大唐LTE语音业务：从CS域语音到VOIP语音桥梁
2011/09/30
由于GSM等移动网络在过去20年间的发展和普及，使全球移动语音通信业务获得了空前的成功。伴随个人语音业务的迅猛发展，无线数据网络也从GPRS/HSPA走向了LTE。LTE将给我们造就一个高带宽的无线接入网络，更好地支持各种移动应用，但是，这里面也隐藏着危机，最大的危机来自VOIP。
LTE基于IMS的全IP架构可以实现基于分组域的语音和多媒体业务发展。IMS采用SIP协议作为不同分组接入网络的统一会话控制协议，从而成为业界公认的下一代的语音/多媒体业务控制和网络融合的平台。LTE技术的出现和逐渐成熟才使移动网络E2E 的VoIP业务商用部署成为可能。LTE技术的高带宽、高移动性、低时延保证了用户在LTE网络上的通话业务感受能够与传统CS相同。LTE VoIP的实施标志了移动网络向All-IP 网络迈出重要的一步，最终PS域将取代移动CS域，成为真正All-IP网络。
受运营商初期投资限制，LTE会先在热点地区孤岛式部署，再逐步铺开，因而为满足用户随时随地的语音业务需求，LTE语音业务解决方案很长一段时间内仍要依赖于GERAN/UTRAN CS接入的配合。LTE语音业务应该对GERAN/UTRAN无线网络没有改动需求，对移动电路域核心网尽量少地改造，以方便运营商的LTE部署。
LTE和UTRAN／GERAN的切换需求
为了简化LTE和UTRAN／GERAN的互操作技术要求，降低LTE终端射频模块的复杂度，延长LTE终端的待机时间，3GPP业界决定LTE和UTRAN／GERAN之间采用为Single Radio 技术。 Single Radio意味着LTE终端不能同时在LTE和UTRAN／GERAN上开展业务，这给LTE和UTRAN／GERAN之间的切换控制带来了新需求。
经过3GPP业界的共同努力，回退至2G和3G的电路域话音（CSFB）被当作是从电路交换网络演进至全 IP过程中的一步。拨打或接听语音电话时，CSFB解决方案可将用户设备（UE）接入从 LTE切换至2G/3G。
为了促使行业联合起来支持3GPP标准，爱立信及其它几家厂商和运营商共同启动了“One Voice”计划。该计划的主要目标是制定终端和网络厂商应遵循的基准规范（baseline profile），从而确保互操作性。自从被GSM协会在2010年初采用以来，该计划在业界获得了更广泛的认可。
“One Voice”计划推出的基准规范构成了面向语音和短消息的IMS规范（GSM 协会永久参考文档 IR.92）的基础，通常被称为VoLTE（LTE语音）。
基准规范中的要求涵盖了网络的每个层。而每个层也相应地包含 IMS 特性、媒体要求、承载管理特性、LTE 无线要求以及通用功能。这些要求符合 3GPP 版本8（Rel-8），其它一些出自3GPP版本9（Rel-9）的要求用于支持分组交换紧急呼叫。
LTE VoIP和多媒体业务是移动网络演进的必然趋势，支持UE从 LTE切换至2G/3G的CSFB解决方案终将成为一种CS域语音向全IP域语音的过渡技术。
业界LTE 语音业务实现架构
当前业界主要有三种开展LTE语音业务的实现架构，分别是CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System)、SR-VCC(Single radio voice continuity control)和VoLGA (Voice over LTE via Generic Access technology)。其中前两种已经写入即将冻结的3GPP R8规范中，后一种则在VoLGA组织中密切讨论。
CSFB架构
部分运营商因为现有CS网络覆盖好、容量充足等原因，会作出在LTE网络上首先开展无线Internet业务的选择，而语音业务则暂不迁移到LTE网络中，仍然基于原有的CS网络开展。由于LTE和GERAN/UTRAN之间的Signal-radio mode，LTE终端使用LTE数据业务时，将无法收到电路域语音业务信号。因此LTE网络产生了对MSC的CSFB需求，严格说来，CSFB技术并不是一种真正的LTE VoIP技术。
CSFB主要解决附着于LTE网络的双模终端如何在LTE网络中接收到电路域的被叫寻呼等网络发起的请求，要求MSC能够建立与MME之间的SGs接口，实现LTE和2G／3G的联合位置更新和寻呼等操作。
SR-VCC架构
SR-VCC架构利用IMS核心网络提供LTE VoIP语音业务的路由、控制和业务触发，并提供LTE向GERAN／UTRAN切换时的语音连续性保证。不同于CSFB架构，SR-VCC架构中移动语音业务真正能够基于LTE分组网络实施。3GPP在 R7协议版本中制定了VCC架构，实现WiFi和GERAN／UTRAN接入间切换时的语音连续性控制。3GPP R8阶段又针对LTE的需求，在R7 VCC基础上进一步制定了SR-VCC的语音业务切换控制标准。
SR-VCC架构需要部署IMS SCC(Service continuity control) AS、增强MSC网元，结合MME的切换控制保证LTE语音能够平滑地向GERAN/UTRAN CS网络切换。要求MME在eNodeB发出向GERAN／UTRAN 切换请求后，通知增强MSC网元，MSC网元则基于3GPP CS网络成熟的切换控制协议向控制RNC/BSC的MSC发起CS切换请求。
SR-VCC不仅提供实时语音业务，而且能够为用户提供全新的IMS多媒体业务，例如即时消息和用户状态呈现业务等。
VoLGA架构
VoLGA架构利用现有的CS网络实现对LTE语音的控制，类似WiFi的UMA解决方案。 需要部署GANC网元，模拟BSC/RNC的A/Iu接口。此方案最大特点在于引入GANC网元, 而不需要部署IMS，不需要改造CS网络，同时要求VoLGA UE与SR-VCC UE采用不同的协议栈。
VoLGA方案在T-Mobile发起的VoLGA论坛中讨论，创始成员除T-Mobile外， 包括阿尔卡特朗讯、爱立信、华为、Kineto、LG电子、摩托罗拉、北电网络、三星、Starent、中兴通讯等10家厂商。3GPP组织已确定不在R8／R9中接受此方案。
VoLGA在09年1月刚刚完成版本1的需求讨论,计划在09年6月底完成版本1的三阶段规范定义，在10年6月完成版本2的定义。中兴通讯作为VoLGA成员，积极参加VoLGA标准的讨论，并将在09年6月作为东道主主办VoLGA上海会议。
大唐移动CSFB语音呼叫解决方案
CSFB技术并不是一种真正的LTEVoIP技术，CSFB主要解决附着于LTE网络的双模终端如何在LTE网络中接收到电路域的被叫寻呼等网络发起的请求，要求MSC能够建立与MME之间的SGs接口，实现LTE和2G／3G的联合位置更新和寻呼等操作
CSFB通过MSC/VLR和MME之间的SGs接口实现。
UE必须同时附着到MME和MSC/VLR上，UE在附着时将附着类型指示为联合附着，MME收到联合附着请求后向MSC发送位置更新请求。
在UE回退到CS域系统时，如果UE和回退系统支持PS域切换，则将激活的PS域承载切换到回退系统的PS域网络中；否则PS域承载业务将被中止。
在UE请求激活CS域业务时执行CS Fallback过程，区分如下两种情况：
（1）当回退系统支持PS切换时：当UE请求激活CS域业务时，MME指示eNB发起PS域切换，之后UE在回退系统中接入并发送CS域业务请求，UE与MSC之间的CS域业务承载建立过程和PS域切换过程可并行执行。
（2）当回退系统不支持PS切换时：当UE请求激活CS域业务时，MME指示eNB通过CCO或重定向过程让UE重新选择到回退系统，PS业务被挂起，MME保留所有NBGR承载而去激活所有GBR承载，UE在回退系统中发起CS业务建立过程。
对于正在TD-LTE网络中接收数据业务或者驻留的UE，如果需要发起话音呼叫，则优先将其CSFB到GERAN网络，在没有GERAN网络覆盖或者UE不支持接入到GERAN网络时将其CSFB到TD-SCDMA网络。（如果UE之前处于空闲态，则UE在需要发起话音呼叫时NAS将触发RRC连接建立过程，转入连接态。剩余的处理过程与UE之前处于连接态时完全相同。）
大唐移动CSFB语音呼叫解决方案使用场景
对于上述UE发起话音呼叫被CSFB到2G/3G网络的场景，RAT频点选择流程如图如下。
当选择了TD-SCDMA频点作为测量对象时，频点优先级顺序如下：
TD-SCDMA频点优先级 > TD-LTE频点优先级。
当UE之前处于空闲态时，由NAS触发业务请求，转移到连接态。eNB基于MME的指示可以判断需要执行CSFB操作。
当eNB确定将UE CSFB到GERAN网络时，不需要执行测量配置。
当eNB确定将UE CSFB到TD-SCDMA网络时，立即执行RRC连接重配过程以配置测量，以保证基于UE的测量上报尽快地切换到TD-SCDMA网络。在成功下发测量配置后，eNB可以采用基于定时器的方式确定是否需要采用重定向。
结束语
LTE VoIP和多媒体业务是移动网络演进的必然趋势，大唐移动愿为业界的LTE领先运营商提供端对端的融合业务解决方案，并共同探索语音和多媒体业务在LTE网络上的全新部署和运营模式。
C114中国通信网
相关阅读: