VoLTE关键技术应用及现网规划建设研究

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2014中国国际信息通信展专刊
462014年第17期
VoLTE关键技术应用及现网规划建设研究
介绍了VoLTE网络的关键技术，通过对VoLTE在实际建设中涉及的重点问题如业务运营面临的挑战、与现有
2G/3G网络的协作机制、网元建设与改造、IP承载网改造等方面的研究分析，对相关工作经验进行总结，为
VoLTE的规划与建设提供有价值的参考。
（中国移动通信集团江苏有限公司，江苏南京210012）
中图分类号：TN914.51文献标识码：A文章编号：1006-1010(2014)-17-0046-05
【摘要】
【关键词】VoLTE4G建设VoLTE规划VoLTE部署
童恩，邵建
1LTE介绍及应用情况
LTE是LongTermEvolution（长期演进）的缩
写，3GPPR8开始定义LTE技术标准，其定位为3G
技术的演进升级，目前全球运营商均将LTE统称为
4G。按频段使用方式（即双工方式）的不同，LTE
分为TDD（上下行共用频谱，但分时发送数据）和
FDD（上下行分别使用不同频段，可同时发送数据）
2种，除了无线侧（如通信频段、报文帧结构定义等）
有区别外，其它方面基本相同。以TD-LTE模式为
例，按照1:3上下行时隙配比计算，下行峰值速率约
110Mbps，上行峰值速率约为10Mbps，下载1GB的电
影用时不到2min，而使用3G（TD-SCDMA）下载则
需要80min左右。由此可见，对用户来说，LTE是极具
诱惑力的高速移动宽带。
据GSA统计显示：截止今年6月份，全球已有超
过300家电信运营商为107个国家提供商用LTE网络服
务，预计到今年年底，全球LTE商用网络将超过350
个，仅今年已新增的LTE网络部署地区就超过了30
个，如保加利亚、瓦努阿图、中国台湾省等。目前商
用建设的LTE网络以FDD制式和1800M频段居多，也
有部分电信运营商部署了TDD和FDD融合的LTE网
络。
由于TD-LTE与TD-SCDMA（中国移动的3G网
络制式）在无线侧（如帧结构）有很多相似点，因而
可直接基于3G进行升级部署。中国移动的4GLTE网络
采用TDD模式，2013年底中国移动在某市建设VoLTE
实验局，利用现网IMS成功打通了到韩国的4G高清视
频通话（基于VoLTE）。
2VoLTE组网架构
LTE网络只提供分组数据通信（即只有PS域，
没有CS域），语音和数据业务（如视频流媒体、宽
带上网、移动游戏等）均承载于IP分组数据网络上。
VoLTE通过LTE网络来承载语音通讯，语音呼叫的信
收稿日期：2014-07-28
责任编辑：刘妙liumiao@mbcom.cn
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令都经过IMS（IP多媒体子系统）网络来控制。图1为
VoLTE的网络架构及关键网元，主要包括无线接入、
LTE网络和IMS核心网。
2.1IMS网络
IMS是IP多媒体子系统（IPMultimediaSubsystem）的
缩写，会话控制、业务承载全部基于IP网络；为用户
提供语音、视频、图片、文本等多媒体服务；子系统
的概念就是其依赖于现有的网络系统，把GPRS/LTE/
WLAN等作为移动无线接入的承载网，把固网宽带作
为固定接入的承载网。
IMS重点包含CSCF、HSS、AS、SBC和PCRF网
元，以SIP、Diameter协议交互。
◆CSCF（呼叫状态控制）网元是IMS的关键核
心网元，主要实现呼叫接入、控制与处理逻辑，同时
可根据用户签约实现业务触发；CSCF类同于2G核心
网的MSC、3G核心网（CS域）的MSCServer、固网
NGN中的固定软交换（SoftSwitch）设备。
◆HSS（归属用户服务器）主要实现IMS用户数
据，如账号和签约信息的存储，类同于移动2G核心网
中的HLR。
◆AS（应用服务器）实现智能业务逻辑控制功
能，类同于智能网中的SCP，提供智能业务控制功
能，如彩铃、彩像、智能语音呼叫（呼叫前转）等。
◆SBC（会话边缘控制器）将终端用
户接入到IMS网络，主要提供接入控制、
网络拓扑隐藏、NAT、QoS保障和网络安
全等功能。
◆PCRF（策略控制设备）主要为
VoLTE用户提供QoS带宽保障服务，如根
据不同用户的签约信息提供有区别的QoS
保障服务。
综上所述，IMS主要为VoLTE提供
语音呼叫控制，其中SCCAS和ATCF/
ATGW（可与SBC合设）在VoLTE中主要
为eSRVCC（增强型的单待无线语音呼叫
连续性）提供会话控制的锚定、实现语音
从LTE网络到2G/3G的快速切换等功能。
2.2LTE承载网络
LTE网络主要提供移动宽带服务，为
每个用户提供无线数据通道的管理服务。
◆MME（MobilityManagement
Entity）主要实现移动性管理、承载管理、用户鉴权认
证等功能，即分组数据通信的信令控制网元。
◆SGW（服务网关）主要负责用户面处理，包括
数据承载通道的建立/修改/释放、数据报文的路由和
转发、QoS控制和计费等，SGW即为分组数据通信的
媒体处理单元。
◆PGW（分组数据网关），是PDN（分组数据网
络）终结于SGI接口的网关，主要负责LTE终端的IP地
址分配、会话管理（根据不同的APN寻址到对应的外
部数据网络）、QoS策略执行、计费等功能。
3VoLTE关键技术及挑战
VoLTE网络中的网关设备均可为用户提供QoS保
障：对于语音业务，为其建立QCI（QoS等级标识）
=1的专有承载，即优先级最高的QoS保障，同时采用
AMR-WB的高清语音编码格式，因而VoLTE的语音
质量和用户体验要更优于2G/3G网络。
AP
无线接入
AC
SBC
PCRF(ATCF/ATGW)
MMES/P-GW
MRFP
P/I/S-CSCF/MRFC
LTE
Core
TAS
(MMTelAS/SCCAS)
ApplicationServer
IMS-HSS
eNodeB
SBC
固定IP
接入网
HSS/HLR
ENUM/DNS
I-SBC
IP专网
RCSAS
国外IMS
无线接入
IMSCore
图1VoLTE的网络架构及关键网元
WLAN/Wi-Fi
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3.1LTE语音方案
LTE终端包括多模双待和多模单待2类：
（1）多模双待（支持多种模式和双网络待机），
终端同时驻留于2G/3G和LTE网络，语音业务通过
2G/3G提供，数据业务通过LTE或2G/3G提供。
（2）多模单待（支持多种模式和单网络待机），
又分为如下2种模式：
◆语音业务不通过LTE提供（LTE网络提供纯数
据业务）
CSFB（CS域回落）：终端优选驻留LTE网络，在
有语音通讯需求时，网络辅助其回落到2G/3G网络，
通过接入2G/3G网络建立通话，通话结束后再重选返
回LTE网络。
◆语音业务通过LTE提供（即VoLTE/SRVCC）
在LTE覆盖范围内通过LTE网络提供基于IMS的
语音业务；在呼叫过程中离开LTE覆盖范围时，支持
LTE语音与2G/3G的互操作来保证连续性。
3.2VoLTE关键技术
VoLTE网路的无线侧采用OFDM（正交频分复
用）、MIMO（多进多出，空间分集）等技术，对比
3G极大提高了频谱利用率和数据速率。同时无线底层
提供3大增强功能，包括半持续调度、头压缩、TTIBundling，可进一步提供VoLTE的覆盖和容量性能。
因而VoLTE网络可为用户提供丰富的宽带无线多媒体
服务，如在线电影、视频通讯、大文件下载等。
3.3VoLTE时代电信运营商面临的挑战
考虑到双待机作为一种终端形态将长期存在，
同时兼顾到TD-LTE产业的成熟度，在网络建设运营
初期，可由电路域提供语音服务而LTE提供纯宽带业
务。后续随着SRVCC（单待无线语音呼叫连续性）的
全网部署，VoLTE作为基本语音业务，将逐步取代传
统的电路域语音。
随着LTE网络的部署，互联网OTT应用（如微信
提供近乎免费的VoIP通讯服务）的特性及用户体验都
将大大增强，这将导致VoLTE移动语音业务面临着巨
大挑战：一方面，在2G/3G时代，移动带宽不具备承
载高质量VoIP的能力（如音视频通讯），OTT多基于
Wi-Fi等固定宽带接入，其使用环境、用户体验将受
到很大限制，电信运营商基于广域覆盖的移动网络所
提供的语音服务具有天然的优势；但到了LTE时代，
OTT的网络能力反而被大大提升，加上其自身优秀的
业务体验，OTToverWi-Fi变为OTToverLTE，用
户可随时随地（在LTE网络覆盖区）使用OTT业务，
这将给电信运营商带来很大冲击。另一方面CSFB和双
待机仍需要电路域提供语音业务，因此要求2G/3G和
LTE网络长期共存，需要电信运营商做好三网融合协
作的规划和运营。OTToverWi-Fi向OTToverLTE
的转变如图2所示：
图2OTToverWi-Fi向OTToverLTE的转变
4VoLTE与2G/3G网络的融合协作
VoLTE是TD-LTE网络承载语音业务的目标方
案，在网络建设与运营初期，考虑到无网络覆盖区和
小区边缘的通话质量，VoLTE网络需要支持与现网
2G/3G进行平滑快速的切换，即通过SRVCC（单待无
线语音呼叫连续性）技术，VoLTE网络实现与2G/3G
网络的融合协作。
（1）支持SRVCC的VoLTE终端在执行（联合）
网络附着、路由区/位置区更新等移动管理操作时，向
网络上报相关能力；当其作为主叫向另一IMS终端发
起语音呼叫，呼叫成功并建立媒体连接后，双方进行
通话。eNodeB要求VoLTE终端上报网络信号的测量报
告。
（2）当用户离开TD-LTE网络覆盖区或者用户所
在区域的LTE信号很弱时，eNodeB检测到终端上报的
信号强度/质量低于预定门限，则向MME发起切换请
求到2G/3G小区。
（3）MME根据eNodeB上报的切换到目标小区信
息和配置的对应eMSC（支持SRVCC的MSC）信息，通
过Sv接口通知2G/3G网路中的eMSC准备切换，eMSC指
示资源预留。
OTToverOTTover
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（4）eMSC向MME返回资源成功预留信息，
eNodeB通知终端切换到2G/3G网络。
（5）VoLTE终端成功接入eMSC后，eMSC向IMS
网络发起媒体更新流程，用于更新之前的媒体（语
音）连接，后续远端IMS终端通过eMSC与主叫进行语
音通信。
从SRVCC终端切换到2G/3G网络，eMSC需要通
知用户归属地的IMS网络更新语音媒体流，所以会引
起较长的切换延迟；在SRVCC基础上，通过在拜访地
引入ATCF/ATGW设备作为媒体锚定点，节省远端媒
体的更新时间，可将切换时延减低至300ms以内，这就
是eSRVCC。VoLTE网络与2G/3G网络的协作如图3所
示：
图3VoLTE网络与2G/3G网络的协作
5VoLTE现网规划建设研究
VoLTE网络的部署建设，需要提前考虑频谱分配
与使用、新网元建设、现网网元改造对接、承载网改
造等多方面的规划，如下基于国内TD-LTE网络展开
研究分析。
5.1TD-LTE频谱使用考虑
国内TD-LTE网络分配的频段包括D、E、F这3
种，D频段中的2575—2635MHz、E频段的2320—
2370MHz、F频段的1880—1900MHz。其中F、D频
谱可用于全网覆盖，E频谱仅用于室内覆盖，F频段有
部分被TD-SCDMA所占用，因而LTE网络的无线规划
和优化需要考虑好与3G无线网络的干扰问题。
5.2新网元部署与现网网元改造
为运营VoLTE网络（支持eSRVCC），除了建设
EPC（EvolvedPacketCorenetwork，LTE核心网）和
4G基站外，IMS网络中要新建SCCAS（用于实现语
音会话控制的锚定和切换）等网元。CS域中的MSC和
HLR、IMS域中的SBC/DRA、PS域中的PGW/MME/
PCRF、eNodeB等网元设备均需要改造升级。当然面
向用户最重要的是终端（UE）需要支持VoLTE。新网
元部署与现网改造如图4所示：
图4新网元部署与现网改造
5.3IP承载网改造规划
VoLTE网络需要为每个终端提供2个永久在线的
PDN（分别对应不同的APN），一个连接IMS实现
VoIP的语音服务，另外一个连接CMNet实现宽带数据
服务。在VoLTE网络建设中，不同地域、不同类型网
络之间的VPN互联互通等设计工作最为复杂，需要统
筹规划，图5所示的规划研究方面（不能涵盖现网全部
情况）可作为参考。
图5所示IP承载网络中主要涉及IMS域的信令/媒
体VPN、软交换域的信令/媒体APN、PCCVPN，以
SBCCSCFMGCF
MGW
IMS
MGW
CMN
CS
GGSNSGSNMME
PS
PGWSGWPCRF
eMSC
eNodeB
RNCNodeB
无线网
BSC
UE
BTS
终端
新增改造无改造
DRA
HLR/
融合设备
SCCAS
EPSHSS
IMSHSS
EPC
2G/TD
SRVCCeMSC
MGW
MMESAE-PGW
HSS
CS
Sv
MGCF
SCCAS
MGW
MSCS
VoLTE
远端IMS终端
信令
媒体
SRVCC
CSCF
IMS
①
⑤
④
③
②
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502014年第17期
童恩：高级工程师，硕士毕业于南京
邮电学院，现任职于中国移动通信集
团江苏有限公司，主要研究方向为通
信移动互联网。
邵建：中级工程师，硕士毕业于北京
邮电大学，现任职于中国移动通信集
团江苏有限公司，主要研究方向为通
信移动互联网。
作者简介
IMS信令VPN
IMS媒体VPN
PCCVPN
软交换信令VPN
软交换媒体VPN
IMS
VPN
CMNET
CMNET
PCC
VPN
CSCF
IMS
Core
SCCAS
EPC
SAE-HSS/HLR
MME
S/PGW
CS
eMSC
(SRVCC-IWF)
UMG
MRFP
IMS-HSS
Sh
ISC/Mw
Rx/Gx
原有信令接口
新增信令接口
原有媒体接口
新增媒体接口
软交换
VPN
Gx
SBC(P-CSCF/ATCF/ATGW)
图5IP承载网的基础规划
SBC、S/PGW、MME为例描述部分相关的改造工作。
◆新建设的SBC可以融合P-CSCF/ATCF/ATGW
的功能逻辑，增加Rx接口接入到PCCVPN；新增
Mw/Rf接口，共用物理接口和IP接入IMSVPN。
◆S/P-GW：增加Gx接口，接入PCCVPN；增加
SGi接口，用于VoLTE业务，通过专用VPN接入SBC。
◆MME：为支持SRVCC，与传统3GCS域互
通，新增Sv接口接入软交换信令VPN。
6总结
在移动互联网大行其道的时代，VoLTE网络的建
设与应用极大地丰富了用户的沟通与生活，为用户提
供了更多的选择、更优质的业务体验。对电信运营商
来说，VoLTE网络的投资建设与市场运营工作将面临
很多方面的挑战，网络的建设规划工作非常重要。同
时，面对OTT的竞争，做好VoLTE相关业务的规划和
创新产品的研发工作更为紧迫。
参考文献：
[1]中国移动通信集团公司.TD-LTE百问丛书[Z].2013.
[2]邵建.面向个人移动用户的多媒体子系统中间件应用
[J].江苏通信,2012(1).
[3]中国移动通信集团研究院.TD-LTE话音业务解决方案
[Z].2013.
[4]3GPPTS23.228V12.5.0.IPMultimediaSubsystem(IMS)
Stage2[S].2014.
[5]3GPPTS23.216V12.1.0.SingleRadioVoiceCall
Continuity(SRVCC)Stage2[S].2014.★
51学通信（51xuetongxin.com），致力打造最佳的通信技术分享平台，主打IMS、EPC、NFV、云、SDN以及5G核心网等主题。
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