VoIP語音技術(shù)在LTE中的實現(xiàn)探討

黃榮　時曄

【摘要】 文章主要闡述了VoIP技術(shù)，并結(jié)合LTE網(wǎng)絡特點，針對VoIP技術(shù)在LTE上實現(xiàn)中應注意問題進行了分析，并提出了LTE建設初期語音解決方案，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】 VoIP技術(shù) LTE 語音實現(xiàn) 解決方案

目前，LTE從理論走向建設也取得了巨大的發(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，IP技術(shù)的成熟足以在電信領(lǐng)域成為事實，但在電信級要求下，語音在LTE網(wǎng)絡上傳送，有很多問題需要考慮。因此，本文主要論述了VoIP語音技術(shù)在LTE中的實現(xiàn)，提出實現(xiàn)中注意問題及解決方案。

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承載語音都需要重點考慮以下兩個重要因素：

（1）語音處理技術(shù)。IP網(wǎng)絡中的語音處理技術(shù)需解決兩個問題：一是要在保證話音質(zhì)量的前提下盡可能降低編碼比特率，這主要涉及話音編碼技術(shù)，包括靜音檢測；二是要在IP網(wǎng)絡環(huán)境中保證一定的通話質(zhì)量，通話質(zhì)量的解決則主要涉及分組丟失補償和回波抵消技術(shù)。其中第一個問題相對重要，即什么樣的話音編碼技術(shù)最適合VoIP。實際應用中，話音編碼的要求可用編碼器的四個主要屬性來表示，即比特率、時延、復雜度和話音質(zhì)量。降低比特率是話音編碼的主要任務，它直接關(guān)系到傳輸資源的有效利用和網(wǎng)絡容量的提高。

（2）IP語音通信協(xié)議。IP語音通信協(xié)議主要包含以下幾個部分：話音通信控制協(xié)議、語音信息的傳送協(xié)議及實時控制協(xié)議。語音通信控制協(xié)議相對于電信網(wǎng)中的呼叫控制信令；語音信息的傳送協(xié)議規(guī)定了話音分組如何封裝、復用和傳送，包括具有靜音檢測功能的各種話音編碼分組如何組裝和標識，由于話音分組必須采用實時傳送，不允許有大的時延，因此無法采用重發(fā)校錯機制的TCP作為其運輸層的協(xié)議，只能采用UDP協(xié)議。目前端到端語音通信協(xié)議比較成功且多采用SIP協(xié)議。

二、VoIP技術(shù)在LTE中的實現(xiàn)

2.1 LTE技術(shù)特點

LTE是世界范圍內(nèi)的新一代寬帶無線移動通信技術(shù)，不同于以往的移動通信系統(tǒng)。在新的LTE系統(tǒng)架構(gòu)下，LTE不再有支持實連接要求的網(wǎng)絡架構(gòu)。因此，LTE是分組網(wǎng)絡，且該網(wǎng)絡結(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承載語音的協(xié)議

目前有兩大協(xié)議支持實現(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)點有所不同：H.323是在已有的PSTN基礎上著重考慮與IP網(wǎng)絡的互聯(lián)，因此其協(xié)議復雜，同時語音的實現(xiàn)與承載媒體有很大的對應或依賴關(guān)系；SIP協(xié)議則重點把語音當作IP的一個應用，協(xié)議相對簡單，且語音實現(xiàn)與承載媒體不需要很強的對應關(guān)系。目前，LTE已發(fā)展成為端到端的IP網(wǎng)絡，語音可以看作LTE網(wǎng)絡今后的一個應用，因此其語音協(xié)議只能選擇SIP協(xié)議。

2.3 LTE承載語音的平臺選擇

為在分組域基礎上實現(xiàn)語音及多媒體業(yè)務，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，本質(zhì)上IMS采用的是新一代軟交換技術(shù)。IMS平臺技術(shù)實現(xiàn)了業(yè)務、控制及承載的完全分離，用戶屬性與接入無關(guān)等特性。這些特性在IMS上的體現(xiàn)解決了軟交換技術(shù)無法解決的問題，如用戶移動性支持、標準開放的業(yè)務接口、靈活的IP多媒體業(yè)務提供等。因此，從LTE發(fā)展的使命結(jié)合IMS平臺技術(shù)特點，LTE承載語音將會采用IMS平臺。

2.4 LTE承載語音需要解決的問題

確定了語音協(xié)議及控制平臺等整體框架后，理論上說LTE可以傳輸語音了，下一步考慮的將是細節(jié)問題，主要涉及QoS。關(guān)于QoS需要考慮的因素包括語音編碼、端到端總時延、接收端分組抖動時延、分組丟失率及無序分組等。

語音在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是語音沒有失真，但其編碼速率太高，需要的網(wǎng)絡成本代價太大；3G時代語音編碼采用參數(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)務逐漸走向應用，AMR語音已經(jīng)滿足不了用戶的需要，寬度語音和音頻編碼在電信級網(wǎng)絡中越來越受關(guān)注。

語音電話是一種典型的交互類業(yè)務，據(jù)統(tǒng)計和調(diào)研，該業(yè)務對時延和時延抖動有嚴格要求，但對語音包丟失等有較強的容忍度。LTE是針對高速數(shù)據(jù)業(yè)務設計的系統(tǒng)，目前從LTE實驗和商用網(wǎng)情況來看，其時延和時延抖動達不到VoIP電信級要求，因此一旦oIP用戶量入網(wǎng)，這種數(shù)據(jù)率低的實時業(yè)務需要LTE系統(tǒng)在設計上進行改進，甚至需要引入新的技術(shù)才能減少時延和時延抖動。因此，基于IMS平臺實現(xiàn)VoIP是LTE的終極目標，目前還不能實現(xiàn)。

2.5 LTE初期語音承載方案

在現(xiàn)有的LTE版本下，實現(xiàn)VoIP達不到電信運營條件，但市場要求LTE必須提供語音業(yè)務，那么運營商必須依賴現(xiàn)有實連接網(wǎng)絡（如GSM、3G網(wǎng)絡、CS域網(wǎng)絡等）才能解決語音運營問題。

（1）雙待機終端方案。該方案的基本思路是雙待機終端可以同時待機在LTE網(wǎng)絡和2G/3G網(wǎng)絡里，可同時從LTE和2G/3G網(wǎng)絡接收和發(fā)送信號。在撥打電話時，該終端可自動選擇從2G/3G模式下進行語音通信，LTE網(wǎng)絡僅提供數(shù)據(jù)業(yè)務。該方案相對比較簡單，終端芯片需要采用兩個芯片（1個2G/3G芯片和1個LTE芯片）或多模芯片。由于雙待機終端的LTE與2G/3G模式之間沒有任何互操作，終端不需要實現(xiàn)異系統(tǒng)測量，因此LTE網(wǎng)絡和傳統(tǒng)的2G/3G網(wǎng)絡沒有信令接口要求，網(wǎng)絡無需改造。

（2）CSFB方案。CSFB方案基本思路是用戶終端一般附著在LTE網(wǎng)絡上，用戶需要進行語音業(yè)務時可從LTE網(wǎng)絡回落到2G/3G的電路域重新接入，并按照電路域的業(yè)務流程發(fā)起或接聽語音業(yè)務。該方案要求網(wǎng)絡互通，需要提供信令支撐，還要對現(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)改造，以實現(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€不同的系統(tǒng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)用戶在不同系統(tǒng)間的語音業(yè)務連續(xù)。為實現(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SGSN需要新增與MME的S3接口；其次，現(xiàn)網(wǎng)2G/3G網(wǎng)絡的無線子系統(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)絡的語音業(yè)務結(jié)束后，盡快回到LTE網(wǎng)絡，原有網(wǎng)絡的無線子系統(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)絡的無線子系統(tǒng)需要支持RIM功能。

三、總結(jié)

CSFB方案和雙待機方案共同點是語音業(yè)務均由現(xiàn)有的2G/3G網(wǎng)絡提供。兩者不同點是CSFB方案以數(shù)據(jù)業(yè)務優(yōu)先；雙待機方案在TDD-LTE和2G/3G網(wǎng)絡下同時待機，能及時提供數(shù)據(jù)和語音業(yè)務。在LTE建設初期，運營商選擇何種方案提供語音業(yè)務，需要結(jié)合建網(wǎng)成本、終端的成熟度及語音向VoIP終極目標演進進度等綜合因素后才能確定。

參 考 文 獻

[1] 徐菲. 透視LTE語音業(yè)務三大方案[N]. 人民郵電報，2013（01）

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