下一代4G宗旨网演进加速,VoLTE技能带你走进高清

LTE网络是一个只支持数据通讯的网络,本身不能支持传统的语音通话业务。目前来说,无论是TDD还是FDD,其90%以上的领域都使用相同的技术,都是LTE的一种分支技术。但是中国目前已经商用的4G技术,还暂时无法让语音业务融入4G通道,因此现在的4G手机主要采用以下两种方案应对,一种是SVLTE,另一种则是CSFB。

4G时代的来临让移动上网的速度进入了一个崭新的时代,对于很多年轻用户来说,移动上网已经快成了手机最重要的功能,但对于很多人来说,可能移动上网冲浪来说并不是最重要的那项功能,他们仍然需要稳定的通话功能,那么4G手机现在在语音通话功能方面又做的如何呢,4G目前并没有我们想像的那么成熟。

现在主流的LTE语音解决方案包括三种:双待机、CSFB、VoLTE三种,而VoLTE被公认为LTE语音的最终形态。北美、韩国等已经建网的4G运营商都采用双待机或CSFB为过渡方案。

移动话音演进

SVLTE,就是4G网路和2/3G网路同时待机,语音业务的时候启用2/3G网络通道,而上网的时候使用4G网络,即上网和通话时分开使用不同的网络,互不干扰。但是两个网络同时待机也存在增加功耗,减少手机续航的问题。这种方式对网络的改造要求最低,且可实现语音和数据业务并发,可以满足运营商早期快速发布LTE智能手机占领市场的需求。

目前来说,无论是TD-LTE还是FDD-LTE,在90%以上的领域都使用的是相同的技术,都是LTE的一种分支技术。但是中国目前已经商用的4G技术来说,暂时还无法让语音业务也走4G通道,所以为了应对这种状况,现在的4G手机采用了两种方案来解决这个问题,分别是双待机方案和CSFB。

LTE三种主要语音解决方案

LTE作为下一代无线通讯技术,有能力提供高达300Mbps的下载速率和75Mbps的上传速率,可实现低于5ms的延迟,是承载移动互联网业务的理想基础网络。但LTE标准不再支持用于支撑GSM、UMTS和CDMA网络下语音传输的电路交换技术,只支持基于全IP网络下的分组交换,运营商一般采用下面三种解决方案来提供LTE网络中的话音业务:VoLTE(VoiceOverLTE):该方案基于IMS网络,语音将以数据流形式在LTE网络中传输,无需使用传统CS网络,传统CS网络将随着VoLTE部署的扩大逐步被替换;CSFB(CircuitSwitchedFallback):LTE网络只用于数据传输,当有语音业务时,终端将回落到原有CS网络;SVLTE(SimultaneousVoiceandLTE):终端同时接入LTE网络和CS网络,对运营商网络基本无需求。

CSFB则是另一种解决方式,就是在上网时使用4G网络来进行高速网络冲浪,然后在打电话时回落到2/3G网络进行通话,打完电话之后再回到4G LTE网络。好处是不会像双待机出现双信号和增加功耗,缺点是回落有一定的延迟,有可能在移动出了LTE网络覆盖范围的时候,通话发生中断,并且如果在语音通话的时候用户有数据业务的话,数据业务也会回落到 2/3G通道。这种方式对网络没有额外要求,但终端实现比较复杂。

双待机方案

CSFallback(CSFB):

CSFB是LTE终端通过电路域使用语音业务的一种方案,终端平时驻留在LTE网络,使用LTE数据业务,当发起语音呼叫或者接收语音呼叫的时候,终端回落到2G/3G电路域进行语音呼叫,结束后再返回LTE。

CSFB和SVLTE依赖CS域提供语音,均有较大局限性,可作为LTE部署初期的过渡选择。VoLTE作为下一代移动网络基础通讯业务,在运营成本、无线频谱效率、业务质量上具备显著优势,已成为全球运营商的主流选择:

然而不管是SVLTE还是CSFB方案,都相应存在弊端。为了能在4G网络上顺利开展高质量的语音业务,运营商正积极部署VoLTE技术。VoLTE全称Voice over LTE,是一种IP数据传输技术,无需2G/3G网,全部业务都承载于4G网络之上(同时包含数据与语音业务)--这才是将来LTE语音通话的归宿。

双待机方案其实很好理解,就是4G网路和2/3G网路同时待机,语音业务的时候启用2/3G网络通道,而上网的时候使用4G网络,但是双待机方案会显示两个信号,但又不是双卡双待,可能会对用户造成一定的迷惑,而且两个网络同时待机也会有增加功耗,减少手机续航的问题。

双待机

具备双待能力的LTE终端可以同时在LTE和2G/3G电路域工作,即同时在LTE网络上使用数据业务,在2G/3G电路域上使用语音业务,实现数据业务和语音业务的并发,无需回落。

从成本来看,VoLTE基于IMS网络,IMS网络为所有标准组织公认的目标网络架构,可以整合现有多个固定移动网络,网络的架构将得到大幅度的简化,运营成本会有大幅度的降低。

据了解,VoLTE带来最大的便利就是接通等待的时间更短,而且音视频通话效果相对3G更出色。在通话方面,VoLTE与2G/3G有着本质的不同,VoLTE是建立在4G网络全IP条件下的端到端语音方案,且采用了高分辨率编解码技术。因此VoLTE相对于2G/3G语音通话的质量能提高40%左右,同时接通等待时间比3G减少50%,2G就更不用说了,接通等待时间需要6~7秒,差距还是很明显的。另一方面,我们经常在2G/3G网络下遇到的掉线问题在VoLTE上也会大大改善。对于运营商而言,VoLTE还会带来成本方面的好处。由于VoLTE提升了无线频谱利用率,达到GSM的4倍以上,从而大大降低了网络使用的成本。

CSFB技术

VoLTE

VoLTE是架构在LTE网络上全IP条件下的端到端语音方案。VoLTE的语音作为IP数据传输,无需2G/3G网,全部业务承载于LTE网络上,可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。相对于现有的2G/3G网络,通过引入高清编解码等技术,VoLTE可拥有比2G/3G语音,以及时下流行的OTT语音业务更好的用户体验。同时,当终端离开LTE的覆盖区域时,VoLTE能够将LTE上的语音呼叫切换到2G/3G网络上,保证语音呼叫的连续性。

为什么短期不会停止2G网络服务?

  1. 还有大量的2G用户在,2G老用户迁移到3G和4G,还需要更多时间和更优惠的资费;
  2. 3G、4G覆盖还不足。在部分农村和偏远地区,目前还只有2G网络。在3G到达前,不可能停止2G服务。有运营商去年开启了“农村风暴”计划,就是为了加快3G网络向农村地区的推进;
  3. 技术问题还需解决。目前移动的4G网络,在语音通话时还需要2G网络支持。目前移动在积极测试全部通过4G网络完成语音和数据业务,但在这一技术彻底实现前,2G网络还不能停。

为什么长期看有可能废除2G?
因为对运营商有好处。

  1. 频段资源。2G网络的900/1800MHz频段,是非常优质的,其覆盖范围好于目前的3G和4G频段。一旦2G用户完成了迁移,这部分频段被释放出来,将会给3G和4G网络带来很好的支持;一个小灵通的频段都被各方盯着红了眼,更别说2G的了;
  2. 基站物理空间。一旦2G停网,设备拆除,就有了更多空闲物理空间,来容纳新的设备。目前移动基站选址越来越难,机房空间变得越来越值钱,因此2G退网,将会为3G和4G部署带来好处;
  3. 优化维护成本。虽然2G不再新建,但网络优化和维护还是要做。基站天线用久了会老化,需要换新的,这都是成本。如果2G网络彻底退出,运营商将节省一大笔优化和运营费用;
  4. 用户迁移。如果能在合适的时间点停止2G网络,让用户全部迁移到3G和4G,将有可能提升运营商的数据业务收入。2G网络的大部分业务是语音,而3G、4G才是移动互联网的主要承载。让用户迁移到高速网络,才用可能使用更丰富的服务。
    当然,这些变化都是长期的。目前来看,在五年甚至更长时间里,将是2G、3G和4G共存的局面。

从无线频谱效率来看,对于语音业务,LTE的频谱利用效率为GSM的4倍以上,运营商可以腾出宝贵的无线频谱资源来发展移动宽带业务。

目前,国际上已有韩国SK电讯、LG、U 推出了基于LTE FDD网络的VoLTE商用服务。美国运营商Verizon也在2014年上半年扩大VoLTE商用服务范围。AT&T也宣布已经在一些地区进行了VoLTE初步市场推广。

CSFB则是另一种解决方式,就是在上网时使用4G网络来进行高速网络冲浪,然后在打电话时回落到2/3G网络进行通话,之后再回到4GLTE网络。好处是不会像双待机出现双信号和增加功耗,缺点是回落有一定的延迟,并且如果在语音通话的时候用户有数据业务的话,数据业务也会回落到2/3G通道。

从业务质量看,呼叫接续时延降低10倍(3G为5秒,VoLTE为0.5秒),语音编解码从窄带语音提升为宽带语音编解码(从8K采样300~3400Hz提升到16K采样50~7000Hz,MOS值从3.0提升到4.0以上),视频业务从3G的QCIF提升到VGA甚至更高级别。

而在今年1月份,中国移动支持VoLTE的三融HLR/EPC、HSS/IMS、HSS(Home Subscriber Server,即HSS服务器缩写)新建设备集中采购工作已经完成评标工作。本次招标设备容量约为支持3.87亿2G/3G用户(其中0.63亿4G用户,0.19亿VoLTE用户)。

VoLTE技术

VoLTE对于运营商后续商业模式也有至关重要的作用。目前绝大部分运营商采用话音 数据业务资费包的模式,话音业务逐步走向“无限量使用”,资费包的差异性主要体现在数据流量的大小上。VoLTE属于话音业务的范围,对终端用户而言实际是“无限量使用”,终端用户如果使用OTT来满足话音业务诉求,占用了可用于其他移动互联网业务的数据流量,是得不偿失的。VoLTE将使话音 数据业务资费包具备持续的粘性,运营商至关重要的码号资源优势得以持续保持。

然而,VoLTE商用网络的部署是一个复杂的系统工程,涉及众多专业领域,难度和工作量远大于传统2G/3G时代话音网络建设改造。VoLTE的部署涉及IMS核心网、EPC核心网、CS核心网、用户数据、信令网、无线网、承载网支撑系统等多个领域,是对运营商网络与通信业务变革的一次重大挑战。

第三种就是今天的重点了,也是以后将会标配的成熟技术——VoLTE技术。VoLTE是一种基于IMS网络的全IP解决方案,是LTE语音的目标方案,LTE运营商的最终选择,LTE能在IMS的配合下实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务及与电路域性能相当的补充业务。SRVCC(SingleRADIoVoiceCallContinuity)是VoLTE时代的一个补充技术,它解决了终端从LTE网络移动到无LTE网络覆盖的地方时,单射频终端在IMS控制的VoIP语音和CS语音之间的无缝切换。

VoLTE商用部署进展

为了让大家更好地了解VoLTE网络发展及部署过程中测试的难点,OFweek光通讯网携手EXFO将于2015年6月2日10:00-11:00举办《VoLTE 呼叫验证和实时网络问题实例》在线语音研讨会,本次研讨会将深入探讨VoLTE服务验证和故障排除实例,重点剖析端到端VoLTE会话检测、问题识别和根源分析。同时也会详细解读如何使用被动分析仪在实时网络中分析VoLTE问题。

简单的来说,VoLTE才是4G时代和LTE上网匹配的语音通话技术,随着LTE网络技术的日益成熟,VoLTE是LTE语音发展的必然趋势,但是受限于VoLTE终端产品及网络设备不够成熟及现阶段网络的实际情况,现有的4G手机要支持和VoLTE还需要进行系统上的升级,比如在WindowsPhoen8.1Update1中就增加了对VoLTE的支持。

VoLTE解决方案相关的标准目前已经成熟。3GPPR8(2008年12月发布)定义了LTE/EPC,并针对VoLTE的场景定义了SRVCC、SPS(Semi-PersistentScheduling)和TTIBundling等优化机制,对于移动话音的演进定义了ICS架构。3GPPR9、R10和R11定义了VoLTE的进一步增强。VoLTE解决方案建议基于3GPPR10版本来提供,后续可根据业务发展需要逐步升级到更高版本。GSMA为了加速VoLTE的商用部署,开发了IR.92等系列规范。在3GPP规范的基础上明确了VoLTE解决方案需要支持的能力和功能集。GSMAVoLTE相关的规范,包括终端的测试认证标准已经可以指导面向规模商用的开发和部署。

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原本这个技术的演进会很长,但是最近三大运营商的日子不好过,而且面临非常复杂的局面。不管是什么原因,中联通主攻3G,而中电信主攻4G的定位让电信不再在战略布局上有任何犹豫,而且经过先知先觉的提前一年放水,得到了后来的政策空间。今天,中国电信宣布VoLTE商用时间——2015年,进行技术试验及验证,技术规范和方案制定;2016年,开展大规模网络建设,在芯片、终端、网络、业务、互联互通和IT等方面测试联调;2017年底,实现商用。包括VoLTE VoWiFi,高清语音、RCS、VoLTE国际漫游。VoLTE相较2G3G语音通话,音质提高40%;还能带来更低的接入时延,比3G降50%,大概在2秒左右。VoLTE的掉线率接近于零。最关键的是,有了VoLTE,电信就可以彻底放弃CDMA制式,一劳永逸的解决“一入电信深似海从此手机不好买”的局面……

VoLTE解决方案主要涉及核心网和终端,目前主流的核心网厂商已经基本具备VoLTE商用能力,VoLTE的芯片也已经成熟(高通的VoLTE芯片已经发展到以8974为代表的第二代),主流的终端厂商也推出了系列的VoLTE手机。美日韩部分运营商(以CDMA运营商为主,包括少量GSM/UMTS运营商)已经小规模商用了VoLTE解决方案,根据华为专家在韩国的实地调研,终端用户的VoLTE业务质量感受相对CS网络有显著提升。

关于VoLTE,很多人尚没认识到的是,在4G全覆盖和VoLTE成熟后、市场推出单4G模式终端、对原有使用附带三系列2/3G模式高价芯片的终端在渠道推广的严重冲击,继而引发的对运营商市场的颠覆性影响。在这一点上,中移动、中电信看的非常清楚。

业界普遍预计2014年将成为VoLTE大发展的元年,进入发展的快车道。主要的驱动力为:LTE部署的加速、CSFB作为过渡方案表现差强人意、芯片/终端/网络设备经过2013年小规模试商用已经成熟、业界领先大T对VoLTE的坚定态度(全球移动用户数最多的C运营商规划2014年底规模商用,北美最大的A运营商规划2014年上半年规模商用)。

当然,如果不考虑技术演进和对开放式终端市场的革命性影响,联通目前还好,应为他的语音回落本身就没有问题,他的3G网本身就能够完美承载语音通话。最近这两年上,在技术上来说无疑上网和通话最完美体验的仍是中国联通。这也是为什么我一直对咨询如何选择4G的童鞋们说:最好的3G 最快的4G=完美体验!

那么,针对4G全覆盖和VoLTE成熟后、市场推出单4G模式终端、对原有使用附带三系列2/3G模式高价芯片的终端在渠道推广的严重冲击,继而引发的对运营商市场的颠覆性影响问题,联通确实要考虑未来怎么办?

有网友给出了答案:假如电信把得到的FDD牌照500亿卖给移动,估计移动肯定乐意吧?以后也可以实现混合组网了。然后电信和联通合作,集中资源建设一张精品FDD/TD-LTE混合网,尽快实现voLTE,这样国内两套优秀的4G网络,既可以节约资源,又可以实现竞争,还能互补和备份,保障网络安全,多方都受益,想想都醉了……

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