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由于GSM等移动网络在过去20多年来的发展和普及,全球移动语音通信业务获得了空前的成功。伴随个人语音业务的迅猛发展,无线数据网络也从GPRS/HSPA走向了LTE。
早在2001年,3GPP就提出了基于IMS的全IP架构,实现基于分组域的语音和多媒体业务。IMS作为构建在PS(分组交换)域上的多媒体业务控制平台,采用SIP协议作为不同分组接入网络的统一会话控制协议,从而成为业界公认的下一代语音/多媒体业务控制和网络融合的平台。
由于无线频谱利用率、带宽等原因,业界已经部署的IMS主要基于LAN/WiFi/WiMAX等固网分组技术开展, 基于HSPA等移动分组无线技术部署实时的语音/多媒体业务并不现实。 LTE技术的出现和逐渐成熟才使移动网络端到端的VoIP业务商用部署成为可能。 LTE技术的高带宽、高移动性、低时延保证了用户在LTE网络上的通话业务感受能够与传统CS(电路交换)相同。LTE VoIP的实施标志着移动网络向All IP 网络迈出重要的一步,最终PS域将取代移动CS域,成为真正的All IP网络。
为了简化LTE和UTRAN/GERAN的互操作技术要求,降低LTE终端射频模块的复杂度,延长LTE终端的待机时间,3GPP决定LTE和UTRAN/GERAN之间采用单射频(Single Radio)技术。 单射频意味着LTE终端不能同时在LTE和UTRAN/GERAN上开展业务,这给LTE和UTRAN/GERAN之间的切换控制带来了新需求。
受运营商初期投资限制,LTE会先在热点地区孤岛式部署,再逐步铺开;因而为满足用户随时随地的语音业务需求,LTE语音业务解决方案很长一段时间内仍要依赖于GERAN/UTRAN CS接入的配合。LTE语音业务应该对GERAN/UTRAN无线网络没有改动需求,对移动电路域核心网尽量少地改造, 以方便运营商的LTE部署。
LTE语音业务实现架构
图1是当前业界主要的三种开展LTE语音业务的实现架构,分别是CSFB(Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System)、SR-VCC(Single radio voice continuity control)和VoLGA (Voice over LTE via Generic Access technology)。其中前两种已经写入3GPP R8规范中,后一种则在VoLGA组织中密切讨论。
● CSFB架构
部分运营商因为现有CS网络覆盖好、容量充足等原因,会做出在LTE网络上首先开展无线Internet业务的选择,而语音业务则暂不迁移到LTE网络中,仍基于原有的CS网络开展。由于LTE和GERAN/UTRAN之间的单射频模式,LTE终端使用LTE数据业务时,将无法收到电路域语音业务信号。因此LTE网络产生了对MSC(移动交换中心)的CSFB需求,严格说来,CSFB技术并不是一种真正的LTE VoIP技术。
CSFB主要解决附着于LTE网络的双模终端如何在LTE网络中接收到电路域的被叫寻呼等网络发起的请求,要求MSC能够建立与MME(移动管理实体)之间的SGs接口,实现LTE和2G/3G的联合位置更新和寻呼等操作。
● SR-VCC架构
SR-VCC架构利用IMS核心网络提供LTE VoIP语音业务的路由、控制和业务触发,并提供LTE向GERAN/UTRAN切换时的语音连续性保证。不同于CSFB架构,SR-VCC架构中移动语音业务真正能够基于LTE分组网络实施。3GPP在 R7协议版本中制定了VCC架构,实现WiFi和GERAN/UTRAN接入间切换时的语音连续性控制。3GPP R8阶段又针对LTE的需求,,在R7 VCC基础上进一步制定了SR-VCC的语音业务切换控制标准。
SR-VCC架构需要部署IMS SCC(Service Continuity Control) AS、增强MSC网元,结合MME的切换控制保证LTE语音能够平滑地向GERAN/UTRAN CS网络切换。要求MME在eNodeB发出向GERAN/UTRAN 切换请求后,通知增强MSC网元,MSC网元则基于3GPP CS网络成熟的切换控制协议向控制RNC/BSC的MSC发起CS切换请求。
SR-VCC不仅提供实时语音业务,而且IMS的架构能够为用户提供全新的IMS多媒体业务,例如即时消息和用户状态呈现业务等。
● VoLGA架构
VoLGA架构利用现有的CS网络实现对LTE语音的控制,类似WiFi的UMA解决方案。 需要部署GANC网元,模拟BSC/RNC的A/Iu接口。此方案最大特点在于引入GANC(Generic Access Network Controller)网元,而不需要部署IMS,不需要改造CS网络,同时要求VoLGA UE与SR-VCC UE采用不同的协议栈。
VoLGA方案在T-Mobile发起的VoLGA论坛中讨论,创始成员除T-Mobile外,包括阿尔卡特-朗讯、爱立信、中兴通讯、华为、Kineto、LG电子、摩托罗拉、北电网络、三星、Starent等10家厂商。3GPP组织已确定不在R8/R9中接受此方案。
VoLGA在2009年1月刚刚完成版本1的需求讨论,计划在2009年6月底完成版本1的三阶段规范定义,在2010年6月完成版本2的定义。中兴通讯作为VoLGA成员,积极参加VoLGA标准的讨论,并在2009年6月作为东道主主办VoLGA上海会议。
分组数据业务控制网元ZXUN uMAC和ZXUN xGW遵循3GPP EPC(Evolved Package Core)控制面与用户面分离原则和单用户面节点的扁平化架构原则,以减少媒体传输时延。ZXUN uMAC和ZXUN xGW支持多种网络接入,包括3GPP/3GPP2/non-3GPP。ZXUN uMAC融合SGSN和MME功能,可以实施资源动态分配,保证运营商网络从非LTE到LTE的平滑演进。
ZXUN RCP(策略决策网元)提供资源接纳控制和计费策略控制等功能。在LTE数据流量大时,通过 ZXUN RCP与ZXUN CSCF(呼叫会话控制功能)、ZXUN xGW的配合,语音等实时业务能够优先获得传输资源,有效地保障了LTE实时业务的质量。
利用ZXWN MSCS(移动软交换控制服务器)的软件升级,可以轻松地支持SR-VCC 增强型MSC功能,配合IMS SCC AS,即可以实现LTE到2G/3G CS的语音连续性。通过增强MSC的适配,可以避免对现网MSC设备进行升级。
同时,ZXWN MSC只要通过简单的软件升级即可迅速支持CSFB功能,完全解决了运营商部署LTE的后顾之忧,保证用户在畅游LTE无线网时不会错过任何来电。
中兴通讯在2009年全球移动大会(Mobile World Congress)上提供了完整的端到端LTE/SAE网络解决方案,充分展示了中兴通讯在TDD-LTE/FDD-LTE无线技术方面的深厚技术实力和基于全IP平台的EPC/IMS的核心网融合解决方案提供能力。
LTE VoIP和多媒体业务是移动网络演进的必然趋势,中兴通讯愿为业界的LTE领先运营商提供端到端的融合业务解决方案,并共同探索语音和多媒体业务在LTE网络上的全新部署和运营模式。