4G+高清語音VoLTE

溫婧芙

摘 要：中國移動把VoLTE推廣名稱定為“4G+高清語音”，它指出VoLTE是建立在4G基礎(chǔ)上的，VoLTE與普通語音業(yè)務(wù)的差異主要體現(xiàn)在“高清”2個字上。實際上，VoLTE不僅能提供更好的語音質(zhì)量，相對于原有的視頻呼叫方式，也能提供更好的視頻質(zhì)量。VoLTE是一種基于4G網(wǎng)絡(luò)為移動用戶提供語音業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式。它相對于CS語音的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在語音質(zhì)量上，這得益于4G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬特點；其優(yōu)勢還體現(xiàn)在接續(xù)時延短，這得益于以下3點，即4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，無線側(cè)保留eNodeB一種節(jié)點，SGW/PGW優(yōu)選合設(shè)網(wǎng)元，縮短數(shù)據(jù)傳送路徑。VoLTE相對于OTT語音的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在服務(wù)質(zhì)量上，得益于4G網(wǎng)絡(luò)的QoS控制能力和PCC架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：VoLTE；4G優(yōu)勢；語音業(yè)務(wù)；數(shù)據(jù)傳輸

中圖分類號：TN929.53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.015

1 VoLTE的概念

從字面理解，VoLTE是Voice over LTE的縮寫，Voice即語音業(yè)務(wù)，就是我們通常說的“打電話”；LTE即為我們熟知的4G網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，就是我們通常說的“上網(wǎng)”。由此可知，VoLTE是一種基于4G網(wǎng)絡(luò)為移動用戶提供語音業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式，本質(zhì)是VoIP。

從產(chǎn)品定位理解，中國移動把VoLTE推廣名稱定為“4G+高清語音”，明確指出VoLTE是建立在4G基礎(chǔ)上的，而VoLTE與普通語音業(yè)務(wù)的差異主要體現(xiàn)在“高清”2個字上。實際上，VoLTE不僅能提供更好的語音質(zhì)量，相對于原有視頻呼叫方式，也能提供更好的視頻質(zhì)量。

在VoLTE出現(xiàn)之前，運(yùn)營商的主要業(yè)務(wù)是語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。無論語音業(yè)務(wù)還是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，都需要建立相應(yīng)的通道傳送數(shù)據(jù)，我們將其稱之為承載控制。語音業(yè)務(wù)建立的是通話雙方或多方之間的語音通道，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立的是用戶與關(guān)口之間的數(shù)據(jù)通道。同時，網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行用戶的移動性管理，即用戶有需求時可接入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)有需求時可找到用戶，用戶在移動時能保持通信，這樣用戶才可以“移動”起來。對于語音業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)不只要建立通道，還需要進(jìn)行業(yè)務(wù)控制，比如呼叫限制、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持等。

VoLTE是一種基于4G網(wǎng)絡(luò)為移動用戶提供語音業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式，本質(zhì)是VoIP和VoIMS。VoLTE相對SVLTE和CSFB更有優(yōu)勢，它給用戶帶來的是更好的業(yè)務(wù)體驗，給運(yùn)營商帶來的是更低的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本和更高的頻段資源利用率，運(yùn)營商可通過2G/3G頻段重整（Re-farming）帶來更好的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，反過來，又給用戶帶來更好的業(yè)務(wù)體驗。

2 VoLTE的優(yōu)勢

2.1 語音質(zhì)量

VoLTE相對于CS語音的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在語音質(zhì)量上，這得益于4G網(wǎng)絡(luò)高帶寬的特點。VoLTE有條件采用更好的語音編解碼方式AMR-WB，而CS語音目前采用的編解碼方式是AMR-NB。WB即寬帶，而NB即窄帶，顧名思義，AMR-WB是一種更適合在寬帶環(huán)境采用的編解碼方式。由此可以看出，VoLTE實際是通過投入更多的網(wǎng)絡(luò)資源來提升語音質(zhì)量的。

下面簡單解釋下“編解碼”。聲音是通過聲波的形式傳播的，一個人發(fā)出聲音就是產(chǎn)生了聲波，然后另一個人接收到聲波再經(jīng)過神經(jīng)傳遞就感覺聽到了聲音，如果聲波不能直接通過空氣傳播，也可以通過別的方式傳播。例如，用一根線串起的2個杯子，聲波在一側(cè)轉(zhuǎn)化為線的振動，再另一側(cè)再轉(zhuǎn)換回聲波。這種轉(zhuǎn)換和傳播方式顯然受限于媒質(zhì)，對于相隔比較遠(yuǎn)的2個人，需要依靠通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)聲音的傳播。與這里所述的轉(zhuǎn)換和傳送方式不同，通信網(wǎng)絡(luò)里傳送的是0和1組成的數(shù)字信號，發(fā)送方將聲波感應(yīng)產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)過抽樣、量化和編碼變成數(shù)字信號，傳送到接收方后再將數(shù)字信號還原為聲波，這種轉(zhuǎn)換過程我們稱之為“編解碼”。編碼轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息越豐富，解碼轉(zhuǎn)換后還原的聲音就越接近原來的聲音。這樣，網(wǎng)絡(luò)需要傳送更多的數(shù)字信息，需要更高的帶寬。AMR-NB典型速率為12.2 Kbps，AMR-WB典型速率為23.85 Kbps。

從另外一個角度來觀察，通過網(wǎng)絡(luò)在線觀看視頻，標(biāo)清、高清、超清的清晰度逐步提高，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也相應(yīng)提高。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不佳時，程序就會提示降低清晰度，否則就會出現(xiàn)卡頓的情況。AMR-WB的頻率范圍是50～7 000 Hz，16 kHz采樣；AMR-NB的頻率范圍是300～3 400 Hz，8 kHz采樣。而人類發(fā)聲的頻率范圍是85～1 100 Hz，很明顯，人類發(fā)聲的頻率范圍的低頻部分超出了AMR-NB覆蓋的頻率范圍，完全在AMR-WB覆蓋的頻率范圍內(nèi)。這會造成什么影響呢？

如果采用AMR-NB，人發(fā)出的聲音通過網(wǎng)絡(luò)傳送給對方之前，聲音中的低頻成分在發(fā)送端就已經(jīng)丟失了，對方自然也無法還原出這部分聲音。從對方感知來說，就是聽到的聲音會顯得比較單薄。如果發(fā)聲人希望通過電話向?qū)Ψ椒窒硪皇椎鸵糌S富的舞曲，對方可能是無法感同身受。相反，AMR-WB與AMR-NB相比，能保留更多的聲音頻率成分，對方感覺更“保真”。相同的概念也適用于視頻呼叫，3G的視頻呼叫受限于網(wǎng)絡(luò)資源，只能提供分辨率為176×144、幀率為15 fps的視頻質(zhì)量，而VoLTE的視頻呼叫分辨率建議至少為640×480（VGA）。目前，VoLTE可實現(xiàn)分辨率720 P，幀率30 fps。

另外，VoLTE不僅支持直接撥打視頻通話，還支持語音通話切換為視頻通話，或從視頻通話切換為語音通話。

2.2 接續(xù)時延

VoLTE相對于CS語音的優(yōu)勢還體現(xiàn)在接續(xù)時延短，這主要得益于以下3點，即：①4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，無線側(cè)保留eNodeB一種節(jié)點，SGW/PGW優(yōu)選合設(shè)網(wǎng)元，縮短數(shù)據(jù)傳送路徑；②4G承載“永久在線”，恢復(fù)數(shù)據(jù)通道時間短；③典型智能手機(jī)與網(wǎng)絡(luò)交互頻繁，用戶長期保持連接態(tài)，減少尋呼需求，縮短占用的時長。

2.3 服務(wù)質(zhì)量

VoLTE相對于OTT語音的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在服務(wù)質(zhì)量上，這得益于4G網(wǎng)絡(luò)的QoS控制能力和PCC架構(gòu)。OTT是“Over the Top”的縮寫，即互聯(lián)網(wǎng)公司在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之上提供的業(yè)務(wù)，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)成了純粹的管道，業(yè)務(wù)由互聯(lián)網(wǎng)公司提供和控制。VoLTE和OTT語音都是VoIP，對于4G網(wǎng)絡(luò)而言，它們傳送的都是IP包。IP包傳送的通道除了方向不同外，在服務(wù)質(zhì)量上也有差異。這主要取決于4G網(wǎng)絡(luò)的QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）控制功能。在實際工作中，工作人員可以通過QCI和ARP等參數(shù)控制數(shù)據(jù)通道的優(yōu)先級、時延、誤碼率等，將不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)放在不同的數(shù)據(jù)通道傳送，即實現(xiàn)了對不同業(yè)務(wù)提供差異化服務(wù)的可能。

在4G網(wǎng)絡(luò)里，我們將這些數(shù)據(jù)通道稱為承載。4G網(wǎng)絡(luò)通過參數(shù)QCI（QoS Class Identifier）定義了9個服務(wù)質(zhì)量等級，分為GBR（Guaranteed Bit Rate）和NON GBR兩類。其中，QCI 1-4為GBR，QCI 5-9為NON GBR。在4G網(wǎng)絡(luò)中，每個PDN連接都有一個默認(rèn)承載，默認(rèn)承載只在PDN連接斷開時才會被刪除。PDN連接內(nèi)默認(rèn)承載以外的承載都為專有承載，必須由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起建立。默認(rèn)承載必須為NON GRB類，專有承載可以是GBR也可以是NON GBR。

以中國移動為例，VoLTE用戶包含2個PDN連接，即CMNET和IMS。CMNET PDN連接默認(rèn)承載QCI=9，IMS PDN連接QCI=5.在建立呼叫時，IMS PDN連接會建立對應(yīng)的專有承載，如果是語音，則創(chuàng)建QCI=1專有承載；如果是視頻，則創(chuàng)建QCI=1和QCI=2專有承載?；ヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過CMNET PDN連接傳送，默認(rèn)使用QCI=9的數(shù)據(jù)通道，OTT語音屬于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，默認(rèn)也使用QCI=9的數(shù)據(jù)通道。OTT語音和其他互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，比如網(wǎng)頁瀏覽、文件下載和視頻播放等，是存在資源競爭關(guān)系的。

IP網(wǎng)的特征是“盡力而為”（Best-Effort）。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源充足時，OTT語音的服務(wù)質(zhì)量是可以得到保證的；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源不足時，就可能會出現(xiàn)丟包多、時延大、誤碼率高等情況。無論是OTT語音，還是其他互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，都會受到影響，出現(xiàn)用戶無法接通電話或語音質(zhì)量劣化的情況。相應(yīng)的，VoLTE呼叫需要傳送SIP信令和SIP媒體數(shù)據(jù)，它們是通過IMS PDN連接傳送的。SIP信令使用的是QCI=5的數(shù)據(jù)通道，保證高優(yōu)先級和低誤碼率，而SIP語音數(shù)據(jù)使用的是QCI=1的數(shù)據(jù)通道，SIP視頻數(shù)據(jù)使用的是QCI=2的數(shù)據(jù)通道，主要保證低時延。QCI=1和QCI=2是保證帶寬（GBR）的通道，QCI=1、QCI=2、QCI=5優(yōu)先級都比QCI=9高。也就是說，網(wǎng)絡(luò)會保證VoLTE用戶優(yōu)先使用網(wǎng)絡(luò)資源，VoLTE數(shù)據(jù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。

2.4 用戶習(xí)慣

VoLTE與OTT語音相比，其優(yōu)勢還體現(xiàn)在用戶習(xí)慣上。VoLTE和CS語音在使用方式上并沒有什么太大的不同，用戶通過通訊錄或撥號盤發(fā)起呼叫，不需要額外安裝應(yīng)用（APP），只是增加了視頻呼叫的選擇。因此，我們將VoLTE這樣的應(yīng)用稱為“原生”應(yīng)用。相反，大部分OTT語音需要安裝相應(yīng)的應(yīng)用才可以使用，比如用SKYPE就需要安裝SKYPE，用QQ語音就得安裝QQ。VoLTE可以聯(lián)系的對象也與CS語音一樣，無論對方是不是VoLTE用戶，聯(lián)系號碼和原來一樣，而OTT語音往往局限于某一應(yīng)用的用戶群內(nèi)部。

參考文獻(xiàn)

[1]陳圣玉，張建強(qiáng).4G網(wǎng)絡(luò)語音方案及部署的關(guān)鍵要求[J].電信快報，2015（08）.

[2]苑婷婷.LTE系統(tǒng)語音業(yè)務(wù)質(zhì)量評估與性能優(yōu)化[D].北京：北京理工大學(xué)，2015.

[3]李磊，阮小芳.LTE系統(tǒng)中VoIP語音業(yè)務(wù)容量淺析[G]//虛擬運(yùn)營與云計算——第十八屆全國青年通信學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）.北京：中國通信學(xué)會，2013.

〔編輯：白潔〕