“VoLTE”的理論研究

趙鑫+劉松倫

【摘要】 隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨與發(fā)展，VoLTE（移動(dòng)語(yǔ)音技術(shù)）也隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步而進(jìn)步著。VoLTE開啟了向移動(dòng)寬帶語(yǔ)音的演進(jìn)之路，是移動(dòng)4G語(yǔ)音解決的終極方案。本文針對(duì)VoLTE的一些主要理論知識(shí)進(jìn)行闡述和分析。

【關(guān)鍵詞】 VoLTE理論 IMS

一、引言

VoLTE（Voice…over…Long…Term…Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)上的語(yǔ)音），它是一種IP數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，無(wú)需2G/3G網(wǎng)，全部業(yè)務(wù)承載于4G網(wǎng)絡(luò)上，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與語(yǔ)音業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。4G網(wǎng)絡(luò)下不僅僅提供高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)還提供高質(zhì)量的音視頻通話，后者便需要VoLTE技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二、VoLTE基本概念

VoLTE是3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的基于IMS網(wǎng)絡(luò)（IP…Multimedia…Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）的LTE語(yǔ)音解決方案，即在LTE覆蓋區(qū)域內(nèi)提供基于IP的高清晰語(yǔ)音業(yè)務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)引入IMS網(wǎng)絡(luò)后，由IMS配合LTE和EPC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)端到端的基于分組域的語(yǔ)音、視頻通信業(yè)務(wù)。VoLTE是通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)接入，IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入控制的語(yǔ)音解決方案。通過(guò)IMS系統(tǒng)控制，VoLTE解決方案可以提供和電路域性能相當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括號(hào)碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會(huì)議電話等。在支持高清語(yǔ)音、高清視頻等通信業(yè)務(wù)的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)網(wǎng)2G、3G的語(yǔ)音互通繼承2G、3G業(yè)務(wù)。在業(yè)務(wù)接入上，LTE網(wǎng)絡(luò)是全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，沒有CS域，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音多媒體業(yè)務(wù)都承載在LTE上；在業(yè)務(wù)控制上，EPC網(wǎng)絡(luò)不具備語(yǔ)音和多媒體業(yè)務(wù)的呼叫控制功能，需要通過(guò)IMS網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)控制功能；在業(yè)務(wù)切換上，在LTE全覆蓋之前，需要通過(guò)eSRVCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)LTE與CS之間的語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)性。

三、VoLTE業(yè)務(wù)特征

a）高清語(yǔ)音：采用AMR-WB編解碼，相比于現(xiàn)網(wǎng)AMR-NB編解碼頻譜范圍更寬；話音更自然、舒適、更有現(xiàn)場(chǎng)感，增加了可懂度和清晰度。b）高清視頻：LTE高清視頻分辨率典型至少為VGA（480*640），目標(biāo)實(shí)現(xiàn)分辨率720P、幀率30fps的高質(zhì)量視頻通話體驗(yàn)。c）語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)：引入了eSRVCC技術(shù)，VoLTE用戶通話過(guò)程中移動(dòng)出LTE覆蓋時(shí)，需要通過(guò)EPC、IMS和CS域協(xié)同，將語(yǔ)音切換到CS域。d）RCS等富媒體業(yè)務(wù)：可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型通訊錄、即時(shí)消息、群組聊天、文件傳輸、內(nèi)容共享等特性化業(yè)務(wù)。因此，VoLTE相較2G、3G等傳統(tǒng)語(yǔ)音通話具有許多優(yōu)勢(shì)，如編解碼使語(yǔ)音質(zhì)量能提高40%左右；為用戶帶來(lái)更低的接入時(shí)延，比3G下降50%（大概在2秒左右），而2G時(shí)代在6-7秒；2G、3G下的掉線率時(shí)有發(fā)生，但VoLTE的掉線率接近于零；對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，LTE的頻譜利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)制式，達(dá)到GSM的4倍以上、R99的3倍以上；視頻通話分辨率質(zhì)量提升明顯；VoLTE與RCS的無(wú)縫集成可以帶來(lái)更豐富的業(yè)務(wù)等等。

四、VoLTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

基于IMS系統(tǒng)的VoLTE業(yè)務(wù)環(huán)境復(fù)雜、涉及眾多網(wǎng)元的配合，需要全面考慮LTE網(wǎng)絡(luò)、IMS系統(tǒng)以及PCC（Personal…Code…Calling，個(gè)人代碼呼叫）等設(shè)備的部署和搭建。其核心思想是采用IMS作為業(yè)務(wù)控制層系統(tǒng)，提供呼叫管理等功能，由EPS（Evolved…Packet…System，演進(jìn)分組系統(tǒng)）提供承載，VoLTE用戶通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)接入IMS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊(cè)，而后IMS網(wǎng)絡(luò)為用戶分配IP地址，以達(dá)到在LTE網(wǎng)絡(luò)上通話即VoLTE的目的。核心網(wǎng)全面部署能夠提供CSCF（Call…Session…Control…Function，呼叫會(huì)話控制功能）等以及HSS、MMTel…AS和IP-SM-GW（IP…Server…Message…GateWay，IP業(yè)務(wù)消息網(wǎng)關(guān)）等互通功能的IMS系統(tǒng)，接入與承載網(wǎng)引入能夠提供承載通道和QoS控制能力的LTE設(shè)備S/P-GW、MME等，再加上EPS網(wǎng)絡(luò)的配合，語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)以及電話會(huì)議、呼叫轉(zhuǎn)移、來(lái)電顯示等各種業(yè)務(wù)便可在全I(xiàn)P的…網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)。VoLTE業(yè)務(wù)的典型系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示。

五、VoLTE關(guān)鍵技術(shù)

1、IP包頭壓縮（RoHC）。由于相鄰節(jié)點(diǎn)之間，同一數(shù)據(jù)流連續(xù)分組報(bào)文頭中存在一些不變的冗余信息頭和一些有變化規(guī)律的動(dòng)態(tài)信息頭，即壓縮中的靜態(tài)域和動(dòng)態(tài)域。為了節(jié)省空口的帶寬資源，可以在數(shù)據(jù)流開始傳遞時(shí)發(fā)送完整報(bào)文頭部信息，后續(xù)數(shù)據(jù)包信頭中只傳遞報(bào)文頭部中變化的部分和相對(duì)于同一個(gè)流的關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)符，達(dá)到縮小數(shù)據(jù)頭的字節(jié)數(shù)，從而有效利用無(wú)線帶寬資源?！璕OHC（Radio…Overhead…Compression）主要功能是將核心網(wǎng)和UE之間的數(shù)據(jù)報(bào)文的報(bào)文頭，如IP頭、UDP頭、RTP頭進(jìn)行壓縮后，再進(jìn)行傳輸，達(dá)到節(jié)省空口帶寬資源的作用。壓縮后，頭開銷降為4-6byte，并同時(shí)支持IPv4與IPv6，提高傳輸效率，增加一個(gè)小區(qū)承載的VoLTE用戶數(shù)，以及提升VoLTE覆蓋。2、半靜態(tài)調(diào)度（SPS）。對(duì)于VoIP類型的業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)包大小比較固定，到達(dá)時(shí)間間隔滿足一定規(guī)律的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)（典型的話音業(yè)務(wù)周期一般是20ms），針對(duì)這種特性，LTE系統(tǒng)引入了半靜態(tài)調(diào)度技術(shù)（Semi-Persistent…Scheduling）。SPS是在指定子幀上按照預(yù)先分配的資源進(jìn)行新傳，但重傳時(shí)為了降低時(shí)延，仍然采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的方式。系統(tǒng)資源（包括上行和下行）是通過(guò)PDCCH分配的，UE通過(guò)保存相應(yīng)的資源分配，而后就可以周期性重復(fù)使用相同的時(shí)頻資源。不需要在每個(gè)TTI都為UE下發(fā)DCI（包括上行或下行的），從而降低了對(duì)應(yīng)的PDCCH…CCE資源開銷，有效提升了系統(tǒng)效率及容量?！璙oIP業(yè)務(wù)采用SPS技術(shù)，可以有效的節(jié)省CCE資源，提高小區(qū)的VoIP用戶容量。3、子幀捆綁TTIB。TTI…Bundling是用于提高用戶在小區(qū)邊緣覆蓋的一種方法。當(dāng)TTI…Bundling使能時(shí)，上行調(diào)度DCI0一次授權(quán)后，在連續(xù)的4個(gè)上行子幀上傳輸同一傳輸塊，且僅在第四次傳輸后有對(duì)應(yīng)的PHICH反饋，重傳也是4個(gè)連續(xù)上行TTI發(fā)射的一種調(diào)度方法，可以充分利用4個(gè)上行子幀發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，通過(guò)合并增益提升數(shù)據(jù)可靠性。由于僅在第四次傳輸后有對(duì)應(yīng)的PHICH反饋，所以此時(shí)反饋的為底層合并后數(shù)據(jù)的接收效果，從而大大提高的數(shù)據(jù)的可靠性。TTIB只適用于上行，通常在遠(yuǎn)點(diǎn)低…SINR下被激活，TTI…捆綁對(duì)TDD僅僅適用于上下行配比為0、1、6的情況。對(duì)于上下行1：3配置協(xié)議明確不適用TTIbundling技術(shù)做補(bǔ)償增益。VoIP業(yè)務(wù)采用TTIB技術(shù)，可以有效地提高小區(qū)的覆蓋半徑，對(duì)于邊緣用戶上行會(huì)有2-3dB的增益。4、eSRVCC。3GPP在R8階段引入SRVCC/ eSRVCC方案，SRVCC（Single…Radio…Voice…Call…Continuity）是3GPP提出的一種VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)性方案，主要是為了解決當(dāng)單射頻UE在LTE/Pre-LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G…CS網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)如何保證語(yǔ)音呼叫連續(xù)性的問題，即保證單射頻UE在IMS控制的VoIP語(yǔ)音和CS域語(yǔ)音之間的平滑切換。而eSRVCC方案相對(duì)于SRVCC方案的增強(qiáng)在于減少了切換時(shí)長(zhǎng)（切換時(shí)長(zhǎng)小于300ms），使用戶獲得更好的通話體驗(yàn)。5、域選與錨定。域選是指VoLTE用戶手機(jī)既可以在電路域使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)，也可在IMS域（LTE承載）使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)，且使用同樣的碼號(hào)，因此存在“被叫連續(xù)網(wǎng)絡(luò)選擇”的問題，即網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別用戶當(dāng)前的駐留網(wǎng)絡(luò)，接續(xù)到該用戶。錨定是指將呼叫從CS域網(wǎng)絡(luò)路由到IMS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理的過(guò)程。在以下兩種場(chǎng)景中，與LTE用戶相關(guān)的呼叫請(qǐng)求需要通過(guò)錨定功能路由到IMS網(wǎng)絡(luò)：LTE用戶通過(guò)CS網(wǎng)絡(luò)接入并且簽約了IMS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、LTE用戶作為被叫用戶通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)接入并且主叫用戶為CS網(wǎng)絡(luò)用戶。

六、結(jié)束語(yǔ)

VoLTE技術(shù)可提供更快的連接速度和更高的通話質(zhì)量，且VoLTE是純IP化的語(yǔ)音解決方案，語(yǔ)音業(yè)務(wù)不再影響用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用，用戶通過(guò)VoLTE進(jìn)行高清視頻通話的同時(shí)還能在線瀏覽網(wǎng)頁(yè)、查看郵件等，從目前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，VoLTE是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一步。同時(shí)，隨著頻譜資源的逐漸緊張，天面資源的日趨困難，VoLTE技術(shù)也是帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要一環(huán)，LTE網(wǎng)絡(luò)有了語(yǔ)音承載，勢(shì)必推動(dòng)著2G、3G網(wǎng)絡(luò)騰退頻譜、讓出空間資源、推進(jìn)節(jié)能減排，逐步退出歷史舞臺(tái)的步伐，推動(dòng)著通信的浪潮繼續(xù)向前發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2]…顏薇芳.…VoLTE高清語(yǔ)音解決方案探討[J].…移動(dòng)通信，…2016，40（20）：…41-44.

[3]…劉國(guó)平，尼松濤，尹翔宇.…VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)部署方案探討.…郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，…2015（9）：…47-52.endprint