LTE語音業(yè)務(wù)相關(guān)技術(shù)和建議

李 波（愛立信（中國）通信有限公司，北京100102）

0 前言

LTE網(wǎng)絡(luò)提供大于100 Mbit/s的網(wǎng)絡(luò)接入帶寬，與一般的固定網(wǎng)絡(luò)接入帶寬相當(dāng)或更高?；贗P的多媒體（包括語音）業(yè)務(wù)可端到端地在基于因特網(wǎng)應(yīng)用的用戶間直接實(shí)現(xiàn)；基于MSN和QQ的多媒體通信和語音通信轉(zhuǎn)移了傳統(tǒng)電信運(yùn)營商語音業(yè)務(wù)的話務(wù)量。智能終端的出現(xiàn)加劇了這種語音業(yè)務(wù)話務(wù)量的轉(zhuǎn)移。安裝Google Talk或Skype軟件后，智能終端可在用戶終端間直接進(jìn)行語音通信。由于LTE提供了更高的無線接入帶寬，終端用戶語音通話質(zhì)量有一定保障。語音話務(wù)量的轉(zhuǎn)移在LTE時(shí)代會(huì)更加突出。

在GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，無線網(wǎng)和核心網(wǎng)都有CS核心網(wǎng)元和專門的無線承載通道 （TCH或CS RAB）用于承載語音業(yè)務(wù)。與GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同，在LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，核心網(wǎng)與LTE無線網(wǎng)僅定義了不同QoS的PS承載通道技術(shù)，無特別的專門用于語音通信的技術(shù)和承載方式?；贚TE的無線網(wǎng)和終端如何實(shí)現(xiàn)和保障語音業(yè)務(wù)是運(yùn)營商面臨的重要課題。

1 LTE網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方式

1.1 基于OTT的語音業(yè)務(wù)

在LTE移動(dòng)寬帶接入網(wǎng)中，基于Google Talk和Skype軟件進(jìn)行語音通信會(huì)是一些LTE終端用戶的選擇。業(yè)界把該語音通信實(shí)現(xiàn)方式，即基于因特網(wǎng)提供語音業(yè)務(wù)的方式稱為OTT方式。用戶通過LTE無線寬帶接入使用語音業(yè)務(wù)時(shí)，語音業(yè)務(wù)質(zhì)量基于LTE移動(dòng)寬帶給以一定保障。行業(yè)分析表明：在LTE發(fā)展的初步成熟期（2014—2015年），智能終端約有10%左右的語音業(yè)務(wù)通過預(yù)置的OTT語音軟件實(shí)現(xiàn)，即擁有LTE接入能力的智能終端用戶約有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。用戶采用OTT方式實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的優(yōu)勢是一般電信網(wǎng)絡(luò)采用包月流量及不區(qū)分業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)使用方式；另外基于OTT的用戶語音業(yè)務(wù)的使用界面友好對用戶也具有吸引力。目前基于OTT的語音業(yè)務(wù)通信方式在高無線接入帶寬的網(wǎng)絡(luò)（如HSPA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)），特別是智能終端中開始流行，一般認(rèn)為電信運(yùn)營商較難限制用戶采用OTT方式進(jìn)行語音通信。

雖然OTT的方式給移動(dòng)終端用戶提供了便宜的業(yè)務(wù)使用價(jià)格和友好的使用界面，但在LTE無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，由于建設(shè)投入和周期的原因，LTE的無線覆蓋很有可能是非連續(xù)的，造成OTT語音在用戶移動(dòng)的進(jìn)程中掉話，無法體現(xiàn)終端語音通信的移動(dòng)需求。由于接入網(wǎng)絡(luò)對OTT語音業(yè)務(wù)提供無差別的傳送模式，用戶的語音通話質(zhì)量也難以保障?；贠TT的語音通信無法完整體現(xiàn)無線通信的移動(dòng)特征，特別是像緊急呼叫、應(yīng)急語音通信、高質(zhì)量語音通信等需求OTT方式都難以滿足。這些需求都要求移動(dòng)運(yùn)營商通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向用戶提供可靠保障。

1.2 基于IMS MMTel的語音實(shí)現(xiàn)技術(shù)

基于運(yùn)營商移動(dòng)和固定網(wǎng)絡(luò)的融合運(yùn)營和建設(shè)需求，3GPP規(guī)范定義了多媒體語音實(shí)現(xiàn)技術(shù)，即基于IMS多媒體電話MMTel的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?；贛MTel技術(shù)，運(yùn)營商可以向終端用戶提供豐富的多媒體語音業(yè)務(wù)。GSMA運(yùn)營商企業(yè)聯(lián)盟在IR.92規(guī)范中明確定義和承諾：在向未來的LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的語音和多媒體業(yè)務(wù)基于IMS MMTel網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供。MMTel網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基于IP的SIP協(xié)議，SIP協(xié)議在信令層面處理用戶的語音呼叫。在MMTel向終端用戶提供語音業(yè)務(wù)中，MTAS作為多媒體語音業(yè)務(wù)的引擎與IMS核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CSCF、MGCF和MGF等網(wǎng)元一道向終端用戶提供語音業(yè)務(wù)和完成主、被叫的多媒體語音業(yè)務(wù)處理。在基于MMTel提供語音業(yè)務(wù)的LTE接入網(wǎng)絡(luò)場景中，LTE核心網(wǎng)EPC與MMTel互通向LTE終端提供多媒體語音業(yè)務(wù)。該多媒體語音業(yè)務(wù)可確保電信運(yùn)營商級別的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，并提供電信運(yùn)營商保障的緊急呼叫和應(yīng)急語音通信等社會(huì)職能。

根據(jù)3GPP規(guī)范，基于MMTel多媒體語音業(yè)務(wù)有別于OTT語音業(yè)務(wù)的一大優(yōu)勢是用戶在LTE與GSM/WCDMA無線系統(tǒng)漫游時(shí)可進(jìn)行語音切換以保持語音連續(xù)性。在OTT語音場景下，當(dāng)用戶在LTE向GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)，難以在GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)提供確保的語音通道和語音服務(wù)質(zhì)量。而在基于MMTel的多媒體語音通信中，當(dāng)用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)向GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)漫游時(shí)，3GPP規(guī)范明確定義了LTE與GSM/WCDMA CS核心網(wǎng)互通接口以確保語音業(yè)務(wù)的電信級服務(wù)質(zhì)量和連續(xù)性，其中重要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是SRVCC技術(shù)。

1.3 語音回落技術(shù)

在LTE網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，特別是在部署的初期，LTE無線覆蓋會(huì)呈不連續(xù)狀態(tài)，甚至在LTE部署期間，不能形成商業(yè)應(yīng)用。為應(yīng)對這種狀態(tài)，3GPP規(guī)范定義了語音回落（CSFB）技術(shù)。該網(wǎng)絡(luò)技術(shù)定義了LTE用戶終端在LTE網(wǎng)絡(luò)登記時(shí)，可回落到GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)，并基于GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)的CS核心網(wǎng)進(jìn)行語音的主、被叫接續(xù)處理。與SRVCC技術(shù)一樣，CSFB技術(shù)在IR.92規(guī)范中給出了定義和推薦。

2 SRVCC與CSFB技術(shù)概要

2.1 SRVCC技術(shù)概要

3GPP規(guī)范定義的LTE和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)目標(biāo)是采用IMS MMTel向用戶提供多媒體語音業(yè)務(wù)。LTE/EPC可看作是MMTel的無線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)要保證LTE終端在向GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)漫游時(shí)語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性。LTE終端向GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)切換時(shí)，如果目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)可以提供足夠的帶寬并支持MMTel切換，則可以基于MMTel進(jìn)行PS間的切換保障語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性；另外3GPP規(guī)范定義了LTE到GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)間的PS到CS的切換技術(shù)（SRVCC），即在切換時(shí)利用目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的CS域保持語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，借助運(yùn)營商已有的軟交換系統(tǒng)向終端用戶提供連續(xù)的語音業(yè)務(wù)?；赟RVCC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，LTE核心網(wǎng)絡(luò)的MME與現(xiàn)網(wǎng)軟交換MSC服務(wù)器之間要建立基于IP的信令接口 （Sv接口）。該接口在用戶從LTE無線網(wǎng)向GSM/WCDMA網(wǎng)漫游時(shí)，由用戶終端觸發(fā)PS到CS的語音業(yè)務(wù)切換。終端用戶在原LTE網(wǎng)絡(luò)下的承載除了可能有基于GBR的語音承載外，還可能同時(shí)有非GBR的數(shù)據(jù)承載，在網(wǎng)絡(luò)和終端具備條件的情形下也要進(jìn)行相應(yīng)的處理。

LTE向GSM網(wǎng)絡(luò)漫游，且不進(jìn)行DTM的SRVCC簡要切換流程（見圖1）如下：

步驟①：手機(jī)向eNodeB發(fā)送測量報(bào)告。

步驟②：eNodeB判定向GSM進(jìn)行SRVCC切換。

步驟③：eNodeB發(fā)送切換請求。

步驟④：MME進(jìn)行語音承載與數(shù)據(jù)承載的分離，對QCI=1的GBR語音承載進(jìn)行到CS域的切換。

步驟⑤：MME向MSC服務(wù)器發(fā)送PS到CS的切換請求（內(nèi)含IMSI和STN-SR號碼）。

步驟⑥：MSC服務(wù)器與目標(biāo)MSC服務(wù)器和BSC協(xié)商完成GSM無線系統(tǒng)切換電路的建立。

步驟⑦：MSC服務(wù)器向IMS MMTel發(fā)起語音會(huì)話轉(zhuǎn)移傳送信息（含STN-SR號碼）。

步驟⑧：IMS MMTel進(jìn)行語音會(huì)話的更新和用戶面的承載更新。

步驟⑨：MSC服務(wù)器向MME發(fā)送PS到CS的切換響應(yīng)消息。

步驟⑩：MME向eNodeB發(fā)送切換命令消息。

步驟11：eNodeB向用戶終端發(fā)送切換命令消息。

步驟12：用戶終端切換到GSM，用戶終端通過BSC發(fā)送PS業(yè)務(wù)掛起，SGSN與MME互通PS掛起。

步驟13：BSC向目標(biāo)MSC服務(wù)器發(fā)送切換完成消息。

步驟14：MSC服務(wù)器向MME發(fā)送切換完成消息。

步驟15：根據(jù)規(guī)范流程MME與SGw/PGw互通進(jìn)行相應(yīng)的LTE承載處理和掛起。

在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)GSM或WCDMA支持和終端手機(jī)支持的情況下，SRVCC的切換同時(shí)可能伴隨PS到PS的切換。PS到PS的切換要涉及到網(wǎng)絡(luò)的S3/S4接口或Gn接口；同時(shí)進(jìn)行PS到PS的切換可使得Web瀏覽的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中保持連續(xù)。

2.2 CSFB技術(shù)概要

CSFB技術(shù)是利用網(wǎng)絡(luò)MME與MSC服務(wù)器間的SGs接口，終端用戶在網(wǎng)絡(luò)附著時(shí)同時(shí)進(jìn)行EPS/IMSI的附著，即用戶同時(shí)登記在MME和MSC服務(wù)器上。當(dāng)用戶在LTE無線覆蓋區(qū)進(jìn)行MO或MT語音呼叫時(shí)，都由對應(yīng)的MSC服務(wù)器進(jìn)行語音呼叫處理。SGs的接口采用SGsAP/SCTP/IP協(xié)議。當(dāng)手機(jī)終端采用EPS/IMSI附著時(shí)，MME與MSC服務(wù)器間通過SGs接口建立該用戶終端的關(guān)聯(lián)。用戶在SGs接口的關(guān)聯(lián)建立完成后，用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)漫游進(jìn)行TAU更新時(shí)，相應(yīng)地在MSC服務(wù)器的LAU進(jìn)行位置更新。當(dāng)用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)起MO或接收MT語音呼叫時(shí)，MME與MSC服務(wù)器通過SGs接口互通把用戶回落到GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)中由MSC服務(wù)器在CS域完成語音的呼叫處理。在實(shí)現(xiàn)CSFB的過程中，取決于用戶終端和GSM/WCDMA的網(wǎng)絡(luò)支持能力，可能進(jìn)行到WCDMA系統(tǒng)的PS業(yè)務(wù)切換或到GSM系統(tǒng)的DTM PS同時(shí)傳送或切換；當(dāng)無法進(jìn)行用戶PS業(yè)務(wù)的切換時(shí)，用戶的PS業(yè)務(wù)暫時(shí)掛起。

圖1 SRVCC簡要切換流程

LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)CSFB語音業(yè)務(wù)的技術(shù)要點(diǎn)如下：

a）MME通過 SGs接口維系用戶在 LTE網(wǎng)絡(luò)MME上和GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)MSC服務(wù)器上的同時(shí)登記，該登記在用戶終端發(fā)起EPC/IMSI雙附著時(shí)完成，MME通過終端的GUTI提取LAI和VLR局號碼訪問對應(yīng)的MSC服務(wù)器。

b）用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)的去附著觸發(fā)SGs接口的IMSI去附著過程；SGs接口支持基于3GPP規(guī)范的全部去附著過程。

c）當(dāng)終端進(jìn)行MO CSFB語音呼叫時(shí)，用戶終端向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。對于MT呼叫，當(dāng)用戶處于空閑狀態(tài)時(shí)，MSC服務(wù)器向MME發(fā)送用戶LA位置的尋呼請求，MME把LAI翻譯成TAI-List并在LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行尋呼；被尋呼的用戶終端在GSM/WCDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送尋呼響應(yīng)消息，建立語音業(yè)務(wù)請求連接。

d）MME與SGw和PGw互通，進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載通道的處理。當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)同時(shí)有PS業(yè)務(wù)的承載業(yè)務(wù)連接時(shí)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道的切換，或者進(jìn)行PS承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的掛起（語音呼叫完成后恢復(fù)）。

e）MME支持TAU/LAU的同時(shí)位置更新。當(dāng)用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)TAU位置更新時(shí)，MME從TAI提取對應(yīng)的LAI，通過SGs接口MSC服務(wù)器進(jìn)行用戶的LAU。

f）當(dāng)運(yùn)營商在網(wǎng)絡(luò)部署MSC服務(wù)器Pool時(shí)，MME可根據(jù)LAI和3GPP規(guī)范的Hash算法得到對應(yīng)的MSC服務(wù)器。

3 面向LTE的語音業(yè)務(wù)演進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)建議

電信網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷巨大的變革時(shí)期，因特網(wǎng)提供的IP多媒體業(yè)務(wù)直接挑戰(zhàn)電信運(yùn)營商的運(yùn)營角色和運(yùn)營模式。目前一般的傳統(tǒng)電信運(yùn)營商的語音業(yè)務(wù)收入在運(yùn)營中的比例為70%左右，運(yùn)營商如何保有用戶并在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中確?；镜恼Z音通信和營業(yè)利潤是一個(gè)重要課題。語音通信在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍是最基本的通信需求，確保語音通信就是確保用戶和確保運(yùn)營利潤；面向LTE的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，建議運(yùn)營商在現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中關(guān)注以下幾點(diǎn)。

a）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)營商在現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)積極推進(jìn)和部署IMS的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

b）在現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，運(yùn)營商應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)IP化建設(shè)的基礎(chǔ)上，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備演進(jìn)能力，積極推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)軟交換系統(tǒng)與IMS系統(tǒng)的設(shè)備功能融合，例如進(jìn)行MGCF與MSC服務(wù)器的功能融合、IM-MGw與軟交換MGw融合，推進(jìn)SIP-I技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)部署，從而簡化IMS與現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)的復(fù)雜度，加快IMS的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用步伐。

c）在LTE網(wǎng)絡(luò)部署的同時(shí)，在IMS MMTel成熟的區(qū)域部署SRVCC的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決LTE覆蓋不連續(xù)問題。

d）分析和準(zhǔn)備CSFB的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用。在現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，在現(xiàn)有的軟交換系統(tǒng)中部署SGs網(wǎng)絡(luò)互通接口，以確保用戶語音業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

積極面對OTT業(yè)務(wù)模式的挑戰(zhàn)，特別是在未來LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，運(yùn)營商保有終端用戶的語音業(yè)務(wù)是決定運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營地位的關(guān)鍵。在當(dāng)下的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中要積極籌備IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)應(yīng)用，在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不同時(shí)期和不同網(wǎng)絡(luò)場景可適當(dāng)采用不同的語音技術(shù)。

［1］Magnus Olsson，Shabnam Sultana，Stefan Rommer，et al.SAE and the Evolved Packet Core［M］.Academic Press，2009.

［2］3GPP TS 23.272 Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System［S/OL］. ［2011-12-25］.http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23272-CRs.htm.

［3］3GPP TS 23.216 Single Radio Voice Call Continuity （SRVCC）［S/OL］.［2011-12-25］.http://www.arib.or.jp/IMT-2000/V700Sep08/5_Appendix/.../23216-800.pdf.