VoLTE高清語音解決方案探討

顏薇芳

【摘 要】為了能夠在LTE網(wǎng)絡(luò)上承載語音通話以及視頻通信，給用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)，在LTE網(wǎng)絡(luò)上引入了VoLTE技術(shù)，這是一種全新的高清語音解決方案。通過對IMS核心架構(gòu)、RCS等方面進(jìn)行分析，詳細(xì)闡述了VoLTE高清語音解決方案，并充分說明了VoLTE成為LTE語音解決方案的可行性及優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】VoLTE IMS RCS

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.008 中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）20-0041-04

1 引言

運(yùn)營商部署VoLTE不僅為數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務(wù)的融合創(chuàng)造了條件，而且還極大地提高了無線頻譜利用率，降低了網(wǎng)絡(luò)成本，更重要的是開啟了傳統(tǒng)語音向移動(dòng)帶寬語音的演進(jìn)之路[1]。需要說明的是，LTE網(wǎng)絡(luò)是一張全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，只能提供分組域業(yè)務(wù)，因此要想在LTE網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行語音通信即VoLTE，就必須基于IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）核心業(yè)務(wù)架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。基于IMS架構(gòu)的VoLTE語音技術(shù)可以提供高QoS（Quality of service，服務(wù)質(zhì)量）的語音、視頻業(yè)務(wù)[2]，并具有漫游、帶寬等業(yè)務(wù)連續(xù)性保障機(jī)制，使用戶擁有語音、可視電話等業(yè)務(wù)的完美體驗(yàn)。本文從核心業(yè)務(wù)架構(gòu)以及具體的解決方案等多個(gè)方面，全方位論證了VoLTE將成為LTE網(wǎng)絡(luò)的終極語音解決方案。

2 VoLTE架構(gòu)體系

2.1 IMS核心業(yè)務(wù)架構(gòu)

IMS是一種開放式的體系架構(gòu)，呼叫的建立時(shí)間很快，話音編碼速率可調(diào)整，支持多種接入方式，能夠在全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。此外，IMS核心業(yè)務(wù)架構(gòu)不僅具有豐富的多媒體業(yè)務(wù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)固話、移動(dòng)電話、互聯(lián)網(wǎng)通信的整合，大大降低運(yùn)營商的運(yùn)營成本，將來IMS最終會成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的核心業(yè)務(wù)架構(gòu)。

2.2 基于IMS系統(tǒng)的VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(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[3]。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LTE網(wǎng)絡(luò)接入IMS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊，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。

VoLTE業(yè)務(wù)的典型系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。其中，主要包括UE、eNodeB、MME（Mobile Managenment Entity，移動(dòng)管理實(shí)體）、S-GW、P-GW、HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務(wù)器）、PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能單元）、IMS域P-CSCF（Proxy Call Session Control Function，代理會話控制功能）/I-CSCF（Interrogating Call Session Control Function，協(xié)商會話控制功能）/S-CSCF（Serving Call Session Control Function，服務(wù)會話控制功能）/AS（Authentication Server，認(rèn)證服務(wù)）、MMTel（MultiMedia Terminal，多媒體終端） AS等網(wǎng)元[4]。

核心網(wǎng)全面部署能夠提供CSCF（Call Session Control Function，呼叫會話控制功能）等以及HSS、MMTel AS和IP-SM-GW（IP Service Message GateWay，IP業(yè)務(wù)消息網(wǎng)關(guān)）等互通功能的IMS系統(tǒng)[5]，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，語音、視頻、數(shù)據(jù)以及電話會議、呼叫轉(zhuǎn)移、來電顯示等各種業(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)。

3 VoLTE語音解決方案

3.1 3種LTE語音解決方案對比

目前，國際主流的LTE語音解決方案包括雙待機(jī)、CSFB（Circuit Switched Fallback，電路交換域回落）和VoLTE，而VoLTE是普遍認(rèn)可的LTE語音最佳解決方案[6]。

（1）雙待機(jī)方案

雙待機(jī)的工作原則即同時(shí)接入2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)，語音業(yè)務(wù)在2G/3G電路實(shí)現(xiàn)[7]，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則通過LTE網(wǎng)絡(luò)承載，3種模式之間沒有互操作的要求，可以實(shí)現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的并發(fā)，無需回落，缺點(diǎn)是功耗較大。

（2）CSFB方案

CSFB方案可以實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)有語音業(yè)務(wù)需要接入時(shí)自動(dòng)回落到CS域，此時(shí)4G網(wǎng)絡(luò)將會斷開而不能再進(jìn)行數(shù)據(jù)有關(guān)的行為，如微博、微信、QQ等相關(guān)應(yīng)用將無法收發(fā)信息，缺點(diǎn)是影響用戶感知。

（3）VoLTE方案

VoLTE基于LTE網(wǎng)絡(luò)承載語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，針對目前LTE并沒有達(dá)到無縫覆蓋的實(shí)際情況，在LTE盲區(qū)通過eSRVCC（enhanced Single Radio Voice Call Continuity，增強(qiáng)的單一無線語音呼叫連續(xù)性）技術(shù)以確保LTE語音實(shí)現(xiàn)無縫切換到2G/3G語音，保證用戶語音接續(xù)，為用戶帶來最優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。隨著LTE大力部署，2G/3G會逐步退出歷史舞臺而被LTE完全代替。

此外，VoLTE采用AMR-WB（Adaptive Multi-Rate Wideband，自適應(yīng)多速率寬帶編碼）技術(shù)拓展了低頻和高頻區(qū)域，提高了采樣的頻率，使得音質(zhì)效果與普通的話音質(zhì)量相比更加逼真、自然且有現(xiàn)場感，即使環(huán)境嘈雜語音也十分清晰。該技術(shù)在VoLTE的應(yīng)用，保證了用戶能夠充分享受高清的語音和視頻。

在VoLTE解決方案中，采用UDC（User Data Convergence，用戶數(shù)據(jù)融合）架構(gòu)將原本分散存儲在CS域和IMS域的用戶數(shù)據(jù)融合統(tǒng)一，滿足用戶在不同域上獲得相同業(yè)務(wù)體驗(yàn)的需求，以此來確保用戶體驗(yàn)業(yè)務(wù)的一致性。另一方面，目前仍然有大部分的2G/3G用戶，為了實(shí)現(xiàn)2G/3G用戶與4G用戶之間的短信互通，新增了IP-SM-GW網(wǎng)元的應(yīng)用。

3.2 現(xiàn)網(wǎng)升級改造及RCS技術(shù)引入

VoLTE基于LTE承載語音，能夠充分利用LTE無線技術(shù)高頻譜利用率、抗衰落性、高帶寬、大容量的優(yōu)點(diǎn)[8]，呼叫建立時(shí)長和切換時(shí)延更短，易于融合RCS（Rich Communcation Suite，富媒體通信），為用戶提供多樣的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。而雙待機(jī)和CSFB這2種語音解決方案則依賴CS域來提供語音業(yè)務(wù)，勢必會造成2G/3G、LTE網(wǎng)絡(luò)的長期共存，增加網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的復(fù)雜度。由于VoLTE可以支持在純LTE網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，完全符合全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)要求，因此VoLTE是LTE網(wǎng)絡(luò)語音解決方案的最佳選擇，但是現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)要想支持VoLTE則需要進(jìn)行升級改造。

（1）核心網(wǎng)升級改造

IMS演進(jìn)架構(gòu)——CM-IMS（China Mobile IP Multimedia Subsystem，移動(dòng)IP多媒體子系統(tǒng)）是一種面向全業(yè)務(wù)的核心架構(gòu)，它完全可以做到靈活快速地為用戶提供多媒體電話、媒體會議、即時(shí)消息等業(yè)務(wù)，不僅如此，它還能借助Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)撥號、Web呼叫、Web即時(shí)消息等服務(wù)，讓用戶充分感受到互聯(lián)網(wǎng)與IMS業(yè)務(wù)融合的完美新體驗(yàn)。

新一代核心網(wǎng)絡(luò)CM-IMS能夠基于PS域?yàn)橛脩籼峁┌捯舻母鞣N多媒體業(yè)務(wù)，CS域逐步退化為IMS的一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)[9]，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署以及VoLTE服務(wù)的逐步推出，CM-IMS即IMS核心網(wǎng)絡(luò)將出現(xiàn)新一輪的升級改造建設(shè)高潮，成為統(tǒng)一融合的核心網(wǎng)[10]。

（2）無線網(wǎng)及承載網(wǎng)升級改造

為滿足IPv6、VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量控制等功能需求，需升級改造IP專用承載網(wǎng)AR（Address Register，地址寄存器）、CE（Custom Edge，用戶邊緣路由）等設(shè)備支持IPv6功能，并開啟IP專網(wǎng)及CMNET網(wǎng)絡(luò)的QoS機(jī)制[11]。為了提升VoLTE話音體檢，降低開銷，需升級改造全網(wǎng)eNodeB支持eSRVCC測量及切換流程，頭壓縮（IPv4、IPv6）、SPS等無線增強(qiáng)功能，為支持2G→4G小區(qū)重選功能，需進(jìn)行2G無線網(wǎng)絡(luò)升級及參數(shù)配置。

（3）業(yè)務(wù)平臺及智能網(wǎng)升級改造

業(yè)務(wù)層面的部署需要考慮如何保障VoLTE用戶在2G/3G網(wǎng)絡(luò)以及LTE網(wǎng)絡(luò)下的基本語音、補(bǔ)充業(yè)務(wù)及增值業(yè)務(wù)體驗(yàn)的一致性問題[12]，解決方案是部署IM-SSF（IP Multimedia Service Switching Function，IP多媒體服務(wù)交換功能），升級現(xiàn)有業(yè)務(wù)平臺和智能網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)等在VoLTE下的繼承。

（4）2G/3G/4G三網(wǎng)融合改造

2G/3G/4G三網(wǎng)融合改造需要替換不支持三網(wǎng)融合的HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）設(shè)備，升級改造現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G融合HSS/HLR，從而確保4G用戶無需換卡換號即可使用VoLTE業(yè)務(wù)。另外，還需要對電路域軟交換設(shè)備MSC及分組域設(shè)備MME/SGSN（Gateway GPRS Support Node，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、SAE GW（System Architecture Evolution GateWay，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)網(wǎng)關(guān)）、GGSN/PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略與計(jì)費(fèi)執(zhí)行功能）等進(jìn)行升級改造，以實(shí)現(xiàn)VoLTE業(yè)務(wù)承載及互操作的需求。

（5）RCS功能應(yīng)用

RCS系統(tǒng)基于CM-IMS架構(gòu)，通過SIP（Session Initiation Protocol，會話啟動(dòng)協(xié)議）與CM-IMS核心網(wǎng)的S-CSCF進(jìn)行交互，并且將根據(jù)用戶需求的擴(kuò)展不斷演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)集語音、消息、視頻、內(nèi)容共享等多種通信方式及功能為一體的融合通信服務(wù)，為用戶提供豐富的通信體驗(yàn)。

此外，為了保證RCS業(yè)務(wù)的全球互通性以及給用戶以統(tǒng)一的感知，全球移動(dòng)通信協(xié)會（GSMA）提出了基于RCS-e的“Joyn”品牌。“Joyn”分為對終端的認(rèn)證和對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證，對于用戶而言，所有獲得“Joyn”品牌使用權(quán)的終端或運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)均具備和其他“Joyn”終端或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通的能力，通過這種方式，RCS可以在全球范圍內(nèi)快速獲得用戶的認(rèn)可，并可保證用戶所能使用的業(yè)務(wù)是一致的[13]。因此，RCS是一種面向未來通信的全方位溝通服務(wù)，在優(yōu)化用戶體驗(yàn)的同時(shí)推動(dòng)著通信產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，成為未來通信發(fā)展不可缺少的驅(qū)動(dòng)力。

4 結(jié)束語

本文從VoLTE架構(gòu)體系、VoLTE解決方案等各方面進(jìn)行了分析，相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，VoLTE引入了新的架構(gòu)體系，并對原有核心業(yè)務(wù)層面進(jìn)行了升級。為了保證各個(gè)領(lǐng)域的互聯(lián)互通，原有核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺等必須進(jìn)行升級改造以滿足VoLTE對網(wǎng)絡(luò)的需求，而VoLTE解決方案中也同樣引入了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)沒有的新技術(shù)，使用戶享受到更加優(yōu)質(zhì)的語音和視頻業(yè)務(wù)。事實(shí)證明，VoLTE語音解決方案不僅是可行的，而且將給用戶帶來基于LTE網(wǎng)絡(luò)的高速移動(dòng)性的語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)。在不久的將來，無論是運(yùn)營商、終端用戶還是設(shè)備制造廠商，都將逐步過渡到一個(gè)純LTE的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李進(jìn)良. 我國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)向LTE-A協(xié)同演進(jìn)的分析與主張[J]. 移動(dòng)通信， 2015，39（3）： 12-16.

[2] 夏曉威，周雄. LTE語音業(yè)務(wù)解決方案[J]. 中國新通信， 2014（17）： 88-89.

[3] 周瑩，唐克，胡祎. IMS網(wǎng)絡(luò)在VoLTE階段的發(fā)展及部署研究[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2015（9）： 59-64.

[4] 楊紅梅，胡泊. VoLTE關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)， 2013（2）： 57-60.

[5] 于艷麗，張艷. VoLTE的核心網(wǎng)解決方案[J]. 電腦與電信， 2014（6）： 55-57.

[6] 鄭巍，馬磊. LTE時(shí)代語音解決方案探討[J]. 信息通信， 2014（1）： 239-240.

[7] 童恩，邵建. VoLTE關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用及現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究[J]. 移動(dòng)通信， 2014，38（17）： 46-50.

[8] 買望，董原，孫向前. LTE語音解決方案比較及分析[J]. 現(xiàn)代電信科技， 2013（10）： 56-59.

[9] 張永明. IMS組網(wǎng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)融合探討[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2011（1）： 66-69.

[10] 朱軍. 基于IMS的VoLTE解決方案研究[J]. 電信技術(shù)， 2014（7）： 28-32.

[11] 李寶巖，于富東. VoLTE的部署對核心網(wǎng)改造需求的研究[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)， 2014（8）： 22-26.

[12] 劉國平，尼松濤，尹翔宇. VoLTE語音業(yè)務(wù)部署方案探討[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2015（9）： 47-52.

[13] 李勇輝，呂光旭，符剛，等. 電信運(yùn)營商RCS部署建議[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)， 2013（4）： 1-5.