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LTE中语音业务的实现以及相关探讨

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在全球无线网络都向LTE演进的形势下,CDMA运营商不仅要面对成本、新兴频段的利用、数据业务剧增导致的巨大带宽需求等方面的挑战,还要面对相对较弱的产业链、国际漫游、GSM/UMTS挤压等带来的压力。这些压力与挑战,使得CDMA运营商对LTE更为关注,并推动着CDMA更快地向LTE演进。

当LTE真正到来,并开始实质性建网规划的时候,摆在CDMA运营商面前的是一系列的选择题:如何合理分配频谱资源?如何利用CDMA/LTE提供融合的语音业务?如何保证数据业务的吞吐量和覆盖?如何选择最合适的基站演进策略?

频谱方案的选择

用户黏度、网络覆盖的保证,以及LTE语音解决方案的不成熟等诸多因素,决定了运营商从CDMA到LTE的道路将是演进,而不是革命。也就是说,LTE将是对CDMA的补充,而不是推翻CDMA。

在CDMA向LTE演进过程中,频谱如何规划成了一道必选题。比较合理的选择应该是LTE占用5M以上的带宽,而1x和DO也要占用一定的带宽以保证对CDMA业务的支持。LTE小带宽应用并不适合CDMA运营商,因为CDMA EV-DO可以充分利用小带宽来提供数据业务。对LTE而言,带宽越大,意味着LTE系统可以调度的RB数越多,通过调度产生的增益也越大,从而系统的性能会更优。

目前,业界仍然在探索如何较好地实现LTE对语音业务的支持。主要包括两种技术:CSFB(Circuit Switching Fall Back)和VoIP(Voice over IP)。对大多数运营商而言,不管是CSFB还是VoIP,都离不开1x网络的补充。1x技术(尤其是在未来引入1x advance之后)在语音方面的优势,即使是LTE VoIP也无法超越。用户在由LTE+CDMA覆盖的区域向CDMA覆盖的区域移动时,要通过SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity)技术把语音业务从VoIP切换到1x网络。CSFB更是严重依赖于1x网络,一旦终端需要进行语音呼叫,需要到1x网络发起或者接收语音业务。

由于1x在语音业务上的优势以及LTE对1x网络的依赖,为了保证老用户在网络升级过程中不受影响,1x必须占用一定的带宽。DO同样也有存在的价值,DO载频的存在将保证网络覆盖以及老用户业务的平滑升级。

CDMA运营商可以根据其网络规模选择适合其网络发展需求的频谱策略。对于中小型运营商,如果CDMA运营商有5-8个CDMA频点wcdma同载波数据业务对语音业务的影响,可以拿出4个连续频点即5M带宽引入LTE业务,其他的1-4个频点承载CDMA业务。大型运营商应尽量选择大于10M的LTE带宽来承载LTE业务,以提供更好的业务体验,并满足用户业务发展的需求。LTE频谱与CDMA频谱的分配也是影响网络形态尤其是基站形态的一个重要因素。

值得注意的是,在LTE Advanced标准中,载波聚合等技术将使得运营商对频谱资源的利用更加灵活。载波聚合可以把不连续的载波通过统一的调度算法进行联合调度,以增强对频谱资源的利用率。载波聚合同时还为上下行带宽的灵活配置提供了可能。运营商可以根据网络上下行吞吐量的比例灵活配置上下行带宽,使频谱效率达到最优。

语音业务方案的选择

在演进过程中,针对语音业务的一种解决方案是CSFB。

在LTE建网初期,一些运营商将LTE业务定位为纯数据业务,而语音业务则由CDMA网络进行补充。对于这种运营思路,运营商可以采用CSFB方案。

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CSFB是3GPP定义的标准解决方案,要求终端可以提供双模、单待能力,或者双模、双待能力。单待手机同时使用双网业务,其最大的问题就是:当驻留某个网络或者使用某个网络的业务时,如何处理来自另一个网络的寻呼。CSFB方案引入IWS(Interworking Solution)节点,可以把来自CDMA网络的寻呼消息封装在LTE网络的消息中,通过LTE网络告知终端,从而很好地解决了寻呼问题。双待手机的优势是不需要对网络进行任何改动,完全通过终端完成两个网络的配合,但缺点也同样显而易见,终端定制化要求高,对手机电池也提出了较高要求。

针对CSFB方案,3GPP R9/R10进行了优化。优化主要集中在两个方面:性能、数据切换。在R9中,在建立CDMA语音业务时,LTE网络透传部分CDMA呼叫信令,提前进行呼叫建立操作,使业务建立的时间大为缩短,从而业务性能大为提升。

根据理论计算,R9中CSFB主叫的呼叫建立时间缩短至略大于1秒,被叫呼叫建立时间略大于2秒,而R8相应的时间分别为4秒、4.5秒。在R10中,CSFB的流程允许正在进行的LTE数据业务切换到CDMA网络,以保证用户在使用语音的时候维持数据业务,而R8中CSFB不支持数据业务切换,用户使用CDMA语音业务的时候,LTE数据业务被挂起,直到完成了语音业务,终端才重新接入到LTE网络并恢复数据业务。

在演进过程中,针对语音业务的另一种解决方案是LTE VoIP+SRVCC。

有些综合运营商同时拥有固网业务和移动业务,目前基于IMS的VoIP已经在固网中得到了应用,这类运营商对VoIP在LTE中的应用也很关注。而且,随着LTE的成熟,最终所有的移动业务都将迁移到LTE,此时VoIP将成为主流。

3GPP专门针对VoIP业务建立了一个QCI(QoS Class Identifier),以保证LTE VoIP能够提供较好的用户体验。为了让LTE具备更强的VoIP能力,业界目前引入了很多有针对性的技术,比如RoHC(Robust Header Compression)、半静态调度、TTI(Transmission Time Interval)Bundling等技术。这些技术保证了LTE可以提供较好的VoIP业务,但在实际建网中,LTE往往达不到2G/3G网络的覆盖。如何使VoIP用户在走出LTE网络覆盖区域时保证语音业务的连续性?SRVCC提供了解决之道。

SRVCC是3GPP标准定义的方案,此方案适用于已经计划建设IMS网络以提供LTE VoIP业务的CDMA运营商。SRVCC的核心思想是通过不同无线制式之间的切换,实现语音业务的连续性。

利用SRVCC,运营商可以提供LTE与传统无线技术(如CDMA/GSM/UMTS甚至Wi-Fi)的融合语音业务方案。当用户在LTE覆盖范围之内发起语音呼叫时,终端使用LTE VoIP业务,这样能够充分利用LTE的大吞吐量数据能力。当用户走出LTE覆盖范围的时候,为保证语音业务不中断,LTE网络和CDMA网络会通过IWS节点进行协商,然后由IMS网络(语音业务链路信息存储在IMS网络中)控制CDMA网络建立一条替代原来VoIP通路的链路,以保证语音业务的连续性。

相比于CSFB方案,SRVCC方案网络更加复杂,并需要IMS的支持,但符合VoIP的发展趋势,因而受到了更多的关注。2009年年底,多家运营商和设备厂商联合发表OneVoice Specification,对略显复杂的IMS协议系统进行了简化,从而使产业链可集中力量推动LTE VoIP语音业务的发展。

总之,在LTE建网初期,CSFB方案虽然性能略差,但由于对现网的改动较小,作为一种过渡方案会得到一定规模的应用;随着VoIP技术的成熟,LTE VoIP+SRVCC方案将会得到大规模应用。

数据业务方案的选择

对数据业务而言,LTE网络比CDMA网络具有更强大的能力。但初期LTE网络覆盖有限,在LTE覆盖范围之外,必须通过CDMA网络进行补充。两个网络的数据业务互操作形式,取决于运营商放号模式。

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如果放号时明确终端只在LTE覆盖范围内移动,此时不需要进行CDMA、LTE网络的互操作,也不需要双模终端,两网独立运营。如果LTE数据业务为游牧形式,客户可能会在不同的地方接入。这些地方可能没有LTE覆盖,需要CDMA进行补充。这个时候需要双模终端,但不需要进行两个网络的互操作。

当运营商计划不仅在热点区域提供LTE数据业务,同时还保证即使用户走出LTE覆盖区域也能享受数据业务(利用广覆盖的CDMA网络)时wcdma同载波数据业务对语音业务的影响,需要支持LTE向CDMA的切换,以保证数据业务的连续性。目前业界有两种切换协议——非优化切换、优化切换。

非优化切换对网络的改动相对较少,需要将PDSN升级成HSGW(HRPD Serving GateWay,HRPD:High Rate Packet Data),以支持S2a接口与LTE PDN 网关的连接。同时,整个网络的其他网元,如BTS/BSC等,需要一些软件升级。当终端从LTE网络切换到CDMA网络的时候,它必须先接入CDMA网络,然后执行完整的呼叫建立流程。这会占用大量的时间,导致切换时业务的中断时间较大。

优化切换在性能上有明显优势,但是实现相对较复杂。优化切换相对于非优化切换,引入了S101和S103接口,可以在切换之前通过S101接口透传部分CDMA呼叫。当终端切换到CDMA网络的时候,使语音业务的建立时间减少,业务中断时间更短。同时,通过S103接口进行数据转发,降低了丢包率。

此外,SON功能中的IRAT ANR(Inter-RAT Automatic Neighbor Relation,RAT:Radio Access Technology)和负载均衡技术,可使LTE网络和CDMA网络的互操作更便利、有效。IRAT ANR可以减少建网过程中对Neighbor List的配置工作。负载均衡技术通过基于负载的切换,实现了当CDMA网络或LTE网络负载较重时,可以将一部分Idle态甚至Active态的终端转向另一个网络。

总之,目

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