4G语音解决方案

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1、4G语音解决方案-VoLTE作者：刘松伦，王超来源：中国新通信2017年第19期刘松伦王超辽宁邮电规划设计院有限公司【摘要】随着通信网络的不断发展进步，LTE语音解决方案的不断演进，VoLTE(移动语 音技术)作为LTE语音解决方案的终极目标逐渐进入人们的视野，开启了向移动宽带语音的 演进之路。本文主要针对VoLTE的发展历程及基础理论知识进行阐述和分析。【关键词】VoLTE IMS eSRVCC一、弓1言VoLTE(Voice over Long Term Evolution)狭义上来讲就是 VoIP，与普通的 VoIP 相比： 网络的承载由互联网变成了 LTE；同时对VoLTE使用的DRB

2、承载定义更高的优先级和速率保 障等，来确保语音业务的服务质量。由于VoLTE不需要2G、3G网络，所有部业务承载于LTE 网络上，所以VoLTE可以实现在同一网络中的数据与语音业务的统一。换言之，4G网络下不 仅提供高速率的数据业务，同时也提供高品质的音频和视频通话，这便需要VoLTE技术实现。二、VoLTE基本概念VoLTE的3GPP标准定义是基于IMS网络(IPMultimedia Subsystem，IP多媒体 子系统)的LTE语音解决方案，即在LTE覆盖区域内提供基于IP的高清晰语音业务。因此， 广义上讲，基于LTE承载的IMS的多媒体业务均可以称之为VoLTE。由于VoLTE的空口

3、IP 化，由分组域提供承载，通过IMS进行会话控制，使其真正实现了端到端全IP语音。VoLTE 难点在于与2G、3G切换是核心网电路域和IMS之间的切换，切换流程相对复杂，涉及IMS、 电路域和LTE核心网之间的互操作，即eSRVCC (enhanced Single Radio Voice Call Continuity，无线语音呼叫连续性)三、VoLTE的发展历程LTE语音方案的部署通过初期SvLTE进行热点覆盖，过渡期CSFB的规模覆盖，中期 SRVCC的连续覆盖到最终VoLTE的完全覆盖。SvLTE(Simultaneous Voice and LTE),即双待手机方式。手机在提供数据

4、业务的LTE网 络和提供语音业务的CS域中同时工作。是纯粹基于手机的方案。对网络没有特殊要求，无需 部署IMS，因此该方式主要依赖于手机，便造成了手机成本高、耗电高成为其主要缺点。目前， 在IMS部署之前，一些CDMA运营商通过采用CDMAlx和LTE的双待手机作为过渡方案，而 GSM/UMTS和LTE的双待手机尚未推出。CSFB(Circuit Switched Fall Back),是一种终端只能工作在单个网络下的单卡单待的方 案，LTE只提供数据业务，当发起或者接受语音呼叫时，语音业务将回落到2G、3G网络。运 营商为快速为用户提供语音业务，只需要升级MSC，而不需要部署IMS，但这种方

5、案的缺点是 呼叫时延较长。在IMS部署之前CSFB也可以作为语音业务的过渡方案，此外LTE手机漫游通 话问题也可以通过CSFB来解决，CSFB可以为在拜访地网络没有部署IMS或者IMS漫游协议 尚未应用的LTE用户提供语音业务。SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity),解决语音控制和移动到CS网络切换时的 语音连续性问题。对于基于IMS的VOIP呼叫解决方案，IMS核心网络用于提供LTE VoIP语 音业务的路由、控制和业务触发，并为LTE切换到2G/3G时提供的语音连续性保驾护航。 SRVCC的实现过程实质上就是一个切换过程，在LTE网络中终端是通过

6、IMS来实现语音功能 的，当终端离开LTE网络后，则通过MSC server(MobileSwitching Center server)切换到 2G/3G网络中从而实现z在2G/3G网络中的语音功能。VoLTE的发展，最终实现了通过在LTE网络中为用户提供高清晰度的语音服务，这种高清 晰度的语音服务便是通过IMS域来实现，而IMS之所以成为全IP时代的核心网标准架构便 是由于支持多种接入和丰富的多媒体业务。经历了过去几年的过渡发展演进成熟，IMS历经坎 坷，跨越瓶颈，逐渐成为固话领域VoBB、PSTN网改的主流选择，与此同时IMS也被3GPP、 GSMA确定为移动语音的标准架构。四、VoLT

7、E业务特征由于LTE没有电路域，因此要想LTE网络提供IP语音业务便需要基于分组域来完成， 即VoLTE，VoLTE即支持高清语音、高清视频等通信服务，也可以实现与现有网络2G、3G的 语音互通。特征1： VoLTE的通过EPC路由至IMS网络，由IMS提供会话控制和业务逻辑；特征2： VoLTE高质量的语音通话由EPC提供，EPC作为IMS的接入网，通过专用APN 及独立承载为用户提供区别于普通数据业务的通话质量保障；特征3： VoLTE终端在通话过程中漫游至无LTE覆盖的区域时，VoLTE的呼叫连续性通过 eSRVCC来保障，由eSRVCC将当前呼叫切换到2G、3G网络，此时由2G、3G网

8、络作为IMS的 接入网。由于VoLTE采用高分辨率编解码技术，VoLTE语音通话质量可以比2G、3G语音通话质量 提高40%左右。VoLTE的接入时延大约在2秒左右，比3G的接入时延低50%，比2G的接入 时延低70%。此外，相比2G、3G网络下的高掉线率，VoLTE的掉线率趋近于零。对于语音 业务，LTE的频谱利用效率GSM的频谱利用效率高达4倍以上，相比传统制式优势明显。此 外，VoLTE与RCS的无缝集成可以带来丰富的业务。五、VoLTE网络结构从整体上看，VOLTE网络分为终端、接入网、承载网、核心网、业务平台。(图1)其中，较为复杂的是核心网，主要分为分组域（接入核心网）、策略控制单

9、元、信令网、 IMS域、CS域、用户域。1）策略控制单元（PCC，Policy and Charging Control策略与计费控制）：提供策略控 制、计费控制功能、业务数据流的事件报告等功能。包括：PCEF（Policy and ChargingEnforcement Function 策略和计费执行功能）和 PCRF （Policyand Charging Rule Function策略和计费规则功能）：PCEF主要包含业务数据流的检测、策略执行和基于流的计 费功能。PCRF主要包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，PCRF接受来自PCEF、SPR和 AF的输入，向PCEF提供关于业务

10、数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功 能。PCC决策便是通过结合PCRF的自定义信息做出。2）信令网（DRA，DRA （Diameter Routing Agent路由代理）：下一代信令网，可以真 正实现未来核心网逐步的扩展，简化网络，实现快速部署、高效维护及增强网络安全。部署 DRA的好处：当移动用户漫游到其他网络时，用户的鉴权、认证、位置登记、计费策略等信息 在漫游网络与归属网络之间的传递将由DRA来得到有效解决。3）IMS 域：a）SBC （Session Border Control会话边界控制器）：IMS网络中一个重要的网络节点， 位于IMS网络的边界上，在终端用户接

11、入到IMS核心网的的过程中起重要作用。它的主要功 能包括接入许可控制，网络拓扑隐藏，NAT及NAT穿越，QoS及带宽策略以及网络安全机制等。b）S-CSCF （Serving Call Session Control Function 服务会话控制功能）：是 IMS 的 核心所在，它位于归属网络，为UE进行会话控制和注册请求，但当UE处于会话中时，S- CSCF处理网络中的会话状态。在同一个运营商的网络中，可以有多个S-CSCFoc）P-CSCF （Proxy Call Session Control Function 代理会话控制功能）：作为 IMS 中 用户的第一个联系点（在信令平面），从

12、SIP的角度来看，它是一个出站/入站的SIP代 理服务器，无论是来自用户设备UE，还是发送给UE的，P-CSCF是所有的SIP信令的必经之 路。如想获得P-CSCF的地址需要UE使用本地CSCF发现机制。P-CSCF负责验证请求，将它 转发到指定的目标，同时处理和转发响应。d）I-CSCF （Interrogating Call Session Control Function 协商会话控制功能）：I- CSCF作为一个运营商网络内部的接触点，所有与这个网络运营商的用户连接都要经过这个接 触点。多个I-CSCF可以存在在同一个运营商网络中。e）MGCF （Multimedia Gateway

13、Control Function 多媒体网关控制功能）：它是在 IP 多 媒体子系统（IMS）中的一个组成部分，与CSCF通信和控制媒体信道在一个IMS-MGW中的连 接。它在ISDN部分（ISUP）和IMS呼机控制协议之间执行协议转换。f）IM-MGW （IP Multimedia Gateway IP 多媒体网关）：IMS 与 PSTN/CS 域之间的媒体流 互通由IM-MGW负责，同时IM-MGW负责提供CS CN网络和IMS之间的用户面链路，支持 PSTN/电路域TDM承载和IMS用户IP承载的转换IM-MGW的主要功能包括两方面分别是承 载和媒体处理。当IMS终端不支持CS端编码时，编解码的转换工作由IM-MGW完成。在 MGCF的控制下IM-MGW也可以完成呼叫的连续。六、结束语随着通信技术的不断发展演进，VoLTE技术的不断成熟，VoLTE技术凭借接续及时延短、 话音视频质量好、流量和功耗更省、通话更稳的优势正逐渐代替2G/3G网络，加快了 2G/3G 网络退出历史舞台的步伐，成为未来网络业务转型，推动网络演进发展的关键一步。