VoLTE实现原理及过渡方案

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1、VoITE实现原理及过渡方案【摘要】本文主要介绍VoLTE的技术实现原理及架构，并在当前运营商现有 网络基础上，由于LTE网络覆盖并不完善，所以描述了一些当前情况下的实现 VoLTE的过渡方案。【关键词】VoLTE LTE SRVCC CSFB1. 引言VoLTE是基于LTE架构上所提供的音频服务，是全新的一代4G技术，与传 统的2G/3G技术方案相比，无疑具有巨大的优势。区别于传统基于CS域（电路 域）的语音解决方案，VoLTE基于PS域（分组域），基于IP端到端连接的它具 有更大的带宽，更快的连接时间，更高的频谱利用率，更自然地音视频通话效果， 使得高清视频语音通话成为可能。虽然VoLTE

2、技术已然成熟，但由于LTE网络 的覆盖刚开始，并不完善，以及运营商在2G/3G的网络覆盖比较完善，为了保 证通话的质量及持续性，在初期阶段考虑CS域的复用，来弥补LTE网络不完善 的缺陷，这对促进VoLTE技术的快速应用和发展具有较大的实际意义。2. VoLTE的实现原理及架构3GPP主要制定了 VoLTE端到端技术方案，相关技术标准已较为成熟，其中 R10版本基本能满足产业部署需求。FDD和TDD两种不同的标准下，基于FDD 的VoLTE已接近成熟，而基于TDD的VoLTE仍需大力推动发展。VoLTE技术 采用AMR-WB编解码，相比于现网的AMR-NB编解码，频谱范围更宽，语音 更自然，更

3、有现场感，音频范围可覆盖50-7000Hz，大大增强了语音通话质量。2.1. VoLTE的网络架构3GPP的IMS规范，已经被业界公认为解决LTE网络中语音服务的主要解决 方案，VoLTE方案的网络架构如图1所示。LTE-UuUE图1 VoLTE方案的网络架构其中主要包括 UE、eNodeB、SGW、PGW、PCRF、MME、HSS、I/S-CSCF、 P-CSCF、MMETel AS等网元。下面重点介绍几个网元的作用：PCRF(policy control rule function)实现业务策略控制功能，P/I/S-CSCF(call session control function)实现

4、IMS呼叫会话控制功能，P-CSCF负责接收请求并 向后传递。I-CSCF负责接收来自网络内部的任何指向寄存器的连接，S-CSCF负 责处理注册、路由、维持承载、向HSS下载用户信息和服务配置。IMS系统和 EPS网络配合，可提供与电路域类似的业务，如号码显示、呼叫转移、呼叫等待、 会议电话等。EPC域除了基本的相关工程外，还需要额外支持IMSAPN、初始附着的信 令承载建立、P-CSCF发现以及信令和GBR承载丢失的处理等功能。eNodeB主要负责RRM功能；IP头压缩及用户数据流加密；UE附着时的 MME选择;寻呼信息的调度传输;广播信息的调度传输；以及设置和提供eNodeB 的测量等。对

5、于UE，要支持LTE业务，除了需要支持LTE相关功能之外，还需要能支 持IMS功能。2.2.业务流程VoLTE业务遵循IMS的话音业务流程，包含漫游和非漫游场景下的起呼、 被叫等。端到端的VoLTE呼叫流程如图2所示。图2端到端的VoLTE呼叫流程在图2中，VoIP话音业务流程主要分为LTE终端开机、VoLTE呼叫建立、 VoLTE呼叫释放3个过程。首先通过UE与eNode B建立无线连接，EPC注册、缺省承载建立、VoLTE 支持发现，完成IMS的注册及用户鉴权。然后UE再与AS建立IMS VoIP会话，与CSCF建立EPS专业承载，并开始VoIP话音会话，进行正常业务。最后在呼叫结束后，I

6、MS VoIP会话和专业承载要进行释放。释放完成，结 束整个业务流程。2.3. QoS保障技术为了在LTE网络的数据域上提供与传统网络相似甚至更优的语音服务，需 要由LTE提供良好的QoS保障技术。首先，LTE网络在设计之初就考虑到为不同的业务提供不同的质量，通过对 E2E的承载，配置不同的QoS参数来区分业务等级。LTE为每一个承载都对应 一个QoS内别标识，见表1。QCI资源类 型优先级时延分组丢失率典型业务说明1GBR210010语音会话话音媒体 流2GBR415010会话视频（实时流）3GBR35010实时游戏4GBR530010非会话视频（缓存流）5NGBR110010IMS信令SI

7、P信令6NGBR630010视频（缓存流）7NGBR710010互动游戏8NGBR830010视频（缓存流）9NGBR930010为了保障业务的QoS指标，LTE还引入了一些优化手段，如半静态调度、TTI绑定、ROHC压缩等。2.4.降低VoLTE对现网的影响VoLTE是以IMS为基础，但又不单单是只要在现网的基础上简单叠加IMS就 可以实现，而是几乎涉及到所有的核心网网元。因此，我们要考虑如何降低VoLTE 对现网的影响及如何实现与现网设备的共存。在VoLTE建设初期，可以采取把SRVCC/CSFB等功能集中部署到一个或者少 数MSC上的方法以减少对现网大量设备升级改造的问题。如果现网老旧M

8、SC升级 困难，建议新引入一套MSC作为MGCF/SRVCC IWF/CSFB Proxy，避免现网MSC的 升级改造。还可以新叠加一套融合的HLR/HSS来统一管理LTE用户数据，这样传 统CS用户的HLR得以完全保留，节省了全网HLR的大量改造。此外，VoLTE的部分网元可能现网已经存在，这种情况下我们新引入的设备 就需要考虑与其的集成融合问题。3. VoLTE的过渡方案在LTE网络发展的不同时期，要实现连续性的语音业务可能会采用SRVCC 技术和CSFB技术，或者最后时期采用目标网VoLTE技术。从网络部署的情况 看，还会出现各个网络运营商网络发展不一致的情况。这些因素会导致LTE用 户

9、在使用语音业务时出现多种不同的互通场景。如VoLTE用户间的互通，VoLTE 用户和CSFB/SRVCC用户间的互通等，不同场景的互通模式也不一样。VoLTE用户与VoLTE之间的互通，如果主、被叫用户均采用VoLTE业务， EPS网络对于VoLTE业务来说相当于接入网，PCC系统则提供资源分配的策 略控制，都不参与业务互通。真正实现运营商间的 VoLTE业务互通的是IMS 系统，其中，信令面的互通网元是互联边界控制功能(IBCF： Interconnection BorderControl Function)，互通协议采用SIP协议；媒体面的互通网元是过渡网 关(TrGW： Transiti

10、on Gateway)，互通协议采用RTP协议。因此，也可以说， VoLTE业务的互通要求其实就是IMS网间的互通要求。VoLTE与SRVCC的互通，如果一侧用户网络采用VoLTE业务，而另一侧 用户的网络采用SRVCC技术，那么，SRVCC用户语音发生切换前，两侧均为 VoLTE业务，只是SRVCC侧的网络架构中多了访问转移控制功能(ATCF)/访 问转移网管(ATGW)功能实体，但这两个功能实体不是网间互通实体。因此， 这种场景下的网络互通模式和互通要求与上述VoLTE业务间的互通场景一致。 切换后，SRVCC侧用户的接入从 LTE切换到2G/3G系统，UE通过 BSC/RNC接入到0 M

11、SCServer/MGW，信令面，随后接入到ATCF，媒体面接 入到ATGW，依然会通过统一的业务集中和连续性(SCC： Service Centralization and Continuity)应用服务器(AS)控制呼叫的接续。因此，可以说用户切换后 只有接入网络部分发生了改变，业务控制和互通模式、互通要求也未变化。VoLTE与CSFB的互通，如果一侧用户采用VoLTE业务，而另一侧用户采 用CSFB业务，那么CSFB的语音业务将是在2G/3G系统完成的，因此两者 的业务互通将是IMS网络与2G/3G电路域间网元的互通。其中，信令面的互 通网元是IMS侧的媒体网关控制功能(MGCF：Med

12、ia Gateway Control Function) 和 2G/3G 侧的网关移动交换中心(GMSC： Gateway MobileSwitching Center) 服务器(Server)，互通协议可为ISUP/BICC/SIP-I协议；媒体面的互通网元是 IMS侧的IMS-MGW和2G/3G侧的MGW，互通协议是RTP协议。4. 结论由于LTE网络的高效数据传输和较优的频谱利用率的优势，基于LTE网络 的VoLTE技术也将成为未来语音业务发展的必然趋势，同时语音业务的发展也 必将全面实现IP化。但是，由于现今各个网络运营商网络的发展速度不一致， 以及还有大量的用户仍然处于2G/3G网络

13、，无线网络全IP环境下支持电信级 VoIP还有一个漫长的过程，IMS系统控制话音业务的稳定可靠性以及QoS保 障也需要逐步提高和完善CS域语音业务将在很长一段时间内与PS域的高速数 据业务并存，但是随着将来LTE网络的不断发展，以及人们对业务的需求越来 越高，LTE网络的优势将会逐步展现，最终实现LTE网络的完全覆盖，VoLTE 也将最终完全替代2G/3G的传统语音业务。参考文献1 杨红梅，胡泊.VoLTE关键技术及相关标准J.电信网技术,2013,2(2).2 周峰,许正峰，罗俊.VoLTE业务与技术实现方案的研究与分析.3 许慕鸿.LTE语音目标解决方案VoLTE技术J.现代电信科技,2013(33).4 沈嘉,索士强，全海洋等.3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计M. 北京:人民邮电出版社,2008.作者简介王家旭，男，汉族，1987年4月，2006年毕业于吉林大学，学士学位，现就职于辽宁邮电规划设计院有限公司，助理通信 工程师，通信地址：沈阳市浑南新区金科街7号，110179