VoLTE语音业务部署方案探讨

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文字版：
邮电设计技术/2015/09
——————————
收稿日期：2015-06-25
VoLTE语音业务部署方案探讨
关键词：
IP多媒体子系统；EPC；VoLTE；语音连续性切换；
增强MSC
doi：10.16463/j.cnki.issn1007-3043.2015.09.011
中图分类号：TN915
文献标识码：A
文章编号：1007-3043（2015）09-0047-06
摘要：
由于LTE网络为纯分组域网络，不再提供传统电路域语音业务，VoLTE是在
LTE网络实现语音业务的关键技术，是未来4G网络语音业务的目标方案，然
而VoLTE网络架构比较复杂，涉及核心网的电路域、分组域、IMS域、业务域
等多个域，本文聚焦网络部署环节各个域的关键问题，从实际网络部署合理
性、投资有效性等角度，对运营商后期商用部署VoLTE语音业务提供策略建
议。
Abstract：
LTEnetworkitselfisnolongerprovidingvoicecapabilities,andVoLTEisthetargetsolutionofLTEvoiceinthefuture.VoLTE
networkiscomplicated,andinvolvesmanycorenetworkdomains,suchasCSdomain,PSdomain,IMSdomain,servicedomain.Inconsiderationofthenetworkdeploymentrationalityandinvestmenteffectiveness,itfocusesonthekeyissuesonnetworkdeploymentincorenetworkdomains,providesstrategicadvicesforsubsequentcommercialdeploymentofVoLTEservice.
Keywords：
IMS;EPC;VoLTE;SRVCC;eMSC
1VoLTE语音业务需求背景
目前LTE网络已成为国内外运营商主要运营网
络，但LTE网络从标准本身来讲是天然的全IP网络，
不再有传统的电路域（CS域），这也就导致从业务能力
提供上不再提供传统语音业务，为了保持业务的延续
性和一致性，必然面临着LTE用户的语音业务如何发
展问题：是继续沿用现有的2G/3G网络为用户提供语
音业务，还是基于LTE网络为用户提供全新的业务解
决方案。
当前，LTE语音业务主要有以下3种解决方案。
a）CSFB方案：在3GPPR8阶段提出，终端优选
LTE网络驻留，LTE只提供数据业务。当用户使用语
音业务时，需要回落到原有2G/3G网络。
b）双待机方案：终端同时驻留在2G/3G和LTE网
络中。传统的电路域提供语音业务，LTE网络提供数
据业务，数据和语音可以同时并发。
c）VoLTE/SRVCC方案：在3GPPR8阶段提出，提
供基于IMS的VoLTE语音业务。在LTE部署初期，还
要考虑到LTE无线覆盖的不完善性，当终端移动到
刘国平1，尼松涛2，尹翔宇3（1.中国联通重庆分公司，重庆400042；2.中讯邮电咨询设计院有限公司，河南郑州450007；3.爱立
信（中国）通信有限公司，北京100102）
LiuGuoping1，NiSongtao2，YinXiangyu3（1.ChinaUnicomChongqingBranch，Chongqing400042，China；2.ChinaInformationTechnolo⁃
gyDesigning&ConsultingInstituteCo.，Ltd.，Zhengzhou450007，China；3.Ericsson（China）CommunicationCompanyLtd.，Beijing100102，
China）
DiscussionontheVoLTEVoiceServiceImplementationinCurrentNetwork
电信交换
TelecommunicationSwitching
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LTE未覆盖的场景时，需要切换到2G/3G网络来保持
语音业务的连续性。
对于上述3类LTE语音解决方案，CSFB方案从本
质上，仍依赖于现有2G/3G网络为LTE用户提供语音
业务，并且由于回落流程增加了语音业务接续时延，但
终端支持较好且网络改造量小，可作为LTE部署初期
的过渡方案；双待机方案为纯终端侧解决方案，需要定
制终端，并且对手机芯片、电池续航力都有较高要求，
运营商不掌握技术主动权；VoLTE解决方案是LTE运
营商提供语音业务的目标方案，并且可充分发挥LTE
及IMS网络的技术优势，为用户提供高质量和更丰富
语音业务体验。
表1是基于某运营商测试数据，对VoLTE语音业
务和传统2G/3G语音业务实现进行了对比。可以看
出，相对于2G/3G网络，VoLTE语音将接续时延缩短至
1/10，视频质量提升至10倍，语音质量提升至2倍，频
谱利用效率提升至3倍。并且用户通信体验将由现在
的窄带语音和文字短信过渡到VoLTE阶段高清语音/
视频、多媒体消息。
从上面分析可以看出，VoLTE技术天然融合了
LTE网络及IMS先进技术，尤其是当前面临互联网企
业语音业务挤压以及丰富的业务类型冲击的情况下，
现有传统运营商已将VoLTE作为未来LTE网络环境
下语音业务提供的目标方案，而部署初期，需要充分考
虑网络现状以及VoLTE自身技术特点，为现网语音业
务向LTE网络演进规划合理网络部署方案。
2VoLTE整体网络架构
VoLTE业务涉及无线网、核心网多个域间网元配
合，包括电路域、分组域、IMS域以及业务网元层面。
在VoLTE网络解决方案中，除了接入侧主要由
EPS系统提供承载，核心侧由IMS系统提供业务控制，
还需要由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策
略的控制，另外与现网电路域需要通过MME与MSC
Server之间的接口来满足业务的连续性需求，具体架
构如图1所示。
各设备及网元的主要功能如下：
a）IMS域设备网元主要完成呼叫控制、业务连续
性及域选择等功能。其中P/I/S-CSCF支持鉴权、信令
安全性保护、信令压缩；MMTel-AS支持多媒体电话及
补充业务，包括：号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议
电话等；引入ATCF/ATGW功能，新增SCC-AS以支持
eSRVCC完成语音呼叫连续控制、接入/业务域选择。
b）PS域主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS等网
元，EPS网络配合IMS系统完成P-CSCF发现、初始附
着的信令默认承载建立、语音及视频等业务专有承载
的建立等。通常采用专门的IMSAPN来提供语音业
务，信令承载采用QCI=5的默认承载，语音承载采用
QCI=1的专用承载。
c）CS域中MSC升级支持SRVCC功能，通过与
MME之间的Sv接口实现VoLTE语音业务的连续性，
满足通话过程中移出LTE覆盖区平滑切换到2G/3G网
络的基本需求。
d）用户数据域由现网EPC-HSS/HLR设备改造为
HLR/EPC-HSS/IMS-HSS三网融合设备，并支持非可
信WLAN接入用户与鉴权信息存储，及同一UE同时
从2个接入网注册，在签约数据发送变化时，向2个接
表1VoLTE语音和2G/3G语音对比
项目
编解码方案
呼叫建立时延/s
视频质量
语音质量
频谱效率
语音业务
丰富性
VoLTE
AMR_WB
0.5~2
典型分辨率：640×480，也支
持720P/1080P
语音频率：50~7000Hz
采样频率：16kHz
同样承载AMR，LTE的频谱效率可达到R993倍以上
基本音视频通话、多方通
话、多媒体短信、通话时的
消息并发
2G/3G
AMR_NB
5~8
分辨率：176×144
语音频率：300~3400Hz
采样频率：8kHz
基本通话、70汉字短信
及补充业务，体验单一
图1VoLTE整体网络架构
eNodeBRNC
SAEGWMME
PCRF
eMSC
SBC/ATCF/IBCF
ATGW
VPN平台TASASIMASMMTeL
DRA
三网合
一HSS
无线接入
CS域
PCC
信令网
用户数据域
业务域
IMS域
PPS平台
GMSC
ENUM/
DNS
CSCF/
BGCF
MGCF/
IM-MGW
PS域
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入网推送更新签约数据，包括APN和PGW的更新。
e）业务提供域提供VoLTE语音业务能力，继承现
有重要的增值/智能业务，主要包括MMTeLAS、MRFP、
IM-SSF、SCCAS等网元。
f）PCC主要联合P-CSCF（AF功能点）以及GGSN/
P-GW（PCEF功能点）完成策略控制决策和基于流进
行计费控制的功能。
3VoLTE在现网部署关键问题
3.1CS域部署关键问题
VoLTE部署初期因LTE覆盖问题需利用eSRVCC
技术保证语音业务的连续性，而实现eSRVCC主要靠
CS域引入eMSC（包括eMSCServer和eMGW）设备。
eMSC的作用为当终端从LTE网络向2G/3G网络移动
时，用来保证呼叫的连续性。即收到终端发起的位置
变更请求后，根据请求消息中携带的目标小区号，将用
户的接入位置由MME切换为目标MSCServer。
整体上，eMSC建设方案可分为新建及现网升级2
种方式，而根据基于目前的网络架构以及Sv接口是否
与SGs接口合设的情况，eMSC部署方式可细分为4种
（见图2），4种方案对比如表2所示。
eSRVCC切换场景与LTE覆盖相关，随着LTE覆
盖变好，eSRVCC场景将逐步减少，也意味着对eMSC
需求逐步减少，因此从投资有效性角度来看，方案一全
部升级方案不可取。如果运营商现网端局或者关口
局、MGCF支持升级兼作eMSC，可以优先考虑采用方
案四关口局升级方案。对于现网网元不支持升级改造
的，可采用方案三新建方式。
3.2PS域部署关键问题
EPC核心网关键功能节点包括MME和S/P-GW，
需要支持VoLTE相关功能。比如，需要为VoLTE用户
的IMSAPN请求分配IPv4或IPv6地址，部署P-CSCF
发现及路由业务请求到IMS核心网，通过Gx接口执行
PCRF策略建立满足业务QoS需求的EPC及空口承载，
通过MME与SRVCC-IWF间的Sv接口发起到CS电路
域的语音连续性请求等。APN配置涉及终端、MME、
P-GW上的APN配置，是EPC核心网部署需要考虑的
一个关键问题。
表2eMSC建设方式对比
改造方
式
eMSC选
取数量
组网构
架简洁
性
业务容
灾性
业务流
程简单
性
用户感
知影响
维护便
利性
方案一
升级方式，所有
部署过SGs接
口的MSC升级
支持，SGs和Sv
合设
跟SGs投资的
MSC数目一样
非常复杂，大量
MSC需要升级
支持Sv接口，
并和新增MME
对接
每2台eMSC组
成1+1容灾，需
要很多容灾资
源
复杂，局内切换
和局间切换混
合
好，一部分用户
涉及eMSC和
VMSC之间需要
进行局间呼叫
汇接，增加约
0.5s的切换准
备时延，用户感
知不出来
SGs话务和Sv
话务在一个
MSC上，维护复
杂
方案二
升级方式，选2
个没有部署过
SGs接口的
MSC升级兼做
eMSC，SGs和
Sv分设
不新增，只升级
原有的2台
复杂，2台现网
MSC需要升级
支持Sv接口
集中1+1容灾
复杂，局内切换
和局间切换混
合
好，大部分用户
涉及eMSC和
VMSC之间需
要进行局间呼
叫汇接，增加约
0.5s的切换准
备时延，用户感
知不出来
SGs话务和Sv
话务在不同
MSC上，维护
简单
方案三
新建方式，新
建2个eM⁃
SC，SGs和Sv
分设
新增2台
较简单，所有
MSC不用新
增Sv接口
集中1+1容
灾
简单，流程统
一，只有局间
切换
好，eMSC和
VMSC之间
需要进行局
间呼叫汇接，
增加约0.5s
的切换准备
时延，用户感
知不出来
SGs话务和
Sv话务在不
同MSC上，
维护简单
方案四
升级方式，选
2个MGCF升
级兼做eMSC，
SGs和Sv分设
不新增，只升
级原有的2台
较简单，所有
MSC不用新
增Sv接口
集中1+1容
灾
简单，流程统
一，只有局间
切换
好，eMSC和
VMSC之间需
要进行局间呼
叫汇接，增加
约0.5s的切
换准备时延，
用户感知不出
来
SGs话务和Sv
话务在不同
MSC上，维护
简单
图2eMSC部署方案
SGs/Sv
SGs/Sv
SGs/Sv
MMEPool
MSC/eMSCMSC/eMSCMSC/eMSCMSC
方案一
SGs
SGs
SGs
MMEPool
MSCMSCMSCMSC/eMSC
Sv
方案二
SGs
SGs
SGs
MMEPool
MSCneweMSC
Sv
MSCMSCMSC
方案三
SGs
SGs
SGs
MMEPool
MSCMGCF/eMSC
Sv
MSCMSCMSC
方案四
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VoLTE业务和Internet业务可以共用APN，也可以
使用独立APN，两大类业务使用不同的IP地址。共用
APN方案部署简单，但语音等电信业务容易受到Inter⁃
net数据业务的影响。另外，语音业务一般基于通话时
长进行计费，而Internet数据业务基于流量计费，共用
APN方案需要根据IMS费用识别码（ICID——IMS
ChargingIdentifier）剔除相关语音通话流量，计费支撑
系统适配处理更复杂。而独立APN方案则没有这个
问题，根据APN计费即可，因此一般建议采用独立
APN部署VoLTE业务。
3.3IMS域部署关键问题
IMS支持丰富的接入类型和多媒体业务，早已被
3GPP、GSMA确定为移动语音向全IP演进的标准架
构。对于已经部署有IMS的运营商，特别是前期以固
网改造为驱动力建设IMS的运营商，随着VoLTE新业
务的引入，面对LTE语音/短信这些新业务的需求，也
需要考虑如何充分利用现网IMS网络资源，保证目前
IMS大网建设的延续性，既满足未来网络演进的需求，
又能够保证现有网络的稳定运营，需要考虑如何尽可
能发挥现有设备的最大化效用，节省建设成本。
VoLTE阶段IMS设备包括2类：
a）与固网相同的网元：S/E-CSCF/BGCF、I-CSCF、
P-CSCF、HSS、MGCF、MMTELAS、MRFC/MRFP、IMSSF、CCF、业务开通设备、OMC、ENUM/DNS、SBC、其他
网络设备，局域网交换机、防火墙、CE路由器等。
b）新引入的网元：VoLTE-AS（包含MMTEL-AS、
SCCAS、锚定SCP以及IM-SSF等功能）、VoLTE-SBC
（包括SBC、P-CSCF、ATCF/ATGW等功能）、Ut服务器、
IP-SM-GW、PCRF/SPR，另外还需要部署IBCF/TrGW
等。
对于不同网元需要新建，而对于相同网元，移动网
和固网在功能上又略有不同，是否合设有待进一步商
榷。下面基于设备的技术特点，对固网/移动网IMS核
心网元是否合设进行分析。
a）S-CSCF：根据业务发展，未来可能产生多终端
用户，其各种标识应注册在一个S-CSCF，统一保存用
户状态，因此建议S-CSCF合设。
b）I-CSCF：建议合设，各省固网/移动网对外只有
一个统一的I-CSCF域名，在各省ENUM/DNS上配置对
应省的I-CSCF的IP地址，这个IP地址可以是负荷分
担的。如果分设，可能需要移动网、固网分别有一个入
口。
c）HSS：为保证LTE用户“不换卡、不换号”使用
VoLTE业务，需对现网2G/3G/LTE三网融合HSS/HLR
全部升级改造支持IMSHSS功能。对不支持三网融合
的HLR设备进行替换。因此对于未建固网IMS的运
营商要求直接升级现有移动网EPCHSS支持2G/3G/
LTE/IMS固网/移动网融合，而已建固网IMS的运营商，
依然要求升级现有移动网EPCHSS支持2G/3G/LTE/
IMS固网/移动网融合。
d）MGCF/IM-MGW：用于IMS网络与CS网络互
通，结合现网关口局等连接关系，建议固网/移动网
MGCF合设，这样不区分移动/固定，对其他运营商出
口统一。
e）ENUM/DNS：如果固网/移动网设备不融合，那
么固网/移动网互通的时候需要固网/移动网ENUM/
DNS互通，所有互通呼叫增加移动网ENUM/DNS到固
网ENUM/DNS的跳数。因此建议固网/移动网融合，扩
容、升级各省原固网主大区ENUM/DNS支持固网/移动
网融合。
3.4业务域部署关键问题
业务层面的部署需要考虑2个问题，第一个是如
何保障VoLTE用户在2G/3G网络以及LTE网络下的基
本语音与补充业务体验的一致性问题，第二个是现有
2G/3G智能网业务如何迁移至LTE，为VoLTE用户提
供类似VPMN、400等增值业务服务。
为提供VoLTE语音业务能力，同时根据现有补充
业务、增值业务、智能业务在VoLTE下的继承需求，需
以省为单位新建VoLTEAS。新建VoLTEAS主要包括
MMTelAS、MRFP等，其中MMTELAS提供多媒体电话
基本业务及补充业务，并同时集成MRFC功能，用于控
制MRFP功能，实现放音收号、语音会议、标清视频会
议等功能。MRFP提供放音收号资源、语音会议资
源。而对现有业务的继承目前存在2种方案：SCP通
过IM-SSF互联方案和SCP升级为AS方案。
方案一：IM-SSF互联方案。本方案主要通过IMSSF进行协议转换，现网SCP无需支持SIP协议，但现
网SCP仍需大量配合改造，具体组网如图3所示。本
方案特点如下：
a）新增网元IM-SSF与IMS互联，兼有智能外设
（IP），提供放音功能。
b）全网SCP的改造，主要包括基于LTE位置信息
的改造、基于LTE视频通话特性的改造、基于HSS接口
修改的适配改造。
电信交换
TelecommunicationSwitching
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方案二：SCP升级为AS方案。本方案中由现网
SCP升级支持AS，支持CAP/SIP协议，继承现有智能网
业务体验，同时新增VoLTEAS，提供SCC/基础业务/锚
定功能，具体如图4所示。本方案主要特点如下：
a）新建VoLTEAS，提供SCC/基础补充业务/锚定
特性。
b）现网HLR升级为三网融合HSS，提供2G/3G用
户CSI签约信息、提供LTE用户iFC签约信息。
c）SCP升级改造，支持SIP-ISC接口、Sh接口。
d）计费改造，支持VoLTEAS与SCPAS话单的挑
单功能。
2种方案的对比如表3所示。
基于上述2种方案的对比分析，建议优选SCP升
级支持AS方案进行补充业务、增值业务、智能业务在
VoLTE下的继承。
3.5信令域部署关键问题
VoLTE引入后，设备之间的通信将大量采用Di⁃
ameter信令，原有以No.7信令为基础的No.7信令网无
法完成Diameter信令疏导。如何部署Diameter信令
网，保证网络的可扩展性和易维护性成为运营商网络
演进过程中的一个关键问题。
Diameter信令网的架构可以分为单级网络和两级
网络。单级网络指DRA采用一级架构；两级网络指
DRA采用两级架构，其中一级H-DRA类似目前的高
级信令转接点（H-STP），二级L-DRA类似于低级信令
转接点（L-STP）。
在单级网络架构下，将Diameter网络分为多个区
域。
a）同一个区域内的客户端和服务器之间都通过
区域内的DRA网元进行通信。
b）各区域的DRA之间网状连接，形成一个Diam⁃
eter信令路由网络。
c）不同区域间的客户端和服务器之间通过Diam⁃
eter信令路由网络进行通信。
在两级网络架构下，将Diameter网络分为多个区
域。
a）同一个区域内的客户端和服务器之间都通过
区域内的L-DRA网元进行通信。
b）各区域的高级DRA（H-DRA）之间网状连接、
区域内的低级DRA（L-DRA）连接H-DRA，形成一个
Diameter信令路由网络。
c）不同区域间的客户端和服务器之间通过Diam⁃
eter信令路由网络进行通信。
d）出于容灾和负荷分担的考虑，区域内的HDRA和L-DRA至少为成对设置。
2种方式对比如表4所示。
图4SCP升级为AS方案组网示意图
表3现有智能网业务2种继承方案对比
SCP改造
点
VoLTEAS
改造点
BOSS改造
点
位置信息
改造点
实施工作
量
长期演进
IM-SSF互联方案
•支持R10MAP-ATI3.0
•适配LTE视频类呼叫的改造
音视频切换的多次触发
SCP话单及DCC接口增加2个
字段
•HSS：升级支持R10MAP-ATI
•MSC：升级支持LTE位置信息
•所有SCP升级，工程量大
•可能影响现网2G/3G用户
CAP协议，无法演进
SCP升级为AS方案
•支持SIP-ISC接口
•支持Sh接口
无特殊改造
SCP话单及DCC接口增
加2个字段
标准Sh接口方案，无特殊
改造点
•部分SCP升级，工程量
小•
不影响现网2G/3G用户
SIP协议，利于演进
图3IM-SSF互联方案组网示意图
IMS域
三网合一CSCF
现网电路域HSS
（G）MSC（IP）
CAPMAPDiameterSIP
CAP
SCPTAS（IM-SSF/SCC/基础）
IMS域
三网合一CSCF
HSS
现网电路域
（G）MSC（IP）
CAPSIP
SCPASTAS（IM-SSF/SCC/锚定）
MAP/Sh
SIP
电信交换
TelecommunicationSwitching
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通过以上2种方案的对比可以看出，在实际组网
时，不同运营商可根据自身网络规模的大小、运行维护
的管理组织特点综合考虑，选择适合自己的网络架
构。同一个运营商，在不同时期的架构也可以不同，比
如初期采用单级网络，随着网络规模的扩大在需要的
区域内添加L-DRA变成两级架构。
4结束语
随着微信、Skype等各类互联网OTT应用的发展，
传统的2G/3G语音已经无法对抗丰富的OTT应用的蚕
食，严重威胁到传统运营商在信息产业界的地位，而
VoLTE语音应用给运营商带来了希望，因为VoLTE可
提供更快的连接速度和更高的通话质量，且VoLTE是
纯IP化的语音解决方案，语音业务不再影响用户数据
业务的使用，用户通过VoLTE进行高清视频通话的同
时还能在线浏览网页、查看邮件等，从目前技术发展态
势来看，VoLTE是运营商互联网转型关键一步。
对现有运营商而言，VoLTE部署涉及IMS、CS、Di⁃
ameter信令网、EPC、PCC、用户数据、2G/3G/LTE无线
网、重要业务平台等多域、多系统的新建及改造，
VoLTE网络建设与市场运营将面临诸多方面的挑战，
网络建设前期的方案规划工作尤其重要，运营商需要
充分考虑现有网络资源情况，并对比分析各个环节的
网络实施方案，从而降低建设和运维成本，缩短部署时
间，建设出一张精品网络，重构运营商核心竞争力。
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［12］3GPPTS29.329ShInterfacebasedonDiameter–Protocoldetails
［S/OL］.［2015-05-26］.ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
［13］3GPPTS29.332MediaGatewayControlFunction（MGCF）–IMMediaGateway（IMS-MGW）interface，Stage3［S/OL］.［2015-05-
26］.ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
［14］3GPPTS32.260Telecommunicationmanagement；Chargingmanage⁃
ment；IPMultimediaSubsystem（IMS）charging［S/OL］.［2015-05-
26］.ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
［15］ETSITS182006IPMultimediaSubsystem（IMS）；Stage2descrip⁃
tion［S/OL］.［2015-05-26］.http：//www.etsi.org/deliver/etsi_ts/
182000_182099/182006/02.01.01_60/ts_182006v020101p.pdf.
作者简介：
刘国平，工程师，主要负责核心网规划建设工作；尼松涛，高级工程师，硕士，主要从事核
心网工程咨询设计工作；尹翔宇，毕业于北京邮电大学，产品方案经理，学士，主要从事
核心网产品方案咨询设计工作。
表42种DRA信令网组网方式对比
优点
缺点
单级架构
网络架构相对简单
跨区的信令转发跳数少
容灾能力较弱
两级架构
继承了传统STP组网的结构
容灾能力较强
架构复杂
跨区的信令转发跳数多
R&S推出GNSS快速生产测试仪
R&S公司发布了一款新型的快速
GNSS生产测试仪，该测试仪由矢量信号
源R&SSMBV100A和R&SSMBV-P101
选件包组成。在基于卫星导航通信的模
块和接收机测试之前，需要先检查天线
和GNSS芯片组之间的连接，以确保基
本的GNSS信号接收。
R&S公司在SMBV100A仪表上设计
了GNSS模拟器，主要针对GNSS接收机
测试，此快速GNSS生产测试仪支持
GPS、Glonass、北斗和Galileo卫星系统，
并包括各种GNSS芯片和模块的大量附
加测试功能。
（阿伊）
电信交换
TelecommunicationSwitching
刘国平，尼松涛，尹翔宇
VoLTE语音业务部署方案探讨
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