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大唐移动LTE:从CS域语音到VOIP语音

2011-05-04 00:00:00   作者:   来源:   评论:0 点击:


  引言
  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。
  业界LTE 语音业务实现架构
图1 业界三种LTE 语音业务实现架构
  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。
  GPP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。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。
图2 CSFB时RAT频点选择流程图
  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。
  量等需求特点,对支撑网络,尤其是无线网络环境提出了极高的要求。

C114中国通信网

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