LTE语音三步走 CSFB技术凸显便捷性
摘要： LTE语音三步走 CSFB技术凸显便捷性
由于目前VoIP业务的性能指标未能达到现有电路域语音业务的质量，而且需要全网布署IMS，因此在现有网络基础上，形成了三种不同的LTE语音解决方案：基于双待机终端方案、CSFB和VoLTE.CSFB和VoLTE均为3GPP定义的LTE语音解决方案，两个方案在3GPP规范中均有明确定义。VoLTE需要终端、无线和核心网的全面支持和优化，从目前来看实现复杂度较大。CSFB是在产业界未实现VoLTE时提出的一种相对较为简单的语音解决方案。
双待机：技术实现简单
双待机终端可以同时待机在LTE网络和3G/2G网络里，而且可以同时从LTE和3G/2G网络接收和发送信号，其语音解决方案的实质是使用传统3G/2G网络，与LTE无关。
基于双待机终端的语音解决方案是一个相对比较简单的方案。终端芯片可以用两个芯片(1个3G/2G芯片和1个LTE芯片)或一个多模芯片来实现，LTE与3G/2G模式之间没有任何互操作，终端不需要实现异系统测量，技术实现简单。
CSFB：逐步趋于完善
CSFB方案的主要思想是在用户需要进行语音业务的时候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域重新接入，并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务。
为实现CSFB，需要在MME和3G/2G网络的MSC设备之间建立SGs接口(图1中紫色线所示)。SGs关联在CSFB技术中起着桥梁作用，能够将两个不同的系统联系起来，实现用户在不同系统间的语音业务连续。所谓为用户建立了SGs关联，就是在VLR中保存了用户的MME的地址，而同时也在MME中保存了用户的VLR的地址。
从图1可以看出来，CSFB技术会影响现有的3G/2G网络，原有网络的MSC需要新增与MME的SGs接口，SGSN新增与MME的S3接口。
支持CSFB的终端必须具有多模能力，既能通过E-UTRAN接入到EPC，也能通过GERAN/UTRAN接入到CS域。具有CSFB能力的终端必须能够执行联合的RAU/LAU附着、位置更新和去附着程序。
原有3G/2G网络中的MSC为支持CSFB功能，需要新增到MME的SGs接口，支持SGs协议栈，维护SGs关联;并且在SGs接口和Iu/A接口并行地寻呼用户，支持和MME的联合移动性管理等功能。
对于原有3G/2G网络的无线子系统(基站、基站控制器)，需要增加LTE的邻小区配置，为让终端在CSFB到3G/2G网络后的语音业务结束后，尽快回到LTE网络，原有网络的无线子系统需要支持Fast Return功能;为了优化终端从LTE回落到3G/2G的延迟，原有网络的无线子系统需要支持RIM功能等。
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CSFB关键技术
CSFB的思路是在用户需要进行语音业务的时候，从LTE网络回落到3G/2G的电路域。回落的方式是在释放LTE的无线链接，并且在释放消息中携带重定向字段，指出终端重新接入的制式和频点。这种回落方式，俗称为重定位。重定位方式的特点是实现简单，对原有网络的改造量小;缺点是延迟相对较大。
为了优化重定位的性能，减少终端重新接入3G/2G网络的时间，3GPP提出带系统消息的重定位功能，在重定位字段中携带3G/2G网络的系统消息。3G/2G网络的系统消息是通过RIM流程从BSC/RNC、SGSN、MME传送到LTE的eNB.这种方式的特点是延迟较小，但对原有网络的改造量较大，需要对原有无线网络进行改造，支持RIM功能。
为了尽可能减少对原有网络的改造量，但同时又为了减少重新接入的时延，3GPP规范提出了DMCR功能。DMCR(Deffered Measurement Control)功能是让UE回落到3G网络进行呼叫期间只读取部分系统消息，而不需要在呼叫建立前读完所有的系统消息，从而减少呼叫建立时间。但是该功能只能用于3G网络，2G网络不支持DMCR功能。
用于支持终端从LTE回落到3G/2G网络的另一种方法是PS域切换。这种方案延迟较小，但支持难度较大，而且现有终端基本不支持这种方式。
从目前技术支持、产业实现、性能等方面来看，“带系统消息的重定位方式”被业界广泛接受。
CSFB呼叫流程
处于LTE网络中的用户发起语音呼叫的大致过程是，主叫用户向E-UTRAN网络发送业务请求，并在EPS网络的帮助下切换到2G/3G系统中的目的小区，用户在重新接入到CS域中后完成后续CS业务。具体呼叫流程参见图2.
VoLTE：全IP条件下的端到端语音方案
当LTE网络达到全覆盖时，VoLTE语音方案将成为运营商的终极解决方案。VoLTE是GSMA定义的标准LTE语音解决方案，其核心业务控制网络是IMS(IP多媒体子系统)网络，配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。
网络架构
VoLTE解决方案中，实现VoIP语音业务时，除了由EPS系统提供承载，由IMS系统提供业务控制外，通常还要由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策略的控制。VoLTE业务的系统架构如图3所示。
图3中主要包括UE、eNodeB、MME、S-GW、P-GW、HSS、PCRF、IMS域(P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AS)、MMTtel AS等网元。
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IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。IMS系统和EPS网络配合，可以提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括：号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。
VoLTE系统采用专门的IMS APN来提供语音业务，为信令和语音数据使用特定QCI的“承载”，从而保障给语音业务较高的QoS.通常，信令承载采用QCI=5的默认承载，语音承载采用QCI=1的专用承载。
PCRF(策略和计费规则功能)主要完成策略控制决策和基于流进行计费控制的功能。
基于IMS核心的业务控制
VoLTE语音解决方案的核心思想是采用IMS作为业务控制层系统，EPC仅作为承载层。借助IMS系统，不仅能够实现语音呼叫控制等功能，还能够合理、灵活地对多媒体会话进行计费。运营商可以基于用户的QoS，针对用户业务的不同内容(比如，是VoIP会话还是一次网页浏览或者是一条即时消息等)，提供不同的资费标准。另外，IMS定义了为业务开发商使用的标准接口，通过这些接口使得运营商能够在多厂商环境下提供业务，避免绑定在单一厂商来获取新业务。
VoLTE是全IP条件下端到端语音解决方案，涉及终端、无线、PS、IMS、CS各技术域，旨在替代电路域话音。采用VoLTE语音解决方案，对终端域、无线域和核心网有如下要求：
核心网需要全面部署IMS系统，IMS域需要提供CSCF等呼叫控制以及HSS，MMTel AS和IP-SM-GW、MGCF/IBCF/TrGW等互通功能;需要引入LTE的设备S/P-GW、MME和为VoLTE提供承载通道和QoS控制能力。
终端域需要支持VoLTE相关特性，包括RoHC(鲁棒头压缩)、RLC UM(无线链路连接非确认模式)以及LTE DRX(非连续接收)等功能。
无线域需要引入LTE的设备eNodeB(E-UTRAN)。
业务流程
从业务实现流程来看，一个EPS系统的用户，如果要实现端到端的VoIP业务，要经过EPS附着、IMS注册、主叫流程和被叫流程(包括专有承载和IMS层信令交互)等几个过程。典型的VOLTE呼叫流程如下。
LTE网络附着：在LTE网络下附着，UE建立信令承载(UE中配置IMS APN)。
IMS注册：UE根据PS附着流程中获取的P-CSCF地址向IMS网络注册;IMS网络对UE进行鉴权，UE完成注册，网络保存用户的联系地址，用于后续的来话寻址。
MO流程：用户拨打被叫号码，触发UE通过认证后的连接向IMS发起主叫流程;P/S-CSCF将呼叫路由到MMTel AS(电信补充业务的AS)处理，业务处理结束后返回到S-CSCF.
MT流程：主叫S-CSCF寻址到被叫S-CSCF;被叫S-CSCF根据签约情况触发被叫的服务MMTel AS，进行业务处理;完成后返回给S-CSCF，S-CSCF经由P-CSCF根据注册保存的UE contact地址找到被叫UE;UE完成呼叫接续。
随着LTE网络技术的日益成熟，移动通信系统的网络架构将逐步向EPS演进，语音业务IP化也是语音业务必然的发展趋势。但是，真正实现VoLTE将是一个漫长的过程。因此，电路域语音业务将在很长一段时间内与分组域业务并存;基于双待机终端的语音解决方案和基于CSFB的语音解决方案将在网路演进过渡阶段发挥重要作用。最终，随着LTE和IMS网络的全面部署基于VoLTE的语音解决方案将是最终的解决方案。
观点
目前移动运营商准备推出LTE服务并不需要急于部署VoLTE，LTE整体服务以及产业链供应问题都还需要时间来完善。同时我们也应该看到，VoLTE不会在数据业务之外提供任何引人注目的服务或商业机会。虽然VoLTE将使网络效率提高并节约成本，但短期内运营商应该继续关注LTE数据服务。
目前已经部署VoLTE服务的运营商可能出于几方面考虑：提高网络效率;VoLTE不再需要一个单独的语音网络，能进一步降低语音传输成本;整体LTE质量和效益;新服务的可能性，例如LTE高清语音，以及语音和数据的融合业务，同时丰富的通信套件(RCS)服务最经常被引用。
不过其他运营商不急于发展VoLTE也是出于对现实问题的判断，包括服务资费问题、支持紧急呼叫与呼叫LTE和其他网络之间的灵活交替、终端设备的支持率不高等。
我们相信，有机会获得先发优势是运营商抵消VoLTE发展初期问题的初衷。但对上述实质性问题的正视，可以帮助运营商在采用新技术上获多的把握。
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