立、Rx接口、獲取用戶位置信息。

3.4IMS核心平臺

3.4.1I/S/E-CSCF/BGCF

xCSCF作為IMS核心控制網(wǎng)元，建議按Pool方式建設(shè)。xCSCF建設(shè)由按大區(qū)制同廠家組Pool，也有按“能力集”劃分的同/異廠家組Pool模式。目前為維護便利，中國移動絕大多數(shù)省份采用單域、同廠家組Pool模式。

3.4.2MGCF/IM-MGW

作為VoLTE呼叫2G/3G的重要轉(zhuǎn)接網(wǎng)元，需要支持Mg接口和CSCF相連，建議成對設(shè)置，可以采用GMSC升級，也可新建。

3.4.3VoLTE SBC/P-CSCF

SBC作為VoLTE承載語音/視頻媒體的重要網(wǎng)元，同時作為eSRVCC的ATCF/ATGW功能，所起的作用非常重要。目前均和P-CSCF合一，支持Rx協(xié)議。SBC作為SGi口直連網(wǎng)元，建議SBC和SAE-GW距離靠近，減少跨承載網(wǎng)占用。SBC建設(shè)成對或多套建設(shè)，并組Pool，以提高安全性、

3.4.4VoLTE AS

VoLTE AS支持MMTEL、SCC功能合一，建議成對建設(shè)或多套組Pool模式，提高安全性。

3.4.5Ut網(wǎng)關(guān)和IP-SM-GW

Ut網(wǎng)關(guān)：作為VoLTE終端補充業(yè)務(wù)手機修改的接口代理，在初期可以全國集中建設(shè)，后續(xù)省份VoLTE用戶量巨大后，也可省份單獨建設(shè)，建議成對建設(shè)，互為容災(zāi)。

IP-SM-GW：作為VoLTE用戶IP短信和現(xiàn)網(wǎng)SMC短信的接口，建設(shè)模式同Ut網(wǎng)關(guān)。

3.4.6LDRA

LDRA升級支持Gx/Rx在PCRF中會話信息的綁定。

4 結(jié)束語

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，語音業(yè)務(wù)IP化必將成為語音業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢。然而，VoLTE的實現(xiàn)將經(jīng)歷一個非常漫長的過程。DR方案增加了終端廠家的研發(fā)難度，終端耗電也將是決定是否應(yīng)用的一大問題；CSFB和SRVCC的語音解決方案將是電信運營商目前主推的語音解決方案。但是，隨著IMS網(wǎng)絡(luò)的部署和LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，無論是CSFB還是SRVCC/eSRVCC使用場景將逐步降低。VoLTE語音成為主流時，需要考慮bSRVCC（振鈴前發(fā)生切換）、rSRVCC（CS域切回LTE），以提高VoLTE接通率和掉話率。最終VoLTE語音將成為終極目標(biāo)。

LTE voice mode selection and construction scheme

FENG Ai-ling， LIANG Kun
（China Mobile Group Hebei Co.， Ltd.， Shijiazhuang 050021， China）

Because LTE can only provide packet services， there is a long-term demand for voice and short message service. For the LTE， the realization of voice and short message service in several ways were in-depth research and analysis， especially in the presence of CSFB and IMS voice， the reconstruction of EPC core network， which focuses on the CSFB implementation process， VoLTE-IMS Voice implementation and eSRVCC switching technology .

CSFB principle； CSFB process； CSFB network transformation； VoLTE-IMS； IMS voice continuity； VoWi-Fi voice

TN929.5

A

1008-5599（2016）09-0038-06

2016-08-11