LTE语音解决方案--VOLTE调度机制的研究
摘 要
随着LTE无线接入标准的日益成熟，LTE研究热点转向了应用业务的性能提升和优化上，语音业务作为运营商最主要的业务之一需要重点研究。
本文首先对LTE 网络下的目标语音解方案--VoLTE 技术做了详细的分析，涉及VoLTE 技术实现的各个层面，包括VoLTE 技术的基本架构、基本业务流程、设备功能要求和互通技术等，并对几种LTE 语音解决方案的应用进行了比较和总结。接着分析了LTE MAC层资源调度机制，对现有调度方案进行了总结和对比；最后提出一种基于优先级的半持续调度方案，并对其性能进行分析。
关键词：VOLTE；调度；算法；语音技术
Abstract
With the increasing maturity of LTE standard, LTE research focus to the promotion and optimization of the performance of business applications, voice services as the main business of operators need to focus on.
Firstly target speech of LTE network solution scheme --VoLTE technology makes a detailed analysis, involve volte technology implementation aspects, including volte technology basic structure, basic business processes, equipment functional requirements and Interoperability Technology and of several voice over LTE solution must scheme of application are compared and summarized. And then analyze the LTE MAC layer resource scheduling mechanism, summary and comparison of existing scheduling schemes. Finally, the paper puts forward a semi persistent scheduling scheme based on the priority and the performance analysis.
Keywords: VOLTE; Scheduling; Algorithm; Speech technology
目 录
摘 要 ............................................................................................................................. 1 第一章 引言 ................................................................................................................. 4
1.1 研究背景及意义............................................................................................. 4 1.2 LTE网络演进过程 .......................................................................................... 5 1.3 研究内容......................................................................................................... 6 第二章 LTE语音方案分析 ........................................................................................ 7
2.1 基本架构......................................................................................................... 7 2.2 基本流程......................................................................................................... 8 2.3 设备功能要求............................................................................................... 14 2.4 互通技术....................................................................................................... 15 第三章LTE语音业务性能改进的研究 ................................................................... 17
3.1 LTE MAC层概述 ...................................................................................... 17 3.2 MAC信道特点 .......................................................................................... 18 3.3 MAC层调度技术研究 .............................................................................. 20
3.3.1调度概述............................................................................................. 20 3.3.2资源调度的基本单位......................................................................... 20 3.3.3现有调度算法研究............................................................................. 22
3.3.3.1动态调度算法.......................................................................... 22 3.3.3.2半持续调度算法...................................................................... 26 3.3.3.3组调度算法.............................................................................. 28 3.3.3.4现有调度方案对比.................................................................. 28
3.4本章小结........................................................................................................ 29 第四章 VOLTE调度机制及性能的优化策略 ........................................................ 30
4.1 VOLTE调度机制及性能的优化方案设计 .................................................. 30 4.2优先级算法.................................................................... 错误！未定义书签。 4.3基于优先级的半持续调度方案性能的分析................................................ 35 结 语 ........................................................................................................................... 37 参考文献 ..................................................................................................................... 38
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
虽然演进的分组系统（EPS：Evolved Packet System）最终可以为用户提供LTE 语音（VoLTE：Voice over LongTerm Evolution）业务，但是，由于各个运营商现有的网络运行模式不同，语音业务从电路域往全IP 网络的业务模式转变路线和时间点也将会各不相同。对于国外有些小规模的移动运营商以及新建网络的运营商来说，有可能直接进入EPS 网络运营阶段，采用IP 多媒体子系统（IMS：IP Multimedia Subsystem）业务控制系统来提供各种业务，包括实时语音业务，可以完全实现电路域现有的全部业务。但是，对于已经部署了成熟的2G/3G 网络的运营商，考虑到目前的电路域网络已经能够提供高质量的语音业务、补充业务和增值业务，而且其网络管理能力也非常完善，出于对建设和网络成本的考虑，最大限度地重用运营商在传统网络的投资的目的，这些运营商的网络演进过程会是阶段性的。业界普遍认可的一种演进步骤，是在EPS 网络的初期建设只做热点覆盖，并只给EPS 用户提供数据卡业务；随着EPS 网络部署规模的扩大，逐渐提供各种实时语音业务及消息类业务等。
基于以上考虑，业界对如何在EPS 网络发展的过渡阶段实现语音业务连续性，进行了全面的分析和技术评估， 提出了电路域回落（CSFB：CircuitSwithed Fallback） 和单无线频率语音呼叫连续性（SRVCC：Single Radio Voice Call Continuity） 两种过渡期方案。
CSFB 就是在LTE 和2G/3G 的双覆盖区域，用户可以从LTE 系统回落到CS 域来使用电路域现有的业务，包括话音、定位业务和补充业务等。
支持CSFB 的终端需要在EPS 和CS 域进行双注册。当终端有语音业务的时候，由网络根据策略决定将该终端切换到2G/3G 电路域完成语音业务。CSFB 方案要求LTE 与2G/3G 区域重叠覆盖，这样终端才能同时注册到LTE 和2G/3G 网络，并且随时可以切换到2G/3G 网络执行电路域业务。
此外，在运营商的EPS 网络发展过程中，可能会出现EPS 网络在部分地区能够提供VoIP 业务，但不能实现VoIP 业务全覆盖的场景，此时可以考虑借用
2G/3G 网络电路域的覆盖来保证业务本身的全覆盖。在EPS 网络覆盖好的地区使用IMS 的VoIP业务，当用户到达EPS 网络覆盖边缘却具备良好2G/3G 网络覆盖时，可在EPS 网络控制下，将用户正在进行的VoIP 通话接续到2G/3G 网络电路域。为了实现两个接入系统间语音业务切换的连续性，3GPP 提出SRVCC 方案，通过IMS 域网元对语音业务进行信令和媒体的接续、转接。SRVCC 实际上是个切换过程，通过IMS SRVCC的应用服务器（ AS：Application Server）和承载网络实体（MME：Mobility Management Entity）/ 移动交换服务器（MSC Server）的配合，实现语音业务的连续性。语音业务的信令从IMS 向MSC Server 转接，承载信令从MME 向MSC Server 转接，用户媒体数据流从IMS- 媒体网关（MGW：Media Gateway）转接到MGW。
与CSFB 方式不同的是，CSFB 是在EPS与2G/3G 重叠覆盖区域内发生回落切换，而SRVCC则是在LTE 网络失去覆盖的时候，才发生到2G/3G网络电路域间的切换。
1.2 LTE网络演进过程
下面给出了LTE 网络可能演进的一个过程举例。需要注意的是，各个运营商的LTE 网络演进方式各不相同，有可能跳过以下提到的某一步，直接到达VoLTE 目标网架构。
阶段1：最初的LTE 网络规模小，终端模式简单，双模双待机，同时驻留在LTE 网络和2G/3G 网络，LTE 网络只提供数据业务，语音业务由2G/3G 网 络提供。
阶段2：随着网络的改造，终端功能完善，系统提供CSFB 功能，此时终端是双模单待模式，可以接入LTE 网络和2G/3G 网络，但只能驻留在一个系统下。一般终端都是驻留在LTE 网络下，可以执行数据业务，一旦有语音呼叫，终端将无线接入切换到2G/3G 系统下，即驻留到2G/3G 网络中，执行普通的2G/3G 语音呼叫。呼叫完成后将再切换到LTE系统下。
阶段3：如果运营商IMS 系统成熟，终端能力允许，VoLTE 语音逐渐开展，在未覆盖LTE 区域，系统通过SRVCC 技术，实现语音业务的切换，将用户的语音业务从LTE 切换到2G/3G 系统中。