采用LTE数据包交换实现语音传输：功能和测试策略

1 引言

2009年，第一个商用LTE网络在瑞典投入运营。紧接着，全球18个国家共26个网络提供商用LTE服务（含美国、亚洲和欧洲）。

这种新LTE技术的数据传输率可高达100Mbit/s。尽管其实际可达数据传输率远低于理想条件下的100Mbit/s，该技术还是极大地提高了已有移动无线网络的性能。换句话说，LTE仍然需要证明其在高负荷场合下的突出性能。但是，业界主要人士目前已经深信LTE必将促进移动互联网的应用。

围绕着LTE是否可以采用数据包交换传输语音这一复杂问题，当前正在进行着一场激烈的争论。此前，对于移动式应用，语音传输基本上仅由电路交换实现。在这场争论中，终端用户的期望不容忽视。实际上，由于GSM网络已经成功地运营了20多年，用户希望能够实现无论身在何处均能获得优良的语音品质。

在LTE中如何实现语音传输？如何确保实际运营网络仍然拥有研发阶段所实现的功能和性能？本文将描述这两个问题。

2 从SV-LTE和CSFB至VoLTE

通过LTE传输语音要获得可被接受的音质，要求无线接入网和核心网均采用合适的机制和架构。由于无法保证可以立即获得全球性LTE覆盖率，因此这可能会影响LTE网络以及传统的2G和3G网络。

另一个考虑因素是语音用户的移动性。在LTE覆盖区发起呼叫之后，用户移出LTE覆盖区并进入某个现有2G或3G网络时，该呼叫不得被中断。

3 LTE语音传输

LTE语音传输的设计前提是可以使用IP多媒体子系统(IMS)。用于支持多媒体应用的完整解决方案，由用户设备(UE)中的IMS支持功能、IP连接访问网络（IP-CAN）和核心网中的专用IMS功能等组成。

IMS尽可能地以标准IETF协议为基础。3GPPTS23.228中描述了IMS参考架构（包含该架构至已有网络和其它IP多媒体系统的接口），清晰地展示了该系统的灵活性和复杂性。借助该系统，可以组合任意的多媒体应用，并在移动环境中使用这些应用。

然而，语音传输仅需要这些功能和功能单元的一部分（见图1）。建立语音呼叫之前，LTEUE必须向IMS系统完成注册。LTE系统为信令和语音数据使用不同的"承载"。信令承载的丢失率极低，保证UE能够可靠地接收控制命令。语音承载既具备低延迟，又具备低延迟变动，因此可以提供良好的语音质量。信令传输采用会话发起协议(SIP)，语音数据包的传输则采用实时传输协议(RTP)。此外，特殊的数据包分配算法还保证IMS可以满足用于语音传输的特殊要求。其中的一个示例就是半静态调度(SPS)，它可以近似静态的方式将频率资源和时间资源分配至空中接口。此处必须注意，LTE系统通过同一个无线信道，同时传输语音和数据服务。

图1　　语音功能所需要的IMS架构的示意图

为了降低需要以不同方式实施IMS系统的风险，对数量众多的IMS系统进行了主动限制，使其仅包含语音传输（含常规的路由功能，即在本地网之外也可使用语音传输）所需要的那些功能。

由此，2009年，声音共享计划(One Voiceinitiative)发布了一个IMS草案。此后，2010年2月，全球移动通信系统协会(GSMA)将该草案并入了LTE语音传输计划(voiceover LTE，VoLTE)。IMS的前提条件同样考虑了LTE的全面覆盖无法立即实现。向现有网络进行传输时，只要有可能，UE将始终仅使用一个空中接口（切换）。关于网络和UE侧中的相应过程，详见单无线语音呼叫连续性(SRVCC)下的相关描述。

通过引入该功能，IMS系统可以对同时运行的语音服务和任意数据服务的切换进行控制：对于LTE中的PS域业务，将语音业务切换到3G网络中的CS域，同时将数据业务切换至3G网络中的PS域。

4 IMS的替代方案

IMS在许多年以前已经提出，尽管仅有少量几个移动网络实施了IMS，但经过连接不断的扩展已包含了众多其它功能。

其原因在于已经找到，并已经在最近实施了其中的一些替代性解决方案，具体有：

●SV-LTE=同步语音和LTE(simultaneousvoiceandLTE)，语音传输使用已有的2G/3G网络，数据传输则使用LTE网络。

●CSFB=CS回退(CSfallback)，该方案不使用LTE中的信令连接，并通过2G/3G网络建立语音连接。基于SV-LTE的UE使用两个独立的空中接口，这两个接口同时用于不同的服务。语音通过2G/3G网络传输，LTE则专门用于数据传输。然而，这种简单的解决方案能耗较大，因此对电池的使用寿命不利。

此外，以这种方式配置的UE的制造成本也较高。该解决方案在美国已经投入了商业应用，并可用于某些UE。CSFB解决方案，则避免同时使用两个空中接口。如果某个LTEUE处于某个LTE小区中，无论是接收还是发起语音呼叫，则该呼叫均通过2G或3G网络而非LTE建立。其假设前提是，只要有LTE网络覆盖的地方，就有2G或3G的网络。否则，要么以语音邮