電信級QoS保障下VoLTE的優(yōu)勢分析

陳宇　王月珍

1 引言

OTT語音通信在移動互聯(lián)網(wǎng)時代得到了極大的關(guān)注與應用，這給運營商傳統(tǒng)語音業(yè)務也帶來了相應的沖擊。隨著移動通信網(wǎng)絡所能提供的數(shù)據(jù)傳輸速率的提升及業(yè)務時延的縮小，這種沖擊也將變得越來越大。LTE技術(shù)能提供超過100M的下行速率，同時大幅降低端到端時延，用戶面單向時延將控制在5ms以內(nèi)。如何在4G時代繼續(xù)確保語音業(yè)務的主導地位，成為電信運營商需要重點關(guān)注的問題。在此背景下，本文對VoLTE技術(shù)展開分析，分別介紹了實現(xiàn)VoLTE技術(shù)的網(wǎng)絡架構(gòu)、VoLTE業(yè)務的關(guān)鍵流程和QoS保障機制，重點分析VoLTE技術(shù)如何在資源共享的全IP網(wǎng)絡上，實現(xiàn)可靠性和語音質(zhì)量不低于傳統(tǒng)電路域的語音業(yè)務，最終確保與OTT語音競爭的優(yōu)勢地位。

2 VoLTE網(wǎng)絡架構(gòu)

VoLTE業(yè)務實現(xiàn)方案是以LTE作為接入和承載網(wǎng)絡，以IMS（IP Multimedia System）作為語音和多媒體等業(yè)務的控制網(wǎng)絡，并通過PCC架構(gòu)和EPS協(xié)同提供QoS保障機制，滿足端到端語音業(yè)務需求。

VoLTE網(wǎng)絡架構(gòu)由E-UTRAN、EPC和IMS控制域組成，如圖1所示。其中E-UTRAN主要包括eNodeB，eNodeB是3GPP用于替代UMTS Node B和RNC聯(lián)合功能的LTE無線接入設備。

EPC主要包括MME、S-GW和P-GW等。其中MME是EPC的控制面實體；S-GW是本地的移動性錨點；P-GW是連接外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的錨點，并擁有PCEF及IP地址分配等功能；PCRF是完成策略控制的功能實體；HSS用于存放用戶簽約數(shù)據(jù)。

IMS包括的主要網(wǎng)元有CSCF和MMTel AS等。其中P/I/S-CSCF為呼叫會話控制功能實體，主要完成呼叫會話過程中信令轉(zhuǎn)發(fā)、路由及具體控制功能；MMTel AS提供多媒體通信及補充業(yè)務。由于本文主要針對VoLTE純網(wǎng)絡形態(tài)進行探討，所以不涉及與其它網(wǎng)絡的互通網(wǎng)元及結(jié)構(gòu)分析。

3 VoLTE業(yè)務流程

VoLTE語音會話的建立需要UE、E-UTRAN、EPC、IMS完成一系列的信令交互和資源準備。VoLTE業(yè)務流程可以劃分為EPC附著、IMS注冊、VoLTE會話建立、VoLTE媒體流通信、VoLTE會話釋放五個階段，如圖2所示。

LTE用戶在EPS網(wǎng)絡中注冊，至少需要建立一個PDN連接。對于VoLTE用戶，針對IMS APN的PDN連接將一直保持。用于IMS信令傳輸?shù)哪J承載將在EPC附著過程中創(chuàng)建，而用于媒體傳輸?shù)膶Ｓ贸休d將于VoLTE會話建立過程創(chuàng)建。下面對主要的流程分別進行介紹。

3.1 EPC附著

UE進行VoLTE業(yè)務前，需要先對EPC網(wǎng)絡進行附著，如圖3所示。

（1）UE開機后，與eNodeB建立RRC連接。

（2）UE進行EPS注冊，同時通知HSS對用戶信息進行更新，HSS將用戶的默認PDN及用于SIP信令承載的QoS信息發(fā)回MME（假如默認PDN不是IMS PDN，IMS注冊前還需先建立IMS PDN）。

（3）建立EPS默認承載。P-GW先通過IP-CAN會話建立過程向PCRF獲取默認PCC規(guī)則，然后將用戶IP地址、EPS默認承載QoS等用戶信息經(jīng)由S-GW返回給MME。

（4）P-GW將P-CSCF地址發(fā)給MME，MME對新的用戶信息進行確認更新，并將EPS默認承載QoS、用戶IP地址、P-CSCF地址等通過eNodeB下發(fā)給UE。

（5）UE經(jīng)由eNodeB向MME發(fā)送附著完成消息，建立無線承載。

3.2 IMS注冊

用戶完成EPS附著，需要在IMS網(wǎng)絡完成注冊，注冊流程如圖4所示。

（1）UE首先向網(wǎng)絡為其分配的S-CSCF發(fā)送注冊請求。

（2）S-CSCF從HSS獲取用戶鑒權(quán)數(shù)據(jù)。

（3）S-CSCF將用戶鑒權(quán)數(shù)據(jù)封裝進401響應回送給UE。

（4）P-CSCF和UE根據(jù)401響應中的鑒權(quán)參數(shù)建立IPsec安全關(guān)聯(lián)。

（5—7）S-CSCF收到UE第二次發(fā)送的注冊請求后，對UE進行鑒權(quán)。若鑒權(quán)通過，則從HSS下載用戶配置，并向UE返回200OK指示鑒權(quán)完成。

（8）注冊成功后，S-CSCF通知用戶簽約的MMTel AS完成第三方注冊。

（9、10）UE和P-CSCF分別向S-CSCF訂閱用戶注冊狀態(tài)信息。

3.3 VoLTE會話建立

在VoLTE通話前，需要進行媒體協(xié)商及資源預留等會話建立操作，如圖5所示。

（1）UE1將封裝有媒體類型及編解碼方案的SDP請求通過INVITE消息發(fā)給UE2。

（2）UE2將自己支持的方案類型通過183響應返回給UE1。

（3、4）UE1向UE2發(fā)送攜帶有選定媒體類型及編解碼方案的PRACK請求，并開始專用承載建立。

（5、6）UE2接收到PRACK請求后回復200OK用于確認，并開始專用承載建立。

（7）UE1收到200OK確認并完成專用承載建立后，向UE2發(fā)送UPDATE消息進行媒體更新。

（8、9）UE2接收到UPDATE消息，向UE1返回200OK表示接受請求。當UE2完成專用承載建立后，開始振鈴并向UE1返回180振鈴響應。

（10）UE2摘機，向UE1返回200OK響應。

（11）UE1收到200OK響應后，向UE2發(fā)送ACK確認消息。至此，會話建立完成。

VoLTE會話建立完成后，UE1和UE2之間正式開始VoLTE媒體流的通信。

3.4 VoLTE會話釋放endprint

在語音會話結(jié)束后，終端可發(fā)起相應的會話釋放，具體流程如圖6所示。

（1）UE2掛機將向UE1發(fā)起B(yǎng)YE請求。

（2、3）當BYE請求經(jīng)由UE2及UE1各自歸屬網(wǎng)絡P-CSCF時，P-CSCF將經(jīng)由PCRF通知P-GW執(zhí)行專用承載拆除工作。

（4—6）UE1及UE2完成專用承載拆除，同時UE1將向UE2返回200OK響應。

除了終端發(fā)起的VoLTE會話釋放場景，當某一端用戶專用承載丟失，P-GW也會觸發(fā)PCRF向歸屬網(wǎng)絡P-CSCF發(fā)送會話釋放消息，并由P-CSCF向?qū)Χ司W(wǎng)絡發(fā)起B(yǎng)YE請求，接下來的會話釋放流程與終端發(fā)起情況類似，此處不再贅述。

4 VoLTE的QoS保障機制與OTT語音的比較

結(jié)合前文針對VoLTE網(wǎng)絡架構(gòu)和業(yè)務流程的分析，下面對VoLTE語音通信的QoS保障機制及相對于OTT語音的優(yōu)勢進行進一步闡述。

4.1 VoLTE的QoS保障機制

VoLTE的QoS保障通過EPS域和IMS域共同完成，以下進行具體分析。

（1）EPS域的QoS保障

EPS采用端到端、層次化網(wǎng)絡架構(gòu)，并以承載的形式進行數(shù)據(jù)傳輸。如圖7所示，LTE系統(tǒng)將端到端的業(yè)務劃分為EPS承載和外部承載，而EPS承載又進一步分為無線承載、S1承載和S5/S8承載。

LTE沒有沿用3G制式的QoS協(xié)商及專用信道機制，在空口只保留共享信道以利于采用更靈活的資源調(diào)度進行QoS保障。LTE采用承載級QoS保障，傳輸流模板（TFT）及其中的分組過濾器將上層業(yè)務數(shù)據(jù)流（SDF）進行相應的EPS承載映射，最終實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的區(qū)分QoS保障。EPS承載分為GBR承載和Non-GBR承載，GBR承載是指網(wǎng)絡對承載速率進行嚴格保障的承載，而Non-GBR承載的速率將得不到保障。QCI作為重要的QoS參數(shù)，是接入點對承載級數(shù)據(jù)分組進行分類的重要依據(jù)。3GPP根據(jù)數(shù)據(jù)分組資源類型、時延、誤碼率、業(yè)務的不同將QCI分成9個等級（見表1）。VoLTE采用QCI=1的專用承載作為語音承載，QCI=5的默認承載作為IMS信令承載，從而保障語音數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先資源調(diào)度和傳送。

（2）IMS域的QoS保障

在EPC附著和IMS會話建立過程中，連接EPS域和IMS域的PCC架構(gòu)將參與VoLTE的QoS保障。EPC附著時，P-GW通過IP-CAN會話建立向PCRF獲取缺省PCC規(guī)則，PCRF則向SPR獲取用戶信息并將其轉(zhuǎn)換成相應的策略發(fā)往P-GW以建立默認承載；IMS會話建立時，P-CSCF將語音會話信息發(fā)往PCRF，PCRF進行QoS授權(quán)，授權(quán)通過后PCRF將QoS信息發(fā)往P-GW，P-GW根據(jù)接收到的QoS信息建立語音業(yè)務專用承載。這樣，通過PCC架構(gòu)，可以為VoLTE業(yè)務設置高優(yōu)先級的QoS規(guī)則，從而保障語音通信的質(zhì)量。

4.2 與基于LTE的OTT語音對比

OTT語音是上層應用業(yè)務，在LTE網(wǎng)絡中底層承載將其認定為普通數(shù)據(jù)傳輸，于是OTT語音將與其它普通數(shù)據(jù)分組使用相同的Internet PDN連接的Non-GBR默認承載（QCI=8/9）。這將導致OTT語音與其它業(yè)務搶占公共帶寬資源，引起OTT語音出現(xiàn)誤碼、丟包、時延大等一系列服務質(zhì)量問題。因此，基于LTE的OTT語音業(yè)務無法得到有效的QoS保障。而對于VoLTE，前面提到其采用高QoS等級的語音及信令承載，且建立獨立于普通數(shù)據(jù)業(yè)務的PDN連接，能在EPS域和IMS域獲得良好的QoS保障。

同時，VoLTE對空口也作了進一步的優(yōu)化。首先，RLC層采用UM模式，通過取消RLC重傳機制來減少業(yè)務時延。其次，針對上行功率受限場景采用TTI Bunding技術(shù)，通過在同個HARQ進程連續(xù)發(fā)送相同RLC層分片4個不同冗余版本，以此來降低小區(qū)覆蓋邊緣VoLTE語音數(shù)據(jù)的誤碼率和時延。OTT語音采用普通數(shù)據(jù)處理機制，無法使用以上的優(yōu)化特性。另外，由于通過軟件方式完成會話建立及語音數(shù)據(jù)處理，OTT語音業(yè)務時延也相應增加。

從端到端來看，VoLTE業(yè)務走的是電信運營商具有高可靠性及安全性的內(nèi)部網(wǎng)絡。通過IMS域、EPS域及PCC架構(gòu)的聯(lián)合保障，語音業(yè)務端到端時延、誤碼率等服務質(zhì)量都獲得嚴格保證，這些都是OTT語音業(yè)務無法做到的。OTT分組數(shù)據(jù)需要通過Internet尋路至對端網(wǎng)絡，而Internet一般采用無QoS保障的Best-Effort數(shù)據(jù)傳輸方式，這將導致OTT語音質(zhì)量的進一步下降。

除了QoS無法得到可靠保障外，OTT語音在手機資源消耗、終端信道資源占用、異系統(tǒng)切換、異OTT應用兼容性等方面也得不到良好表現(xiàn)。對于這些問題，VoLTE采用底層數(shù)據(jù)處理、非連續(xù)性接收（DRX）、魯棒性頭壓縮（RoHC）、半靜態(tài)調(diào)度（SPS）、單載波語音呼叫連續(xù)性（SRVCC）等技術(shù)及本身擁有的特性，都能較好解決。在提高用戶體驗上，VoLTE可以采用高清語音、富通信套件（RCS）、增強富通信套件（RCSe）等豐富的業(yè)務形態(tài)來提高差異化優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

VoLTE是電信運營商充分利用LTE網(wǎng)絡在語音業(yè)務上演進的必然結(jié)果，它不單擁有傳統(tǒng)的電信級QoS保障機制及業(yè)務特性，而且擁有新興的如高清語音、RCS/RCSe的業(yè)務形態(tài)，在良好的服務質(zhì)量和絕佳的用戶體驗上更能迎接OTT通信軟件的挑戰(zhàn)。當然，不論是從產(chǎn)業(yè)鏈及投入成本的角度，還是從網(wǎng)絡演進策略的角度，要實現(xiàn)VoLTE還有很多問題需要考慮。但是，作為能充分利用先進網(wǎng)絡技術(shù)并圍繞提高用戶感知體驗，同時考慮運營商自身特點的VoLTE技術(shù)，相信在不遠的將來必能得到廣泛應用。

參考文獻：

[1] GSMA IR 92.V7.0. IMS Profile for Voice and SMS[S]. 2013.

[2] GSMA IR 94.V6.0. IMS Profile for Video Service[S]. 2013.

[3] 3GPP TS 23.203. Policy and Charging Control Architecture[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 23.207. End-to-end Quality of Service（QoS） Concept and Architecture[S]. 2012.

[5] 3GPP TS 23.228. IP Multimedia Subsystem（IMS） Stage2[S]. 2013.

[6] 3GPP TS 36.321. Medium Access Control（MAC） protocol specification[S]. 2013.endprint

在語音會話結(jié)束后，終端可發(fā)起相應的會話釋放，具體流程如圖6所示。

（1）UE2掛機將向UE1發(fā)起B(yǎng)YE請求。

（2、3）當BYE請求經(jīng)由UE2及UE1各自歸屬網(wǎng)絡P-CSCF時，P-CSCF將經(jīng)由PCRF通知P-GW執(zhí)行專用承載拆除工作。

（4—6）UE1及UE2完成專用承載拆除，同時UE1將向UE2返回200OK響應。

除了終端發(fā)起的VoLTE會話釋放場景，當某一端用戶專用承載丟失，P-GW也會觸發(fā)PCRF向歸屬網(wǎng)絡P-CSCF發(fā)送會話釋放消息，并由P-CSCF向?qū)Χ司W(wǎng)絡發(fā)起B(yǎng)YE請求，接下來的會話釋放流程與終端發(fā)起情況類似，此處不再贅述。

4 VoLTE的QoS保障機制與OTT語音的比較

結(jié)合前文針對VoLTE網(wǎng)絡架構(gòu)和業(yè)務流程的分析，下面對VoLTE語音通信的QoS保障機制及相對于OTT語音的優(yōu)勢進行進一步闡述。

4.1 VoLTE的QoS保障機制

VoLTE的QoS保障通過EPS域和IMS域共同完成，以下進行具體分析。

（1）EPS域的QoS保障

EPS采用端到端、層次化網(wǎng)絡架構(gòu)，并以承載的形式進行數(shù)據(jù)傳輸。如圖7所示，LTE系統(tǒng)將端到端的業(yè)務劃分為EPS承載和外部承載，而EPS承載又進一步分為無線承載、S1承載和S5/S8承載。

LTE沒有沿用3G制式的QoS協(xié)商及專用信道機制，在空口只保留共享信道以利于采用更靈活的資源調(diào)度進行QoS保障。LTE采用承載級QoS保障，傳輸流模板（TFT）及其中的分組過濾器將上層業(yè)務數(shù)據(jù)流（SDF）進行相應的EPS承載映射，最終實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的區(qū)分QoS保障。EPS承載分為GBR承載和Non-GBR承載，GBR承載是指網(wǎng)絡對承載速率進行嚴格保障的承載，而Non-GBR承載的速率將得不到保障。QCI作為重要的QoS參數(shù)，是接入點對承載級數(shù)據(jù)分組進行分類的重要依據(jù)。3GPP根據(jù)數(shù)據(jù)分組資源類型、時延、誤碼率、業(yè)務的不同將QCI分成9個等級（見表1）。VoLTE采用QCI=1的專用承載作為語音承載，QCI=5的默認承載作為IMS信令承載，從而保障語音數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先資源調(diào)度和傳送。

（2）IMS域的QoS保障

在EPC附著和IMS會話建立過程中，連接EPS域和IMS域的PCC架構(gòu)將參與VoLTE的QoS保障。EPC附著時，P-GW通過IP-CAN會話建立向PCRF獲取缺省PCC規(guī)則，PCRF則向SPR獲取用戶信息并將其轉(zhuǎn)換成相應的策略發(fā)往P-GW以建立默認承載；IMS會話建立時，P-CSCF將語音會話信息發(fā)往PCRF，PCRF進行QoS授權(quán)，授權(quán)通過后PCRF將QoS信息發(fā)往P-GW，P-GW根據(jù)接收到的QoS信息建立語音業(yè)務專用承載。這樣，通過PCC架構(gòu)，可以為VoLTE業(yè)務設置高優(yōu)先級的QoS規(guī)則，從而保障語音通信的質(zhì)量。

4.2 與基于LTE的OTT語音對比

OTT語音是上層應用業(yè)務，在LTE網(wǎng)絡中底層承載將其認定為普通數(shù)據(jù)傳輸，于是OTT語音將與其它普通數(shù)據(jù)分組使用相同的Internet PDN連接的Non-GBR默認承載（QCI=8/9）。這將導致OTT語音與其它業(yè)務搶占公共帶寬資源，引起OTT語音出現(xiàn)誤碼、丟包、時延大等一系列服務質(zhì)量問題。因此，基于LTE的OTT語音業(yè)務無法得到有效的QoS保障。而對于VoLTE，前面提到其采用高QoS等級的語音及信令承載，且建立獨立于普通數(shù)據(jù)業(yè)務的PDN連接，能在EPS域和IMS域獲得良好的QoS保障。

同時，VoLTE對空口也作了進一步的優(yōu)化。首先，RLC層采用UM模式，通過取消RLC重傳機制來減少業(yè)務時延。其次，針對上行功率受限場景采用TTI Bunding技術(shù)，通過在同個HARQ進程連續(xù)發(fā)送相同RLC層分片4個不同冗余版本，以此來降低小區(qū)覆蓋邊緣VoLTE語音數(shù)據(jù)的誤碼率和時延。OTT語音采用普通數(shù)據(jù)處理機制，無法使用以上的優(yōu)化特性。另外，由于通過軟件方式完成會話建立及語音數(shù)據(jù)處理，OTT語音業(yè)務時延也相應增加。

從端到端來看，VoLTE業(yè)務走的是電信運營商具有高可靠性及安全性的內(nèi)部網(wǎng)絡。通過IMS域、EPS域及PCC架構(gòu)的聯(lián)合保障，語音業(yè)務端到端時延、誤碼率等服務質(zhì)量都獲得嚴格保證，這些都是OTT語音業(yè)務無法做到的。OTT分組數(shù)據(jù)需要通過Internet尋路至對端網(wǎng)絡，而Internet一般采用無QoS保障的Best-Effort數(shù)據(jù)傳輸方式，這將導致OTT語音質(zhì)量的進一步下降。

除了QoS無法得到可靠保障外，OTT語音在手機資源消耗、終端信道資源占用、異系統(tǒng)切換、異OTT應用兼容性等方面也得不到良好表現(xiàn)。對于這些問題，VoLTE采用底層數(shù)據(jù)處理、非連續(xù)性接收（DRX）、魯棒性頭壓縮（RoHC）、半靜態(tài)調(diào)度（SPS）、單載波語音呼叫連續(xù)性（SRVCC）等技術(shù)及本身擁有的特性，都能較好解決。在提高用戶體驗上，VoLTE可以采用高清語音、富通信套件（RCS）、增強富通信套件（RCSe）等豐富的業(yè)務形態(tài)來提高差異化優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

VoLTE是電信運營商充分利用LTE網(wǎng)絡在語音業(yè)務上演進的必然結(jié)果，它不單擁有傳統(tǒng)的電信級QoS保障機制及業(yè)務特性，而且擁有新興的如高清語音、RCS/RCSe的業(yè)務形態(tài)，在良好的服務質(zhì)量和絕佳的用戶體驗上更能迎接OTT通信軟件的挑戰(zhàn)。當然，不論是從產(chǎn)業(yè)鏈及投入成本的角度，還是從網(wǎng)絡演進策略的角度，要實現(xiàn)VoLTE還有很多問題需要考慮。但是，作為能充分利用先進網(wǎng)絡技術(shù)并圍繞提高用戶感知體驗，同時考慮運營商自身特點的VoLTE技術(shù)，相信在不遠的將來必能得到廣泛應用。

參考文獻：

[1] GSMA IR 92.V7.0. IMS Profile for Voice and SMS[S]. 2013.

[2] GSMA IR 94.V6.0. IMS Profile for Video Service[S]. 2013.

[3] 3GPP TS 23.203. Policy and Charging Control Architecture[S]. 2013.

[4] 3GPP TS 23.207. End-to-end Quality of Service（QoS） Concept and Architecture[S]. 2012.

[5] 3GPP TS 23.228. IP Multimedia Subsystem（IMS） Stage2[S]. 2013.

[6] 3GPP TS 36.321. Medium Access Control（MAC） protocol specification[S]. 2013.endprint

在語音會話結(jié)束后，終端可發(fā)起相應的會話釋放，具體流程如圖6所示。

（1）UE2掛機將向UE1發(fā)起B(yǎng)YE請求。

（2、3）當BYE請求經(jīng)由UE2及UE1各自歸屬網(wǎng)絡P-CSCF時，P-CSCF將經(jīng)由PCRF通知P-GW執(zhí)行專用承載拆除工作。

（4—6）UE1及UE2完成專用承載拆除，同時UE1將向UE2返回200OK響應。

除了終端發(fā)起的VoLTE會話釋放場景，當某一端用戶專用承載丟失，P-GW也會觸發(fā)PCRF向歸屬網(wǎng)絡P-CSCF發(fā)送會話釋放消息，并由P-CSCF向?qū)Χ司W(wǎng)絡發(fā)起B(yǎng)YE請求，接下來的會話釋放流程與終端發(fā)起情況類似，此處不再贅述。

4 VoLTE的QoS保障機制與OTT語音的比較

結(jié)合前文針對VoLTE網(wǎng)絡架構(gòu)和業(yè)務流程的分析，下面對VoLTE語音通信的QoS保障機制及相對于OTT語音的優(yōu)勢進行進一步闡述。

4.1 VoLTE的QoS保障機制

VoLTE的QoS保障通過EPS域和IMS域共同完成，以下進行具體分析。

（1）EPS域的QoS保障

EPS采用端到端、層次化網(wǎng)絡架構(gòu)，并以承載的形式進行數(shù)據(jù)傳輸。如圖7所示，LTE系統(tǒng)將端到端的業(yè)務劃分為EPS承載和外部承載，而EPS承載又進一步分為無線承載、S1承載和S5/S8承載。

LTE沒有沿用3G制式的QoS協(xié)商及專用信道機制，在空口只保留共享信道以利于采用更靈活的資源調(diào)度進行QoS保障。LTE采用承載級QoS保障，傳輸流模板（TFT）及其中的分組過濾器將上層業(yè)務數(shù)據(jù)流（SDF）進行相應的EPS承載映射，最終實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的區(qū)分QoS保障。EPS承載分為GBR承載和Non-GBR承載，GBR承載是指網(wǎng)絡對承載速率進行嚴格保障的承載，而Non-GBR承載的速率將得不到保障。QCI作為重要的QoS參數(shù)，是接入點對承載級數(shù)據(jù)分組進行分類的重要依據(jù)。3GPP根據(jù)數(shù)據(jù)分組資源類型、時延、誤碼率、業(yè)務的不同將QCI分成9個等級（見表1）。VoLTE采用QCI=1的專用承載作為語音承載，QCI=5的默認承載作為IMS信令承載，從而保障語音數(shù)據(jù)分組的優(yōu)先資源調(diào)度和傳送。

（2）IMS域的QoS保障

在EPC附著和IMS會話建立過程中，連接EPS域和IMS域的PCC架構(gòu)將參與VoLTE的QoS保障。EPC附著時，P-GW通過IP-CAN會話建立向PCRF獲取缺省PCC規(guī)則，PCRF則向SPR獲取用戶信息并將其轉(zhuǎn)換成相應的策略發(fā)往P-GW以建立默認承載；IMS會話建立時，P-CSCF將語音會話信息發(fā)往PCRF，PCRF進行QoS授權(quán)，授權(quán)通過后PCRF將QoS信息發(fā)往P-GW，P-GW根據(jù)接收到的QoS信息建立語音業(yè)務專用承載。這樣，通過PCC架構(gòu)，可以為VoLTE業(yè)務設置高優(yōu)先級的QoS規(guī)則，從而保障語音通信的質(zhì)量。

4.2 與基于LTE的OTT語音對比

OTT語音是上層應用業(yè)務，在LTE網(wǎng)絡中底層承載將其認定為普通數(shù)據(jù)傳輸，于是OTT語音將與其它普通數(shù)據(jù)分組使用相同的Internet PDN連接的Non-GBR默認承載（QCI=8/9）。這將導致OTT語音與其它業(yè)務搶占公共帶寬資源，引起OTT語音出現(xiàn)誤碼、丟包、時延大等一系列服務質(zhì)量問題。因此，基于LTE的OTT語音業(yè)務無法得到有效的QoS保障。而對于VoLTE，前面提到其采用高QoS等級的語音及信令承載，且建立獨立于普通數(shù)據(jù)業(yè)務的PDN連接，能在EPS域和IMS域獲得良好的QoS保障。

同時，VoLTE對空口也作了進一步的優(yōu)化。首先，RLC層采用UM模式，通過取消RLC重傳機制來減少業(yè)務時延。其次，針對上行功率受限場景采用TTI Bunding技術(shù)，通過在同個HARQ進程連續(xù)發(fā)送相同RLC層分片4個不同冗余版本，以此來降低小區(qū)覆蓋邊緣VoLTE語音數(shù)據(jù)的誤碼率和時延。OTT語音采用普通數(shù)據(jù)處理機制，無法使用以上的優(yōu)化特性。另外，由于通過軟件方式完成會話建立及語音數(shù)據(jù)處理，OTT語音業(yè)務時延也相應增加。

從端到端來看，VoLTE業(yè)務走的是電信運營商具有高可靠性及安全性的內(nèi)部網(wǎng)絡。通過IMS域、EPS域及PCC架構(gòu)的聯(lián)合保障，語音業(yè)務端到端時延、誤碼率等服務質(zhì)量都獲得嚴格保證，這些都是OTT語音業(yè)務無法做到的。OTT分組數(shù)據(jù)需要通過Internet尋路至對端網(wǎng)絡，而Internet一般采用無QoS保障的Best-Effort數(shù)據(jù)傳輸方式，這將導致OTT語音質(zhì)量的進一步下降。

除了QoS無法得到可靠保障外，OTT語音在手機資源消耗、終端信道資源占用、異系統(tǒng)切換、異OTT應用兼容性等方面也得不到良好表現(xiàn)。對于這些問題，VoLTE采用底層數(shù)據(jù)處理、非連續(xù)性接收（DRX）、魯棒性頭壓縮（RoHC）、半靜態(tài)調(diào)度（SPS）、單載波語音呼叫連續(xù)性（SRVCC）等技術(shù)及本身擁有的特性，都能較好解決。在提高用戶體驗上，VoLTE可以采用高清語音、富通信套件（RCS）、增強富通信套件（RCSe）等豐富的業(yè)務形態(tài)來提高差異化優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

VoLTE是電信運營商充分利用LTE網(wǎng)絡在語音業(yè)務上演進的必然結(jié)果，它不單擁有傳統(tǒng)的電信級QoS保障機制及業(yè)務特性，而且擁有新興的如高清語音、RCS/RCSe的業(yè)務形態(tài)，在良好的服務質(zhì)量和絕佳的用戶體驗上更能迎接OTT通信軟件的挑戰(zhàn)。當然，不論是從產(chǎn)業(yè)鏈及投入成本的角度，還是從網(wǎng)絡演進策略的角度，要實現(xiàn)VoLTE還有很多問題需要考慮。但是，作為能充分利用先進網(wǎng)絡技術(shù)并圍繞提高用戶感知體驗，同時考慮運營商自身特點的VoLTE技術(shù)，相信在不遠的將來必能得到廣泛應用。

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