好的，我们继续进行深度拆解。这是本系列的第十三篇文章，将深入剖析一个在承载模型上进行新探索的方案——Solution #8。

深度解析 3GPP TR 23.700-19：6.8 Solution #8: 在PDN连接中组合CP/UP承载

本文技术原理深度参考了3GPP TR 23.700-19 V1.0.0 (2025-09) Release 20规范。在探讨了纯用户面方案、纯控制面方案以及动态切换方案之后，我们现在将目光转向一个试图融合两者优点的混合承载方案。本文将深入解读 6.8 Solution #8，这是一个在架构设计上极具巧思的方案，它创新性地提出在同一个IMS PDN连接内，同时使用一个控制面（CP）承载和一个用户面（UP）承载，为IMS信令和语音数据提供两条天生隔离且特性迥异的专属通道。

引言：当“高速公路”与“内部专线”并行

Alex的团队在对之前的方案进行复盘时，发现了一个共性的困境：

• 纯用户面方案（如Solution #2），虽然实现了QoS分离，但信令传输依然要走漫长的用户面路径，呼叫建立速度不够理想。
• 纯控制面方案（如Solution #5, #6），虽然信令路径短，但对MME的改造巨大，且语音传输效率可能受限。
• 动态切换方案（Solution #7），虽然灵活，但引入了切换时延和状态同步的复杂性。

“我们似乎总是在两条路之间做选择题，” Alex在白板上画了两条分开的路径，“一条是‘用户面高速’，路宽但入口远；另一条是‘控制面专线’，入口近但路窄。有没有可能，我们让用户同时拥有这两条路？发信令时走‘专线’，传语音时走‘高速’？”

这个“同时拥有”的想法，正是Solution 8的核心。它不再是“二选一”或“动态切换”，而是**“两者兼得”**。它试图构建一个混合动力系统，让IMS业务的不同组成部分，从一开始就运行在最适合它们的路径上。

1. 方案总纲：6.8.0 High-level solution Principles (高层解决方案原则)

本节用一句话，精准地概括了Solution 8的混合承载思想。

This solution addresses KI#1, by using one CP bearer and one UP bearer in IMS PDN connection.

Alex为团队解读这句高度浓缩的话：

• “addresses KI#1”: 目标依然是解决基础的IMS语音支持问题。
• “in IMS PDN connection”: 强调这两个特性迥异的承载，是逻辑上属于同一个PDN连接的。这意味着它们共享同一个IP地址，对上层的IMS网络呈现为一个统一的接入。
• “one CP bearer and one UP bearer”: 这是Solution 8的灵魂。方案明确提出，要在这个PDN连接内建立两个承载：
  • 一个控制面（CP）承载: 用于传输IMS信令。
  • 一个用户面（UP）承载: 用于传输IMS语音数据。

This solution utilizes the benefits of both CP and UP for separate transmission… The solution only uses one dynamically allocated radio UP bearer for GEO call, so the remaining radio UP bearer (s) can be used for other services during the voice call, if the NB-IoT UE is assumed to support up to 2 UP radio bearers.

这段补充说明揭示了该方案在资源利用上的一个潜在优势：

• 兼得优点: 它试图同时获得CP承载的低时延、高优先级（用于信令）和UP承载的高效率、大带宽（用于语音）的优点。
• 资源效率: NB-IoT UE通常最多只支持两个用户面无线承载（DRB）。该方案的语音部分只占用一个动态分配的DRB。如果UE同时还有另一个连接到互联网的PDN连接，那个连接可以使用剩下的一个DRB。这意味着，即使用户在进行卫星通话，他可能依然能够同时接收一些低速率的物联网数据，实现了业务的并行。

“所以，Solution 8的设计，” Alex总结道，“就像是为每一位IMS用户都配备了一辆既有‘专线电话’又有‘货运卡车’的‘通信车’。打电话时，用‘专线电话’（CP承载）快速接通，通话内容则用‘货运卡车’（UP承载）高效运输。这在架构上非常清晰和优雅。”

2. 方案详述：6.8.1 Description - 混合动力系统的运作机制

本节详细阐述了这两个并行承载是如何建立和分工的。

The CP bearer is the default bearer and established when the IMS PDN connection is setup, by using existing Control Plane CIoT optimization procedure. The CP bearer is used for transmission of IMS signalling. The UP bearer for transmission of voice data is dedicated bearer dynamically established when the voice path needs to be setup… The UP bearer can be either Non-GBR or GBR bearer…

这段话明确了两条承载的角色和建立时机：

• CP承载 (默认承载):
  • 角色: 默认承载 (Default Bearer)。
  • 建立时机: 在IMS PDN连接建立时，通过标准的CP CIoT优化流程建立。
  • 用途: 专门用于传输IMS信令（SIP消息）。
• UP承载 (专用承载):
  • 角色: 专用承载 (Dedicated Bearer)。
  • 建立时机: 动态建立 (dynamically established)，即在呼叫过程中，当SIP信令协商完成，需要建立语音路径时才触发建立。
  • 用途: 专门用于传输IMS语音数据（RTP包）。
  • QoS: 它可以是Non-GBR或GBR，具体取决于RAN的能力和决策。

To support combined CP and UP bearers in IMS PDN connection, the SGW needs to simultaneously maintain corresponding S11-U path and S1-U path during the IMS call.

这是一个对核心网，特别是SGW，提出的关键要求。因为CP承载的数据经由MME到达SGW（S11-U路径），而UP承载的数据直接从eNB到达SGW（S1-U路径），所以SGW必须能够同时为一个PDN连接，维护和处理来自这两条不同源路径的数据流。

3. 流程剖析：6.8.2 Procedures - “双轨并行”的实现

3.1 网络架构与优先级 (6.8.2.1 Network architecture)

规范的 “Figure 6.8.2.1-1: Bearer mapping for IMS voice over GEO… using CP CIoT” 和 “Table 6.8.2.1-1: Example Priority level for different type of traffics” 完美地展示了该方案的架构和QoS分层思想。

• 架构图 (Figure 6.8.2.1-1):

  • IMS信令流: IMS Client -> [CP] IMS signalling over IP over NAS -> SRB1 -> MME -> SGW ...
  • IMS语音流: IMS Client -> [UP] IMS voice over IP -> DRB2 -> eNB -> SGW ...
  • 另一条可能的互联网数据流: Internet -> [UP] Internet data -> DRB1 -> eNB -> SGW ...

• 优先级表 (Table 6.8.2.1-1):

  • 最高优先级 (Highest): RRC/NAS/IMS信令，承载在SRB1上。这保证了控制信令的绝对优先。
  • 中间优先级 (Middle): IMS语音，承载在DRB2上，可以通过配置特定的QCI（例如，QCI=1或一个新的GEO语音QCI）来获得比普通数据更高的优先级。
  • 最低优先级 (Low): 普通互联网数据，承载在DRB1上，使用尽力而为的QCI。

这张优先级表清晰地展示了Solution 8的核心优势：通过将信令、语音和普通数据映射到不同的承载类型（SRB/DRB）和QoS等级（QCI），实现了一个层次分明、清晰可控的QoS保障体系。

Editor’s note: Whether a new GBR or non-GBR QCI is needed for the dedicated EPS bearer used for voice… is FFS.

编辑注再次强调，为GEO语音定义一个全新的、参数合适的QCI，是一个需要进一步研究的关键问题。

3.2 组合承载的建立流程 (6.8.2.2 Combined CP/UP bearers establishment)

规范的 “Figure 6.8.3.2-1: Combined CP/UP bearers establishment” (图号似有误，应为6.8.2.2-1) 展示了详细的信令流程。

1. 步骤 1: UE发起PDN连接请求

   • UE在 PDN Connectivity Request 中，除了请求连接IMS APN，还会携带一个新的能力指示：“我支持CP/UP组合承载 (indicator of combined CP/UP bearers)”。

2. 步骤 2-3: MME → SGW → MME

   • MME收到这个请求后，理解用户需要建立一个以CP为默认承载的混合PDN连接。
   • MME在向SGW发送的 Create Session Request 中，也会带上这个新的“组合承载”指示。
   • SGW在收到该指示后，会知道这个PDN连接的默认承载是走S11-U路径（经MME）的，而不会像往常一样期望它走S1-U路径。

3. 步骤 4: MME → UE (激活默认CP承载)

   • MME向UE发送 Activate Default EPS Bearer Request，激活CP承载。消息中同样会包含“组合承载”指示，让UE知道这只是第一步，后续还会有UP承载。

4. 步骤 5-8: 动态建立UP承载

   • 当IMS呼叫建立，需要传输语音时，IMS核心网会通过PCRF → PGW触发专用承载激活流程。
   • PGW向SGW → MME发送 Create Bearer Request。
   • MME向UE发送 Activate Dedicated EPS Bearer Context Request，请求UE建立用于语音的UP承载（DRB）。
   • 一旦UP承载建立成功，语音数据就可以在其上传输。

4. 影响分析：6.8.3 Impacts to Services, Entities and Interfaces

Solution 8的改动是“牵一发而动全身”的，需要端到端的协同。

• UE, MME, SGW: 都需要支持新的“CP/UP组合承载”能力指示，并能处理这种混合PDN连接的建立和维护流程。UE和MME不能再简单地认为一个PDN连接要么是纯CP，要么是纯UP。
• SGW (核心改动): 必须能够为一个PDN连接同时处理来自MME的S11-U路径（CP承载）和来自eNB的S1-U路径（UP承载）的数据流。
• RAN (eNB): 需要支持为一个UE同时激活CP模式（用于默认承载的信令）和UP模式（用于专用承载的数据），并能为其分配DRB。
• PCRF: 需要能够根据RAT类型（NB-IoT GEO），为CP承载和UP承载分别下发不同的QoS策略。

5. 结论：优雅的架构，复杂的协同

Alex对Solution 8给出了高度评价：“Solution 8在架构设计上，可以说是目前为止最清晰、最优雅的方案之一。它为信令和语音提供了逻辑和物理上都完全分离的通道，完美地结合了控制面的低时延和用户面的高效率。”

“它的优点是显而易见的：”

• “最优的QoS分离： 信令走最高优先级的CP通道，语音走次高优先级的UP通道，QoS模型清晰、健壮，互不干扰。”
• “路径最优： 信令传输路径短，有利于缩短信令交互时延；语音传输不经过MME，减轻了MME的负担，且传输效率高。”
• “资源利用灵活： 语音承载动态建立，在不通话时不占用宝贵的DRB资源，相比Solution 2的预建立模式，资源利用率更高。”

“然而，这种优雅架构的背后，是对整个系统‘协同作战’能力的巨大考验：”

• “端到端的复杂增强： 从UE、eNB、MME、SGW到PCRF，几乎所有相关的网络实体都需要进行修改，以支持这种全新的混合承载模型。标准化的工作量和复杂性非常高。”
• “动态建立的时延： 尽管方案本身架构优秀，但它依赖于在通话过程中‘动态建立’UP承载。这个过程在高时延的GEO链路上，依然会引入不可忽视的额外时延，这成为该方案性能上的一个关键瓶颈。”

“总而言之，Solution 8为我们提供了一个‘理想模型’。它告诉我们一个完美的星地融合承载架构应该是什么样的。但它的实现，需要整个产业链的共同努力和高昂的改造成本。它的‘动态建立’时延问题，也促使3GPP的专家们继续思考，是否还有既能快速建立、又能实现QoS分离的更优解？这正是后续Solution 9和10等方案将要探索的方向。”

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FAQ

Q1：Solution 8的核心思想是什么？它与“纯CP”和“纯UP”方案有何本质不同？ A1：Solution 8的核心思想是在一个PDN连接内实现“CP/UP混合承载”。它为IMS信令建立一个控制面（CP）承载，为IMS语音建立一个用户面（UP）承载。其本质不同在于，它不是在CP和UP之间“二选一”，而是“两者兼得”，让信令和语音从一开始就运行在各自最优的路径上，实现了低时延（CP信令）和高效率（UP语音）的结合。

Q2：这个方案中，默认承载是CP，专用承载是UP，这是固定的吗？ A2：是的，在这个方案的设计中，这种角色分配是固定的且有明确逻辑的。将默认承载设置为CP承载，是因为IMS PDN连接首先需要进行信令交互（如IMS注册），使用CP路径可以实现最快的初始连接和信令传输。将专用承载设置为UP承载，是因为语音流是持续的大流量，使用不经过MME的UP路径效率最高，且可以利用ROHC等用户面优化技术。

Q3：SGW为什么需要同时维护S11-U和S1-U两条路径？这在技术上复杂吗？ A3：因为属于同一个PDN连接的两个承载，其数据来源不同。CP承载的数据由UE发给MME，再由MME通过S11接口上的用户面隧道（GTP-U），即S11-U，发给SGW。而UP承载的数据由UE发给eNB，再由eNB通过S1接口上的用户面隧道，即S1-U，直接发给SGW。因此SGW必须能识别并处理来自这两个不同接口、但逻辑上属于同一个用户会话的数据。在技术上，这要求SGW的会话管理和数据转发逻辑进行增强，虽然有一定复杂性，但对于核心网设备来说是可以实现的。

Q4：该方案的语音承载是“动态建立”的，这相比Solution 2的“预建立”有什么优缺点？ A4：

• 优点： 资源利用率高。 “动态建立”意味着只有在用户实际拨打电话时，才会去创建和占用那个宝贵的UP无线承载（DRB）。在用户不通话时，该资源可以被释放或用于其他业务。相比之下，“预建立”会一直占用一个DRB，即使用户从不打电话。
• 缺点： 呼叫建立时延高。 “动态建立”的过程本身需要一次完整的信令交互（从PGW到UE），在GEO卫星的高时延环境下，这个过程会显著增加用户从拨号到听到回铃音的等待时间，从而影响用户体验。

Q5：Solution 8提出的QoS分层模型（信令最高、语音其次、数据最低）是如何实现的？ A5：通过将不同业务映射到具有不同QoS特性的不同承载类型来实现的：

1. IMS信令 (最高): 被承载在**SRB（信令无线承载）**上，并通过CP路径传输。SRB在空口调度中拥有天然的最高优先级。
2. IMS语音 (中间): 被承载在一个**专用的UP承载（DRB）**上。网络可以为这个DRB配置一个高优先级的QCI（如QCI=1或专门为卫星语音设计的新QCI），使其在与普通数据竞争无线资源时获得优先权。
3. 普通数据 (最低): 被承载在另一个**默认的UP承载（DRB）**上，使用尽力而为的QCI（如QCI=9）。 通过这种方式，在空口和核心网层面都实现了清晰的优先级划分。