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VoLTE之演进与部署

时间:2014-09-09 来源:中国集群通信网 作者:网络 点击:
移动宽带语音演进之路

 

移动语音经历了从TDM到IP、从传统交换机到软交换的发展后,未来将走向移动宽带语音。在网络演进上,无线侧体现为从GSM/CDMA/UMTS等向LTE发展,核心网侧则体现为从CS向IMS发展。过去几年,围绕LTE语音曾经出现过多种观点、技术和演进路线,最终有四种情况成为了可能的商用选择。

 

第一种是CSFB(Circuit Switched Fallback)。LTE只提供数据业务,当发起或者接受语音呼叫时,回落到CS域进行处理。运营商无需部署IMS,只需要升级MSC就可以支持。这是一种快速提供业务的方案,但缺点是呼叫接续速度慢。CSFB适合作为IMS部署之前的过渡方案,另外还可以用来解决LTE手机漫游场景的语音呼叫问题,在拜访地网络没有部署IMS,或者IMS漫游协议尚未应用的情况下,CSFB可以为漫入的LTE用户提供语音业务。

 

第二种是SVLTE(Simultaneous Voice and LTE),即双待手机方式。手机同时工作在LTE和CS方式,前者提供数据业务,后者提供语音业务。这是纯粹基于手机的方案,对网络无特别要求,不需要部署IMS,缺点是手机成本高、耗电高。目前已经有CDMA 1x和LTE的双待手机,被一些CDMA运营商采用作为IMS部署之前的过渡方案,而GSM/UMTS和LTE的双待手机目前还没有推出。

 

第三种是采用OTT(Over-The-Top)方式,如用Skype来提供LTE的语音。LTE具备高带宽、低时延、永远在线、全IP等特点,为OTT的发展带来了天然的便利,使得OTT语音几乎没有壁垒。但应当看到,现在乃至将来很长时间里,语音业务都是移动运营商的最主要收入来源,把LTE的语音业务完全交给OTT是一种非常激进的观点,在电信领域得到的支持并不多。

相比OTT,电信运营商开展LTE语音业务有自己的独特优势,比如用户号码资源、基于标准的互联互通性、QoS保证能力、与CS的切换与漫游、与移动宽带的资费套餐绑定政策等等。未来,OTT语音的比例也许会越来越高,尤其在长途话音领域,但在相当长时间内电信运营商的语音业务仍是主流。

 

第四种就是基于IMS的VoLTE。IMS由于支持多种接入和丰富的多媒体业务,成为全IP时代的核心网标准架构。经历了过去几年的发展成熟后,如今IMS已经跨越裂谷,成为固定话音领域VoBB、PSTN网改的主流选择,而且也被3GPP、GSMA确定为移动语音的标准架构。

 

在上述几种技术线路中,CSFB和SVLTE都是依赖CS域提供语音的,而且均有一些局限性,可以作为过渡选择和非主流应用,我们称之为pre–VoLTE。而只有IMS可以基于LTE提供有QoS保证的语音解决方案,可以说,基于IMS的VoLTE是无线和核心网技术发展的必然结果。

 

对运营商而言,部署VoLTE意味着开启了向移动宽带语音演进之路。从长远来看,这将给运营商带来两方面的价值,一是提升无线频谱利用率、降低网络成本。因为对于语音业务,LTE的频谱利用效率远远优于传统制式,达到GSM的4倍以上。

 

另一个价值就是提升用户体验,VoLTE的体验明显优于传统CS语音。首先,高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量;其次,VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短,测试表明VoLTE比CS呼叫缩短一半以上;第三,与RCS的无缝集成可以带来丰富的业务。

 

VoLTE业务发展节奏

 

第一阶段:LTE热点覆盖,出现pre-VoLTE应用

LTE初期以热点覆盖为主,主要面向数据卡、平板电脑等移动宽带数据应用,但也会出现一些早期的LTE语音应用。一是基于软终端的语音业务,即“LTE数据卡+软终端+电脑”方式,可以满足一些特定场景的语音需求,并为将来部署手机方式的VoLTE做准备,积累运营经验;二是“LTE CPE+固定话机”方式,欧洲一些国家,如德国就采用这种方式为偏远地区用户提供宽带接入和话音服务;三是支持CSFB和SVLTE的早期LTE手机,一些运营商已经发布了这种过渡应用,如Verizon宣布将支持SVLTE,而AT&T将支持CSFB。

 

第二阶段:LTE区域连续覆盖,进入VoLTE的发展期

在这一阶段运营商扩大了LTE覆盖水平,达到可以运营语音业务的条件,特别是在城市和人口密集地区;同时,LTE智能手机大量出现,推动了VoLTE的发展。

 

运营商将在这一阶段商用基于IMS的VoLTE业务。但这之前,运营商需要预留较长的准备时间。因为一方面,VoLTE涉及较多新技术,需要必要的测试和试验;另一方面,IMS的部署、集成需要一定周期,现网一些设备如MSC、HLR、IT系统可能需要相应的改造或升级。我们认为,运营商提前一年甚至更长时间着手准备VoLTE是有必要的。

 

另外,这一阶段的LTE覆盖还是有局限的,运营商需要利用传统CS覆盖的广度和深度来提供无缝的语音业务,即LTE与CS的互操作,其中有两个主要技术点:1、LTE用户漫游到CS域后的业务提供方式,有两种可选方案,一种是完全由MSC处理语音业务,另一种是通过MSC接入IMS域以提供语音业务,后者就是3GPP定义的ICS(IMS Centralized Service)架构,这需要升级现网MSC成为EMSC(增强的MSC);2、通话中的LTE到CS的切换,3GPP为此定义了SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity)技术。

 

第三阶段:LTE全覆盖,VoLTE成为主流应用

这一阶段LTE覆盖达到相当完善的程度,或LTE和其他无线宽带技术如HSPA组成无缝网络,使得移动宽带语音应用成为主流,传统CS将会被逐渐取代,当然,这是一个相当长的过程。

 

VoLTE网络部署策略

 

简化网络架构

IMS比传统软交换技术复杂,而VoLTE的引入,特别是与CS的互操作,更加加剧了系统的复杂性。这种复杂性体现为网元众多、交互复杂,如何简化解决方案架构成为重中之重。

 

首先应该采用通用架构。比如,华为SingleCORE架构正是基于这个理念,使CS、IMS等网元基于完全相同的硬件、软件平台设计,部署更灵活,资源利用更高效,运维管理更方便,在支持多网业务融合、未来演进等方面具备天然优势。

 

其次,基于通用架构把众多逻辑功能聚合到更少的网元中。比如,华为的MSC-S内置了MGCF、mAGCF、SRVCC IWF、CSFB Proxy、IBCF和IM-SSF功能,MGW内置了IM-MGW、IBGF、VIG功能,而SBC设备将支持P-CSCF、ATCF和ATGW。

 

此外应该采用真正的FMC设计,在多业务、多接入的情况下保持网络的融合与简化。虽然IMS标准就是为此诞生的,但真正的FMC和多业务接入在产品实现和商用部署上还有很多挑战,需要在开始部署IMS时就考虑这些问题。一个挑战是需要支持多种语音接入方式和信令协议适配,另一个挑战也是当前尤其值得关注的,就是业务处理部分即TAS(Telephony Application Server)网元需要处理移动、固定各种接入下的多种语音业务,包括VoBB、PSTN、VoLTE,以及一些运营商的定制业务。事实上,有的运营商已经发现先前部署的IMS无法支撑VoLTE而不得不更换一些设备。

 

降低现网影响

VoLTE的部署几乎涉及所有的核心网网元,不仅仅是简单叠加一套IMS,而对现网设备改造或对接往往是最难的。为此,一方面要关注如何降低甚至消除对现网设备如MSC/HLR的改造要求。另一方面要考虑与现网设备的共存和集成。

 

为了支持SRVCC和漫游用户的CSFB,运营商需要升级改造MSC。而大规模的全网升级难度大、周期长、费用高,在VoLTE建设初期应尽量避免,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。如果现网老旧MSC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。

 

另外,尽管ICS被视为未来的目标架构,但在VoLTE开展初期,部署ICS需要全网改造MSC-S,这对很多运营商来说代价太大。华为的VoLTE解决方案提供两种选择,部署ICS或不部署ICS。后一种模式在LTE用户漫游到CS域后,业务完全保留在CS域处理,不需要触发到IMS中,这样不仅避免了MSC升级、加快了业务开展速度,而且提高了设备处理效率。

 

对于HLR/HSS的部署,建议在初期采用叠加方案,即新叠加一套融合的HLR/HSS来管理LTE的用户数据,传统CS用户的HLR完全保留不动。这样避免一开始就全网改造HLR的巨大工程。

 

此外,VoLTE的部署涉及IMS Core、TAS、SBC、融合HLR/HSS等很多网元,部分网元可能为了开展某种业务如VoBB已经存在,这样VoLTE新引入的设备需要考虑与现网设备易于集成。例如,CSCF和TAS可能来自不同厂家,它们之间的IOT和集成值得关注。

 

优化业务体验

VoLTE将带来更清晰的语音和视频通话质量、更快的呼叫接续速度,但这些还不足以成为取代传统CS语音的理由,向移动宽带演进更需要超越语音的业务应用。另一方面,面对OTT的竞争,电信运营商需要提供类似或者更具竞争力的业务。RCS(Rich Communication Suite),或者欧洲一些运营商推出的简化的RCS-e,可以为运营商在语音业务基础之上提供IM、图像和视频共享等富媒体通信体验,以及和Internet业务的整合,有望被广为采用和部署。可以说,VoLTE的发展离不开RCS,运营商在实现和部署VoLTE时需要考虑与RCS集成,且由于都基于IMS,VoLTE和RCS的无缝集成也是可行的。


(中国集群通信网 | 责任编辑:陈晓亮)
本文标签: VoLTE

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