TD-LTE话音解决方案分析

周胜

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 概述

为更好地适应移动互联网数据业务，无线移动通信系统呈现出数字化、宽带化和IP化的发展趋势。3GPP从2004年启动了基于全IP系统架构的长期演进计划（Long Term Evolution，LTE），以实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，更高的系统容量以及改进的覆盖范围。这也意味着LTE网络无法使用传统的电路域方式提供话音业务，而话音业务作为过去几十年全球移动通信最成功的业务和运营商收入的主要来源，在未来LTE网络中仍然是最重要的业务之一，因此对于如何提供对时延敏感而带宽要求较低的话音业务，并在多个系统间保证业务的连续性，是在LTE商用前必须解决的问题。国内2010年底启动的TD-LTE规模试验主要通过数据卡终端针对TD-LTE技术和产品进行了测试验证，而受限于手机终端，目前尚未对TD-LTE话音解决方案进行验证。

2 方案介绍及对比分析

目前业界有3种TD-LTE话音解决方案，如图1所示，其中目标解决方案是通过基于LTE的话音（Voice over LTE，VoLTE）/单一无线话音呼叫连续性(Single Radio Voice Call Continuity，SRVCC)方案实现LTE网络对话音业务的支持，但限于现有LTE网络覆盖和终端实现情况，目前较为可行的过渡方案包括利用双待手机终端方案或者引入电路域业务回落技术（CS Fall Back，CSFB）通过2G/3G电路域支持话音业务。

图1 3种TD-LTE话音解决方案

2.1 方案介绍

2.1.1 VoLTE/SRVCC方案

VoLTE/SRVCC方案通过IMS为不同的分组接入网络提供统一的会话控制，实现对多媒体话音业务的支持，同时还具备融合业务的提供能力。这种方式能充分发挥LTE技术优势，为用户提供与传统CS域相同的业务体验，因此被业界看作未来话音业务的目标解决方案，得到了全球绝大多数运营商和设备商的支持。

该方案的工作原理如图2所示，在LTE网络下终端使用基于IMS的VoLTE建立话音业务；当用户移动到LTE没有覆盖的区域时，网络侧发起从TD-LTE E-UTRAN网络切换到3GPP UTRAN/GERAN的域转移，MME(具有UE SRVCC相关信息)首先从EUTRAN网络获得切换指示，然后触发到MSC Server的SRVCC流程，MSC Server发起到IMS的会话转移流程，并且完成到目标小区的CS切换流程。切换完成后，MSC Server向MME发送响应(其中包括必要的切换命令信息)，并转给UE用于接入UTRAN/GERAN。

该方案在网络架构上依托EPC，CS以及IMS三部分的协同工作，因此网络需要部署IMS系统以及SCC AS设备；现网MSC需要升级支持从MME发来的切换过程，支持IMS到CS的切换并关联CS切换和从IMS域到CS域的域转移；而EPC中的MME需要能从P S承载中分离出话音和非话音部分，对话音承载部分发起SRVCC切换并协调PS切换和SRVCC切换；IMS中的HSS需要在UE附着过程中把SRVCC VDN(VCC域转移号码)插入MME。因此，本方案的实现依赖于IMS网络建设和产业链的成熟，暂时无法付诸实践。

图2 SRVCC工作原理

2.1.2 双待手机终端方案

双待手机终端方案不是3GPP的标准方案，而是要求终端具备同时在LTE和2G/3G两个模块上待机和通信的能力，从而解决话音业务问题，由于芯片增多，对终端体积、功耗方面提出了较高要求。基本原理如图3所示，当用户发起话音业务时，从2G/3G模块发起请求，流程与现网相同。由于双卡双待实现方式会增加现有业务平台和计费难度，而且需要对两个卡进行关联，后期维护和管理非常复杂，因此一般只考虑2G/3G网络无需改造的单卡双待方式。

图3 双待终端的工作原理

2.1.3 CSFB方案

CSFB方案是3GPP为LTE引入初期定义的一种标准的话音业务过渡方案。基本原理如图4所示，当用户驻留LTE网络时，如果需要发起或者接听电话，用户需要从LTE模式转回到2G/3G网络中电路域完成通话，在LTE下的业务需要被中断、切换或挂起。这种系统间模式转换由话音业务触发，和传统意义上的系统间切换触发条件（例如由于LTE覆盖不好引发的向2G系统的切换）不同，无法通过在网络部署阶段的优化来改善。在CSFB方案实际实施时，由于终端开机优选网络、话音业务回落网络、回落方式等差异，将导致不同的用户体验效果，详细分析将在后续方案比较中进行说明。

2.2 TD-LTE话音解决方案比较

为了更清晰地说明上述3种方案的优劣势，表1从标准化情况、端到端产业链成熟情况、对网络的改造要求、对终端的要求、业务体验以及国际漫游环境等几个方面进行了对比。

表1 3种话音解决方案比较

从表1可以看出，上述3种方案中，VoLTE/SRVCC作为TD-LTE话音业务的目标方案具有良好发展前景，但考虑到当前产业支持情况以及目前TD-LTE网络覆盖现状，预计2015年左右具备部署条件；双待方案网络改造代价小，话音及数据业务体验较好，CSFB方案国际漫游能力强，终端支持力度大，建议过渡期间均作为支持LTE话音业务的方案。

图4 CSFB的工作原理（图示为开机优选LTE方式）

2.3 TD-LTE系统CSFB具体实施方案比较

2.3.1 开机优选网络

终端在开机后可以有两种优选网络方式，一种是直接在TD-LTE驻留，数据业务由LTE直接承载，在终端有话音业务请求或收到话音业务寻呼时，在LTE触发CSFB业务请求回落到2G/3G建立；另外一种是直接在2G/3G驻留，话音业务由2G/3G网络直接承载，数据业务可以通过推送机制利用LTE承载，但在此期间有话音业务发起或接入，需要启动和第一种相同的流程。两种方式对比如表2。

表2 开机优选TD-LTE或2G/3G网络比较

考虑到TD-LTE网络在解决数据业务中的重要地位，同时降低数据业务迅猛发展对现网的压力，建议开机优选TD-LTE网络。

2.3.2 回落网络选择

CSFB方案回落的目标网络存在多种可选方案，可以是GSM网络，也可以是TD-SCDMA网络，或者两个网络均回落，对比分析如表3所示。

综合性能、实施代价以及国际支持情况，建议回落网络选择GSM。

2.3.3 回落方式选择

CSFB方案在TD-LTE回落到GSM的方式上有5种不同的方法。

PS切换：终端在建立话音呼叫前，下发测量控制，终端执行系统间测量选定目标小巧，再通过PS到PS的切换接入2G/3G，并建立话音业务，业务结束后执行位置/路由区更新，在GSM小区内完成注册。因此需要现有GSM无线网以及核心网SGSN升级改造。

RRC重定向（R8）：终端先在LTE建立RRC连接并向网络请求CSFB业务类型；MME识别并下发指令，要求LTE基站辅助终端执行CSFB流程；LTE基站下发重定向控制命令的RRC Connection Release消息引导终端重选回GSM；终端收到消息后，对网络指定的频点执行小区搜索、同步及测量，直至接入目标小区完成驻留，再按现GSM现网流程建立CS话音业务。

表3 回落网络选择方式比较

携带目标小区广播的RRC重定向（R9）：为减少终端执行广播消息读取带来的话音业务建立时延，在3GPP Release 9中对上述方案进行了优化，在重定向命令中增加了目标小区系统广播消息的字段。但此方案需要现有GSM无线网和核心网配合进行升级支持邻区将各自广播消息传递至LTE网络的RIM流程，因此实施代价较RRC重定向(R8)方案更高，难度也更大。

无网络辅助的Cell Change Order(CCO without NACC)：与RRC重定向方案流程一致，区别在于GSM系统使用Cell Change Order控制终端接入命令字段，相比重定向字段，能携带除频点外更为丰富的邻区信息。

有网络辅助的Cell Change Order（CCO with NACC)：与RRC重定向（R9）方案的优化思路相同，通过升级现有GSM无线和核心网设备支持RIM功能，LTE系统可提前获得目标GSM小区的广播消息并携带在CCO字段中下发给终端。

回落方式的比较如表4所示。

表4 回落方式比较

综合考虑性能、网络改造、终端支持难度以及国际支持情况，建议重点考虑基于3GPP R8标准的RRC重定向方式，如对性能要求较高则可考虑R9标准的重定向方式。

3 总结

为了尽快实现TD-LTE的商用特别是支持话音业务的手机终端的商用,满足用户日益增长的数据业务需求，运营商必须考虑TD-LTE话音业务的解决方案。从长期来看，VoLTE/SRVCC是运营商必然的选择，但是从当前产业支持情况以及目前TD-LTE网络覆盖现状，必须选择过渡方案来承载话音业务。考虑到双待方案网络改造代价小，话音及数据业务体验较好，CSFB方案国际漫游能力强，终端支持力度大，建议过渡期间均作为支持LTE话音业务的方案进行推广。而对于CSFB方案的具体实现，建议终端开机优选TDLTE网络，同时在进行话音业务时由TD-LTE回落到GSM，并根据性能和实施代价，选择通过3GPP R8或者R9方式实现。

[1]TS 24.301，Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN)Access[S].

[2]TS 23.272，Circurt Svvrtched Fallback in Evolved Packet System[S].

[3]TS 23.216，Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC)[S].

[4]刘晓宇，武欣.LTE多网互操作优选2G-3G驻留的技术方案可行性分析报告[R].

[5]周彦，武欣.TD-LTE CSFB话音解决方案研究[A].2011年TDLTE网络创新研讨会[C].