阶段4：LTE 全面覆盖，技术和设备完全成熟，将全网实现VoLTE 业务，SRVCC 和CSFB 功能将不再使用。
1.3 研究内容
本文主要对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。接着对LTE语音业务性能从MAC层研究出发，对VOLTE调度算法性能改进进行研究。最后提出一种基于优先级的半持续调度模型，并对其性能分析。
第二章 LTE语音方案--VOLTE技术分析
2.1 基本架构
EPS 系统在部署初期有可能只为用户提供数据业务，在这个阶段核心网部分仅有演进的分组核心网（EPC：Evolved Packet Core）网络就能满足对运营商的业务需求；但随着网络的发展和演进，终将要在EPS 系统为用户提供VoIP 业务，此时仅有EPC 网络就无法满足需求了，需要同时部署IMS 和PCC 系统提供业务控制和QoS 策略控制。
尽管从理论上说，用户通过EPS 分组域就可以实现所有的业务，但如果没有独立于EPS 分组域之上的业务层来提供业务控制，用户在业务的服务质量（QoS）、计费等方面都将会存在问题。用分组域提供实时多媒体业务的主要问题是网络只能尽力而为地提供业务而不能保证业务的服务质量。例如，对于VoIP 业务，用户在通话过程中的语音质量就可能变化很大，可能会出现声音时好时坏的现象。跟现有的电路域语音质量比，这样没有QoS 保证的通话是无法让人接受的。但如果采用IMS 系统作为业务控制层，就可以提供具有QoS 保证的实时多媒体会话控制机制，很好地解决这个问题。因此，鉴于IMS 系统的特点和优势，业界已倾向采用选择IMS 系统为EPS 系统的用户提供VoIP 语音业务控制。
采用IMS作为业务控制层系统的另一个原因是能够合理、灵活地对多媒体会话进行计费。运营商可以基于用户的QoS，针对用户业务的不同内容，提供不同的资费标准。比如，需要区别是VoIP 会话还是一次网页浏览或者是一条即时消息等不同业务进行计费。
采用IMS 的第三个原因是运营商可以对不同的业务进行整合。IMS 定义了为业务开发商使用的标准接口，运营商能够在多厂商环境下提供业务，避免绑定在单一厂商来获取新业务。
如果采用IMS 作为业务控制层系统，那么，从整个通信系统的网络架构来看，EPS 网络其实是位于承载层，提供通信所需的信息的传递。在实现VoIP 业务的过程中，除了由EPS 系统提供承载，由IMS 系统提供业务控制外，还要由
策略和计费控制（PCC：Policy and Charging Control） 架构实现用户业务QoS 控制以及计费策略的控制。EPS 系统提供VoIP 业务的系统架构如图1 所示
CERANUTRANSCSNS12Cx/Dx/ShS4S3S6HSSMMEPCRS7F1-CSCFRXSC1ASLTE-U0UEE-UTRANS1_USGWCMS5/S8PCWP-CSCFCSCF 图1 VoLTE 系统架构示意
2.2 基本流程
从业务实现流程来看，一个初次签约到EPS 系统的用户，如果要实现端到端的VoIP 业务，要经过EPS 附着、IMS 注册、业务发起和会话控制过程（包括专有承载和IMS 层信令交互）、资源释放过程等几个阶段。
一般来说，用户开机就会附着到EPS 网络中，归属用户服务器（HSS：Home Subscriber Server）里有了用户的位置信息，MME 里也有了用户的签约信息，同时系统还会为用户建立默认承载。但是，用户在附着完成之后，未必马上就打电话，而只是简单地附着在网络上。如果用户长时间没有执行业务，根据运营商的策略，是有可能将空口和S1-U 接口的默认承载资源释放掉的，而仅保留服务网关（S-GW：Serving GateWay）与分组数据网网管（P-GW：Packte Data Network-GateWay）之间的默认承载。
如果用户同时也是IMS 用户，签约了IMS 业务，那么，在完成承载层的附着之后，通常就会进行IMS 层的注册。此时，IMS 层的注册消息就要在附着过程中建立好的默认承载上传递了。VoIP 的用户要打电话的时候，IMS 层最初的INVITE 消息同样属于呼叫控制信令，也是在默认承载上传递的。在话音建立的
过程中，一般会在主、被叫两段的资源协商好的情况下，才建立满足话音业务QoS 需求的专用承载资源。
下面以默认承载来传递IMS 信令为例，描述新开机用户执行一个端到端的VoIP 业务的过程。
（1） 附着过程
在附着过程中，用户设备（UE：User Equipment）的相关位置信息、能力等将会登记到相关的网络实体中。附着过程中还为UE 建立“永远在线”的连接，同时为UE 分配IP 地址。
附着过程完成之后，系统中用户的状态就会从“未注册”变为“已注册”，核心网中记录了用户的位置信息，核心网相关节点中建立了用户的上下文，为用户提供业务做好准备。附着过程中执行的主要操作如图2 所示，
MMEUEeNB附着请求MMEP-GWHSSS-GW校验附着请求消息；UE上下文获取鉴权与NAS安全性过程更新位置信息，并插入用户签约数据附着接受附着完成默认承载建立承载信息通知HSS
图2 附着过程
包括：用户发起附着过程，发送非接入层消息“附着请求”给MME。MME 根据消息中所带的用户标识信息，可判断是否要求用户先前注册的MME 对附着请求消息进行完整性校验，并在成功后传递安全相关参数。如果在原先的MME 中没有找到用户的上下文，MME 还可要求用户提供其国际移动用户识别码（IMSI：International Mobile Subscriber Identity ）。MME 可根据运营商配置发起安全过程，其中包括鉴权和非接入层（NAS：Non-Access Stratum）安全过程的建立。之后，MME 要求删除可能存在于其他节点的、该用户未正确释放的资源，并与HSS 交互更新位置信息。以上过程完成后，MME 将发起默认承载建立的过程。默认承载建立的过程中或过程后可为用户分配IP 地址。默认承载建
立成功后，网络向用户返回“附着接受”消息，该消息触发空中接口为用户配置相应的承载。用户接着返回“附着完成”消息，指示完成建立的EPS 承载以及NAS 相关信息。
在用户第一次附着到网络的过程中，网络记录用户的位置信息，相关节点为用户建立上下文；附着到网络后，即建立了从S-GW 到P-GW 之间的默认连接，为用户提供默认承载；附着过程为用户分配了IP 地址、用户驻留的跟踪区标识（TAI：Tracking AreaIdentity） 列表、临时标识（GUTI：Globally Unique Temporary Identity）等会话必要的参数。
（2） IMS 注册
EPS 用户要使用IMS VoIP 业务，除了要完成上述EPC 网络的附着过程，通过EPC 网络的安全鉴权认证以外，在建立好默认承载之后，还要在IMS 业务层中进行认证、鉴权和授权，以确认该用户具有使用IMS 业务的权限。一旦用户被认证授权，就会使用IPSec 安全关联来保护自己的会话发起协议（SIP：Session Initiation Protocol）消息。用户的认证、授权以及建立IPSec 安全关联都是通过IMS 层的注册过程来实现的。IMS 层注册过程中的关键操作如图3 所示。
MMEP-CSCFUE注册请求HSS获取用户的S-CSCF地址S-CSCF注册请求S-CSCF从HSS下载用户的鉴权向量S-CSCF将鉴权参数传递给用户；对网络进行认证，并返回认证相应；S-CSCF根据认证响应完成用户认证S-CSCF从HSS下载用户的签约信息注册响应 图3 EPS 用户的IMS 层注册过图
在IMS 层的注册过程中，HSS 会把用户签约信息传递给服务呼叫会话控制功能（S-CSCF：Serving Call Session Control Function），由S-CSCF 根据用户签约的业务信息，完成对用户的业务控制。在注册过程中，用户和网络还会完成彼