LTE语音业务解决方案研究.doc

研发项目结题报告项目名称及编号LTE语音业务解决方案研究（联合项目名称：面向LTE的新一代基础通信业务研究）主要研究单位及负责人（联系方式）其他研究单位及负责人（联系方式）是否集团级重点项目(是/否)是是否联合研发项目（是/否）； 是项目经费（万元）0项目起止时间专业类别数据业务研究类别超前研究关键词索引（35个）VoLTE，CSFB，SRVCC该项目在研究单位内部的评审结果（按填写说明3）该项目在研究单位内部的评审意见：描述评审专家组对该项目在技术先进性，创新性，取得的总体效益，可推广性等方面的评价。项目研究成果简介：本项目针对LTE网络中语音业务的解决方案进行了一系列的研究，对主流的解决方案CSFB和SRVCC进行了详细的比较，并对VoLTE的路标规划进行了对标分析；结合现网对VoLTE解决方案的可操作性和实现时间进行了调研；利用仿真结果着重对CSFB和SRVCC方案下的语音业务质量进行了评估分析，并给出了一些质量隐患的提升思路；最后对CSFB和SRVCC解决方案部署后对现有2/3网络的影响进行了定性分析，并提出了一些协同规划建议。该项目的专利情况：无该项目研究中发现的问题及今后工作建议：符合现有企业标准及路标项目研究成果的主体内容：1.1 VoLTE解决方案的比较与对标1.1.1 VoLTE解决方案的回顾目前业界主流的VoLTE解决方案主要有多模双待终端、CSFB和SRVCC三种。其中多模双待终端是通过使终端同时驻留2G/3G和LTE网络，话音业务通过2G/3G提供，数据业务通过LTE或2G/3G提供来实现语音业务的承载，该方案更多的依赖于终端的支持能力，基本不涉及网络侧的改造。CSFB是当用户驻留LTE网络时，如果需要发起或者接收语音呼叫，用户先从LTE网重选回2G或3G网络中，再在2G/3G网络中完成语音业务的方案。SRVCC则是在LTE网络中提供基于IMS的话音业务，同时支持LTE话音与2G/3G语音的互操作来保证语音业务的连续性。VoLTE的最终目标方案是基于IMS的LTE网络语音承载方案，而CSFB和SRVCC是目前各大运营商广泛认可的过渡方案。CSFB和SRVCC二者都是从网络侧到终端侧的端到端解决方案，也是本课题研究的重点，下面将两者的功能和所需的支撑描述如下:CSFB（CS Fallback）的功能描述： MME与MSS间引入的SGs接口支持CSFB。 当LTE终端附着在LTE网络时，终端发起类似联合附着的位置更新：MME通过SGs接口实现终端在CS核心网的位置更新。此流程与Gs接口上的联合附着的位置更新流程类似。 当终接呼叫接续时，寻呼消息通过SGs接口经LTE无线接口到达LTE终端。LTE终端在LTE Node-B的协助下转到2G/3G网络，并完成后续呼叫接续信令流程。CSFB需要的支撑： LTE-Node-B, MME以及MSS需要升级支持基于CSFB功能。 LTE终端需要支持基于CSFB功能。SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）的功能描述： MME和MSS之间引入Sv接口以支持SRVCC功能。 LTE终端测量周边小区信号强度。当LTE到2G/3G跨系统的无线倒换门限到达时，LTE Node-B发起到MME的切换请求。根据用户签约信息，MME判断该用户是否可以使用SRVCC流程。当需要跨系统切换且当前有实时连接时，MME发起到MSS的SR-VCC流程。 MSS预留自己到目标2G/3G小区的网络资源，或通过局间切换完成资源预留。并且，MSS发起一个到VCC锚定点的呼叫请求。 VCC锚定点负责PS到CS域的会话连续。在标准架构的IMS网络中，VCC锚定点是由SRVCC业务服务器实现的。 当上述流程完成后，MSS向MME及LTE终端发出向目标小区的切换指令。SRVCC需要的支撑： LTE-Node-B, MME以及MSS 需要升级支持基于SRVCC功能。 LTE终端需要支持基于SRVCC功能。 HSS/HLR支持SR-VCC相关签约信息。 SR-VCC相关签约信息还可以用来控制用户是否可以使用SR-VCC功能。1.1.2 VoLTE解决方案的比较对CSFB和SRVCC两方案从产业进程、技术成熟度、用户的业务体验、适合的场景和对象等角度进行了逐项的比较:比较项目 CSFBSRVCC终端支持情况 LTE初期支持 LTE后期支持 无线网络支持情况 初期 后期 PS网络支持情况 初期 后期 R4支持情况 初期 后期 HLR支持情况 无 后期 核心网改造工作量 中等 涉及R4改造 大 涉及R4、HLR及IMS改造 呼叫接续时长 长 接续时需要倒换空口接入方式 短 与IMS用户体验相同 语音切换时长 短，与CS用户体验相同 长 语音质量 与CS用户体验相同 与IMS用户体验相同 对PS业务影响 影响大 语音呼叫时PS业务连续性取决于CSFB时是否伴随PS HO。 影响小 语音呼叫中不发生SR-VCC时PS业务不受影响 部署场景 LTE初期，LTE覆盖范围小 LTE后期，LTE覆盖范围大 针对用户群 初期LTE终端，国外漫游来访LTE用户 IMS业务签约用户 通过上述的比较可以看到，从产业进程和技术成熟度来说，无论是终端、无线网、PS网、R4软交换和HLR对CSFB的支撑都比较早，且CSFB对核心网的改造量也相对SRVCC要小；从用户的业务体验来说，CSFB的呼叫接续时长较长、且对PS业务的影响较大，而SRVCC仅在语音切换时会导致切换时间较长且影响PS业务，因此总体来看，SRVCC的语音业务体验更好；从部署场景来说，CSFB更适于LTE初期，LTE覆盖范围小的场景，而SRVCC更适合于LTE后期，LTE的覆盖范围有一定规模的场景；最后从针对的用户群来说，CSFB是国际漫游来访LTE用户的标准解决方案，SRVCC需针对IMS业务签约用户。总体来看，CSFB具有产业进程快、技术成熟早、部署较简单的的优势，同时是国际漫游来访用户的业务接入必选模式，适合LTE早期部署；SRVCC技术方案成熟较晚，但用户体验较好，同时其在LTE网内的承载方式就是基于IMS的最终目标方案，因此是LTE后期的最优解决方案。1.1.3 VoLTE解决方案的对标将CMCC的VoLTE技术路标与国际主流的一些运营商所制定的技术路线进行比对:CMCC的VoLTE技术路标可以概括为： 中国移动双待机方案先行，抢占市场先机； 视双待终端的推广情况和CSFB的标准和产业化情况，择机引入CSFB； 目标走向SRVCC（2014年后）。国际主流的一些运营商所制定的VoLTE技术路线如下图所示：从图中可以看到： Verizon和metroPCS已经开始于2011年应用双模双待终端； Docomo和AT&T将于2012年部署CSFB方案； 由于CDMA技术本身不适于实现与LTE之间的切换，Verizon将于2012年直接部署基于IMS的最终语音承载方案； 大部分运行商将SRVCC视作VoLTE的目标方案。从对标中可以看到，CMCC的路标方案与国际主流的一些运营商所定的技术路线基本一致，已有运营商着手部署CSFB方案，大部分运营商都将SRVCC作为VoLTE的中期目标方案。1.1.4 VoLTE解决方案的引入建议对于多模双待终端，考虑到其: 可商用时间早。 语音和承载业务可以并发。 语音体验同现网。 国际漫游不受限制。 对现有2G/TD网络改造较小。所以其引入建议仍为：终端成熟后即引入抢占市场先机对于CSFB，考虑到其: NGMN组织规定的对国际漫游来访用户的标准化支持方案。 LTE初期对紧急电话的支持。 LTE初期对短信的支持，用于漫游提醒、受限提醒、终端设置等。 标准终端的低成本和多样性。 网络部署和改造的复杂度较低。所以其引入建议为：LTE覆盖区域必选，可尽早部署对于SRVCC，考虑到其: LTE在相当长一段时间内不会形成全覆盖，该方案是过渡到基于IMS的纯VoIP的公认方案。 优于CSFB的用户体验：语音数据并发，仅在切换发生时有所影响。 标准终端的低成本和多样性。所以引入建仍为：在LTE规模覆盖后，作为VoLTE的中期目标方案1.2 VoLTE解决方案的现网可操作性评估考虑到北京现网的CS域核心网和IMS网络均为诺西设备，因此针对诺西调研了VoLTE方案的网络侧可操作性及实现时间。从上表中可以看到： CSFB的整体解决方案（LTE to 2G/3G）已经于2011年3季度支持，具备网络可操作性； SRVCC的整体解决方案（LTE to 2G/3G）将于2012年2季度支持，届时具备网络可操作性； 需要注意的是，由于终端的产业进程相对落后，因此解决方案的最终应用时间受限于终端的商用时间。 同时需要注意的是，由于国外部分运营商的部署快于国内，因此部署时间也应考虑对国际漫游来访用户的支持，特别是来访规模较大的运营商商用情况。1.3 VoLTE的业务质量评估1.3.1 CSFB的语音业务质量评估依据方案原理，对CSFB方案下的语音业务质量定性评估如下: 呼叫建立时长增加，主动挂机可能性升高，用户感知恶化； 由LTE回落至2/3G以及由2/3G重选回LTE过程中用户不可及，导致接通率下降，用户感知恶化； 频繁回落增加了2/3G网络的信令和话务负荷。 为了更精确的体现对语音业务质量的影响，下面对影响CSFB业务质量的关键因素-语音呼叫建立时长开展定量的评估和比较分析。由于语音业务，即CS域的互操作测试尚未开展，CSFB的呼叫建立时长依据高通的仿真结果评估，同时结合现有各种场景下的呼叫建立时长测试结果，对比评测如下：呼叫类别现网内语音呼叫2G-2G 2G-3G 3G-3G 2/3G省际长途 2/3G国际长途 呼叫建立时长(s)最小5.53 6.43 7.28 8.89 10.98 平均5.66 7.36 7.67 9.35 12.68 最大5.79 8.28 7.97 9.73 15.7 呼叫类别LTE用户语音呼叫CSFB to GERANCSFB to UTRAN互操作方式 LTE-2G LTE-LTE LTE-3G 互操作方式 LTE-2G LTE-LTE LTE-3G 呼叫建立时长(s)RRC ReleaseWith SIBs (R9)6.55 7.45 8.25 RRC ReleaseWith SIBs(R9)7.91 8.46 8.22 RRC Releasewithout SIBs(R8)8.55 11.45 10.25 RRC ReleaseWithout SIBs (R8)8.87 10.38 9.18 CCO withoutNACC10.69 15.73 12.39 PS Handover9.06 10.76 9.37 CCO withNACC8.69 11.73 10.39 从上述VoGSM/TD与VoLTE的语音呼叫建立时长的对比中可以得到如下结论： CSFB to GERAN方案整体时延较长，LTE-LTE的呼叫除RRC Release with SIBs(R9)外其他互操作方法的呼叫建立时长均显著长于2G省际长途呼叫建立时长； CSFB to UTRAN方案整体时延较短，LTE-LTE的呼叫较原有3G呼叫的建立时长增加不多，除RRC Release with SIBs(R9)方式外，其他方式时长均小于回落至2G下的时长； 如CSFB to GERAN，从用户感知角度仅能选择RRC Release with SIBs(R9)； 如CSFB to UTRAN，最优方案仍是RRC Release with SIBs(R9)，但可选方案较多，同时PS域业连续性更好，从网络负荷角度，目前3G网络也较2G轻载。综上，从用户的业务体验角度可优先采用CSFB to UTRAN方案。 1.3.2 SRVCC的语音业务质量评估依据方案原理，对SRVCC方案下的语音业务质量定性评估如下: 跨RAT切换时间长，用户感知语音质量下降，甚至有明显中断； 如时间过长，则会导致切换成功率降低，用户掉话； 切换增加了LTE覆盖区边缘2/3G小区的信令和话务负荷。 为了更精确的体现对语音业务质量的影响，下面对影响SRVCC业务质量的关键因素系统间切换时长开展定量的评估和比较分析。由于语音业务，即CS域的互操作测试尚未开展，SRVCC的切换时长依据诺西及阿郎的仿真结果评估，同时结合网2/3G系统间切换时长的测试结果，对比评测如下；典型的3G到2G的系统间切换如下图所示，现网2/3G系统间总切换时长（从测量报告到切换完成）约为690ms，其中空口中断时长仅为70ms。对于SRVCC的切换，这里以无DTM支持的情况来分析其切换流程，有DTM支持的情况下，切换中断时延的性能相同，切换准备时间要略长于无DTM的场景。SRVCC的整个切换过程，可以分为发起阶段、准备阶段、执行阶段、后处理阶段4个部分，其中有影响的是准备和执行两个阶段，其中如果切换准备阶段的时间过长，则用户可能由于已经走出覆盖区或者某种原因导致的信号恶化而掉话，而切换执行阶段即对应业务的中断时间，直接影响用户的通话质量和感知。正常情况下切换准备阶段的信令流程耗时可以保证语音通话的保持，而主要影响用户感知的因素是切换执行过程的中断时间。在SRVCC的切换中，既有IMS域中的切换执行过程，又有空口的切换执行过程，两个切换执行过程如过长都会使用户感知产生语音中断的感知。经过仿真评估，空中接口的中断时长约为200-300ms，IMS引入的中断时长约为250-500ms。根据上述分析，我们可以得到如下结论： SRVCC的切换时延远大于目前2/3G系统间的切换时延。 切换执行中的IMS域中断过程和空中接口业务中断过程的两部分时延是影响用户业务中断的最重要因素； 用户体验的中断取决于这两部分时延的同步程度和这两个时延的最大值。由于空中接口的中断时间较短，因此，主要的问题出在IMS核心网侧； 1.3.3 SRVCC的优化思路通过对SRVCC切换过程的分析，为了缩短SRVCC切换所带来的中断时长，保证用户的业务感知，可以采取以下一些方法来尽可能的缩短切换时长。A、 保证切换同步SRVCC切换过程中存在IMS域的中断过程和空中接口的业务中断过程两个中断，如使两个中断同步发生，可以最小化业务的中断时间。B、 空口的预切换在IMS侧远端更新中，当信号变得较差时，先通知无线侧进行预切换，提前预留目标侧的空口资源，缩短SRVCC的切换时延。C、 归属地用户面锚定及双播 呼叫建立时在归属地插入一个用户面的锚定点。当收到切换请求后，该锚定点进行目的侧和源侧的双播处理。当检测到IRAT切换完成后锚定点再改为单播。该方案能够避免对远端UE进行媒体更新。D、 拜访地用户面锚定 呼叫建立时将用户面锚定在拜访网络的SGW/PGW上，当收到切换请求时，首先在MSC server上重建UE的SIP UA，之后MME通知SGW/PGW将原来到eNodeB的GTP隧道改向到MSC server，这样IMS将不感知切换的发生，也不会触发远端媒体更新流程，切换时延将大大减少。另外，目前标准化的优化方案，如在CSFB中引入“CSMO”、“CSMT”标示，缩短SRVCC中IMS域更新远端时长的eSRVCC等方法，也需在后续的方案部署中关注，以保证用户的业务体验。1.4 VoLTE解决方案与现网的协同规划1.4.1 CSFB对现网的影响分析及协同规划建议如在现网的基础上部署CSFB的VoLTE方案，那么将对现网带来如下影响： 假设LTE覆盖区内用户模型和用户的业务模型均