VoIP語(yǔ)音技術(shù)在LTE中的實(shí)現(xiàn)探討

黃榮　時(shí)曄

【摘要】 文章主要闡述了VoIP技術(shù)，并結(jié)合LTE網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，針對(duì)VoIP技術(shù)在LTE上實(shí)現(xiàn)中應(yīng)注意問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了LTE建設(shè)初期語(yǔ)音解決方案，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】 VoIP技術(shù) LTE 語(yǔ)音實(shí)現(xiàn) 解決方案

目前，LTE從理論走向建設(shè)也取得了巨大的發(fā)展，主要原因在于其物理層采用了OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)和傅立葉變換工具 。本質(zhì)上LTE是端到端的IP分組網(wǎng)絡(luò)，IP技術(shù)的成熟足以在電信領(lǐng)域成為事實(shí)，但在電信級(jí)要求下，語(yǔ)音在LTE網(wǎng)絡(luò)上傳送，有很多問(wèn)題需要考慮。因此，本文主要論述了VoIP語(yǔ)音技術(shù)在LTE中的實(shí)現(xiàn)，提出實(shí)現(xiàn)中注意問(wèn)題及解決方案。

一、VoIP技術(shù)概述

隨著電信傳輸網(wǎng)的光纖化及數(shù)據(jù)通信分組化的發(fā)展，特別是IP技術(shù)在數(shù)據(jù)領(lǐng)域的巨大成功，語(yǔ)音技術(shù)的IP承載逐漸被人們所關(guān)注，并已逐漸商用。IP承載語(yǔ)音都需要重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)重要因素：

（1）語(yǔ)音處理技術(shù)。IP網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音處理技術(shù)需解決兩個(gè)問(wèn)題：一是要在保證話(huà)音質(zhì)量的前提下盡可能降低編碼比特率，這主要涉及話(huà)音編碼技術(shù)，包括靜音檢測(cè)；二是要在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中保證一定的通話(huà)質(zhì)量，通話(huà)質(zhì)量的解決則主要涉及分組丟失補(bǔ)償和回波抵消技術(shù)。其中第一個(gè)問(wèn)題相對(duì)重要，即什么樣的話(huà)音編碼技術(shù)最適合VoIP。實(shí)際應(yīng)用中，話(huà)音編碼的要求可用編碼器的四個(gè)主要屬性來(lái)表示，即比特率、時(shí)延、復(fù)雜度和話(huà)音質(zhì)量。降低比特率是話(huà)音編碼的主要任務(wù)，它直接關(guān)系到傳輸資源的有效利用和網(wǎng)絡(luò)容量的提高。

（2）IP語(yǔ)音通信協(xié)議。IP語(yǔ)音通信協(xié)議主要包含以下幾個(gè)部分：話(huà)音通信控制協(xié)議、語(yǔ)音信息的傳送協(xié)議及實(shí)時(shí)控制協(xié)議。語(yǔ)音通信控制協(xié)議相對(duì)于電信網(wǎng)中的呼叫控制信令；語(yǔ)音信息的傳送協(xié)議規(guī)定了話(huà)音分組如何封裝、復(fù)用和傳送，包括具有靜音檢測(cè)功能的各種話(huà)音編碼分組如何組裝和標(biāo)識(shí)，由于話(huà)音分組必須采用實(shí)時(shí)傳送，不允許有大的時(shí)延，因此無(wú)法采用重發(fā)校錯(cuò)機(jī)制的TCP作為其運(yùn)輸層的協(xié)議，只能采用UDP協(xié)議。目前端到端語(yǔ)音通信協(xié)議比較成功且多采用SIP協(xié)議。

二、VoIP技術(shù)在LTE中的實(shí)現(xiàn)

2.1 LTE技術(shù)特點(diǎn)

LTE是世界范圍內(nèi)的新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)，不同于以往的移動(dòng)通信系統(tǒng)。在新的LTE系統(tǒng)架構(gòu)下，LTE不再有支持實(shí)連接要求的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。因此，LTE是分組網(wǎng)絡(luò)，且該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常扁平，從接入網(wǎng)到核心網(wǎng)，只有兩層架構(gòu)，即基站和核心網(wǎng)兩種網(wǎng)元結(jié)構(gòu)。

2.2 LTE承載語(yǔ)音的協(xié)議

目前有兩大協(xié)議支持實(shí)現(xiàn)VoIP，分別為ITU-T提出的H.323協(xié)議和IETF提出的SIP協(xié)議。但兩種協(xié)議研究的出發(fā)點(diǎn)有所不同：H.323是在已有的PSTN基礎(chǔ)上著重考慮與IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，因此其協(xié)議復(fù)雜，同時(shí)語(yǔ)音的實(shí)現(xiàn)與承載媒體有很大的對(duì)應(yīng)或依賴(lài)關(guān)系；SIP協(xié)議則重點(diǎn)把語(yǔ)音當(dāng)作IP的一個(gè)應(yīng)用，協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，且語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)與承載媒體不需要很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目前，LTE已發(fā)展成為端到端的IP網(wǎng)絡(luò)，語(yǔ)音可以看作LTE網(wǎng)絡(luò)今后的一個(gè)應(yīng)用，因此其語(yǔ)音協(xié)議只能選擇SIP協(xié)議。

2.3 LTE承載語(yǔ)音的平臺(tái)選擇

為在分組域基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音及多媒體業(yè)務(wù)，3GPP在3G分組域上成功地構(gòu)建了IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）平臺(tái)，本質(zhì)上IMS采用的是新一代軟交換技術(shù)。IMS平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)、控制及承載的完全分離，用戶(hù)屬性與接入無(wú)關(guān)等特性。這些特性在IMS上的體現(xiàn)解決了軟交換技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題，如用戶(hù)移動(dòng)性支持、標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口、靈活的IP多媒體業(yè)務(wù)提供等。因此，從LTE發(fā)展的使命結(jié)合IMS平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)，LTE承載語(yǔ)音將會(huì)采用IMS平臺(tái)。

2.4 LTE承載語(yǔ)音需要解決的問(wèn)題

確定了語(yǔ)音協(xié)議及控制平臺(tái)等整體框架后，理論上說(shuō)LTE可以傳輸語(yǔ)音了，下一步考慮的將是細(xì)節(jié)問(wèn)題，主要涉及QoS。關(guān)于QoS需要考慮的因素包括語(yǔ)音編碼、端到端總時(shí)延、接收端分組抖動(dòng)時(shí)延、分組丟失率及無(wú)序分組等。

語(yǔ)音在IP傳輸是不能采用64kb/s的波形編碼技術(shù)的。這種編碼技最大特點(diǎn)是語(yǔ)音沒(méi)有失真，但其編碼速率太高，需要的網(wǎng)絡(luò)成本代價(jià)太大；3G時(shí)代語(yǔ)音編碼采用參數(shù)編碼技術(shù)AMR，其編碼速率在4.75～12.2kb/s內(nèi)變化。隨著各種媒體增值業(yè)務(wù)逐漸走向應(yīng)用，AMR語(yǔ)音已經(jīng)滿(mǎn)足不了用戶(hù)的需要，寬度語(yǔ)音和音頻編碼在電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)中越來(lái)越受關(guān)注。

語(yǔ)音電話(huà)是一種典型的交互類(lèi)業(yè)務(wù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)和調(diào)研，該業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)有嚴(yán)格要求，但對(duì)語(yǔ)音包丟失等有較強(qiáng)的容忍度。LTE是針對(duì)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，目前從LTE實(shí)驗(yàn)和商用網(wǎng)情況來(lái)看，其時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)達(dá)不到VoIP電信級(jí)要求，因此一旦oIP用戶(hù)量入網(wǎng)，這種數(shù)據(jù)率低的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)需要LTE系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，甚至需要引入新的技術(shù)才能減少時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)。因此，基于IMS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)VoIP是LTE的終極目標(biāo)，目前還不能實(shí)現(xiàn)。

2.5 LTE初期語(yǔ)音承載方案

在現(xiàn)有的LTE版本下，實(shí)現(xiàn)VoIP達(dá)不到電信運(yùn)營(yíng)條件，但市場(chǎng)要求LTE必須提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，那么運(yùn)營(yíng)商必須依賴(lài)現(xiàn)有實(shí)連接網(wǎng)絡(luò)（如GSM、3G網(wǎng)絡(luò)、CS域網(wǎng)絡(luò)等）才能解決語(yǔ)音運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。

（1）雙待機(jī)終端方案。該方案的基本思路是雙待機(jī)終端可以同時(shí)待機(jī)在LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)里，可同時(shí)從LTE和2G/3G網(wǎng)絡(luò)接收和發(fā)送信號(hào)。在撥打電話(huà)時(shí)，該終端可自動(dòng)選擇從2G/3G模式下進(jìn)行語(yǔ)音通信，LTE網(wǎng)絡(luò)僅提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。該方案相對(duì)比較簡(jiǎn)單，終端芯片需要采用兩個(gè)芯片（1個(gè)2G/3G芯片和1個(gè)LTE芯片）或多模芯片。由于雙待機(jī)終端的LTE與2G/3G模式之間沒(méi)有任何互操作，終端不需要實(shí)現(xiàn)異系統(tǒng)測(cè)量，因此LTE網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的2G/3G網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有信令接口要求，網(wǎng)絡(luò)無(wú)需改造。

（2）CSFB方案。CSFB方案基本思路是用戶(hù)終端一般附著在LTE網(wǎng)絡(luò)上，用戶(hù)需要進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)可從LTE網(wǎng)絡(luò)回落到2G/3G的電路域重新接入，并按照電路域的業(yè)務(wù)流程發(fā)起或接聽(tīng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)。該方案要求網(wǎng)絡(luò)互通，需要提供信令支撐，還要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)改造，以實(shí)現(xiàn)SGs關(guān)聯(lián)。SGs關(guān)聯(lián)在CSFB技術(shù)中起著橋梁作用，能夠?qū)蓚€(gè)不同的系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在不同系統(tǒng)間的語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)。為實(shí)現(xiàn)SGs關(guān)聯(lián)，首先，現(xiàn)網(wǎng)MSC需要新增與MME的SGs接口，現(xiàn)網(wǎng)3G網(wǎng)絡(luò)SGSN需要新增與MME的S3接口；其次，現(xiàn)網(wǎng)2G/3G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)子系統(tǒng)，包括BTS NODEB，BSC及RNC等，需要增加LTE的鄰小區(qū)配置；再者，為使終端在CSFB到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)結(jié)束后，盡快回到LTE網(wǎng)絡(luò)，原有網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)子系統(tǒng)需要支持Fast Return功能；最后，為了優(yōu)化終端從LTE回落到2G/3G的延遲，原有網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)子系統(tǒng)需要支持RIM功能。

三、總結(jié)

CSFB方案和雙待機(jī)方案共同點(diǎn)是語(yǔ)音業(yè)務(wù)均由現(xiàn)有的2G/3G網(wǎng)絡(luò)提供。兩者不同點(diǎn)是CSFB方案以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先；雙待機(jī)方案在TDD-LTE和2G/3G網(wǎng)絡(luò)下同時(shí)待機(jī)，能及時(shí)提供數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)。在LTE建設(shè)初期，運(yùn)營(yíng)商選擇何種方案提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，需要結(jié)合建網(wǎng)成本、終端的成熟度及語(yǔ)音向VoIP終極目標(biāo)演進(jìn)進(jìn)度等綜合因素后才能確定。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 徐菲. 透視LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)三大方案[N]. 人民郵電報(bào)，2013（01）

[2] 黃劍鋒. 綜述TD-LTE核心技術(shù)及其展望[J]. 無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技，2012（8）