2G/3G網(wǎng)絡(luò)IP化語音編解碼協(xié)商策略部署研究

馬洪源，于娟娟，卜忠貴

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司, 北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司,鄭州 450008）

2G/3G網(wǎng)絡(luò)IP化語音編解碼協(xié)商策略部署研究

馬洪源1，于娟娟2，卜忠貴1

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司, 北京 100080；2 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司,鄭州 450008）

A接口IP化改造的規(guī)模部署，使2G/3G網(wǎng)絡(luò)電路域具備了IP化語音實(shí)現(xiàn)TrFO的條件。本文針對(duì)A接口IP化后實(shí)現(xiàn)TrFO中遇到的問題，分析了統(tǒng)一編解碼策略（GCP）部署的必要性。同時(shí)結(jié)合GCP測(cè)試中出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)研究基于A接口IP化的GCP部署中面臨的一些問題，并給出了相應(yīng)的解決方案。

A接口；IP；GCP；TrFO

1 背景

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)IP化不僅是業(yè)務(wù)融合、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然需求，也是運(yùn)營(yíng)商解決生存、發(fā)展問題，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的必然選擇。實(shí)現(xiàn)2G/3G網(wǎng)絡(luò)中IP化語音端到端語音編解碼協(xié)商，將有效提升移動(dòng)語音質(zhì)量、節(jié)省話路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備的編解碼網(wǎng)絡(luò)資源。隨著核心網(wǎng)電路域網(wǎng)元間以及核心網(wǎng)與3G無線側(cè)Iu-CS接口全面完成IP化改造，A 接口作為2G網(wǎng)絡(luò)中核心網(wǎng)與無線網(wǎng)的重要接口，其IP化改造成為整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)語音IP化進(jìn)程中的重要內(nèi)容。目前各運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始規(guī)模推進(jìn)GSM網(wǎng)絡(luò)A接口IP化改造，采用A接口IP的BSC原則上不再配置TC設(shè)備，并啟用TrFO功能，支持端到端的編解碼協(xié)商。

近兩年測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)改造過程中，出現(xiàn)了因多廠家核心網(wǎng)設(shè)備Nb接口編解碼不一致而引起不同程度的呼叫雜音問題。A接口IP化后，核心網(wǎng)編解碼類型數(shù)量明顯增多，出現(xiàn)了編解碼協(xié)商成功概率低、A接口IP化效率不高等問題。本文對(duì)統(tǒng)一編解碼策略（GCP）實(shí)施中的一些問題進(jìn)行深入研究和分析，旨在實(shí)現(xiàn)A接口IP化后端到端語音傳輸免編解碼解決方案，對(duì)2G/3G網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化語音通信、提升語音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)資源配置效率具有重要意義。

2 IP化語音編解碼協(xié)商技術(shù)原理

2.1 A接口IP化技術(shù)

3GPP R7和R8分別對(duì)A接口信令面和用戶面IP化的構(gòu)架進(jìn)行了詳細(xì)的定義。A接口IP改造，信令面將通過IP承載網(wǎng)直接與MSC Server相連，不再通過SG轉(zhuǎn)接；用戶面也通過IP承載網(wǎng)與MGW疏通業(yè)務(wù)。

3GPP定義的AoIP包括兩種基本場(chǎng)景：

場(chǎng)景1：TC位于BSS，IP承載G.711；

場(chǎng)景2：TC位于Core/MGW，IP承載壓縮編碼。

為保證A接口IP改造平滑過渡，上述兩種場(chǎng)景均需支持。但考慮到BSS側(cè)設(shè)置TC資源對(duì)機(jī)房空間以及電源功耗需求較大，而且與G.711編碼方式相比，IP承載壓縮編碼具有更高的傳輸效率，現(xiàn)網(wǎng)在大規(guī)模部署AoIP時(shí)，新建及改造網(wǎng)元優(yōu)選場(chǎng)景2的方案，即TC位于Core/MGW，BSC側(cè)無需再保留單獨(dú)的TC設(shè)備。

A接口IP化前，A接口采用PCM編碼，局間編解碼僅能優(yōu)選UMTS AMR2 12.2 k，端到端需要經(jīng)過4次編解碼轉(zhuǎn)換，對(duì)無線壓縮編解碼語音質(zhì)量存在一定影響。A接口IP化后，A接口具備GSM編解碼傳送能力。理論上，IP化完成之后原本端到端呼叫需要進(jìn)行的4次編解碼轉(zhuǎn)換只需要進(jìn)行2次便可完成等效轉(zhuǎn)換，這大大減少了有損編碼對(duì)語音質(zhì)量的影響。

2.2 TrFO技術(shù)與GCP

TrFO（Transcoder Free Operation）是一種帶外的協(xié)商機(jī)制，可通過MSC Server之間的信令進(jìn)行協(xié)商，使得網(wǎng)絡(luò)可以在呼叫建立前就對(duì)Codec的類型和模式進(jìn)行協(xié)商，經(jīng)協(xié)商后，移動(dòng)用戶之間的呼叫可以完全不經(jīng)過編解碼器，從而提高語音質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)測(cè)試顯示，針對(duì)同一種語音編解碼，TrFO與非TrFO相比可以提高語音MOS值0.2～0.4。

以某廠家設(shè)備實(shí)驗(yàn)室測(cè)試為例，基于A接口IP化的TrFO可以有效地提升MGW語音處理能力，如圖1所示。

3GPP定義的TrFO主要分為以下幾類情況：

(1) 端到端TrFO（網(wǎng)內(nèi)）： 手機(jī)到手機(jī)呼叫全程都沒有TC設(shè)備介入；

(2) 分段/邊界TrFO（網(wǎng)內(nèi)/網(wǎng)間）： 手機(jī)到手機(jī)呼叫有一段沒有TC設(shè)備介入，或者手機(jī)到他網(wǎng)呼叫在網(wǎng)內(nèi)傳輸通道上實(shí)現(xiàn)免TC；

(3) 網(wǎng)元TrFO：呼叫經(jīng)過的MGW節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)免TC。

目前端到端TrFO實(shí)現(xiàn)主要針對(duì)A接口IP化改造完成的端局之間，分段/邊界TrFO主要針對(duì)A接口IP化端局與A接口TDM端局/業(yè)務(wù)平臺(tái)/關(guān)口局/國(guó)際局，現(xiàn)網(wǎng)條件下，TrFO的應(yīng)用場(chǎng)景匯總?cè)绫?所示。

表1 現(xiàn)階段A接口IP化后，GCP主要應(yīng)用場(chǎng)景

A接口IP化之后具備無線壓縮編解碼語音傳送能力，如端到端協(xié)商采用相同或兼容編解碼，可以實(shí)現(xiàn)全程免TC，有助于提升語音質(zhì)量，但目前實(shí)際網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)端到端TrFO仍面臨諸多問題：

(1) 端局未實(shí)現(xiàn)端到端編解碼協(xié)商，局間編解碼協(xié)商只攜帶UMTS AMR2 12.2 k和G，711兩個(gè)編解碼，核心網(wǎng)局間語音呼叫強(qiáng)選UMTS AMR2 12.2 k，未考慮主叫無線側(cè)、被叫無線側(cè)編解碼，A接口IP化后MGW仍然需要進(jìn)行編解碼轉(zhuǎn)換。

圖1 不同呼叫場(chǎng)景下諾西端局語音處理能力對(duì)比圖

(2) 不同廠家端局打開端到端編解碼協(xié)商存在問題，部分廠家之間協(xié)商失敗導(dǎo)致呼叫無法建立；部分廠家之間協(xié)商后只能選擇G.711，無法選擇壓縮編碼。

(3) 局間協(xié)商攜帶編解碼不統(tǒng)一，被叫局選擇策略不唯一，主、被叫無線側(cè)、核心網(wǎng)側(cè)難以選擇相同/兼容編解碼。

(4) 部分廠家無線側(cè)指配流程未考慮與協(xié)商流程相配合，無線側(cè)和核心網(wǎng)側(cè)難以選擇相同/兼容編解碼。

(5) 部分廠家MGW之間傳送GSM編解碼存在兼容性問題。

(6) 非A接口IP化端局、業(yè)務(wù)平臺(tái)、關(guān)口局等軟交換局不支持GSM編解碼，與A接口IP化端局之間編解碼協(xié)商可能存在兼容性問題。

為實(shí)現(xiàn)TrFO，還需要引入端到端編解碼協(xié)商機(jī)制及統(tǒng)一的編解碼選擇策略，即GCP（General Codec Policy）。

GCP是中國(guó)移動(dòng)企業(yè)內(nèi)部為提升現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量而制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，旨在規(guī)范各廠家編解碼選擇策略，實(shí)現(xiàn)免編解碼語音通信。GCP最終就是要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的編解碼格式，統(tǒng)一的編解碼選擇策略，統(tǒng)一的編解碼協(xié)商策略。A接口IP化后引入GCP，理想情況下端到端呼叫無需經(jīng)過TC編解碼轉(zhuǎn)換，GSM語音編碼直接透?jìng)鬈浗粨Q網(wǎng)絡(luò)，這不僅有效提升了語音質(zhì)量，還節(jié)省了TC設(shè)備資源。

3 基于A接口IP化的GCP部署研究

目前A接口IP化改造作為中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)改造的一種新技術(shù)已經(jīng)開始大規(guī)模推廣應(yīng)用，GCP也已完成實(shí)驗(yàn)室測(cè)試并進(jìn)入現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)測(cè)試階段?；贏接口IP化的GCP已初步具備部署實(shí)施條件，在GCP部署中建議參考以下原則：

(1) 基于A接口IP化改造完成的軟交換端局；

(2) 先單廠家，后多廠家；

(3) 先局內(nèi)，后局間；

(4) 先省內(nèi)，后省間（CMN）；

(5) 先獨(dú)立局，后MSC Pool；

(6) 先端局，后關(guān)口局；

(7) 改造過程中優(yōu)先保持現(xiàn)網(wǎng)端局的穩(wěn)定性。

與A接口IP化改造對(duì)網(wǎng)元軟硬件均有要求不同，GCP實(shí)施主要側(cè)重于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的軟件改造，它對(duì)網(wǎng)元配置及信令流程提出了新的要求。以GSM網(wǎng)絡(luò)為例，基于AoIP的GCP實(shí)施過程如圖2所示。

從圖中我們可以看到，在Nb接口上引入GSM的語音編解碼，使得原來編解碼協(xié)商機(jī)制變得復(fù)雜起來。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，基于A接口IP化的GCP在實(shí)施過程中需要考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵問題。

3.1 AMR編解碼的速率集需要全網(wǎng)統(tǒng)一

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)定義了多種AMR編解碼（FR_AMR， HR_ AMR， UMTS_AMR2，UMTS_AMR），每種AMR編解碼有16種速率集，且每種速率集在Nc接口協(xié)商時(shí)需一個(gè)codec信元標(biāo)識(shí)，僅速率集相同的AMR 編解碼互相兼容。

圖2 GSM網(wǎng)絡(luò)TrFO實(shí)現(xiàn)流程

目前現(xiàn)網(wǎng)中，部分設(shè)備廠家只支持一部分速率集，而且速率集配置不統(tǒng)一。而局間帶外協(xié)商最多只能攜帶8種編解碼，無法攜帶全部編解碼，協(xié)商復(fù)雜，成功率低。因此考慮到BSC/MGW/終端支持情況，建議統(tǒng)一配置AMR速率集，降低協(xié)商難度，提升TrFO成功率。AMR編碼采用的速率集建議如表2。

表2 AMR速率集統(tǒng)一配置建議

其中由于UMTS_AMR2 set7速率與EFR相同，均為12.2 k，且不能進(jìn)行速率調(diào)整，對(duì)無線環(huán)境適應(yīng)能力不如set1，在現(xiàn)網(wǎng)BSC網(wǎng)元中暫不配置。無線側(cè)設(shè)備無法選擇AMR編解碼且同時(shí)支持set1或set7也導(dǎo)致了2G與3G網(wǎng)絡(luò)之間暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)TrFO。

3.2 編解碼協(xié)商列表（SCL）需要統(tǒng)一順序

在測(cè)試環(huán)境下，打開TrFO功能后，各廠家局間編解碼列表順序不一致，主要有以下兩種情況：

(1) 部分廠家將G.711位置提前，分隔DCL（Direct Codec List，TrFO兼容編解碼列表）和ICL（Indirect Codec List ，TrFO不兼容編解碼列表）；部分廠家未分隔DCL和ICL， 將G.711放在末尾。

G.711位置提前，當(dāng)AoIP局與AoTDM局互通時(shí)，如收到的編解碼列表中G.711在AMR2 set7之前，局間按順序會(huì)選擇G.711。當(dāng)主叫側(cè)采用G.711分隔DCL和ICL；被叫側(cè)優(yōu)先從主叫DCL+被叫DCL交集中選擇語音質(zhì)量最好編解碼建立TrFO，此時(shí)同廠家局間互通TrFO成功率不受影響。

(2) 部分廠商設(shè)備未完全按照編解碼語音質(zhì)量排序。廠商設(shè)備未按照語音質(zhì)量排序，與AoIP局互通可能選擇非最優(yōu)編解碼。若端局認(rèn)為G.711之前都是主叫DCL，從主叫DCL+被叫DCL交集中選擇語音質(zhì)量最好的編解碼作為局間的編解碼，無法實(shí)現(xiàn)TrFO，此時(shí)作為終止局與其他廠家互通TrFO成功率將會(huì)受到影響。

針對(duì)上述情況，建議部署時(shí)不同廠家軟交換網(wǎng)元設(shè)備統(tǒng)一按照DCL，ICL，G.711順序，保證與AoTDM局間使用壓縮編解碼。DCL和ICL中編解碼分別按照語音質(zhì)量排序，保證最優(yōu)語音質(zhì)量，優(yōu)先級(jí)順序?yàn)锳MR_WB(可選），F(xiàn)R-AMR (se1)，GSM-EFR，UMTS-AMR2（set7），HR-AMR (set1)，GSM-FR，GSM-HR。

3.3 現(xiàn)網(wǎng)“早指配”端局需修改為“晚指配”

指配流程是通信網(wǎng)絡(luò)為用戶分配信道資源的一個(gè)過程，涉及多個(gè)網(wǎng)元的不同參數(shù)。根據(jù)核心網(wǎng)發(fā)送的指配請(qǐng)求消息與振鈴消息先后順序不同，指配流程分為早指配和晚指配，如圖3所示。

圖3 早指配與晚指配信令流程對(duì)比圖

表3 A接口IP化及GCP對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的影響

在早指配流程中，主叫側(cè)在編解碼協(xié)商流程之前指配編解碼，可能與被叫側(cè)選擇的編解碼不一致。并且由于2G沒有修改流程，這就容易降低TrFO的成功率。而晚指配流程中，主叫側(cè)在編解碼協(xié)商流程之后指配編解碼，可盡量與被叫側(cè)選擇的編解碼一致，保證TrFO。目前現(xiàn)網(wǎng)中部分廠商設(shè)備采用早指配流程，在部署GCP時(shí)需要將“早指配”改為“晚指配”。此外，呼叫建立流程和切換流程還需要增加“編解碼能力”等消息。

3.4 A接口IP化及GCP對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的影響

A接口IP化以及GCP的實(shí)施同樣會(huì)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，尤其是業(yè)務(wù)處理單元性能產(chǎn)生一些影響。以某廠家為例，A接口IP化及GCP對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的影響如表3。

從表3中我們可以看出在A接口IP化改造完成之后，尚未開啟GCP實(shí)現(xiàn)TrFO時(shí)，不同硬件版本的話務(wù)處理單元均會(huì)出現(xiàn)較大程度的性能下降；而在啟用TrFO之后話務(wù)處理單元處理能力又會(huì)出現(xiàn)一個(gè)更大幅度的提升。

4 小結(jié)

綜上所述，A接口IP化改造后，網(wǎng)絡(luò)具備TrFO的條件。但要真正實(shí)現(xiàn)TrFO，還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署GCP功能。

引入GCP可以發(fā)揮A接口IP化優(yōu)勢(shì)，在呼叫、切換、呼轉(zhuǎn)等過程中盡量實(shí)現(xiàn)免TC，并選擇語音質(zhì)量較優(yōu)的編解碼，進(jìn)一步提升語音質(zhì)量。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)改造中需結(jié)合各廠家設(shè)備情況，差異化提供建設(shè)方案，不斷推動(dòng)技術(shù)成熟，完善2G/3G網(wǎng)絡(luò)中的IP化語音編解碼協(xié)商策略。

[1] 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司，中國(guó)移動(dòng)2G BSS IP化A接口技術(shù)規(guī)范[S]. 2010,12.

[2] 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司，GCP試點(diǎn)總體技術(shù)要求[S]. 2011,11.

[3] 王紅線，李泳，趙杰. TFO、TrFO技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化, 2011,(7).

Study of speech codec strategy over IP in 2G/3G network

MA Hong-yuan1, YU Juan-juan2, BU Zhong-gui1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Henan Co., Ltd., Zhengzhou 450008, China)

With the scale deployment of A interface transformed from TDM to IP, the transcoder free operation (TrFO) in circuit domain of 2G/3G network can make possible. By discussing problems in the TrFO, this paper analyzes the necessity of implementing GCP after AoIP. Combined with the GCP test in labs, this paper researches the diffculties of GCP during the implementation and proposes solutions against these problems.

A interface; IP; GCP; TrFO

TN929.5

A

1008-5599（2014）01-0069-05

2013-05-19