TD-LTE语音解决方案的研究

侯爱霞，高 博



TD-LTE语音解决方案的研究

侯爱霞1，高 博2

（1.重庆科创职业学院，重庆 永川 402160；2.上海贝尔股份有限公司陕西分公司，陕西 西安 710075）

TD-LTE语音解决方案主要有双待机、CSFB、VoLTE等。双待机的原理为在手机内置两个多模收/发模块，使手机同时驻留在2G/3G和TD-LTE网络，数据业务优先通过TD-LTE网络提供，若无 LTE 覆盖，则由2G/3G网络提供，语音业务则通过2G/3G网络提供。CSFB的原理为终端在 LTE 网络驻留，使用 CS 语音回退技术将 TD-LTE 网络语音服务转移至传统的 2G/3G网络，通话结束后再返回到TD-LTE网络。VoLTE作为TD-LTE的最终语音解决方案，以VoIP的方式通过LTE的分组域来传输语音业务相关数据包，直接使用TD-LTE网络来承载语音业务。

TD-LTE；语音解决方案；CSFB；VoLTE

一、TD-LTE语音业务解决方案研究

LTE网络现已在全球迅猛发展，LTE的语音解决方案也是 LTE网络及终端发展中业界重点关注的一个问题。TD-LTE网络是完全基于统一分组域架构的，无法提供像 3G和2G那样基于电路域的语音通话，而要实现全网 VoLTE 的语音解决方案，需要全网部署IMS网络，这在网络部署前期无法实现[1]。因此，3GPP提出了适用于过渡时期的解决方案。

二、单卡双待机解决方案

双待机终端的语音解决方案的原理为手机内置两个多模收/发模块，使手机可以同时驻留2G/3G和LTE网络。主被叫语音业务由2G/3G网络负责，而数据业务则优先通过LTE网络提供，若无 LTE 覆盖，再由3G或者2G网络提供。这表明数据和语音业务不会相互干扰可同时进行。用户不但能使用到2G/3G时代优秀的语音通话，而且能获得高速的4G数据体验。

在网络建设方面，这种方案无需任何网络改造，完全依赖手机终端，2G/3G网络在初期并不需要升级，LTE建网成本在初期也会较低，这样便可以快速进行LTE网络的覆盖。在终端开发方面，可以用一个多模芯片或1个2G/3G芯片和1个LTE芯片来实现。除此之外，由于双待机的两个模式之间没有任何互操作，技术实现也很简单。因此单卡双待机终端语音解决方案是一个相对简单的方案。

虽然单卡双待机终端语音解决方案实现比较简单，但是由于终端使用部件增多，影响手机尺寸，同时也增加了生产成本。

另外，在实际应用中需要注意终端不要执行联合位置更新，因为LTE 模式执行联合位置更新会导致 HLR 中保存的 MSC 信息发生乒乓效应，并且要求终端不执行 LTE 与 2G/3G 同时在分组域进行，因为SAE HSS/HLR 中保存的分组域信息将在MME、SGSN的地址之间发生乒乓效应。

三、CSFB解决方案

CSFB 语音解决方案又分为基于切换（Handover）的CSFB 和基于重定向（Redirection）的CSFB 两种。基于切换的CSFB方案在语音回落前，手机要先测量信号强度，接着网络把选中小区信息告知终端，最后终端完成切换。基于重定向的CSFB方案在语音回落前，只需将目标频点告知终端，终端在目标频点任何小区选择回落。当手机选定回落小区后就发起呼叫建立流程，而终端不需测量信号强度。因此，基于切换的CSFB方案比基于重定向的CSFB方案找到回落小区更慢。

为了实现CSFB语音解决方案，终端驻留LTE网络时必须能够和CS域保持联系，接收来自电路域的语音通知和短信业务，这就需要在 MME 网络和 2G/3G 网络的 MSC 设备间建立一个 SGs接口，其主要用来实现 EPS 和 CS 域间的语音/ SMS 业务的寻呼过程。现有的2G/3G网络将会被 CSFB 技术影响，现有网络 MSC 和 MME 之间需要添加 SGs 接口，SGSN 和 MME 新的 S3 接口也需要新增在 SGSN 与 MME 之间。原2G/3G网络（基站，中央基站控制器）的无线子系统，LTE 邻小区配置需要被增加。为了用户终端语音回落至 3G/2G 网络后的语音服务结束后，很快恢复到 LTE网络，原有无线网络需要支持 Fast Return（快速返回功能）。SGs 接口是CSFB技术中最重要的接口，是 MME 和 MSC 之间的逻辑接口。主要被用来实现 EPS 和 CS 域之间的移动性管理和寻呼流程，扩充实现这些流程是在现有网络的Gs接口的基础之上完成的。MO和MT之间的SM也可以用SGs接口来传送[2]。SGs 接口如图1所示。

图1 SGs接口

图2 VoLTE工作原理

从CSFB解决方案的实现原理和网络改造来看，这种方案的优点是网络结构简单，改造相对容易，并且能保护现网投资；其缺点是电路域回退过程中将发生 inter-RAT 小区之间交换或选择，所以带来了大量的呼叫建立时延，并且电路域回退要求2G网络和 E-UTRAN 网络覆盖区域重叠，因此没有传统的2G网络的新运营商不能使用该解决方案。因此，CSFB只能作为LTE语音过渡方案。

四、VoLTE解决方案

VoLTE解决方案可以提供包括号码显示、呼叫等待、呼叫转移、视频电话等语音业务和其他补充业务，其性能与电路域差不多。与传统的GSM网络比较，VoLTE能提供端到端的IP数据和语音服务，是全IP条件下端到端语音解决方案，旨在替代电路域话音。因此，VoLTE被认为是LTE的终极语音解决方案。

VoLTE的IMS（IP多媒体子系统）网络是其核心业务控制网络，通过IMS网络与LTE和EPC网络相互配合，可实现语音和视频等端到端的基于PS（分组）域的业务。IMS就是IP多媒体系统，它是一种新兴的多媒体业务系统，不仅能支持多种接入，还能支持丰富的多媒体业务，能够满足如今手机客户各种各样的多媒体业务需求。IMS网络是LTE实现语音与多媒体数据融合的必备网络协议，被3GPP、GSMA确定为移动语音的标准架构[3]。

VoLTE的工作原理如图2所示。在VoLTE中EPC作为IMS的接入网，VoLTE通过EPC将信令和媒体传输至IMS网络，由IMS提供会话控制和业务逻辑。如果在没有覆盖LTE网络的区域，则需要通过SRVCC（单待无线语音呼叫连续性）技术将当前呼叫切换至2G/3G电路域，此时2G/3G网络作为IMS的接入网。

目前3GPP 提出的TS23.216 R9 版本中选定的SRVCC 方案中，SRVCC 的切换处理需要MSC Server 和MME 之间Sv 接口来支持，语音的SRVCC 切换和非语音的PS 切换需要MME来处理，网络结构如图3所示。

要实现VoLTE的大规模商用，必须具备三个条件：一是大规模的覆盖LTE网络，避免过多空洞带来频繁切换；二是需要在核心网中部署IMS网元设备，用来控制语音业务的发起和呼叫，同时还需要完成VoLTE设备的升级和改造；三是需要批量生产能够支持VoLTE的终端产品。

图3 SRVCC网络结构

五、小结

通过对三种解决方案对比可以看出，双待机方案对网络改造量最少；CSFB方案的网络改造代价与选取的具体方案有关，前期主要在 LTE 覆盖区进行改造；VoLTE方案初期改造较大，但后期改造量增加不大，仅MSC少量升级。

随着LTE建网的进度推进，移动通信网络的架构将会逐渐成熟，语音服务业会逐步实行IP化。VoLTE是直接在LTE网络上承载语音业务，因此能够充分利用LTE无线网络抗衰落性好、频谱利用率高、带宽和容量大等优点[4]。从长远发展来看，VoLTE才是最终的语音解决方案。不过考虑到产业支持和网络覆盖要求，以及国际运营商部署 VoLTE 的节奏不同，过渡期间仍然需要借助 CSFB 支持国际漫游，但可以部署 IMS 提供 LTE 高清视频类增值业务等。

参考文献：

[1]李波. LTE语音业务相关技术和建议[J].邮电设计技术，2012（1）.

[2]周晶，叶丹.运营商LTE语音解决方案研究[J].集成技术，2013（3）.

[3]许慕鸿.LTE语音目标解决方案-VoLTE技术[J].现代电信科技，2013（11）.

[4]曾召华.LTE基础原理与关键技术[M].西安：西安电子科技大学，2010.

（责任编辑 李建武）

Research on TD-LTE Voice Solutions

HOU Ai-xia1，GAO Bo2

（1.Chongqing Creation Vocational College, Yongchuan, Chongqing 402160, China;2. Alcatel-lucent Shanghai Bell Co., Ltd. Xi’an, Shaanxi 710075, China）

Now TD-LTE voice solution includes double standby terminal, CSFB and VoLTE. The principle of double standby terminal is to set two multi-modemodules to let the phone standby in 2G/3G and TD-LTE network at the same time. The voice service is provided by 2G/3G network, and the data service is provided by TD-LTE network. If there is no TD-LTE network, the data service is provided by 2G/3G network. The principle of CSFB is that terminals standby in TD-LTE network, and use CS fallback technology to transfer the voice service from LTE network to 2G/3G network, then return back to TD-LTE network after the communication is over. To be the ultimate voice solution, VoLTE provides the voice service by TD-LTE network. It uses VoIP mode to transmit the data package of voice service through LTE PS domain.

TD-LTE; Voice Solution; CSFB; VoLTE

TN929.5

A

1008—6129（2015）05—0078—03

2015—08—21

侯爱霞（1981—），女，湖北襄阳人，重庆科创职业学院，讲师。