“VoLTE”的理論研究

趙鑫+劉松倫

【摘要】 隨著網絡數據時代的來臨與發展，VoLTE（移動語音技術）也隨著相關技術的不斷進步而進步著。VoLTE開啟了向移動寬帶語音的演進之路，是移動4G語音解決的終極方案。本文針對VoLTE的一些主要理論知識進行闡述和分析。

【關鍵詞】 VoLTE理論 IMS

一、引言

VoLTE（Voice…over…Long…Term…Evolution，長期演進上的語音），它是一種IP數據傳輸技術，無需2G/3G網，全部業務承載于4G網絡上，可實現數據與語音業務在同一網絡下的統一。4G網絡下不僅僅提供高速率的數據業務，同時還提供高質量的音視頻通話，后者便需要VoLTE技術來實現。

二、VoLTE基本概念

VoLTE是3GPP標準定義的基于IMS網絡（IP…Multimedia…Subsystem，IP多媒體子系統）的LTE語音解決方案，即在LTE覆蓋區域內提供基于IP的高清晰語音業務。標準引入IMS網絡后，由IMS配合LTE和EPC網絡實現端到端的基于分組域的語音、視頻通信業務。VoLTE是通過LTE網絡作為業務接入，IMS網絡實現業務接入控制的語音解決方案。通過IMS系統控制，VoLTE解決方案可以提供和電路域性能相當的語音業務及其補充業務，包括號碼顯示、呼叫轉移、呼叫等待、會議電話等。在支持高清語音、高清視頻等通信業務的同時可實現與現網2G、3G的語音互通繼承2G、3G業務。在業務接入上，LTE網絡是全IP網絡，沒有CS域，數據業務和語音多媒體業務都承載在LTE上；在業務控制上，EPC網絡不具備語音和多媒體業務的呼叫控制功能，需要通過IMS網絡提供業務控制功能；在業務切換上，在LTE全覆蓋之前，需要通過eSRVCC技術實現LTE與CS之間的語音業務連續性。

三、VoLTE業務特征

a）高清語音：采用AMR-WB編解碼，相比于現網AMR-NB編解碼頻譜范圍更寬；話音更自然、舒適、更有現場感，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），目標實現分辨率720P、幀率30fps的高質量視頻通話體驗。c）語音業務連續：引入了eSRVCC技術，VoLTE用戶通話過程中移動出LTE覆蓋時，需要通過EPC、IMS和CS域協同，將語音切換到CS域。d）RCS等富媒體業務：可實現增強型通訊錄、即時消息、群組聊天、文件傳輸、內容共享等特性化業務。因此，VoLTE相較2G、3G等傳統語音通話具有許多優勢，如編解碼使語音質量能提高40%左右；為用戶帶來更低的接入時延，比3G下降50%（大概在2秒左右），而2G時代在6-7秒；2G、3G下的掉線率時有發生，但VoLTE的掉線率接近于零；對于語音業務，LTE的頻譜利用效率遠遠優于傳統制式，達到GSM的4倍以上、R99的3倍以上；視頻通話分辨率質量提升明顯；VoLTE與RCS的無縫集成可以帶來更豐富的業務等等。

四、VoLTE網絡結構

基于IMS系統的VoLTE業務環境復雜、涉及眾多網元的配合，需要全面考慮LTE網絡、IMS系統以及PCC（Personal…Code…Calling，個人代碼呼叫）等設備的部署和搭建。其核心思想是采用IMS作為業務控制層系統，提供呼叫管理等功能，由EPS（Evolved…Packet…System，演進分組系統）提供承載，VoLTE用戶通過LTE網絡接入IMS網絡進行注冊，而后IMS網絡為用戶分配IP地址，以達到在LTE網絡上通話即VoLTE的目的。核心網全面部署能夠提供CSCF（Call…Session…Control…Function，呼叫會話控制功能）等以及HSS、MMTel…AS和IP-SM-GW（IP…Server…Message…GateWay，IP業務消息網關）等互通功能的IMS系統，接入與承載網引入能夠提供承載通道和QoS控制能力的LTE設備S/P-GW、MME等，再加上EPS網絡的配合，語音、視頻、數據以及電話會議、呼叫轉移、來電顯示等各種業務便可在全IP的…網絡基礎上得以實現。VoLTE業務的典型系統架構如圖所示。

五、VoLTE關鍵技術

1、IP包頭壓縮（RoHC）。由于相鄰節點之間，同一數據流連續分組報文頭中存在一些不變的冗余信息頭和一些有變化規律的動態信息頭，即壓縮中的靜態域和動態域。為了節省空口的帶寬資源，可以在數據流開始傳遞時發送完整報文頭部信息，后續數據包信頭中只傳遞報文頭部中變化的部分和相對于同一個流的關聯標識符，達到縮小數據頭的字節數，從而有效利用無線帶寬資源?！璕OHC（Radio…Overhead…Compression）主要功能是將核心網和UE之間的數據報文的報文頭，如IP頭、UDP頭、RTP頭進行壓縮后，再進行傳輸，達到節省空口帶寬資源的作用。壓縮后，頭開銷降為4-6byte，并同時支持IPv4與IPv6，提高傳輸效率，增加一個小區承載的VoLTE用戶數，以及提升VoLTE覆蓋。2、半靜態調度（SPS）。對于VoIP類型的業務，其數據包大小比較固定，到達時間間隔滿足一定規律的實時性業務（典型的話音業務周期一般是20ms），針對這種特性，LTE系統引入了半靜態調度技術（Semi-Persistent…Scheduling）。SPS是在指定子幀上按照預先分配的資源進行新傳，但重傳時為了降低時延，仍然采用動態調度的方式。系統資源（包括上行和下行）是通過PDCCH分配的，UE通過保存相應的資源分配，而后就可以周期性重復使用相同的時頻資源。不需要在每個TTI都為UE下發DCI（包括上行或下行的），從而降低了對應的PDCCH…CCE資源開銷，有效提升了系統效率及容量?！璙oIP業務采用SPS技術，可以有效的節省CCE資源，提高小區的VoIP用戶容量。3、子幀捆綁TTIB。TTI…Bundling是用于提高用戶在小區邊緣覆蓋的一種方法。當TTI…Bundling使能時，上行調度DCI0一次授權后，在連續的4個上行子幀上傳輸同一傳輸塊，且僅在第四次傳輸后有對應的PHICH反饋，重傳也是4個連續上行TTI發射的一種調度方法，可以充分利用4個上行子幀發送的數據進行數據合并，通過合并增益提升數據可靠性。由于僅在第四次傳輸后有對應的PHICH反饋，所以此時反饋的為底層合并后數據的接收效果，從而大大提高的數據的可靠性。TTIB只適用于上行，通常在遠點低…SINR下被激活，TTI…捆綁對TDD僅僅適用于上下行配比為0、1、6的情況。對于上下行1：3配置協議明確不適用TTIbundling技術做補償增益。VoIP業務采用TTIB技術，可以有效地提高小區的覆蓋半徑，對于邊緣用戶上行會有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語音業務連續性方案，主要是為了解決當單射頻UE在LTE/Pre-LTE網絡和2G/3G…CS網絡之間移動時如何保證語音呼叫連續性的問題，即保證單射頻UE在IMS控制的VoIP語音和CS域語音之間的平滑切換。而eSRVCC方案相對于SRVCC方案的增強在于減少了切換時長（切換時長小于300ms），使用戶獲得更好的通話體驗。5、域選與錨定。域選是指VoLTE用戶手機既可以在電路域使用語音業務，也可在IMS域（LTE承載）使用語音業務，且使用同樣的碼號，因此存在“被叫連續網絡選擇”的問題，即網絡如何識別用戶當前的駐留網絡，接續到該用戶。錨定是指將呼叫從CS域網絡路由到IMS網絡進行業務處理的過程。在以下兩種場景中，與LTE用戶相關的呼叫請求需要通過錨定功能路由到IMS網絡：LTE用戶通過CS網絡接入并且簽約了IMS網絡業務、LTE用戶作為被叫用戶通過LTE網絡接入并且主叫用戶為CS網絡用戶。

六、結束語

VoLTE技術可提供更快的連接速度和更高的通話質量，且VoLTE是純IP化的語音解決方案，語音業務不再影響用戶數據業務的使用，用戶通過VoLTE進行高清視頻通話的同時還能在線瀏覽網頁、查看郵件等，從目前技術發展趨勢來看，VoLTE是未來網絡業務轉型的關鍵一步。同時，隨著頻譜資源的逐漸緊張，天面資源的日趨困難，VoLTE技術也是帶動網絡演進的重要一環，LTE網絡有了語音承載，勢必推動著2G、3G網絡騰退頻譜、讓出空間資源、推進節能減排，逐步退出歷史舞臺的步伐，推動著通信的浪潮繼續向前發展。

參 考 文 獻

[1]…江林華.…LTE…語音業務及…VoLTE…技術詳解.…電子工業出版社.

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

[3]…劉國平，尼松濤，尹翔宇.…VoLTE語音業務部署方案探討.…郵電設計技術，…2015（9）：…47-52.endprint