Голос поверх LTE / 4G

В сетях LTE вопрос передачи телефонного трафика имеет особенное значение. Стандарт LTE разработан для передачи пакетного трафика, поэтому он не реализует услугу телефонии с коммутацией каналов. Но именно голосовой трафик дает операторам мобильной связи большую часть дохода. В связи с этим в настоящее время предложено несколько вариантов передачи телефонии по сетям LTE.

Первый вариант состоит в переходе на технологию VoIP. В настоящее время в трактах VoIP широко используют вокодеры, например iLBC (Internet Low Bit Rate Code) в системах Skype и Googlenet, уменьшающие скорость передачи речи с 64 до13 кбит/с.

Сейчас предлагаются решения проблемы со сквозными задержками в каналах VoIP и с временным джиттером, что особенно актуально при применении технологии IMS (IP Multimedia Subsystem). Так можно уменьшить сквозную задержку до 300 мс, которую большинство абонентов не замечает.

Также проблемой перехода на VoIP является значительное повышение нагрузки на канал PDCCH, если планирование канального ресурса абонентам VoIP выполнять в динамическом режиме. В качестве решения предлагается применение полупостоянного назначения (Semi-Persistent Scheduling) канального ресурса таким абонентам. Данные о выделенных ресурсных блоках в сответствующих субкадрах отправляют в индивидуальных управляющих сообщениях (по логическому каналу DCCH) на много кадров вперед. В этом случае PDCCH будут применять только при повторной передаче пакетов и для передачи указателя пауз SID (Silence Identifier) в речевом потоке. В качестве еще одного способа сокращения нагрузки на канал PDCCH предлагают передачу VoIP в виде связок пакетов (длинных пакетов – packet bundling), но в этом случае возрастают требования к задержкам и надежности в сети.

Следующим вариантом передачи голоса является переключение абонента (межсистемный хэндовер) во время передачи телефонии на сеть GSM/UMTS. В данном случае важным моментом является качество хэндовера и поддержка параллельных услуг пакетного трафика. Другим вариантом является установка между коммутатором с коммутацией каналов (MSC) и пакетной сетью LTE соответствующего контроллера, преобразующего поток данных телефонии в пакеты с дальнейшей отправкой их по радиоканалу в пакетном режиме.

В настоящее время большинство операторов мобильной связи осуществляют плавный переход на передачу голоса поверх LTE. Целевой моделью предоставления голосовых сервисов является использование на сети IMS – платформы. По вышеуказанным причинам, а также вследствие отсутствия в большом количестве мобильных терминалов, поддерживающих IMS-сервисы, переходным этапом является применение технологии Circuit-Switched Fallback (CSFB), см. рис. 1

Этапы предоставления голосовых сервисов в LTE

Рис. 1. Этапы предоставления голосовых сервисов в LTE

Фаза 1 – CSFB (Voice over CS).

Все голосовые вызовы, инициируемые в сети LTE, осуществляются в 2G/3G сетях в режиме коммутации каналов (CS-Voice). Для реализации такой возможности применяется функционал CS Fallback (CSFB, Voice Redirection), рис. 2.

Среднее время установления вызова при использовании функционала CSFB составляет 3-6 сек.

CS Fallback

Рис. 2. Функционал CSFB

Для работы CSFB необходимо перекрытие радиосетей LTE и GSM/UMTS. Также необходима поддержка CSFB на абонентском оборудовании и на коммутаторах мобильной связи (MSC). На MSC реализуется специальный интерфейс в сторону оборудования LTE/EPC, который предназначен для пейджинга абонентских устройств и управления их переключением между сетями LTE и GSM/UMTS, а также для доставки входящих и исходящих SMS.

Технология CSFB имеет несколько недостатков:

- Требует модернизации MME и MSC для сигнализации и SMS;
- Требуется перекрытие зон GERAN/UTRAN и E-UTRAN;
- Увеличение задержки при установлении голосового соединения;
- Снижение скорости передачи данных до скоростей 2,5G/3G;
- Требуется время, чтобы мобильный терминал вернулся в сеть LTE после окончания разговора.

Первым шагом для совершения голосовых вызовов непосредственно в самой сети LTE (VoLTE) является установка платформы IMS (IP Multimedia Subsystem). IMS представляет собой программно-аппаратный комплекс, который является ключевым компонентом практически всех IP-сетей следующего поколения. Об IMS вы можете прочитать в этой статье.

Фаза 2 – SRVCC (Voice over LTE).

Голосовые вызовы, инициируемые в сети LTE, осуществляются в LTE сети по IP на базе IMS-платформы (VoLTE). В случае потери LTE покрытия голосовой вызов перенаправляется в 2G/3G сеть коммутации каналов (CS-voice). Для этого необходима активация функционала Single Radio Voice Call Continuity, рис. 3.

Single Radio Voice Call Continuity

Рис. 3. Функционал SRVCC

Обслуживание голосовых вызовов происходит в сети LTE за счет передачи пакетов данных голосового сигнала через пакетные каналы (Voice over IP).

Мобильность голосового сервиса реализуется посредством функционала SRVCC-процедуры хэндовера с выбором соты назначения из сети LTE (PS-сервис) в 2G/3G (CS-сервис), в случае деградации радиопокрытия LTE.

Применение технологии SRVCC позволяет сократить время установления голосового соединения в среднем 1 секунда. Более того, технология позволяет улучшить качество голосового сервиса на 10-15%, чем в сети 2G/3G.

Для реализации этого сервиса сеть должна поддерживать сетевую архитектуру описанную начиная с 3GPP Release 8. Различают несколько видов SRVCC handover – CS_Only и CS_and_PS. Данный параметр настраивается в радио сети, и передаётся в изначальном запросе на handover, что определяет дальнейшие действия MME Технология SRVCC должна поддерживаться мобильными устройствами.

На октябрь 2014 VoLTE поддерживают 12 операторов в 6 странах. Первыми были Южная Корея и США. Они запустили поддержку VoLTE в августе 2012 года.

Название	Оператор
Гонконг	3 HK
Гонконг	HKT-PCCW
Объединенные Арабские Эмираты	du
Сингапур	SingTel
Сингапур	StarHub
США	AT&T
США	T-Mobile (MetroPCS)
США	Verizon Wireless
Южная Корея	KT
Южная Корея	LG U+
Южная Корея	SK Telecom
Япония	NTT DoCoMo

Таблица 1. Страны, в которых поддерживается VoLTE (данные на октябрь 2014)

В России поддержка VoLTE ожидается в 2015 году.

Основными трудностями внедрения данной технологии является:

- Высокие затраты на установку IMS платформы
- Отсутствие качественного LTE покрытия
- Малое количество устройств с поддержкой данной функции

Об ОТТ сервисах

Дальнейшему внедрению услуг VoLTE может препятствовать оказание голосовых ОТТ-услуг. На сегодняшний день существует и используется способ голосовой связи посредством OTT (Over-the-Top) сервисов, таких как Skype, Google Voice, WhatsApp, Viber и т.д. Сеть передачи данных, в основе которой лежит IP, дает удобный транспорт для совершенно разных услуг и выводит управление ими за пределы зоны ответственности оператора к самим пользователям. Но такой способ не удовлетворяет пользователей, так как эти сервисы не гарантируют стабильную, качественную работу. Дело в том, что в OTT сервисах используется тип трафика который имеет более низкий приоритет, чем тип трафика при VoLTE.

Сравнение VoLTE и OTT