TFO、TrFO技術(shù)應(yīng)用研究

王紅線，李泳，趙杰

（1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司，南京 210029；2 愛可信（南京）技術(shù)有限公司，南京210009；3 北京郵電大學(xué)，北京 100876）

1 引言

隨著軟交換IP承載話音的實(shí)施，端到端話音的編解碼轉(zhuǎn)換次數(shù)也有所增加，造成了話音質(zhì)量的降低。TFO、TrFO技術(shù)有助于減少話音編解碼轉(zhuǎn)換的次數(shù)，從而提高話音質(zhì)量，并有助于節(jié)省編解碼等資源。為此我們選擇實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)開啟開啟TFO、TrFO功能，并進(jìn)行測(cè)試、統(tǒng)計(jì)與分析，通過(guò)主觀評(píng)估和客觀評(píng)估兩種方式評(píng)估了在現(xiàn)網(wǎng)情況下開啟TFO、TrFO后的話音質(zhì)量實(shí)際改善程度，以確定在A口尚未IP化的現(xiàn)階段引入實(shí)施TFO、TrFO技術(shù)的方式和可行性。

2 TFO、TrFO技術(shù)

TFO是一種帶內(nèi)的編解碼協(xié)商協(xié)議[1]，即在呼叫建立后通過(guò)兩個(gè)TC(編解碼器)對(duì)所使用的編解碼進(jìn)行協(xié)商。協(xié)商成功后TC被旁路，直接將空中傳輸?shù)脑捯粲成湓?4kbit/s的PCM（Pulse Code Modulation）幀上傳送。由于在發(fā)端和收端不再需要通過(guò)TC的壓縮、解壓縮處理，從而有效改善了話音質(zhì)量。

與TFO技術(shù)不同，TrFO采用帶外信令，建立免編碼器的連接，建立后完全不需要TC參與工作，可以提高話音質(zhì)量，節(jié)約編解碼器資源；由于核心網(wǎng)中話音采用的是AMR方式，而不是64kbit/s PCM方式,可以大大的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬。TrFO的建立過(guò)程是采用帶外信令編解碼控制功能（OoBTC,Out-of-Band Transcoder Control）實(shí)現(xiàn)。

TFO和TrFO技術(shù)都是在核心網(wǎng)直接傳送AMR編碼的壓縮話音，避免了移動(dòng)呼叫間的兩次編解碼轉(zhuǎn)換，提高了話音的QoS,但是兩者的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和應(yīng)用場(chǎng)合卻不相同。首先，TFO不是3G特有的技術(shù)，可以在GSM網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，而TrFO則是轉(zhuǎn)為3G R4版本設(shè)計(jì)的，采用了控制與承載相分離的思想。其次，對(duì)于TrFO方式，因?yàn)榫珠g只傳AMR碼流，可以節(jié)省帶寬，而TFO的AMR碼流是映射在64kbit/s的PCM編碼中的，局間傳的還是64kbit/s的G.711碼流，因此并不能節(jié)省帶寬，傳送速率也沒有改善。第三，帶內(nèi)TFO連接是在呼叫建立后進(jìn)行，而帶外TrFO連接是在呼叫建立前進(jìn)行，如果建立TrFO的嘗試失敗并且已經(jīng)插入了需要的TC，則在呼叫建立完成后，可以使用帶內(nèi)TFO,帶內(nèi)TFO必須是TC不能避免時(shí)的一種退卻機(jī)制。而且?guī)?nèi)TFO提供更快的回退至普通工作模式的機(jī)制。第四，TrFO在路徑中完全不需要TC，編解碼協(xié)商由BICC（與承載無(wú)關(guān)的呼叫控制）協(xié)議控制并執(zhí)行；對(duì)于帶內(nèi)TFO，需要完全處理和終止TFO協(xié)議，因此，TC不能被繞過(guò)。而且就算建立了免TC的連接后，也需要TC用于監(jiān)視TFO消息中的信令。

3 TFO、TrFO技術(shù)測(cè)試與評(píng)估

3.1 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試組網(wǎng)如圖1所示。

組網(wǎng)說(shuō)明如下：

圖1 測(cè)試組網(wǎng)圖

（1）測(cè)試用 MSC Server（愛立信 MSC Server1/2、華為MSC Server1/2、卡特MSC Server）均以FE接入IP專用承載網(wǎng),Nc接口、Mc接口、SIGTRAN消息承載在IP承載網(wǎng)之上。愛立信MSC Server1、愛立信MSC Server2處于同一本地網(wǎng)，其間開設(shè)直達(dá)BICC鏈路，華為MSC Server1、華為MSC Server2和卡特MSC Server處于同一本地網(wǎng)，其間也開設(shè)直達(dá)BICC鏈路，愛立信MSC Server1/2和華為MSC Server1/2、卡特MSC Server之間的BICC信令通過(guò)CMN轉(zhuǎn)接。

（2）測(cè)試用MGW（愛立信MGW1、華為MGW1、華為MGW1、華為MGW2、卡特MGW）均以FE和GE接入IP專用承載網(wǎng)。Mc接口、SIGTRAN消息承載在IP承載網(wǎng)上，各測(cè)試MGW之間的媒體流也直接通過(guò)IP承載網(wǎng)疏通。

（3）愛立信BSC1下掛在愛立信MGW1下，它與愛立信MSC Server1之間開設(shè)2Mbit/s直達(dá)信令，與愛立信MGW1之間通過(guò)155Mbit/s光口連接。愛立信BSC2下掛在愛立信MGW2下，它與愛立信MSC Server2之間開設(shè)2Mbit/s直達(dá)信令，與愛立信MGW2之間通過(guò)155Mbit/s光口連接。

（4）華為BSC1/2分別下掛在華為MGW1/2下，它們與華為MGW 通過(guò)2Mbit/s電路相連，它們與華為MSC Server1/2之間的BSSAP信令通過(guò)華為MGW1/2轉(zhuǎn)接，MGW工作在M3UA代理方式。

（5）為完成愛立信MGW下的愛立信BSC與華為BSC的TFO配對(duì)測(cè)試，華為BSC1/2通過(guò)2條2Mbit/s長(zhǎng)途傳輸電路分別接入愛立信MGW1和愛立信MGW2。

3.2 測(cè)試項(xiàng)目

本測(cè)試主要完成三種場(chǎng)景的測(cè)試。

第一，驗(yàn)證A口尚未IP化的現(xiàn)階段僅開啟TrFO功能時(shí)，Nb口采用不同編碼時(shí)的話音質(zhì)量變化情況，及相對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)話音質(zhì)量的變化情況。

第二，驗(yàn)證A口尚未IP化的現(xiàn)階段啟用TFO&TrFO interworking時(shí)，Nb口采用不同編碼時(shí)的話音質(zhì)量變化情況，及相對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)話音質(zhì)量的變化情況。

第三，驗(yàn)證A口尚未IP化的現(xiàn)階段僅開啟TFO功能時(shí)，無(wú)線側(cè)采用不同編碼時(shí)的話音質(zhì)量變化情況，及相對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)話音質(zhì)量的變化情況。

3.3 測(cè)試結(jié)果

3.3.1 僅開啟TrFO功能時(shí)，Nb口采用不同編碼時(shí)的話音質(zhì)量變化情況，及相對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)話音質(zhì)量的變化情況

A口尚未IP化的現(xiàn)階段，A口仍然采用G.711編碼。隨著2G軟交換IP承載話音的全面實(shí)現(xiàn)，MGW之間的媒體流均直接通過(guò)IP專用承載網(wǎng)疏通。現(xiàn)網(wǎng)IP化改造后的軟交換網(wǎng)元均已開啟TrFO功能，但并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義的TrFO編解碼協(xié)商，在進(jìn)行話音編解碼協(xié)商時(shí)Nb接口強(qiáng)制選擇AMR2編碼，本測(cè)試從實(shí)際出發(fā)，考慮到現(xiàn)階段無(wú)線側(cè)的編碼通常為EFR和HR，因此本節(jié)測(cè)試完成了Nb口強(qiáng)選AMR2、EFR和HR時(shí)開啟TrFO功能時(shí)的話音質(zhì)量變化情況。本節(jié)測(cè)試的編碼示意圖如圖2所示。

圖2 僅開啟TrFO功能時(shí)的編碼示意圖

（1）無(wú)線側(cè)采用AMR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用AMR編碼，開啟TrFO功能，且Nb口強(qiáng)選AMR2編碼時(shí)主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表1所示。

當(dāng)無(wú)線信道使用的話音編碼類型為12.2kbit/s FR AMR、有TrFO支持且Nb口話音編碼類型為12.2kbit/s FR AMR，這種情況與現(xiàn)網(wǎng)無(wú)線側(cè)采用12.2kbit/s FR AMR編碼、Nb口采用AMR2編碼的情況下PESQ均值都在4以上。這種情況比現(xiàn)網(wǎng)情況PESQ值略高（約0.07），即比現(xiàn)網(wǎng)提高了1.8%。

表1 僅開啟TrFO功能，無(wú)線側(cè)采用AMR編碼的話音質(zhì)量

（2）無(wú)線側(cè)采用EFR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用EFR編碼，開啟TrFO功能，且Nb口強(qiáng)選EFR編碼時(shí)主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表2所示。

表2 僅開啟TrFO功能，無(wú)線側(cè)采用EFR編碼的話音質(zhì)量

無(wú)線信道使用的話音編碼類型為EFR，有TrFO支持時(shí)Nb口話音編碼類型為EFR，這種情況與現(xiàn)網(wǎng)無(wú)線側(cè)采用EFR編碼、Nb口采用AMR2編碼的情況下PESQ均值都在3.8以上。這種情況比現(xiàn)網(wǎng)情況PESQ值略高（約0.036），即比現(xiàn)網(wǎng)提高了0.1%。

（3）無(wú)線側(cè)采用HR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用HR編碼，開啟TrFO功能，且Nb口強(qiáng)選HR編碼時(shí)主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表3所示。

表3 僅開啟TrFO功能，無(wú)線側(cè)采用HR編碼的話音質(zhì)量

無(wú)線信道使用的話音編碼類型為HR，有TrFO支持時(shí)Nb口話音編碼類型為HR，這種情況與現(xiàn)網(wǎng)無(wú)線側(cè)采用HR編碼、Nb口采用AMR2編碼的情況下PESQ均值都在3以下。這種情況比現(xiàn)網(wǎng)情況PESQ值略低（約0.2），即比現(xiàn)網(wǎng)降低了6.7%。

綜合上述無(wú)線側(cè)分別采用12.2kbit/s FR AMR、EFR、HR 3種編碼的情況，我們可以得出結(jié)論：在A接口尚未IP化的現(xiàn)階段，A接口只能保持G.711編碼，即使無(wú)線側(cè)和Nb口選擇相同的話音編解碼，其話音質(zhì)量與現(xiàn)網(wǎng)無(wú)線側(cè)分別選擇上述3種編碼且Nb口強(qiáng)選AMR2編碼時(shí)的話音質(zhì)量相差無(wú)幾甚至略低。

3.3.2 啟用TFO&TrFO interworking時(shí)，Nb口采用不同編碼時(shí)的話音質(zhì)量變化情況，及相對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)話音質(zhì)量的變化情況

本階段，啟用TFO&TrFO interworking的編碼示意圖如圖3所示。

圖3 啟用TFO&TrFO interworking時(shí)的編碼示意圖

（1）無(wú)線側(cè)采用EFR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用EFR編碼時(shí)，啟用TFO&TrFO interworking，主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表4所示。

表4 開啟TrFO&TFO interworking功能，無(wú)線側(cè)采用EFR編碼的話音質(zhì)量

無(wú)線信道使用的話音編碼類型為EFR，有TrFO&TFO interworking支持時(shí)，Nb接口話音編碼協(xié)商結(jié)果為EFR，這種情況比現(xiàn)網(wǎng)無(wú)線側(cè)采用EFR編碼、Nb口強(qiáng)選AMR2編碼的情況下PESQ均值高0.304，即比現(xiàn)網(wǎng)提高了8%。

（2）無(wú)線側(cè)采用HR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用HR編碼時(shí)，啟用TFO&TrFO interworking，主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表5所示。

無(wú)線信道使用的話音編碼類型為HR，有TrFO&TFO interworking支持時(shí)，Nb接口話音編碼協(xié)商結(jié)果為HR，這種情況比現(xiàn)網(wǎng)無(wú)線側(cè)采用HR編碼、Nb口強(qiáng)選AMR2編碼的情況下PESQ均值高0.6277，即比現(xiàn)網(wǎng)提高了21%。

表5 開啟TrFO&TFO interworking功能，無(wú)線側(cè)采用HR編碼的話音質(zhì)量

3.3.3 僅開啟TFO功能時(shí)，無(wú)線側(cè)采用不同編碼時(shí)的話音質(zhì)量變化情況，及相對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)話音質(zhì)量的變化情況

本階段，僅啟用TFO功能，話音編碼示意圖如圖4所示。

圖4 僅啟用TFO功能時(shí)的話音編碼示意圖

（1）無(wú)線側(cè)采用AMR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用AMR話音編碼時(shí)，僅開啟TFO功能，主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表6所示。

當(dāng)無(wú)線側(cè)話音編碼為AMR時(shí)，開啟TFO功能時(shí)同一局內(nèi)呼叫的話音質(zhì)量比未開啟時(shí)提高了0.18左右（PESQ值），即話音質(zhì)量約提升了5%。

（2）無(wú)線側(cè)采用EFR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用EFR話音編碼時(shí)，僅開啟TFO功能，主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表7所示。

表6 僅開啟TFO功能，無(wú)線側(cè)采用AMR編碼的話音質(zhì)量

表7 僅開啟TFO功能，無(wú)線側(cè)采用EFR編碼的話音質(zhì)量

當(dāng)無(wú)線側(cè)話音編碼為EFR時(shí)，開啟TFO功能時(shí)同一局內(nèi)呼叫的話音質(zhì)量比未開啟時(shí)提高了0.4左右（PESQ值），即話音質(zhì)量約提升了10%。

（3）無(wú)線側(cè)采用HR編碼。

當(dāng)無(wú)線側(cè)采用HR話音編碼時(shí)，僅開啟TFO功能，主觀測(cè)試結(jié)果均為清晰，客觀測(cè)試結(jié)果(PESQ值)如表8所示。

當(dāng)無(wú)線側(cè)話音編碼為HR時(shí)，開啟TFO功能時(shí)同一局內(nèi)呼叫的話音質(zhì)量比未開啟時(shí)提高了0.66左右（PESQ值），即話音質(zhì)量約提升了22.2%。

表8 僅開啟TFO功能，無(wú)線側(cè)采用HR編碼的話音質(zhì)量

TFO、TrFO技術(shù)的應(yīng)用分三步走：第一步，在A接口尚未IP化的現(xiàn)階段打開TFO功能以改善局內(nèi)呼叫的話音質(zhì)量；第二步，在完成中國(guó)移動(dòng)全網(wǎng)異廠家BICC IOT測(cè)試后啟用TFO&TrFO interworking功能，以改善局間呼叫的話音質(zhì)量；第三步，在A口IP化后，實(shí)現(xiàn)真正意義的TrFO功能。

4 結(jié)論

測(cè)試結(jié)果表明，在目前A接口尚沒有IP化的情況下，僅開啟TrFO功能對(duì)話音質(zhì)量的改善程度并不明顯。當(dāng)啟用TFO&TrFO interwoking時(shí)，無(wú)線側(cè)選擇EFR編碼和HR編碼時(shí)，話音質(zhì)量較現(xiàn)網(wǎng)均有大幅度的提升。由于目前異廠家的BICC信令配合仍存在許多問題，需要在完成全面的BICC IOT測(cè)試后才能在現(xiàn)網(wǎng)大規(guī)模啟用TFO&TrFO interwoking。現(xiàn)階段開啟TFO功能時(shí)，由于局間需要強(qiáng)選AMR2編碼，所以局間呼叫的話音質(zhì)量并不會(huì)由于開啟TFO功能而提升，但局內(nèi)呼叫的話音質(zhì)量由于開啟了TFO功能，得到了較大幅度的提升。

[1]江雯雯，謝亞麗，劉宏文.TFO與TrFO編解碼協(xié)商技術(shù)及其在3G中的應(yīng)用[J].江蘇通信，2008,增刊.