VoLTE關(guān)鍵技術(shù)應用及現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

童恩++邵建

【摘 要】介紹了VoLTE網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，通過對VoLTE在實際建設(shè)中涉及的重點問題如業(yè)務運營面臨的挑戰(zhàn)、與現(xiàn)有2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作機制、網(wǎng)元建設(shè)與改造、IP承載網(wǎng)改造等方面的研究分析，對相關(guān)工作經(jīng)驗進行總結(jié)，為VoLTE的規(guī)劃與建設(shè)提供有價值的參考。

【關(guān)鍵詞】VoLTE 4G建設(shè) VoLTE規(guī)劃 VoLTE部署

1 LTE介紹及應用情況

LTE是Long Term Evolution（長期演進）的縮寫，3GPP R8開始定義LTE技術(shù)標準，其定位為3G技術(shù)的演進升級，目前全球運營商均將LTE統(tǒng)稱為4G。按頻段使用方式（即雙工方式）的不同，LTE分為TDD（上下行共用頻譜，但分時發(fā)送數(shù)據(jù)）和FDD（上下行分別使用不同頻段，可同時發(fā)送數(shù)據(jù)）2種，除了無線側(cè)（如通信頻段、報文幀結(jié)構(gòu)定義等）有區(qū)別外，其它方面基本相同。以TD-LTE模式為例，按照1：3上下行時隙配比計算，下行峰值速率約110Mbps，上行峰值速率約為10Mbps，下載1GB的電影用時不到2min，而使用3G（TD-SCDMA）下載則需要80min左右。由此可見，對用戶來說，LTE是極具誘惑力的高速移動寬帶。

據(jù)GSA統(tǒng)計顯示：截止今年6月份，全球已有超過300家電信運營商為107個國家提供商用LTE網(wǎng)絡(luò)服務，預計到今年年底，全球LTE商用網(wǎng)絡(luò)將超過350個，僅今年已新增的LTE網(wǎng)絡(luò)部署地區(qū)就超過了30個，如保加利亞、瓦努阿圖、中國臺灣省等。目前商用建設(shè)的LTE網(wǎng)絡(luò)以FDD制式和1800M頻段居多，也有部分電信運營商部署了TDD和FDD融合的LTE網(wǎng)絡(luò)。

由于TD-LTE與TD-SCDMA（中國移動的3G網(wǎng)絡(luò)制式）在無線側(cè)（如幀結(jié)構(gòu)）有很多相似點，因而可直接基于3G進行升級部署。中國移動的4G LTE網(wǎng)絡(luò)采用TDD模式，2013年底中國移動在某市建設(shè)VoLTE實驗局，利用現(xiàn)網(wǎng)IMS成功打通了到韓國的4G高清視頻通話（基于VoLTE）。

2 VoLTE組網(wǎng)架構(gòu)

LTE網(wǎng)絡(luò)只提供分組數(shù)據(jù)通信（即只有PS域，沒有CS域），語音和數(shù)據(jù)業(yè)務（如視頻流媒體、寬帶上網(wǎng)、移動游戲等）均承載于IP分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上。VoLTE通過LTE網(wǎng)絡(luò)來承載語音通訊，語音呼叫的信令都經(jīng)過IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)來控制。圖1為VoLTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵網(wǎng)元，主要包括無線接入、LTE網(wǎng)絡(luò)和IMS核心網(wǎng)。

2.1 IMS網(wǎng)絡(luò)

IMS是IP多媒體子系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem）的縮寫，會話控制、業(yè)務承載全部基于IP網(wǎng)絡(luò)；為用戶提供語音、視頻、圖片、文本等多媒體服務；子系統(tǒng)的概念就是其依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把GPRS/LTE/WLAN等作為移動無線接入的承載網(wǎng)，把固網(wǎng)寬帶作為固定接入的承載網(wǎng)。

IMS重點包含CSCF、HSS、AS、SBC和PCRF網(wǎng)元，以SIP、Diameter協(xié)議交互。

CSCF（呼叫狀態(tài)控制）網(wǎng)元是IMS的關(guān)鍵核心網(wǎng)元，主要實現(xiàn)呼叫接入、控制與處理邏輯，同時可根據(jù)用戶簽約實現(xiàn)業(yè)務觸發(fā)；CSCF類同于2G核心網(wǎng)的MSC、3G核心網(wǎng)（CS域）的MSC Server、固網(wǎng)NGN中的固定軟交換（Soft Switch）設(shè)備。

HSS（歸屬用戶服務器）主要實現(xiàn)IMS用戶數(shù)據(jù)，如賬號和簽約信息的存儲，類同于移動2G核心網(wǎng)中的HLR。

AS（應用服務器）實現(xiàn)智能業(yè)務邏輯控制功能，類同于智能網(wǎng)中的SCP，提供智能業(yè)務控制功能，如彩鈴、彩像、智能語音呼叫（呼叫前轉(zhuǎn)）等。

SBC（會話邊緣控制器）將終端用戶接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，主要提供接入控制、網(wǎng)絡(luò)拓撲隱藏、NAT、QoS保障和網(wǎng)絡(luò)安全等功能。

PCRF（策略控制設(shè)備）主要為VoLTE用戶提供QoS帶寬保障服務，如根據(jù)不同用戶的簽約信息提供有區(qū)別的QoS保障服務。

綜上所述，IMS主要為VoLTE提供語音呼叫控制，其中SCC AS和ATCF/ATGW（可與SBC合設(shè)）在VoLTE中主要為eSRVCC（增強型的單待無線語音呼叫連續(xù)性）提供會話控制的錨定、實現(xiàn)語音從LTE網(wǎng)絡(luò)到2G/3G的快速切換等功能。

2.2 LTE承載網(wǎng)絡(luò)

LTE網(wǎng)絡(luò)主要提供移動寬帶服務，為每個用戶提供無線數(shù)據(jù)通道的管理服務。

MME（Mobility Management Entity）主要實現(xiàn)移動性管理、承載管理、用戶鑒權(quán)認證等功能，即分組數(shù)據(jù)通信的信令控制網(wǎng)元。

SGW（服務網(wǎng)關(guān)）主要負責用戶面處理，包括數(shù)據(jù)承載通道的建立/修改/釋放、數(shù)據(jù)報文的路由和轉(zhuǎn)發(fā)、QoS控制和計費等，SGW即為分組數(shù)據(jù)通信的媒體處理單元。

PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)），是PDN（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）終結(jié)于SGI接口的網(wǎng)關(guān)，主要負責LTE終端的IP地址分配、會話管理（根據(jù)不同的APN尋址到對應的外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）、QoS策略執(zhí)行、計費等功能。

3 VoLTE關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

VoLTE網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備均可為用戶提供QoS保障：對于語音業(yè)務，為其建立QCI（QoS等級標識）=1的專有承載，即優(yōu)先級最高的QoS保障，同時采用AMR-WB的高清語音編碼格式，因而VoLTE的語音質(zhì)量和用戶體驗要更優(yōu)于2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

3.1 LTE語音方案

LTE終端包括多模雙待和多模單待2類：

（1）多模雙待（支持多種模式和雙網(wǎng)絡(luò)待機），終端同時駐留于2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)，語音業(yè)務通過2G/3G提供，數(shù)據(jù)業(yè)務通過LTE或2G/3G提供。

（2）多模單待（支持多種模式和單網(wǎng)絡(luò)待機），又分為如下2種模式：

語音業(yè)務不通過LTE提供（LTE網(wǎng)絡(luò)提供純數(shù)據(jù)業(yè)務）endprint

CSFB（CS域回落）：終端優(yōu)選駐留LTE網(wǎng)絡(luò)，在有語音通訊需求時，網(wǎng)絡(luò)輔助其回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，通過接入2G/3G網(wǎng)絡(luò)建立通話，通話結(jié)束后再重選返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

語音業(yè)務通過LTE提供（即VoLTE/SRVCC）

在LTE覆蓋范圍內(nèi)通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供基于IMS的語音業(yè)務；在呼叫過程中離開LTE覆蓋范圍時，支持LTE語音與2G/3G的互操作來保證連續(xù)性。

3.2 VoLTE關(guān)鍵技術(shù)

VoLTE網(wǎng)路的無線側(cè)采用OFDM（正交頻分復用）、MIMO（多進多出，空間分集）等技術(shù)，對比3G極大提高了頻譜利用率和數(shù)據(jù)速率。同時無線底層提供3大增強功能，包括半持續(xù)調(diào)度、頭壓縮、TTI-Bundling，可進一步提供VoLTE的覆蓋和容量性能。因而VoLTE網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供豐富的寬帶無線多媒體服務，如在線電影、視頻通訊、大文件下載等。

3.3 VoLTE時代電信運營商面臨的挑戰(zhàn)

考慮到雙待機作為一種終端形態(tài)將長期存在，同時兼顧到TD-LTE產(chǎn)業(yè)的成熟度，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運營初期，可由電路域提供語音服務而LTE提供純寬帶業(yè)務。后續(xù)隨著SRVCC（單待無線語音呼叫連續(xù)性）的全網(wǎng)部署，VoLTE作為基本語音業(yè)務，將逐步取代傳統(tǒng)的電路域語音。

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的部署，互聯(lián)網(wǎng)OTT應用（如微信提供近乎免費的VoIP通訊服務）的特性及用戶體驗都將大大增強，這將導致VoLTE移動語音業(yè)務面臨著巨大挑戰(zhàn)：一方面，在2G/3G時代，移動帶寬不具備承載高質(zhì)量VoIP的能力（如音視頻通訊），OTT多基于Wi-Fi等固定寬帶接入，其使用環(huán)境、用戶體驗將受到很大限制，電信運營商基于廣域覆蓋的移動網(wǎng)絡(luò)所提供的語音服務具有天然的優(yōu)勢；但到了LTE時代，OTT的網(wǎng)絡(luò)能力反而被大大提升，加上其自身優(yōu)秀的業(yè)務體驗，OTT over Wi-Fi變?yōu)镺TT over LTE，用戶可隨時隨地（在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)）使用OTT業(yè)務，這將給電信運營商帶來很大沖擊。另一方面CSFB和雙待機仍需要電路域提供語音業(yè)務，因此要求2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)長期共存，需要電信運營商做好三網(wǎng)融合協(xié)作的規(guī)劃和運營。OTT over Wi-Fi向OTT over LTE的轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D2所示：

圖2 OTT over Wi-Fi 向OTT over LTE的轉(zhuǎn)變

4 VoLTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的融合協(xié)作

VoLTE是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載語音業(yè)務的目標方案，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運營初期，考慮到無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)和小區(qū)邊緣的通話質(zhì)量，VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要支持與現(xiàn)網(wǎng)2G/3G進行平滑快速的切換，即通過SRVCC（單待無線語音呼叫連續(xù)性）技術(shù)，VoLTE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的融合協(xié)作。

（1）支持SRVCC的VoLTE終端在執(zhí)行（聯(lián)合）網(wǎng)絡(luò)附著、路由區(qū)/位置區(qū)更新等移動管理操作時，向網(wǎng)絡(luò)上報相關(guān)能力；當其作為主叫向另一IMS終端發(fā)起語音呼叫，呼叫成功并建立媒體連接后，雙方進行通話。eNodeB要求VoLTE終端上報網(wǎng)絡(luò)信號的測量報告。

（2）當用戶離開TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)或者用戶所在區(qū)域的LTE信號很弱時，eNodeB檢測到終端上報的信號強度/質(zhì)量低于預定門限，則向MME發(fā)起切換請求到2G/3G小區(qū)。

（3）MME根據(jù)eNodeB上報的切換到目標小區(qū)信息和配置的對應eMSC（支持SRVCC的MSC）信息，通過Sv接口通知2G/3G網(wǎng)路中的eMSC準備切換，eMSC指示資源預留。

（4）eMSC向MME返回資源成功預留信息，eNodeB通知終端切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

（5）VoLTE終端成功接入eMSC后，eMSC向IMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)起媒體更新流程，用于更新之前的媒體（語音）連接，后續(xù)遠端IMS終端通過eMSC與主叫進行語音通信。

從SRVCC終端切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，eMSC需要通知用戶歸屬地的IMS網(wǎng)絡(luò)更新語音媒體流，所以會引起較長的切換延遲；在SRVCC基礎(chǔ)上，通過在拜訪地引入ATCF/ATGW設(shè)備作為媒體錨定點，節(jié)省遠端媒體的更新時間，可將切換時延減低至300ms以內(nèi)，這就是eSRVCC。VoLTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作如圖3所示：

圖3 VoLTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作

5 VoLTE現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

VoLTE網(wǎng)絡(luò)的部署建設(shè)，需要提前考慮頻譜分配與使用、新網(wǎng)元建設(shè)、現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造對接、承載網(wǎng)改造等多方面的規(guī)劃，如下基于國內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)展開研究分析。

5.1 TD-LTE頻譜使用考慮

國內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)分配的頻段包括D、E、F這3種，D頻段中的2 575—2 635MHz、E頻段的2 320—2 370MHz、F頻段的1 880—1 900MHz。其中F、D頻譜可用于全網(wǎng)覆蓋，E頻譜僅用于室內(nèi)覆蓋，F(xiàn)頻段有部分被TD-SCDMA所占用，因而LTE網(wǎng)絡(luò)的無線規(guī)劃和優(yōu)化需要考慮好與3G無線網(wǎng)絡(luò)的干擾問題。

5.2 新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造

為運營VoLTE網(wǎng)絡(luò)（支持eSRVCC），除了建設(shè)EPC（Evolved Packet Core network，LTE核心網(wǎng)）和4G基站外，IMS網(wǎng)絡(luò)中要新建SCC AS（用于實現(xiàn)語音會話控制的錨定和切換）等網(wǎng)元。CS域中的MSC和HLR、IMS域中的SBC/DRA、PS域中的PGW/MME/PCRF、eNodeB等網(wǎng)元設(shè)備均需要改造升級。當然面向用戶最重要的是終端（UE）需要支持VoLTE。新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)改造如圖4所示：

圖4 新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)改造

5.3 IP承載網(wǎng)改造規(guī)劃

VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要為每個終端提供2個永久在線的PDN（分別對應不同的APN），一個連接IMS實現(xiàn)VoIP的語音服務，另外一個連接CMNet實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)服務。在VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，不同地域、不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的VPN互聯(lián)互通等設(shè)計工作最為復雜，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，圖5所示的規(guī)劃研究方面（不能涵蓋現(xiàn)網(wǎng)全部情況）可作為參考。

圖5所示IP承載網(wǎng)絡(luò)中主要涉及IMS域的信令/媒體VPN、軟交換域的信令/媒體APN、PCC VPN，以SBC、S/PGW、MME為例描述部分相關(guān)的改造工作。

新建設(shè)的SBC可以融合P-CSCF/ATCF/ATGW的功能邏輯，增加Rx接口接入到PCC VPN；新增Mw/Rf接口，共用物理接口和IP接入IMS VPN。

S/P-GW：增加Gx接口，接入PCC VPN；增加SGi接口，用于VoLTE業(yè)務，通過專用VPN接入SBC。

MME：為支持SRVCC，與傳統(tǒng)3G CS域互通，新增Sv接口接入軟交換信令VPN。

6 總結(jié)

在移動互聯(lián)網(wǎng)大行其道的時代，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應用極大地豐富了用戶的溝通與生活，為用戶提供了更多的選擇、更優(yōu)質(zhì)的業(yè)務體驗。對電信運營商來說，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的投資建設(shè)與市場運營工作將面臨很多方面的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃工作非常重要。同時，面對OTT的競爭，做好VoLTE相關(guān)業(yè)務的規(guī)劃和創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)工作更為緊迫。

參考文獻：

[1] 中國移動通信集團公司. TD-LTE百問叢書[Z]. 2013.

[2] 邵建. 面向個人移動用戶的多媒體子系統(tǒng)中間件應用[J]. 江蘇通信， 2012（1）.

[3] 中國移動通信集團研究院. TD-LTE話音業(yè)務解決方案[Z]. 2013.

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

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

CSFB（CS域回落）：終端優(yōu)選駐留LTE網(wǎng)絡(luò)，在有語音通訊需求時，網(wǎng)絡(luò)輔助其回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，通過接入2G/3G網(wǎng)絡(luò)建立通話，通話結(jié)束后再重選返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

語音業(yè)務通過LTE提供（即VoLTE/SRVCC）

在LTE覆蓋范圍內(nèi)通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供基于IMS的語音業(yè)務；在呼叫過程中離開LTE覆蓋范圍時，支持LTE語音與2G/3G的互操作來保證連續(xù)性。

3.2 VoLTE關(guān)鍵技術(shù)

VoLTE網(wǎng)路的無線側(cè)采用OFDM（正交頻分復用）、MIMO（多進多出，空間分集）等技術(shù)，對比3G極大提高了頻譜利用率和數(shù)據(jù)速率。同時無線底層提供3大增強功能，包括半持續(xù)調(diào)度、頭壓縮、TTI-Bundling，可進一步提供VoLTE的覆蓋和容量性能。因而VoLTE網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供豐富的寬帶無線多媒體服務，如在線電影、視頻通訊、大文件下載等。

3.3 VoLTE時代電信運營商面臨的挑戰(zhàn)

考慮到雙待機作為一種終端形態(tài)將長期存在，同時兼顧到TD-LTE產(chǎn)業(yè)的成熟度，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運營初期，可由電路域提供語音服務而LTE提供純寬帶業(yè)務。后續(xù)隨著SRVCC（單待無線語音呼叫連續(xù)性）的全網(wǎng)部署，VoLTE作為基本語音業(yè)務，將逐步取代傳統(tǒng)的電路域語音。

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的部署，互聯(lián)網(wǎng)OTT應用（如微信提供近乎免費的VoIP通訊服務）的特性及用戶體驗都將大大增強，這將導致VoLTE移動語音業(yè)務面臨著巨大挑戰(zhàn)：一方面，在2G/3G時代，移動帶寬不具備承載高質(zhì)量VoIP的能力（如音視頻通訊），OTT多基于Wi-Fi等固定寬帶接入，其使用環(huán)境、用戶體驗將受到很大限制，電信運營商基于廣域覆蓋的移動網(wǎng)絡(luò)所提供的語音服務具有天然的優(yōu)勢；但到了LTE時代，OTT的網(wǎng)絡(luò)能力反而被大大提升，加上其自身優(yōu)秀的業(yè)務體驗，OTT over Wi-Fi變?yōu)镺TT over LTE，用戶可隨時隨地（在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)）使用OTT業(yè)務，這將給電信運營商帶來很大沖擊。另一方面CSFB和雙待機仍需要電路域提供語音業(yè)務，因此要求2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)長期共存，需要電信運營商做好三網(wǎng)融合協(xié)作的規(guī)劃和運營。OTT over Wi-Fi向OTT over LTE的轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D2所示：

圖2 OTT over Wi-Fi 向OTT over LTE的轉(zhuǎn)變

4 VoLTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的融合協(xié)作

VoLTE是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載語音業(yè)務的目標方案，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運營初期，考慮到無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)和小區(qū)邊緣的通話質(zhì)量，VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要支持與現(xiàn)網(wǎng)2G/3G進行平滑快速的切換，即通過SRVCC（單待無線語音呼叫連續(xù)性）技術(shù)，VoLTE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的融合協(xié)作。

（1）支持SRVCC的VoLTE終端在執(zhí)行（聯(lián)合）網(wǎng)絡(luò)附著、路由區(qū)/位置區(qū)更新等移動管理操作時，向網(wǎng)絡(luò)上報相關(guān)能力；當其作為主叫向另一IMS終端發(fā)起語音呼叫，呼叫成功并建立媒體連接后，雙方進行通話。eNodeB要求VoLTE終端上報網(wǎng)絡(luò)信號的測量報告。

（2）當用戶離開TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)或者用戶所在區(qū)域的LTE信號很弱時，eNodeB檢測到終端上報的信號強度/質(zhì)量低于預定門限，則向MME發(fā)起切換請求到2G/3G小區(qū)。

（3）MME根據(jù)eNodeB上報的切換到目標小區(qū)信息和配置的對應eMSC（支持SRVCC的MSC）信息，通過Sv接口通知2G/3G網(wǎng)路中的eMSC準備切換，eMSC指示資源預留。

（4）eMSC向MME返回資源成功預留信息，eNodeB通知終端切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

（5）VoLTE終端成功接入eMSC后，eMSC向IMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)起媒體更新流程，用于更新之前的媒體（語音）連接，后續(xù)遠端IMS終端通過eMSC與主叫進行語音通信。

從SRVCC終端切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，eMSC需要通知用戶歸屬地的IMS網(wǎng)絡(luò)更新語音媒體流，所以會引起較長的切換延遲；在SRVCC基礎(chǔ)上，通過在拜訪地引入ATCF/ATGW設(shè)備作為媒體錨定點，節(jié)省遠端媒體的更新時間，可將切換時延減低至300ms以內(nèi)，這就是eSRVCC。VoLTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作如圖3所示：

圖3 VoLTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作

5 VoLTE現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

VoLTE網(wǎng)絡(luò)的部署建設(shè)，需要提前考慮頻譜分配與使用、新網(wǎng)元建設(shè)、現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造對接、承載網(wǎng)改造等多方面的規(guī)劃，如下基于國內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)展開研究分析。

5.1 TD-LTE頻譜使用考慮

國內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)分配的頻段包括D、E、F這3種，D頻段中的2 575—2 635MHz、E頻段的2 320—2 370MHz、F頻段的1 880—1 900MHz。其中F、D頻譜可用于全網(wǎng)覆蓋，E頻譜僅用于室內(nèi)覆蓋，F(xiàn)頻段有部分被TD-SCDMA所占用，因而LTE網(wǎng)絡(luò)的無線規(guī)劃和優(yōu)化需要考慮好與3G無線網(wǎng)絡(luò)的干擾問題。

5.2 新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造

為運營VoLTE網(wǎng)絡(luò)（支持eSRVCC），除了建設(shè)EPC（Evolved Packet Core network，LTE核心網(wǎng)）和4G基站外，IMS網(wǎng)絡(luò)中要新建SCC AS（用于實現(xiàn)語音會話控制的錨定和切換）等網(wǎng)元。CS域中的MSC和HLR、IMS域中的SBC/DRA、PS域中的PGW/MME/PCRF、eNodeB等網(wǎng)元設(shè)備均需要改造升級。當然面向用戶最重要的是終端（UE）需要支持VoLTE。新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)改造如圖4所示：

圖4 新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)改造

5.3 IP承載網(wǎng)改造規(guī)劃

VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要為每個終端提供2個永久在線的PDN（分別對應不同的APN），一個連接IMS實現(xiàn)VoIP的語音服務，另外一個連接CMNet實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)服務。在VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，不同地域、不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的VPN互聯(lián)互通等設(shè)計工作最為復雜，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，圖5所示的規(guī)劃研究方面（不能涵蓋現(xiàn)網(wǎng)全部情況）可作為參考。

圖5所示IP承載網(wǎng)絡(luò)中主要涉及IMS域的信令/媒體VPN、軟交換域的信令/媒體APN、PCC VPN，以SBC、S/PGW、MME為例描述部分相關(guān)的改造工作。

新建設(shè)的SBC可以融合P-CSCF/ATCF/ATGW的功能邏輯，增加Rx接口接入到PCC VPN；新增Mw/Rf接口，共用物理接口和IP接入IMS VPN。

S/P-GW：增加Gx接口，接入PCC VPN；增加SGi接口，用于VoLTE業(yè)務，通過專用VPN接入SBC。

MME：為支持SRVCC，與傳統(tǒng)3G CS域互通，新增Sv接口接入軟交換信令VPN。

6 總結(jié)

在移動互聯(lián)網(wǎng)大行其道的時代，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應用極大地豐富了用戶的溝通與生活，為用戶提供了更多的選擇、更優(yōu)質(zhì)的業(yè)務體驗。對電信運營商來說，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的投資建設(shè)與市場運營工作將面臨很多方面的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃工作非常重要。同時，面對OTT的競爭，做好VoLTE相關(guān)業(yè)務的規(guī)劃和創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)工作更為緊迫。

參考文獻：

[1] 中國移動通信集團公司. TD-LTE百問叢書[Z]. 2013.

[2] 邵建. 面向個人移動用戶的多媒體子系統(tǒng)中間件應用[J]. 江蘇通信， 2012（1）.

[3] 中國移動通信集團研究院. TD-LTE話音業(yè)務解決方案[Z]. 2013.

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

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

CSFB（CS域回落）：終端優(yōu)選駐留LTE網(wǎng)絡(luò)，在有語音通訊需求時，網(wǎng)絡(luò)輔助其回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，通過接入2G/3G網(wǎng)絡(luò)建立通話，通話結(jié)束后再重選返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

語音業(yè)務通過LTE提供（即VoLTE/SRVCC）

在LTE覆蓋范圍內(nèi)通過LTE網(wǎng)絡(luò)提供基于IMS的語音業(yè)務；在呼叫過程中離開LTE覆蓋范圍時，支持LTE語音與2G/3G的互操作來保證連續(xù)性。

3.2 VoLTE關(guān)鍵技術(shù)

VoLTE網(wǎng)路的無線側(cè)采用OFDM（正交頻分復用）、MIMO（多進多出，空間分集）等技術(shù)，對比3G極大提高了頻譜利用率和數(shù)據(jù)速率。同時無線底層提供3大增強功能，包括半持續(xù)調(diào)度、頭壓縮、TTI-Bundling，可進一步提供VoLTE的覆蓋和容量性能。因而VoLTE網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供豐富的寬帶無線多媒體服務，如在線電影、視頻通訊、大文件下載等。

3.3 VoLTE時代電信運營商面臨的挑戰(zhàn)

考慮到雙待機作為一種終端形態(tài)將長期存在，同時兼顧到TD-LTE產(chǎn)業(yè)的成熟度，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運營初期，可由電路域提供語音服務而LTE提供純寬帶業(yè)務。后續(xù)隨著SRVCC（單待無線語音呼叫連續(xù)性）的全網(wǎng)部署，VoLTE作為基本語音業(yè)務，將逐步取代傳統(tǒng)的電路域語音。

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的部署，互聯(lián)網(wǎng)OTT應用（如微信提供近乎免費的VoIP通訊服務）的特性及用戶體驗都將大大增強，這將導致VoLTE移動語音業(yè)務面臨著巨大挑戰(zhàn)：一方面，在2G/3G時代，移動帶寬不具備承載高質(zhì)量VoIP的能力（如音視頻通訊），OTT多基于Wi-Fi等固定寬帶接入，其使用環(huán)境、用戶體驗將受到很大限制，電信運營商基于廣域覆蓋的移動網(wǎng)絡(luò)所提供的語音服務具有天然的優(yōu)勢；但到了LTE時代，OTT的網(wǎng)絡(luò)能力反而被大大提升，加上其自身優(yōu)秀的業(yè)務體驗，OTT over Wi-Fi變?yōu)镺TT over LTE，用戶可隨時隨地（在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)）使用OTT業(yè)務，這將給電信運營商帶來很大沖擊。另一方面CSFB和雙待機仍需要電路域提供語音業(yè)務，因此要求2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)長期共存，需要電信運營商做好三網(wǎng)融合協(xié)作的規(guī)劃和運營。OTT over Wi-Fi向OTT over LTE的轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D2所示：

圖2 OTT over Wi-Fi 向OTT over LTE的轉(zhuǎn)變

4 VoLTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的融合協(xié)作

VoLTE是TD-LTE網(wǎng)絡(luò)承載語音業(yè)務的目標方案，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運營初期，考慮到無網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)和小區(qū)邊緣的通話質(zhì)量，VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要支持與現(xiàn)網(wǎng)2G/3G進行平滑快速的切換，即通過SRVCC（單待無線語音呼叫連續(xù)性）技術(shù)，VoLTE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的融合協(xié)作。

（1）支持SRVCC的VoLTE終端在執(zhí)行（聯(lián)合）網(wǎng)絡(luò)附著、路由區(qū)/位置區(qū)更新等移動管理操作時，向網(wǎng)絡(luò)上報相關(guān)能力；當其作為主叫向另一IMS終端發(fā)起語音呼叫，呼叫成功并建立媒體連接后，雙方進行通話。eNodeB要求VoLTE終端上報網(wǎng)絡(luò)信號的測量報告。

（2）當用戶離開TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)或者用戶所在區(qū)域的LTE信號很弱時，eNodeB檢測到終端上報的信號強度/質(zhì)量低于預定門限，則向MME發(fā)起切換請求到2G/3G小區(qū)。

（3）MME根據(jù)eNodeB上報的切換到目標小區(qū)信息和配置的對應eMSC（支持SRVCC的MSC）信息，通過Sv接口通知2G/3G網(wǎng)路中的eMSC準備切換，eMSC指示資源預留。

（4）eMSC向MME返回資源成功預留信息，eNodeB通知終端切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

（5）VoLTE終端成功接入eMSC后，eMSC向IMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)起媒體更新流程，用于更新之前的媒體（語音）連接，后續(xù)遠端IMS終端通過eMSC與主叫進行語音通信。

從SRVCC終端切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，eMSC需要通知用戶歸屬地的IMS網(wǎng)絡(luò)更新語音媒體流，所以會引起較長的切換延遲；在SRVCC基礎(chǔ)上，通過在拜訪地引入ATCF/ATGW設(shè)備作為媒體錨定點，節(jié)省遠端媒體的更新時間，可將切換時延減低至300ms以內(nèi)，這就是eSRVCC。VoLTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作如圖3所示：

圖3 VoLTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作

5 VoLTE現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

VoLTE網(wǎng)絡(luò)的部署建設(shè)，需要提前考慮頻譜分配與使用、新網(wǎng)元建設(shè)、現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造對接、承載網(wǎng)改造等多方面的規(guī)劃，如下基于國內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)展開研究分析。

5.1 TD-LTE頻譜使用考慮

國內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)分配的頻段包括D、E、F這3種，D頻段中的2 575—2 635MHz、E頻段的2 320—2 370MHz、F頻段的1 880—1 900MHz。其中F、D頻譜可用于全網(wǎng)覆蓋，E頻譜僅用于室內(nèi)覆蓋，F(xiàn)頻段有部分被TD-SCDMA所占用，因而LTE網(wǎng)絡(luò)的無線規(guī)劃和優(yōu)化需要考慮好與3G無線網(wǎng)絡(luò)的干擾問題。

5.2 新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造

為運營VoLTE網(wǎng)絡(luò)（支持eSRVCC），除了建設(shè)EPC（Evolved Packet Core network，LTE核心網(wǎng)）和4G基站外，IMS網(wǎng)絡(luò)中要新建SCC AS（用于實現(xiàn)語音會話控制的錨定和切換）等網(wǎng)元。CS域中的MSC和HLR、IMS域中的SBC/DRA、PS域中的PGW/MME/PCRF、eNodeB等網(wǎng)元設(shè)備均需要改造升級。當然面向用戶最重要的是終端（UE）需要支持VoLTE。新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)改造如圖4所示：

圖4 新網(wǎng)元部署與現(xiàn)網(wǎng)改造

5.3 IP承載網(wǎng)改造規(guī)劃

VoLTE網(wǎng)絡(luò)需要為每個終端提供2個永久在線的PDN（分別對應不同的APN），一個連接IMS實現(xiàn)VoIP的語音服務，另外一個連接CMNet實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)服務。在VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，不同地域、不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的VPN互聯(lián)互通等設(shè)計工作最為復雜，需要統(tǒng)籌規(guī)劃，圖5所示的規(guī)劃研究方面（不能涵蓋現(xiàn)網(wǎng)全部情況）可作為參考。

圖5所示IP承載網(wǎng)絡(luò)中主要涉及IMS域的信令/媒體VPN、軟交換域的信令/媒體APN、PCC VPN，以SBC、S/PGW、MME為例描述部分相關(guān)的改造工作。

新建設(shè)的SBC可以融合P-CSCF/ATCF/ATGW的功能邏輯，增加Rx接口接入到PCC VPN；新增Mw/Rf接口，共用物理接口和IP接入IMS VPN。

S/P-GW：增加Gx接口，接入PCC VPN；增加SGi接口，用于VoLTE業(yè)務，通過專用VPN接入SBC。

MME：為支持SRVCC，與傳統(tǒng)3G CS域互通，新增Sv接口接入軟交換信令VPN。

6 總結(jié)

在移動互聯(lián)網(wǎng)大行其道的時代，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應用極大地豐富了用戶的溝通與生活，為用戶提供了更多的選擇、更優(yōu)質(zhì)的業(yè)務體驗。對電信運營商來說，VoLTE網(wǎng)絡(luò)的投資建設(shè)與市場運營工作將面臨很多方面的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃工作非常重要。同時，面對OTT的競爭，做好VoLTE相關(guān)業(yè)務的規(guī)劃和創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)工作更為緊迫。

參考文獻：

[1] 中國移動通信集團公司. TD-LTE百問叢書[Z]. 2013.

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