浅谈LTE语音业务的几种解决方案

LTE语音业务的几种解决方案一VoLTE(VoiceoverLTE)LTE承载语音定义：随着移动宽带网络的演进，移动语音正在从软交换向移动宽带语音的方向发展。无线侧从GSM/CDMA/UMTS演进到LTE，核心网从CS向IMS演进。目前比较普遍采用的是基于IMS的VoLTE的移动宽带语音方案，即语音和数据业务都通过PS域进行传输，华为也采用该方法。原理：基础VoLTE语音业务的组网在LTE-EPC的组网基础上，引入IMS网络，IMS网络的主要目的是实现通话建立、号码分析、通话拆线等信令处理功能，语音数据承载在EPC网络上。VoLTE基础语音业务组网图如图1所示。VoLTE基础语音业务的网络结构图基本语音呼叫建立过程如下描述：●UE拨号发起呼叫，通过缺省承载与IMS网关交互SIP信令，完成号码分析、被叫信令建立等动作。●通话建立之后，PGW根据PCRF下发的策略发起专有承载建立过程。●用户语音数据通过专有承载进行传输。●用户通话结束后，UE发出拆线请求，通过缺省承载与IMS网关交互SIP信令，完成拆线、资源释放等动作。1.2基于VoLTE的优先语音服务定义：基于VoLTE的优先语音服务是允许特定签约者或者其他被授权者在网络拥塞或者紧急状况下时优先获取网络资源，从而及时完成救助、调度管理等工作。特定签约者可以是政府授权的个人、紧急事务处理官员或者其它授权者，在标准中称这类有优先接入权限的人为服务用户(ServiceUser)。基于VoLTE的优先语音服务业务包括EPS-MPS和IMS-MPS两种业务(移动定位服务）。原理:MPS业务是在网络拥塞情况下给某类服务用户一个更高的优先级来使用系统资源。该业务可以提供E2E的优先级处理。基于VoLTE的优先语音服务特性组网图基于VoLTE的优先语音服务特性涉及网元功能介绍基于VoLTE的优先语音服务特性在基本接入流程中，对四个接入过程中做了优先级的特殊处理，保证基于VoLTE的优先语音服务用户能够高优先级的使用网络，按照流程顺序分别为：●MME高优先级创建用户会话●P-GW高优先级创建承载●IMS高优先级接入用户●MME高优先级寻呼UE基于VoLTE的优先语音服务与普通流程的区别：1）MME高优先级创建用户会话1、UE的在发起业务请求时，在消息中携带高优先级指示。2、eNodeB根据UE携带的AccessClass在initialUEmessage中的RRCestablishmentcause中设定HighPriorityAccess。3、用户在HSS签约基于VoLTE的优先语音服务业务，HSS在UE接入时将基于VoLTE的优先语音服务业务标识下发给MME。4、MME根据HighPriorityAccess原因值和HSS下发的签约信息判断是否允许该UE进行高优先接入。若没有MPSEPSPriority签约，则将该UE作为普通用户处理。2）P-GW高优先级创建承载1、SPR检测到用户的基于VoLTE的优先语音服务签约数据（MPS业务相关的优先级）发生变化时在Sp接口将MPS相关的签约数据下发给PCRF。2、PCRF将SPR下发的UE基于VoLTE的优先语音服务签约数据（ARP和QCI）下发给P-GW。3、P-GW根据PCRF下发的ARP和QCI创建承载。3）IMS高优先级接入用户1、用户在IMS-HSS中签约基于VoLTE的优先语音服务业务。2、在UE接入IMS过程中，IMS-HSS将用户的签约数据下发给CSCF。3、CSCF将IMS-HSS下发的签约数据通过Rx接口提供MPS业务请求给PCRF。4、PCRF将CSCF下发的UE基于VoLTE的优先语音服务签约数据（ARP和QCI）下发给P-GW。5、P-GW根据PCRF下发的ARP和QCI创建承载。4）MME高优先级寻呼UE1、S-GW在DownlinkDataNotification、CreateBearerRequest、UpdateBearerRequest中携带ARP信息给MME。2、MME根据SETMPSARP命令的“PRILVL”参数值，与S-GW下发的ARP值比较，判断S-GW下发的ARP是否小于等于配置的ARP值。–如果是，在paging消息中增加PagingPriority，PagingPriority的值根据S-GW下发的ARP来设定。–如果不是，按普通业务处理。3、eNodeB根据MME下发的PagingPriority信息进行高优先寻呼。二CSFB（CircuitSwitchedFallbackinEvolvedPacketSystem）背景：随着无线数据业务需求的增长和LTE商用条件的成熟，运营商在现有GERAN/UTRAN网络的基础上，将逐步引入LTE网络满足人们快速增长的无线数据业务需求，但如何同时为用户提供语音服务，也成为运营商引入LTE前不得不面对的问题。3GPPTS23.272V8.5.0提供了一种电路域回落的机制，保证用户同时注册在EPS网络和传统的电路域网络，在用户发起语音业务时，由EPS网络指示用户回落到目标电路域网络之后，再发起语音呼叫。用户的短消息通过EPS网络和传统的电路域网络之间传递来实现，不必回落到目标电路域网络，该短消息解决方案就是SMSoverSGs2.1短消息的实现定义：基于SGs接口实现短消息，即将用户的短消息在EPS网络和传统的电路域网络之间传递来提供短消息业务，不必回落到目标电路域网络。实现原理：短消息业务原理图当有短消息业务进行时，MME作为中间转发节点完成UE和MSC消息的转发，协助UE和MSC完成短消息功能。短消息功能和语音功能的主要区别在于，短消息功能不需要将UE回落到GERAN/UTRAN网络，直接利用E-UTRAN网络为UE提供短消息业务。电路域移动性管理：为了基于SGs接口实现短消息业务，MME需要辅助MSC完成电路域的移动性管理，具体内容如下：●UE通过EPS网络注册电路域业务；●UE通过EPS网络完成电路域位置变更通知；●MSC通过EPS网络对UE进行电路域寻呼；●UE通过EPS网络注销电路域业务；2.2基于CSFB的语音业务定义：基于CSFB（CircuitSwitchedFallback）的语音业务，是一种在不引入IMS（IPMultimediaSubsystem）的情况下，利用现有的GU（GERAN/UMTS)网络实现语音通话的一种语音解决方案。该方案在用户发起语音业务时，由EPS（EvolvedPacketSystem）网络指示用户回落到目标电路域网络之后，再发起语音呼叫。CSFB网络架构图CSFallback是通过重用Gs接口的方法来实现的，即MME（MobilityManagementEntity）和MSC（MobileSwitchingCenter）之间存在一个类似现有SGSN（ServingGPRSSupportNode）和MSC之间Gs接口的SGs接口。CSFallback逻辑架构如所示。2.3.1语音主叫UE在RRC（RadioResourceControl）空闲态和RRC连接态，可以发起CSFallback语音主叫业务。网络决定指示UE回落到目标GERAN/UTRAN网络的方式包括：●如果UE和目标网络支持PS切换，则eNodeB通过PS切换流程指示UE回落。●如果UE或者目标网络不支持PS切换，但支持异系统的小区改变指令CCO（CellChangeOrder）且目标系统是GERAN，eNodeB通过NACC（NetworkAssistedCellChange）流程得到目标接入网络信息，并通过CCO方式指导UE回落。●如果UE或者目标网络既不支持PS切换，也不支持到GERAN的异系统的小区改变指令（CCO），eNodeB通过带重定向信息的RRC连接释放方式指示UE回落。UE接入到目标网络后，继续发起电路域的语音呼叫。语音主叫原理图语音主叫实现过程●UE发起主叫语音业务。●MME指示eNodeB需要将UE回落的到GERAN/UTRAN网络。●eNodeB根据UE能力采取对应的方式将UE回落到GERAN/UTRAN网络。●UE在GERAN/UTRAN网络发起主叫语音业务。2.3.2语音被叫MSC收到对UE的被叫语音请求，通过存在的SGs关联和UE的EPSattached状态知道UE附着在哪个MME上。MSC向该MME发起寻呼请求，MME通过UE的MM上下文可以得知当前UE处于空闲态或连接态。如果UE处于空闲态，MME通过eNodeB在空口寻呼该UE；如果UE处于连接态，MME通过NAS消息通知UE有来自CS域的呼叫请求。UE回复ExtendedServiceRequest消息表明是否接受本次呼叫，如果UE接受本次呼叫，网络决定指示UE回落到目标GERAN/UTRAN网络的方式包括：●如果UE和目标网络支持PS切换，则eNodeB通过PShandover流程指示UE回落。●如果UE或目标网络不支持PS切换但支持异系统的小区改变指令（CCO）且目标系统是GERAN，eNodeB通过NACC流程得到目标接入网络信息，并通过CCO方式指导UE回落。●如果UE或目标网络既不支持PS切换，也不支持到GERAN的异系统的小区改变指令（CCO），eNodeB通过带重定向信息的RRC连接释放方式指示UE回落。UE接入到目标网络后，继续发起电路域的语音呼叫。语音被叫原理图语音被叫实现过程：●MSC通知MME有UE的被叫语音业务。●MME指示eNodeB需要将UE回落到GERAN/UTRAN网络（如果UE处于空闲态则需要先指示eNodeB发起寻呼流程，待UE重新接入到LTE网络后再指示eNodeB将UE回落到GERAN/UTRAN网络）●eNodeB根据UE能力采取对应的方式将UE回落到GERANUTRAN网络。●UE在GERAN/UTRAN网络建立电路域连接完成语音通话。三SRVCC（SingleRadioVoiceCallContinuity）单语音呼叫持续应用场景SRVCC业务主要应用在混合组网的网络中，在LTE网络部署初期，只在部分地区有网络存在，当用户从LTE网络漫游到只有GSM/UMTS网络区域时，原有的LTE网络语音接入就需要切换到GSM/UMTS网络中。SRVCC保证了切换的过程中用户语音业务不中断，提高运营商服务质量。原理：当用户在LTE网络进行语音业务并需要切换至GSM/UMTS网络时，为了保证不中断用户的语音业务，产品提供了SRVCC解决方案，解决了基于LTE网络的语音业务向GSM/UMTS网络的语音业务的无缝切换。实现过程1、当eNodeB根据UE发上的测量报告做出切换判决后，向MME发送切换请求消息。MME收到eNodeB的切换请求消息后，向MSC发送请求消息。2、当用户在LTE网络时，SRVCCAS连接UEinLTE和被叫侧。当用户移动到CS网络时，SRVCCAS连接UEinCS和被叫侧。SRVCCAS的功能，就是实现sessiontransfer的功能。SRVCC业务组网结构图SRVCC解决方案中的附着流程和普通附着流程的不同之处:●UE在AttachRequest消息中携带MSnetworkcapability，该参数指示是否支持SRVCC功能。●HSS给MME回复的UpdateLocationResponse消息中携带STRSN和MSISDN。MME将这两个参数保存在EPS上下文中。●如果MME支持SRVCC业务，MME在InitialContextSetupReqfromMMEtoE-UTRAN消息中携带SRVCC标志，表示UE和MME都支持SRVCC业务，SRVCCispossible。SRVCC切换性能的主要问题：●IMS域会话切换和远端媒体更新可能需要花费很长时间●IMS侧会话切换和空口切换没有协调同步导致语音中断时间较长，严重影响用户体验，因此切换性能必须进行优化。最短语音中断总时长＝800ms最长语音中断总时长则可能大于1s四eSRVCC在SRVCC方案中，由于需要在IMS网络中创建新承载，很容易导致