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如何理解 4G LTE 網路不能承載語音通話,只能提供資料服務?

這個問題要從移動核心網的角度來理解。我們平時說的WCDMA、TD-SCDMA、TD-LTE其實通常指空口技術,即從手機到基站的通訊技術。而行動通訊的核心控制部分,則由核心網完成——如何在兩個基站間建立起語音連線?何時給撥號方返回嘟嘟的線音?何時給接收方發出振鈴?如何判斷一個使用者是否開通了來電轉駁業務,如何實現?如何建立從手機到因特網伺服器的資料連線?如何判斷使用者是3G使用者還是LTE使用者? 這些都是由移動核心網完成的。

下面來說移動核心網的種類。在2G/3G時代,移動核心網是兩個獨立的域,控制語音相關的叫電路域(CS域:Circuit Switch),控制資料業務相關的叫分組域(PS域:Packet Switch)。相應的,與語音相關的控制都放在了電路域,比如上面的語音呼叫建立、返回振鈴、判斷並執行來電轉駁,以及曾經的殺手鐗業務簡訊等等。與資料相關的控制則放在了分組域,比如上面的與因特網伺服器(通訊網與因特網是兩張網)建立資料連線、區分你當前流量是微信還是微博等等。

因此,在2G/3G時代,語音和資料業務分別承載在兩張不同的核心網上。3G網路允許業務併發,也即同時使用兩張網路,在打電話的同時可以資料下載。(2G,嚴格的說是2.5G的GPRS,由於技術限制,通常發生呼叫的時候資料業務會掛起)

隨著資料業務的爆發以及網路的全IP化,LTE網路不再提供電路域,只保留唯一的一個分組域核心網(EPC:Evolved Packet Core)。LTE的最終目標是所有業務,包括語音、資料,都承載在這張用來處理資料業務的核心網上。也就說,只有在語音完全實現資料化(IP化)後,LTE網路才能夠承載語音業務,而這個條件目前在中國並不具備。

可能有人會問,手機QQ既然能語音通話,為什麼LTE網路不能直接也這麼幹?因為這種類似於軟體中的語音通話功能只是應用級別的,運營商無法做到對通話過程完全可控(使用手機號MSISDN作為身份標識、區域計費、增值業務等),更重要的是,這種級別的語音業務無法保障其通話質量(想象一邊QQ語音一邊下迅雷吧)。此外,實現行動電話與固網(座機)之間的通訊也是個很重要的問題。

為此,通訊人們又構想出了IP多媒體系統IMS: IP Multimedia Subsystem),疊加在LTE核心網上,通過IP網路提供高質量、可控、可與固網融合的語音業務(當然不只是語音業務,還包括視訊等媒體業務)。而VoLTE技術(Voice over LTE)就是基於IMS的,也是在LTE網路中承載語音通話的唯一方式。

不幸的是,多年來IMS的研究進展緩慢,其大規模的商用也剛剛開始(韓國SK已部署商用VoLTE),而要在中國這麼大的範圍內實現VoLTE,目前來看還不太成熟,需要後續持續的大規模網路基礎建設(都是錢哪……),因此可以說,從目前來講,「4G LTE 網只能提供資料服務,不能承載語音通話。」。

既然目前IMS網路大規模部署還不成熟,自然就有人想出了過渡期間的臨時方案:CSFB和多模雙待

語音業務回落(CSFB: CS Fallback)是指駐留在LTE網路中的使用者,需要發起語音業務時(包括主叫和被叫,不包括簡訊),通過切換,完全回落至2G/3G網路,然後通過2G/3G網路中的電路域進行語音業務,通過2G/3G網路中的分組域接續之前在LTE網路中未完成的資料業務,但是資料業務的速率會顯著降低。語音業務完成後再返回LTE網路(至於是否掛機就馬上回去就不一定了)。這是世界上絕大多數運營商採取的過渡期方案。這種方案的問題在於,如果優化不好,回落的過程耗時會很長,導致語音建立的時間較長。(當然小夥伴們不用擔心,已經有一群人集中腦力把它優化的很好了。)

多模雙待的概念就很好理解了,跟現在常說的雙模雙待機原理是類似的,唯一不同就是隻需要一張SIM卡。使用者同時駐留在2G/3G和LTE網路,語音業務通過2G/3G提供,資料通過LTE網路來承載。享受2G/3G的語音質量和LTE的資料速率,聽著很完美是不是?致命弱點:耗電量大,這個不用多說吧,智慧機使用者的切膚之痛,試想如果本來就只能用6個小時的安卓機使用多模雙待只能用4個小時了(可能有些誇張,具體資料未知),小夥伴們能忍麼?第二,支援多模雙待的終端少而且成本更高,大名鼎鼎的iPhone 5S就不支援,這也是為什麼5S,以及其他非移動定製機,開通4G後被爆出各種語音、簡訊問題。

既然多模雙待問題挺多,而CSFB聽起來還不錯,為什麼中國移動、中國電信不好決定?

中國移動的原因,自然是其3G網路:TD-SCDMA的短板,導致其回落到3G網路的策略基本不可用。那回落到2G呢?要知道,GSM可是十多年前的技術了,技術上很難再做出更多的優化,導致CSFB的缺點被放大:回落時間過長(上文中「優化的很好」特指LTE到3G網路的回落)。試想使用者需要打一個電話,先需要若干秒(假設8s吧)的回落時間(從LTE到2G),然後再經過若干秒(假設4s吧)的呼叫建立時間(2G系統內部),那每撥打一個電話,單方就至少需要等待12s,雙方都是LTE使用者的話還要更長(不是x2的關係,小於)。這恐怕誰都不好拍板就讓使用者這麼等著。此外,2G(GPRS/EDGE都屬於2G)的資料業務速率極差。GPRS的理論最高速率為171.2kbps,實際大概在40kbps左右;EDGE的理論峰值可以達到384kbit/s,實際大概是160Kbps左右;而LTE理論上可是100Mbps,也就是100,000kbps,從光纖網路直接掉到撥號網路,使用者能滿意麼?(以上速率除以8就是你迅雷上看到的下載速度)

好在中國移動坐擁數億使用者,擁有強大的產業推進能力,只要想,馬上就會有無數移動版手機支援多模雙待,所以也不用太操心。而移動的資金雄厚,大踏步建網直接進入VoLTE時代也應該指日可待。

而中國電信的原因,則在於從其3G網路CDMA2000到LTE的演進不是平滑的,可以理解為兩張技術上截然不同的網路,回落自然也成問題。況且國外大部分部署CDMA的運營商(主要集中在北美)當初大部分都選了多模雙待(當時回落技術還非常不成熟),所以選擇跟風自然最穩妥。

中國聯通所謂拿到最好的3G牌照絕對名不虛傳,所以採用CSFB沒有什麼懸念。而其3G網路從WCDMA升級到到HSPA+其理論峰值就可以達到42Mbps,跟LTE已經不分伯仲,也導致其LTE的發展態度最保守。不過,其從WCDMA到LTE的演進從技術上講也是三家運營商裡最平滑的,偷著樂吧。

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補充1:SRVCC技術解決的當語音已經通過VoLTE承載時,在通話過程中移出LTE覆蓋區(也就是4G沒訊號了)過程中如何保證語音、資料的連續性。因此在文中並沒有提到。

補充2:LTE-A才是嚴格意義上的4G標準,HSPA+、LTE都是準4G標準。