TD-SCDMA网络业务由CS域转至VOIP域的LTE语音过渡技术

由CS域转至VOIP域的LTE语音过渡技术

时间:2011年11月21日
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 英特尔处理器中文英特尔台式机处理器将采用中文品牌包装设备蓝图电网全球太阳能光伏行业发展现状跟踪调查功能芯片解决方案德州仪器推出突破性ADSL 单芯片路由器工业影像套件赛灵思针对工业影像应用降低高性能视频处理成本与功耗在线工具高效中国电子设计活跃度提升 小批量采购供应面临挑战芯片通信烽火烽火通信:高端芯片打破国外垄断局面市场沅江美元全球HDI PCB的市场每年增长10%以上项目芯片德国微电子系统集成和微型化领域研究项目正式启动英特尔服务器架构IA架构服务器配合微软最新操作系统带来业界领先能力和性能
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:

  1.CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System)

  2.SR-VCC(Single radio voice continuity control)

  3.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。

  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

  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。

  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。

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