1、WORD34/40WORD工程大學郵電與信息工程學院畢業設計（論文）LTE語音業務解決方案研究Study on the Solution of LTE Voice Service學生包拯學 號專業班級通信1104指導教師 2015年5月作者聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作與取得的研究成果，除了文中特別加以標注的地方外，沒有任何剽竊、抄襲、造假等違反學術道德、學術規的行為，也沒有侵犯任何其他人或組織的科研成果與專利。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了意。如本畢業設計（論文）引起的法律結果完全由本人承擔。畢業設計（論文）成果歸工程大

2、學郵電與信息工程學院所有。特此聲明。 作者專業： 作者學號：作者簽名：_年_月_日摘要隨著移動通信技術的迅猛發展，移動通信寬帶化已經成為未來移動通信系統的主要發展趨勢。LTE作為目前移動通信系統的主要演進方向，越來越受到各大運營商和設備商的重視。在LTE網絡建設初期，在使用LTE接入時，無法收/發電路域業務信號。為了使得終端在LTE接入下能夠發起語音業務，以與收到語音業務的尋呼，并且能夠對終端在LTE接入下正在進行的PS業務進行正確地處理，產生了雙待機終端方案、CSFB技術和VoLTE，即運營商已經有成熟的2G/3G網絡，出于對CS投資的保護，結合EPS的部署策略，可以采用原有的CS域語音業務

3、來提供語音業務，而LTE網絡僅處理PS域數據業務。因此如何通過LTE提供語音業務以與LTE和2G/3G網絡的互操作也越來越引起大家的關注。本論文在討論LTE語音業務的必要性以與LTE架構的基礎上，探討了LTE的關鍵技術，包括OFDM、MIMO技術；隨后通過LTE語音業務連續性問題，分析了雙待機終端方案、CSFB和VoLTE的容、網絡構架和關鍵技術以與三種方案的對比分析。最后，通過某地CSFB測試并對測試未接通案例進行分析，得出CSFB只能作為LTE部署初期的過渡方案，VoLTE是終極語音方案。關鍵詞：LTE；雙待機終端方案；CSFB；VoLTEAbstractWith the rapid de

4、velopment of mobile communication technology, Mobile Broadband had become the main tread of the mobile communication system. The major operators and equipment manufactures are playing more and more attention to the LTE which had become the main evolution solutions of mobile communication system.In t

5、he LTE network construction and the use of LTE access, we cannot receive/transmit the signal of CS. In order to make the terminal in the LTE access to initiate voice service, as well as to receive a voice paging, and to handle the ongoing PS service correctly,we produce the dual standby terminal sol

6、utions, the technology of CSFB and Volte, that is to say, operator has a mature2G/3G network. Io order to protect the CS investment, combined with EPS development strategy, we can use original CS domain to provide voice service, and only use the PS domain of LTE network to process data service. So n

7、ow, how to provide voice call business over LTE system and the interoperability between LTE and 2G/3G systemhasbecome critical issue. This paper discussed the necessity and the LTE voice service based on the LTE architecture,and discusses the key technology of LTE, including the OFDM, MIMO technolog

8、y; then through the LTE voice service continuity problems, analysis of the comparative analysis of dual standby terminal program, CSFB and volte content, network architecture and the key technology and the three schemes. Finally, through a CSFB test and the test is not switched on case analysis that

9、 CSFB could be used as a LTE deployment plan at the beginning of the transition, volte is the ultimate voice solutions.Key Words：LTE; the Dual Standby Terminal Solutions; Circuit Switched Fallback; Voice over LTE目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc417994100第1章緒論 PAGEREF _Toc417994100 h 1HYPERLINK l _

10、Toc4179941011.1 LTE語音業務研究背景 PAGEREF _Toc417994101 h 1HYPERLINK l _Toc4179941021.2 國外研究現狀 PAGEREF _Toc417994102 h 2HYPERLINK l _Toc4179941031.3 本論文研究容 PAGEREF _Toc417994103 h 2HYPERLINK l _Toc417994104第2章 LTE系統的原理 PAGEREF _Toc417994104 h 3HYPERLINK l _Toc4179941052.1 LTE系統的網絡架構 PAGEREF _Toc417994105

11、h 3HYPERLINK l _Toc4179941062.2 LTE系統的協議棧構架 PAGEREF _Toc417994106 h 5HYPERLINK l _Toc4179941072.3 LTE系統的關鍵技術 PAGEREF _Toc417994107 h 6HYPERLINK l _Toc417994108第3章 LTE語音業務解決方案研究 PAGEREF _Toc417994108 h 10HYPERLINK l _Toc4179941093.1 基于雙待機終端方案 PAGEREF _Toc417994109 h 10HYPERLINK l _Toc4179941103.1.1 單

12、卡多模雙待方案技術架構 PAGEREF _Toc417994110 h 10HYPERLINK l _Toc4179941113.1.2 多模雙待終端模式選擇過程 PAGEREF _Toc417994111 h 11HYPERLINK l _Toc4179941123.1.3 多模雙待終端業務過程 PAGEREF _Toc417994112 h 12HYPERLINK l _Toc4179941133.2 基于CSFB的方案 PAGEREF _Toc417994113 h 13HYPERLINK l _Toc4179941143.2.1 CSFB語音呼叫流程 PAGEREF _Toc41799

13、4114 h 13HYPERLINK l _Toc4179941153.2.2 CSFB回落方式分析 PAGEREF _Toc417994115 h 15HYPERLINK l _Toc4179941163.3 基于VoLTE的方案 PAGEREF _Toc417994116 h 17HYPERLINK l _Toc4179941173.4 LTE三大話音方案比較 PAGEREF _Toc417994117 h 21HYPERLINK l _Toc417994118第4章 CSFB測試未接通案例分析 PAGEREF _Toc417994118 h 24HYPERLINK l _Toc41799

14、41194.1 CSFB典型事件 PAGEREF _Toc417994119 h 24HYPERLINK l _Toc4179941204.2 CSFB呼叫流程與關鍵信令 PAGEREF _Toc417994120 h 25HYPERLINK l _Toc4179941214.3 CSFB外場測試規方法 PAGEREF _Toc417994121 h 26HYPERLINK l _Toc4179941224.4 CSFB典型案例分析 PAGEREF _Toc417994122 h 27HYPERLINK l _Toc417994123第5章總結與展望 PAGEREF _Toc417994123

15、 h 30HYPERLINK l _Toc417994124參考文獻 PAGEREF _Toc417994124 h 31HYPERLINK l _Toc417994125致 PAGEREF _Toc417994125 h 32HYPERLINK l _Toc417994126附錄主要英文縮寫語對照表 PAGEREF _Toc417994126 h 33第1章 緒論隨著移動通信技術的迅猛發展，無線移動通信系統呈現出數字化、寬帶化和分組化的發展趨勢。隨著WiMAX技術的崛起，3GPP也開始了對LTE（Long Term Evolution，長期演進)的項目研究，從而實現3G技術到B3G和4G技術

16、的平滑過渡。LTE的目標是能夠實現更高的數據傳輸速率、更短的時延、更低的成本、更高的系統容量以與改進的覆蓋圍。LTE發展初期，由于覆蓋規模的限制和考慮到保護運營商先前的投資等原因，LTE網絡將會和2G/3G網絡長期并存，當然語音業務依然會是各網絡中的主要業務。為了保證在LTE網絡中也能進行語音業務并且保證用戶網絡和2G/3G網絡間切換時的業務的連續性，在現有網絡基礎上形成了三種不同的語音解決方案：基于雙待機終端方案、CSFB和VoLTE。CSFB和VoLTE均為3GPP定義的LTE語音解決方案。VoLTE需要終端、無線和核心網的全面支持和優化，從目前來看，實現難度較大。CSFB是在產業界未實現

17、VoLTE時提出的一種相對較為簡單的語音解決方案1。本章介紹LTE語音業務研究背景作，隨后分析國外研究現狀，最后闡述本論文的研究容。1.1LTE語音業務研究背景語音業務是目前的移動通信系統中的主要業務，在未來的移動通信系統中仍然扮演著很重要的角色。由于語音業務對時延的要求比較高，在目前的3G與其以前的系統中，都通過電路域承載，利用專用資源，語音業務通過IP承載已經成為發展趨勢。在LTE系統中，只存在分組域，語音業務通過VoIP（Voice over Internet Protocol，網絡）承載。VoIP業務具有的特點，例如包比較小，為幾十個字節，包的到達間隔和包的大小基本上是固定的。如果針對

18、VoIP業務的這些小包采用動態調度方法，信令負荷會很大。在LTE系統中要達到一定的VoIP用戶容量，需要減少開銷2。因此，提出了持續調度的方法，即為VoIP業務周期性的持續分配。如何利用VoIP業務的特點進行有效的調度，保證QoS（Quality of Service，服務質量），最大程度的減少信令開銷，是需要研究的問題。1.2國外研究現狀伴隨著科技的發展, 在3G 與智能的結合尚未完全開花結果之時, 4G 智能終端的概念就被推出,有關4G 的話題幾年前就出現了, 但一直以來很少有實質性的進展。而當前, 一些國家4G 網絡的日益完善, 甚至在美國等一些發達國家已經呈現出發展迅速的態勢。業界存在

19、CSFB、單卡雙待機、VoLTE等多種LTE手機語音解決方案：CSFB和雙待機方案由2/3G電路域提供語音，VoLTE方案由LTE分組域提供語音，并通過SRVCC功能保證與2/3G話音平滑切換。目前業界主流LTE運營商選擇部署CSFB為過渡語音方案，以回落WCDMA為主，包括：DoCoMo、AT&T、VF(德國、葡萄牙)、KT、SKT等，為改善性能，DoCoMo等運營商做了私有優化。美國Verizon、MetroPCS已部署LTE FDD/CDMA2000雙待機方案，在試點2G/TD與TD-LTE雙待機方案。全球VoLTE量快速增長，SKT、LGU+和MetroPCS已于2012年8月商用Vo

20、LTE，KT、Verizon、AT&T、NTT DoCoMo等多家運營商也已制定了明確的VoLTE部署時間表3。1.3 本論文研究容本論文擬研究以下容：（1）LTE系統的原理，包括網絡架構和關鍵技術等；（2）LTE三大語音解決方案的研究，包括研究三種方案的呼叫流程、回落方式以與三種語音方案的比較；（3）通過CSFB測試案例研究了CSFB存在的問題，分析得出CSFB只能是過渡方案。第2章 LTE系統的原理第1章介紹LTE的業務研究背景。本章研究LTE系統的網絡架構和協議棧構架，分析LTE系統的關鍵技術，包括OFDM和MIMO這兩種關鍵技術。2.1 LTE系統的網絡架構由于LTE不能支持CS域的語

21、音業務，所以當發生語音業務請求時,LTE網絡會通過SGs接口連接到2G/3G網絡，從而發生語音回落。UEGERANUTRANMMESGSNMSCServerE-UTRANUuUmLTE-UuIu-psS1-MMEEGbIu-csAS3GsSGs圖2.SEQ 圖3- * ARABIC1 LTE網絡與2G/3G網絡連接結構圖LTE網絡與2G/3G網絡連接如圖2.1所示，圖2.1給出了互聯網絡中的一些主要節點和接口，包含移動用戶UE、各種無線接入技術RAT的空中接口、主要的網絡功能實體，以與功能實體間的連接接口（S3、SGs）4。圖2.1中主要的功能實體包括：（1）UE：用戶設備。CSFB要求UE能

22、夠同時接入E-UTRAN和GERAN/UTRAN的CS電路域，支持EPS/IMSI的聯合附著，更新，去附著；支持CS域的語音和短消息業務。（2）MME：移動性管理實體，支持CS域的多PLMN選擇；無線接入選擇；從當前小區的TAI得到一個VLR和LAI；為eNodeB提供已登記了的PLMN ID；對于CSFB可產生一個TAI表；維持MSC/VLR與EPS/IMSI的SGs連接；連接釋放；當UE要進行CS域業務時，通過eNodeB發起尋呼程序；支持SMS過程；可以拒絕CSFB呼叫請求。（3）MSC：移動交換中心，通過MME支持維持EPS/IMSI之間的SGs連接；支持SMS過程。（4）E-UTRA

23、N：演進的通用陸地無線接入網。E-UTRAN是TD-LTE采用的接入網架構，它對傳統3G的網絡架構進行了優化，采用簡單的、扁平化的網絡結構，接入網僅包含基站（eNodeB），不再有RNC。eNodeB具有獨立的資源管理功能，各個eNodeB之間通過直接的互聯實現相互的協調與合作。支持CS域的尋呼請求；定向UE到目標CS域的小區并考慮從MME得到的已登記的PLMN ID和可能的LAC；支持在位置區邊界的合適的小區重選以降低跟蹤區更新量；允許選擇目標回落RAT和頻率。（5）GERAN：GSM/EDGE無線接入網，采用EDGE的無線傳輸技術，網絡組成與GPRS一樣，能夠提供更高的數據速率、比特率和頻

24、譜效率。它既能真正實現快至384kbit/s的速率，又能完全兼容現有的網絡設備，充分保護運營商的投資。（6）UTRAN：UMTS陸地無線接入網。UTRAN是一種全新的接入網，是UMTS最重要的一種接入方式。UTRAN由NodeB和無線控制器RNC構成，NodeB相當于GSM中的BTS，RNC相當于GSM中的BSC。可提供話音、數據、圖像等多媒體業務，終端多種多樣，實現全球無縫連接5。（7）SGSN：GPRS服務支持節點。SGSN作為GPRS/TD-SCDMA/WCDMA核心網分組域設備重要組成部分，主要完成分組域數據包的路由轉發、移動性管理、會話管理、邏輯鏈路管理、鑒權和加密、話單產生和輸出等

25、功能。除了上述功能實體外，在LTE中涉與的主要功能實體還包括：（1）S-GW：服務網關。用戶IP數據包通過S-GW轉發，提供E-UTRAN與EPC之間的路由；當用戶在eNodeB之間移動，充當本地移動性管理實體；對下行用戶數據進行緩存，等待MME發起尋呼，建立無線承載。（2）HSS（HLR）：歸屬用戶服務器。存儲用戶的開戶信息；QoS配置和漫游接入限制；存儲用戶可連接的PDN的信息；集成鑒權功能。2.2LTE系統的協議棧構架E-UTRAN的無線協議結構包括用戶面和控制面兩個部分。用戶面的協議棧結構如圖2.2所示。PDCP、RLC、MAC和PHY子層在網絡側都終止于eNodeB，完成壓縮、加密、

26、調度以與ARQ和HARQ等功能6。eNBUEPDCPPDCPRLCRLCMACMACPHYPHY圖2.2 用戶面協議棧控制面協議棧結構如圖2.3所示。各子層功能簡單描述如下：PDCP子層，網絡側終止于eNB，完成加密和完整性保護等功能；RLC和MAC子層，網絡側終止于eNB，完成與用戶面一樣的功能；RRC子層，網絡側終止于eNB，完成廣播、尋呼、RRC連接管理、無線承載控制、移動性等功能以與UE的測量報告和控制；NAS控制協議，網絡側終止于MME，負責EPS的承載管理、鑒權、安全控制等。 UEeNBMMENASNASRRCRRCPDCPPDCPRLCRLCMACMACPHYPHY圖2.3 控制

27、面協議棧2.3 LTE系統的關鍵技術1. OFDM技術OFDM技術的主要思想就是在頻譜將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制。其實現架構如圖2.4所示。輸入數模轉換串并變換并串變換插入CP子載波映射IFFT信道輸出子載波均衡并串變換FFT模數轉換去掉CP串并變換圖2.4 OFDM系統實現架構從圖2.4可以看出，OFDM系統是將數據符號調制在傳輸速率相對較低的、相互之間具有正交性的多個并行子載波上進行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相對帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的

28、干擾。此外，由于該技術允許子載波頻譜重疊，接收端利用各子載波間的正交性恢復出發送的數據，因此，OFDM系統具有更高的頻譜利用率7。同時，在OFDM符號之間插入循環前綴，可以消除由于多徑效應而引起的符號間干擾，而且能避免在多徑信道環境下因保護間隔的插入而影響子載波之間的正交性，這使得OFDM系統非常適用于多徑無線信道環境。OFDM信號頻譜如圖2.5所示。從圖2.5可以看出，OFDM信號的載波互相重疊，說明其頻譜利用率相當高。圖2.5 OFDM信號頻譜圖OFDM的優點如下：（1）抗多徑衰落的能力強；頻譜效率高；（3）OFDM將信道劃分為若干個子信道，而每個子信道部可以認為是平坦衰落的；（4）可采用

29、基于IFFT/FFT的OFDM快速實現方法；（5）在頻率選擇性信道中，OFDM接收機的復雜度比帶均衡器的單載波系統低。OFDM的缺點如下：（1）對頻偏和相位噪聲比較敏感；（2）峰值平均功率比大；（3）小區間干擾嚴重；2. MIMO技術MIMO技術指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發多收，在不增加頻譜資源和天線發射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量，被視為下一代移動通信的核心技術。無線電發送的信號被反射時，會產生多份信號。每份信號都是一個空間流。使用單輸入單輸出（SISO

30、）的系統一次只能發送或接收一個空間流。MIMO允許多個天線同時發送和接收多個空間流，并能夠區分發往或來自不同空間方位的信號。各天線技術原理如圖2.6所示，包括單入單出（SISO）、單入多出（SIMO）、多出單入（MISO），多入多出（MIMO）。SISOSIMOMIMOMISO圖2.6 各天線技術原理圖MIMO系統原理框圖如圖2.7所示，在發射和接收端均有多根天線。多徑信道空時信號處理空時信號處理輸出流輸入流圖2.7 MIMO系統原理框圖從圖2.7可以看出，在發射端，輸入的串行碼流通過一系列預處理（調制、編碼、加權、映射）轉換成幾路并行的獨立子碼流，通過不同的發射天線發送出去。在接收端，利用不

31、少于發送天線數目的天線組進行接收，并利用估計出的信道傳輸特性與發送子碼流間一定的編碼關系對多路接收信號進行空域與時間域上的處理，從而分離出幾路發送子碼流，再轉換成串行數據輸出。MIMO技術分類如下：（1）空分復用：工作在MIMO天線配置下，能夠在不增加帶寬的條件下，相比SISO系統成倍地提升信息傳輸速率，從而極提高了頻譜利用率。在發射端，高速率的數據流被分割為多個較低速率的子數據流，不同的子數據流在不同的發射天線上在一樣頻段上發射出去。如果發射端與接收端的天線陣列之間構成的空域子信道足夠不同，即能夠在時域和頻域之外額外提供空域的維度，使得在不同發射天線上傳送的信號之間能夠相互區別，因此接收機能

32、夠區分出這些并行的子數據流，而不需付出額外的頻率或者時間資源8。空間復用技術在高信噪比條件下能夠極大提高信道容量，并且能夠在“開環”，即發射端無法獲得信道信息的條件下使用。（2）空間分集：利用發射或接收端的多根天線所提供的多重傳輸途徑發送一樣的資料，以增強資料的傳輸品質。（3）波束賦型：借由多根天線產生一個具有指向性的波束，將能量集中在欲傳輸的方向，增加信號品質，并減少與其他用戶間的干擾。第3章 LTE語音業務解決方案研究電信網絡正經歷巨大的變革時期，IP多媒體業務直接挑戰電信運營商的運營角色和運營模式。運營商的語音收入將逐年減少，但是對用戶而言，語音業務仍將是“必須”的基本通信需求，并且根據

33、預測到2015年，語音收入仍將占運營商整體收入的65%左右。因此,LTE時代的語音解決方案無論對運營商還是用戶都十分重要。如何通過LTE提供語音業務以與實現LTE和2/3G網絡的互操作已經成為眼下全球運營商共同關注的熱門話題。本章節主要研究LTE系統語音業務解決方案，包括雙待機、CSFB和VoLTE，介紹各個方案的呼叫流程以與三種方案的優缺點。3.1 基于雙待機終端方案3.1.1單卡多模雙待方案技術架構TD-LTE/TD-SCDMA/GSM（GPRS）多模雙待手持終端根據業務類型自動選擇不同的通信模塊：語音業務選擇注冊/建立在GSM（GPRS）/TD-SCDMA雙模單待模塊，數據業務優先選擇注

34、冊/建立在TD-LTE模塊，若多模雙待手持終端離開TD-LTE覆蓋區，或TD-LTE模式無法提供正常數據業務支持，則選擇在GSM（GPRS）/TD-SCDMA雙模單待模塊注冊/建立/重建數據業務9。系統架構如圖3.1所示。EPC核心網InternetE-UTRAN接入網PSTD-SCDMA/GSM(GPRS)TD-LTE傳統CS域核心網PSIN/PLMN接入網CS傳統2/3G接入網SIM圖3.1 TD-LTE/TD-SCDMA/GSM（GPRS）單卡多模雙待技術架構圖3.1的SIM卡與普通單模終端一樣，雙待的兩個模式依據各自的流程操作同一SIM卡的相應參數區。當兩個模式同時操作SIM卡時，終端

35、控制兩個模塊順序操作，避免沖突。當一個模式操作某參數區時，若該參數區為兩個模式共享參數區，終端能夠控制一個模式的操作不影響另一模式下的數據。3.1.2多模雙待終端模式選擇過程終端開機后，同時啟動TD-SCDMA/GSM（GPRS）和TD-LTE兩個模式分別搜索網絡。（1）TD-SCDMA/GSM（GPRS）模式的開機選網和注冊流程與現在的TD-SCDMA/GSM（GPRS）雙模單待終端一致，終端優先選擇TD-SCDMA網絡，若TD-SCDMA無法提供服務，按普通雙模單待終端流程選擇GSM網絡，正常駐留后，發起CS域注冊流程，完成后進入TD-SCDMA/GSM（GPRS）待機狀態。如圖3.2所示

36、。TD-SCDMA/GSM(GPRS)網絡TD-LTE網絡多模雙待終端開機初搜：小區同步，接收廣播，駐留初搜：小區同步，接收廣播，駐留PS域注冊請求CS域注冊請求PS域注冊接受PS域注冊完成CS域注冊接受CS域注冊完成雙待機圖3.2 TD-LTE/TD-SCDMA/GSM（GPRS）單卡多模雙待開機流程（2）TD-LTE模式的開機選網流程與單模TD-LTE終端搜網機制一致，選擇合適的TD-LTE小區正常駐留后，發起PS域注冊流程，完成后進入TD-LTE待機狀態。PS和CS域注冊完成后，終端在TD-SCDMA/GSM（GPRS）模式和TD-LTE模式同時待機，并分別依據TD-SCDMA/GSM（

37、GPRS）雙模單待終端和TD-LTE終端的技術規，完成兩種模式空閑狀態下的移動性管理。3.1.3多模雙待終端業務過程TD-LTE正常待機狀態下，終端優先選擇在TD-LTE模式上發起PS域數據業務。業務保持過程中，若TD-LTE網絡覆蓋不好或丟失覆蓋，數據業務在TD-LTE模式上中斷，終端應將PS域轉移到TD-SCDMA/GSM（GPRS）雙模單待模式上注冊，成功后在該模式上重建PS域數據業務連接。同時，終端控制關閉TD-LTE模式或進入慢搜索狀態。如圖3.3所示。TD-SCDMA/GSM(GPRS)網絡TD-LTE網絡多模雙待終端雙待機PS域數據業務建立和保持PS域數據業務中斷CS域待機PS域

38、數據業務重建和恢復PS域注冊成功小區搜索駐留成功PS域數據業務中斷PS域注冊成功PS域數據業務重建和恢復CS域待機圖3.3 TD-LTE/TD-SCDMA/GSM（GPRS）單卡多模雙待終端數據業務流程從圖3.3可以看出，TD-SCDMA/GSM（GPRS）單待機狀態（TD-LTE丟失覆蓋或無法提供正常PS服務），終端選擇在TD-SCDMA/GSM（GPRS）雙模單待模式實現數據業務。業務保持過程中，若TD-LTE網絡恢復正常覆蓋或服務能力，終端應在現有網絡完成業務或根據需要中斷該數據業務連接，將PS域轉移到TD-LTE模式上注冊，成功后在TD-LTE模式上重建連接，恢復該數據業務。因多模雙待

39、方案針對的TD-LTE網絡目前不支持語音業務，所有CS域業務只能在TD-SCDMA/GSM（GPRS）雙模單待模式上進行，業務流程與行為同普通雙模單待終端。3.2 基于CSFB的方案3.2.1 CSFB語音呼叫流程CSFB技術中，在LTE和2G/3G的雙覆蓋區域，對話音、LCS和補充業務，LTE/EPC網絡能觸發終端從LTE接入回退到2G/3G網絡接入并進行CS業務。只有在E-UTRAN與UTRAN/GERAN的重疊區域，并且UE也具有CSFB功能的時候，CSFB技術才能使用。對于話音業務，在起呼的時候，UE從LTE回退到CS域發起呼叫；終呼時，UE在LTE網絡收到尋呼，觸發UE回退到CS網絡

40、。對短消息業務，UE不需要回退到CS網絡，在LTE下即可收發短消息。為支持CSFB功能，對于終端、MME、MSC以與E-UTRAN都必須支持相應的功能。具備CSFB能力的UE能接入E-UTRAN/EPC，也能接入GERAN/UTRAN的CS域。還支持聯合附著、位置更新和去附著，以與語音的CSFB和短消息流程。MME能夠根據終端當前駐扎的TAI導出LAC，或者配置一個默認的LAI，然后根據LAT導出VLR。對于聯合的EPS/IMSI附著的終端，維護到MSC/VLR的SGs連接，當EPS去附著的時候，觸發IMSI去附著。當MSC通知要尋呼終端的時候，在E-UTRAN里觸發尋呼，并且支持短消息流程1

41、0。為支持CSFB，MSC需要維護聯合的EPS/IMSI附著的終端到MME的SGs連接，并且支持SGs口下發Page消息和支持短消息流程。E-UTRAN能夠發送CS尋呼消息給終端，并引導終端到CS域。（1）MO語音呼叫流程對于MO語音呼叫業務，用戶會向E-UTRAN網絡發送CS業務請求，在EPS網絡的幫助下完成目的小區選擇，接入到CS域中完成后續CS業務。在此過程中，eNodeB可以通過PSHO和重定向方式將UE轉移到目標小區。MO的語音呼叫包括用戶在空閑態和激活態下發起的呼叫。如果用戶是空閑狀態，先要變成EMM-CONNECTED激活狀態，才能發起呼叫。基于R8重定向方式CSFB的MO呼叫流

42、程如圖3.4所示。UEeNodeBRNCMMEMSCSGSN1.Extended Service Request(containing a CS Fallback Indicator2.S1-AP Message withCS Fallback IndicatorS1-AP Reponse Message3.Optional measurement report4.RRC Connection Releasewith UTRAN fequencyS1 UE context release5.LAU combined RAU/LAU or RAU and LAU6.CS call establi

43、shment procedure圖3.4CSFB的MO呼叫流程圖3.4中，UE通過Extended Service Request消息（NAS消息）通知MME發起CS域業務。MME通過S1-AP Request消息指示eNodeB觸發CSFB過程。若MME支持LAI特性，則同時下發LAI給eNodeB。eNodeB根據UE能力、配置參數與算法策略決定是否啟動盲切換。eNodeB在RRC Connection Release消息中攜帶一個目標UTRAN的頻點，指示UE進行重定向，并發起S1 UE上下文釋放過程。UE在目標小區可能發起LA更新，或聯合的RA/LA更新，或同時發起LA和RA更新。UE

44、在UTRAN小區發起CS域業務建立過程。（2）MT語音呼叫流程MT CSFB流程只比MO CSFB多了一個尋呼環節。MSC收到對該UE的呼叫時，通過MSC-MME-eNodeB-UE的路徑傳遞尋呼消息。如果當前UE處于ECM-IDLE狀態，則MME向UE發送CS尋呼消息；如果當前UE處于ECM-CONNECTED狀態，MME通過CS Service Notification消息通知UE。UE收到消息后，向MME回Extended Service Request消息觸發和執行CSFB，eNodeB根據MME的指示幫助UE完成小區重選并指示UE通過UTRAN/GERAN接入到CS域，UE在CS與響

45、應MSC的尋呼建立呼叫。3.2.2 CSFB回落方式分析1.CSFB回落方式對比評價一種CSFB方式優劣，需要考慮用戶感知、呼叫建立可靠性以與網絡復雜度等多個方面。用戶感知對比分析對于CSFB技術來說，影響用戶感知的主要是兩個方面：呼叫接續時長和數據業務終端時長，根據高通的CSFB技術白皮書提供的數據，在現網3G下，各種CSFB方式接續時長的測試數據如表3.1所示。表3.SEQ 表3- * ARABIC1各種CSFB接續時長測試結果項目3G基準PSHOR8重定向R8優化重定向R9重定向主叫時延/秒44.46.94.94.5增幅/%107.32313被叫時延/秒2.635.23.53.2增幅/%

46、151003523數據業務中斷時間/秒0.36.85.14.8根據表3.1數據，PSHO方式CSFB無論主叫還是被叫均能獲得最短時長，而R8重定向方式則最長。在重定向方式中，R9重定向方式性能最優，R8優化重定向方式其次，R8重定向方式最差。呼叫建立可靠性對比在PSHO方式下，呼叫建立的成功率與PS切換的成功率密切相關，如果PS切換失敗將直接導致呼叫建立失敗。在切換過程中，UE測量信息結果是在UE嘗試接入網絡之前0.3秒進行的，如果網絡情況發生變化，很可能會導致切換失敗，特別是在UE高速移動的時候尤為明顯。而且在現網維護中，無論是同頻切換還是異頻切換都存在較高的失敗率，這也將導致呼叫建立的成功

47、率進一步降低。因為基于重定向方式下，UE在嘗試接入指定小區之前才進行測量，基于重定向的CSFB能夠提供比基于切換的CSFB更高的呼叫建立的可靠性。根據高通提供的測試數據，在現網3G網絡進行的呼叫建立可靠性測試中，基于重定向方式進行的160次呼叫中沒有一次建立失敗。根據高通搜集的數據，重定向方式的呼叫建立成功率高于99%，而由于PSHO方式的使用時間問題，暫時還沒有PSHO方式的呼叫建立成功率數據。網絡復雜度分析每種CSFB方案由于涉與網元不同而需要對現網進行改造的量也不同，表3.2是4種CSFB的改造圍以與產業支持情況。表3.2 改造圍與產業支持情況回落方式復雜度涉與改造網元產業支持R8重定向

48、最簡單目前廣泛部署的主流方案，實現簡單，性能尚可R9重定向網絡側需要支持RIM流程需現網LTE同覆蓋區與邊界RNC/SGSN改造支持RIM流程多數運營商計劃部署的優化方案，實現代價較大，性能好R8優化重定向需要網絡和終端支持deferred SIB11/12不采用DMCR時對網絡無改造，需終端支持，采用DMCR需要RNC支持高通與海思芯片已支持，部分廠商網絡不支持DMCRPSHO流程復雜，現網LTE同覆蓋區與邊界BSC/SGSN均需改造，改造難度大需要終端RNC和SGSN、MME支持運營商部署較少2.結論CSFB技術只是在未實現VoLTE前的一種過渡方案，一旦IMS網絡建成，就可以采用SRVC

49、C來實現LTE網絡與2G/3G系統間的語音連續，此時CSFB將僅提供國際漫游支持。因此，選擇采用哪種回落方式需要綜合考慮用戶感知、可靠性以與建設成本問題。根據這一原則，建議優選R8重定向方式，雖然這種方式在用戶體驗方面略有不足，但它的特點是部署快，對現網改造小，而且網絡之間優化簡單，維護和建設成本最低。3.3基于VoLTE的方案1VoLTE介紹VoLTE是基于IMS的語音業務。IMS由于支持多種接入和豐富的多媒體業務，成為全IP時代的核心網標準架構。經歷了過去幾年的發展成熟后，如今IMS已經跨越裂谷，成為固定話音領域VoBB、PSTN網改的主流選擇，而且也被3GPP、GSMA確定為移動語音的標

50、準架構。VoLTE即Voice over LTE，它是一種IP數據傳輸技術，無需2G/3G網，全部業務承載于4G網絡上，可實現數據與語音業務在同一網絡下的統一11。換言之，4G網絡下不僅僅提供高速率的數據業務，同時還提供高質量的音視頻通話，后者便需要VoLTE技術來實現。VoLTE技術帶給4G用戶最直接的感受就是接通等待時間更短，以與更高質量、更自然的音視頻通話效果。VoLTE與2G、3G語音通話有著本質的不同。VoLTE是架構在4G網絡上全IP條件下的端到端語音方案。VoLTE相較2G、3G語音通話，語音質量能提高40%左右，因為它采用高分辨率編解碼技術。VoLTE為用戶帶來更低的接入時延（

51、撥號后的等待時間），比3G降50%，大概在2秒左右，而2G時代在6-7秒。此外，2G、3G下的掉線率時有發生，但VoLTE的掉線率接近于零。2VoLTE系統架構UEeNodeBBS&PGWMMEMMTelASI-/S-CSCFP-CSCFPCRFHSSShISCCxMwRxSGi英文摘要聲明、摘要、正文、后記等部分的正文一律采用“宋體、小四號”字，西文文字或字符采用“編頁碼應西文文字采用“New Times Roman、小四號”字1.5倍行距，段首縮進2字符英文間的標點符號統一用半角字符，并在標點符號后加一空格MMES11S6aS1-Ue-UuVoLTE解決方案中，實現VoIP語音業務時，除了

52、由EPS（演進的分組系統，LTE和EPC合起來稱為EPS）系統提供承載，由IMS系統提供業務控制外，通常還要由PCC架構實現用戶業務QoS控制以與計費策略的控制。VoLTE業務的典型系統架構如圖3.5所示。圖3.5 VoLTE網絡架構圖3.5中主要包括UE、eNodeB、MME、S-GW、 P-GW、HSS、PCRF、IMS域（P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AS）、MM TelAS等網元。 IMS域主要完成CSCF呼叫控制等功能。支持基于ISIM的鑒權、信令的IPSec保護、Tel-URI和SIP URI、信令壓縮，MMTtelAS支持類似GSM的多媒體補充業務。EPC域主要包括M

53、ME、S-GW、P-GW、HSS等網元，除了基本的EPC相關功能之外，還需要額外支持 IMSAPN、初始附著的信令承載建立、P-CSCF發現以與信令和GBR承載丟失的處理等功能12。PCRF（策略和計費規則功能）主要完成策略控制決策和基于流進行計費控制的功能。 eNodeB主要負責RRM（無線資源管理）功能；IP頭壓縮與用戶數據流加密；UE附著時的MME選擇；尋呼信息的調度傳輸；廣播信息的調度傳輸；以與設置和提供eNodeB的測量等。3VoLTE呼叫流程這個方案是最接近ICS架構的方案，不管VoLTE用戶在IMS域或CS域接入，其業務域總在IMS域中，CS域的業務功能基本放棄，只做呼叫接續之用

54、。VoLTE呼叫流程如圖3.6所示。UE BSCC ASS-CSCFMGWMSC ServerUE A1.CS call setup2.INVITE3.INVITE4.INVITE5.INVITE6 pletion of Session Setup ProceduresIMS bearerCS domain bearer圖3.6 VoLTE呼叫流程圖3.6中，SCC AS（Service Centralization and Continuity Application Server）是3GPP在ICS、SRVCC架構中提出的，提供會話轉移（Session Transfer）功能以與域選擇功能

55、。圖3.6中各步驟如下：（1）UE A發起CS呼叫消息（包括被叫UE B的），發給ICS增強的MSC Server；（2）MSC發SIP Invite消息給S-CSCF；（3）S-CSCF執行標準的業務控制過程，S-CSCF按IFC規則觸發到SCC AS；（4）SCC AS作為B2BUA網元，發起一個新的SIP 呼叫到S-CSCF；（5）S-CSCF繼續標準的主叫側IMS會話處理，路由請求到B側的IMS網絡；（6）會話建立成功。4VoLTE關鍵技術VoLTE語音解決方案的核心思想是采用IMS系統作為業務控制層，EPC僅作為承載層。借助IMS系統，不僅能夠實現語音呼叫控制等功能，還能夠合理、靈活

56、地對多媒體會話進行計費。運營商可以基于用戶的QoS，針對用戶業務的不同容（比如，是VoIP會話還是一次網頁瀏覽或者是一條即時消息等），提供不同的資費標準。另外，IMS定義了為業務開發商使用的標準接口，通過這些接口使得運營商能夠在多廠商環境下提供業務，避免綁定在單一廠商來獲取新業務。VoLTE是全IP條件下端到端語音解決方案，涉與終端、無線、PS（分組域）、IMS（IP多媒體子系統）、 CS（電路域）各技術領域，旨在提供和電路域話音相媲美的語音業務。采用VoLTE語音解決方案，對終端域、無線域和核心網分別有如下要求：核心網需要全面部署IMS系統，IMS域需要提供 CSCF等呼叫控制以與HSS、M

57、MTelAS和IP-SM-GW、MGCF/IBCF/TrGW等互通功能；需要引入LTE的設備S/P-GW、MME、以與為VoLTE提供承載通道和QoS控制能力。終端域需要支持VoLTE相關特性，包括RoHC（魯棒頭壓縮）、RLCUM（無線鏈路連接非確認模式）以與LTEDRX（非連續接收）等功能。無線域需要引入LTE的設備eNodeB（E-UTRAN）。5VoLTE演進的相關技術和策略任何一個新網絡的部署，都不能做到一蹴而就， LTE網絡也一樣，很難在短時間達到全面覆蓋，因此在很長一段時間之，會存在LTE網絡以與傳統的 2G和3G網絡共存的情況13。在LTE/EPC網絡發展過程中，可能會出現 L

58、TE/EPC網絡在部分地區能夠提供VoIP業務，但不能實現VoIP業務的全覆蓋的場景，此時可以借用 2G/3G網絡電路域的覆蓋來保證語音業務本身的全覆蓋。在LTE/EPC網絡覆蓋好的地區使用IMS的VoIP業務，當用戶到達LTE/EPC網絡覆蓋邊緣卻具備良好 2G/3G網絡覆蓋時，在EPC網絡控制下，將用戶正在進行的VoIP通話接續到2G/3G網絡電路域。此方案稱為SRVCC，SRVCC實際上是個切換過程，要求運營商已經部署了IMS網絡。SR-VCC技術可能在LTE網絡部署的前期和中期使用，隨著LTE網絡的覆蓋擴大，SRVCC技術的使用逐漸減少。在LTE/EPC網絡完成全覆蓋，IMS網絡的部署

59、也達到成熟時，VoLTE將成為語音業務的首選解決方案。3.4 LTE三大話音方案比較1LTE話音方案比較雙待機方案是北美傳統cdma2000運營商部署FDD LTE或Wimax的首選語音解決方案，Veriaon、MetroPCS積極推動FDD LTE/cdma2000雙待機方案，clearwire、Sprint積極推動Wimax/cdma2000雙待機方案，HTC、三星、LG等廠商已推出多款產品，市場反響良好。CSFB是3GPP標準定義的LTE語音過渡方案，不少運營商推薦CSFB作為國際漫游方案。部分運營商已在2011年底部署CSFB，但大部分運營商將最終過渡到VoLTE/SRVCC。VoLT

60、E/SRVCC是3GPP標準定義的LTE語音目標方案，已被業界廣泛接受。3GPP已完成VoLTE技術標準,GSMA已完成VoLTE國際漫游架構的定義，為VoLTE的商業部署奠定了基礎14。三種方案具體情況如表3.3。表3.3三種方案對比分析多模雙待單卡終端CSFBVoLTE可商用時間2012年2013年底2014年后，且要求LTE規模連續覆蓋業務體驗語音和承載業務可以并發，語音體驗同現網，國際漫游不受限制，雙卡使用存在耗電和干擾問題語音和承載業務不能并發，語音呼叫建立時間增長語音和承載業務可以并發，語音呼叫建立時間接近現網，切換過程復雜，可能降低切換成功率對網絡的改造要求對現有2G/TD網絡改