VoLTE業(yè)務(wù)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案的研究與分析

1、VoLTE業(yè)務(wù)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案的研究與分析來(lái)源：2013-06-05字體：大中小摘要：話(huà)音業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信網(wǎng)為用戶(hù)提供的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)之一。在LTE時(shí)代，有多種承接2G/3G話(huà)音業(yè)務(wù)白勺方案,VoLTE是未來(lái)的主流方案。本文研究了VoLTE解決方案，并結(jié)合3GPP標(biāo)準(zhǔn)梳理了VoLTE網(wǎng)元架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程，分析了VoLTE方案如何保證業(yè)務(wù)連續(xù)性的問(wèn)題，研究了VoLTE中的QoS保障關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)際商用VoLTE的網(wǎng)絡(luò)和終端的要求，以期給運(yùn)營(yíng)商的VoLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)開(kāi)展提供一定的參考。關(guān)鍵詞：VoLTE,IMS,SRVCCQoS1引言當(dāng)前，LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與業(yè)務(wù)開(kāi)展正在全球范圍內(nèi)如火如荼地進(jìn)行。截至2012

2、年11月，全球已經(jīng)有105個(gè)國(guó)家的電信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行了360個(gè)LTE商用網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，其中，113個(gè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)投入商用。預(yù)計(jì)到2013年底，LTE用戶(hù)數(shù)量可以突破2億，發(fā)展勢(shì)頭迅猛1。LTE網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率高，在20MHz的帶寬內(nèi)，可以提供下行最大100Mbit/s,上行最大50Mbit/s的峰值速率。在接入網(wǎng)方面，LTE采用了正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing,OFDM)多輸入多輸出(multiple-inputmultiple-output,MIMO)、自適應(yīng)調(diào)制編碼(adaptivemodulationandcoding,AMC殍無(wú)線(xiàn)空

3、口技術(shù)2。在核心網(wǎng)方面，LTE完全放棄了2G/3G網(wǎng)絡(luò)的電路域(circuitswitch,CS),采用純粹的交換域(packetswitch,PS)來(lái)提供各種業(yè)務(wù)。話(huà)音業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信網(wǎng)為用戶(hù)提供的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)之一,也是運(yùn)營(yíng)商最重要的業(yè)務(wù)收入來(lái)源之一。在2G/3G網(wǎng)絡(luò)，話(huà)音業(yè)務(wù)由核心網(wǎng)電路域(CS)提供支持。由于LTE只有交換域而沒(méi)有電路域，因此在LTE時(shí)代如何順利實(shí)現(xiàn)對(duì)話(huà)音業(yè)務(wù)的承接，成為一個(gè)重要的研究課題。本文首先分析了LTE時(shí)代的多種話(huà)音業(yè)務(wù)方案，通過(guò)比較各種方案的特點(diǎn)，指出VoLTE(voiceoverLTE)是未來(lái)的主流方案，并給出了VoLTE的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法和業(yè)務(wù)流程。針對(duì)VoLTE網(wǎng)絡(luò)

4、建設(shè)和業(yè)務(wù)部署的難點(diǎn)問(wèn)題，本文梳理了解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)方案。2 LTE話(huà)音解決方案順利承接話(huà)音業(yè)務(wù)是LTE網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。圍繞LTE時(shí)代的話(huà)音業(yè)務(wù)，業(yè)界提出了多種解決方案3，可供商用選擇。 SVLTE(simultaneousvoiceandLTE)方案，在這種方案中，終端同時(shí)駐留在2G/3G和LTE網(wǎng)絡(luò)中。傳統(tǒng)的電路域提供話(huà)音業(yè)務(wù)，LTE網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)和話(huà)音同時(shí)并發(fā)。 CSFB(circuitswitchfallback)方案4,在這種方案中，LTE只提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當(dāng)用戶(hù)發(fā)起或接受話(huà)音業(yè)務(wù)時(shí)，回落到原有網(wǎng)絡(luò)，如GSM/UMTS/cdma20001x。 VoLTE方案，在這種方

5、案中，話(huà)音業(yè)務(wù)由LTE數(shù)據(jù)域提供支持，LTE通過(guò)IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)提供基于IP數(shù)據(jù)分組的話(huà)音業(yè)務(wù)。以上3種話(huà)音解決方案在承載方式、網(wǎng)絡(luò)要求、終端要求、網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求、并發(fā)需求、時(shí)延等方面各有不同，歸納總結(jié)見(jiàn)表1。話(huà)音業(yè)務(wù)。使用電路域資源提供話(huà)音業(yè)務(wù)的方案一般應(yīng)用在LTE部署初期、LTE用戶(hù)數(shù)量較少的情況下，只能作為一種過(guò)渡方案。相對(duì)于電路域方案來(lái)說(shuō)，使用LTEIMS提供VoLTE話(huà)音業(yè)務(wù)有以下兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一方面，LTE具有很高的頻譜利用率；另一方面，LTEIMS能提供更好的用戶(hù)體驗(yàn)，話(huà)音清晰、時(shí)延短，并且可以融合視頻多媒體等多種業(yè)務(wù)。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的加速到來(lái)和IMS的部署，VoLTE將成為

6、主流的話(huà)音解決方案。2012年8月8日，韓國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商SK電訊、LGU+宣布商用VoLTE,成為全球首批商用VoLTE業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商。SK電訊的VoLTE采用高質(zhì)量話(huà)音（HDvoice）技術(shù)，并將在未來(lái)提供更多的富通信業(yè)務(wù)（RCS）。此外，MetroPCS也在2012年8月通過(guò)LG智能推出了VoLTE服務(wù)；美國(guó)VerizonWireless也擬在未來(lái)提供VoLTE業(yè)務(wù)，并聲稱(chēng)2014年VoLTE將成為其唯一的話(huà)音服務(wù)技術(shù)。3 VoLTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案隨著IMS和VoIP業(yè)務(wù)的部署，通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)域部署話(huà)音業(yè)務(wù)成為一個(gè)引發(fā)業(yè)界關(guān)注的方式。2009年11月，“OneVoice”聯(lián)盟（由幾個(gè)主要的

7、運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商組成）發(fā)布了與3GpM準(zhǔn)兼容的基于IMS的話(huà)音業(yè)務(wù)框架?；贠neVoice,GSMAB2010年2月發(fā)布了LTE數(shù)據(jù)域話(huà)音業(yè)務(wù)方案，即VoLTE方案5。該方案基于IMS,提供全I(xiàn)P化的話(huà)音服務(wù)。VoLTE采用了寬帶AMR舌音編碼（W-AMR械術(shù)，音頻范圍可覆蓋507000Hz,能實(shí)現(xiàn)更豐富、更自然的高清話(huà)音通話(huà)。3.1 VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案。VoLTE方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。其中，PCRF(policycontrolrulefunction)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)策略控制功能，P/I/S-CSCF(callsessioncontrolfunction)實(shí)現(xiàn)IMS呼叫會(huì)話(huà)控制功能，P-

8、CSCF負(fù)責(zé)接收請(qǐng)求并向后傳遞，I-CSCF負(fù)責(zé)接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的任彳S指向寄存器的連接，S-CSCF負(fù)責(zé)處理注冊(cè)、路由、維持承載、向HSS下載用戶(hù)信息和服務(wù)配置。3.2 VoLTE業(yè)務(wù)流程VoLTE業(yè)務(wù)遵循IMS的話(huà)音業(yè)務(wù)流程6,包含漫游和非漫游場(chǎng)景下的起呼、被叫等。端到端的VoLTE呼叫流程如圖2所示。表13種話(huà)音解決方案比較SVLTECSFBVoLTE話(huà)音承載方式2G/3G電路域2G/3G電路域LTE數(shù)據(jù)域網(wǎng)絡(luò)要求無(wú)網(wǎng)絡(luò)改造要求對(duì)網(wǎng)元和接口有要求基于IMS提供業(yè)務(wù)終端要求網(wǎng)絡(luò)覆蓋雙收雙發(fā)；電池消耗大無(wú)需LTE全覆蓋無(wú)需雙收雙發(fā)；電池消耗較小無(wú)需LTE全覆蓋無(wú)需雙收雙發(fā)；終端支持IP的Vo

9、IP目前需要LTE良好覆蓋S要求話(huà)音/數(shù)據(jù)并發(fā)話(huà)音建立時(shí)延運(yùn)營(yíng)商應(yīng)可話(huà)音/數(shù)據(jù)并發(fā)與電路域相同Verizon等CDMA對(duì)1xCSFB方案，在雙收雙發(fā)時(shí)才可實(shí)現(xiàn)話(huà)音/數(shù)據(jù)并發(fā)稍遜于電路域時(shí)延可話(huà)音/數(shù)據(jù)并發(fā)比電路域更快LGU+>SK電訊、MetroPC用AT&TNTTDoCoMoSK電訊S等在圖2中，VoIP話(huà)音業(yè)務(wù)流程主要分為L(zhǎng)TE終端開(kāi)機(jī)、VoLTE呼叫建立、VoLTE呼叫釋放3個(gè)過(guò)程。首先通過(guò)UE與eNodeB的無(wú)線(xiàn)連接建立、EPC冊(cè)/缺省承載建立/VoLTE支持發(fā)現(xiàn)，完成IMS的注冊(cè)及用戶(hù)鑒權(quán)。然后建立UE與AS間的IMSVoIP會(huì)話(huà)，建立EPS專(zhuān)用承載，并開(kāi)始VoIP話(huà)音

10、會(huì)話(huà)。最后在呼叫結(jié)束后，進(jìn)行IMSVoIP會(huì)話(huà)和專(zhuān)用承載的釋放。4 VoLTE關(guān)鍵技術(shù)盡管VoLTE的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及業(yè)務(wù)流程非常清晰，但在實(shí)際的VoLTE建設(shè)和業(yè)務(wù)部署中，仍然存在很多困難和挑戰(zhàn)。例如，LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的覆蓋連續(xù)性問(wèn)題、VoLTE話(huà)音質(zhì)量保障、支持VoLTE的終端不足等。本文梳理了以下幾個(gè)關(guān)鍵因素，力求尋找面對(duì)挑戰(zhàn)以及克服困難的方法，提高VoLTE業(yè)務(wù)的用戶(hù)體驗(yàn)，加快VoLTE業(yè)務(wù)的開(kāi)展。4.1 VoLTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)互操作在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期多采用階段性的覆蓋方式。在LTE未覆蓋的區(qū)域，需要由原有網(wǎng)絡(luò)提供話(huà)音業(yè)務(wù)來(lái)保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。3GPPftR8版本制定了SRV

11、CC(singleradiovoicecallcontinuity)方案口,在LTE覆蓋的邊緣區(qū)域，將LTE上的VoIP呼叫切換到1x的CS域上。圖1VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)U1：eNcdr BMMEFCRFCSCFASKSS建也肥曦連接EPS 市 Bl'靖W就t¥(»LT氐工新世理-yf .X J MSVotP春語(yǔ)L -Effi t N ikm.Ik.VMP 儒 ftIMS VdPAftfl對(duì)話(huà)SA-t.tW。州必1三- 環(huán)叫稼膿<1 JlTh 開(kāi)機(jī)12 iVvl ILf叫建H圖2VoIP話(huà)音業(yè)務(wù)流程在SRVCg案中，呼叫始終錨定在IMS上，電路域連接被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的

12、IMS會(huì)話(huà)，電路域承載被當(dāng)作IMS的媒介資源。因此，IMS可以提供連續(xù)服務(wù)，而不管其接入網(wǎng)的類(lèi)型。這個(gè)概念被稱(chēng)作IMS集中式服務(wù)(IMScentralizedservice,ICS)。在CDM胭絡(luò)中通過(guò)SRVCC；現(xiàn)話(huà)音業(yè)務(wù)的互操作，需要新建網(wǎng)元1xCSIWS以及S102接口，如圖3所示。在lxRTTMSC看來(lái)，1xCSIWS是一個(gè)BSC該“BSC的空中接口實(shí)際上是E-UTRAN這樣使得E-UTRAMiJ1xRTT的切換在1xRTTMSC1來(lái)是一個(gè)跨BSC的切換。UE和1xRTTMSC之間的信令通過(guò)EPS信令連接、S102隧道傳送。該隧道使得UE同時(shí)和EPS的核心網(wǎng)以及1xRTT的核心網(wǎng)保持聯(lián)

13、系。即UE可以從E-UTRAN1xRTTMSCS行預(yù)注冊(cè)和呼叫的預(yù)建立，從而使得LTE到1xRTT的切換速度大大加快。SRVCg案目前尚未完全成熟，在SRVCCS全成熟以后，VoLTE可以利用原有2G/3G網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)連續(xù)性支持，在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞的地方提供業(yè)務(wù)連續(xù)性支持。4.2 QoS保障技術(shù)為了在LTE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)域上提供具有與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相似甚至更好的用戶(hù)體驗(yàn)的話(huà)音業(yè)務(wù),需要由LTE網(wǎng)絡(luò)提供良好的QoS保障。首先，LTE網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)之初就考慮到為不同的業(yè)務(wù)提供不同的服務(wù)質(zhì)量，通過(guò)對(duì)E2E承載，配置不同的QoS參數(shù)來(lái)區(qū)分業(yè)務(wù)等級(jí)。LTE為每一個(gè)承載都對(duì)應(yīng)一個(gè)QoS類(lèi)別標(biāo)識(shí)（QCI）,見(jiàn)表2。其中

14、，QC=1的承載，用戶(hù)時(shí)延為務(wù)：QC=5的承載，優(yōu)先級(jí)最高，時(shí)延100ms,分組丟失率為0.01,可以用來(lái)提供話(huà)音服P信令。3GP葉白Q QoS保障機(jī)制，是LTE網(wǎng)絡(luò)中提供話(huà)音服務(wù)的重要基礎(chǔ)。100ms,分組丟失率為0.000001,可以用來(lái)傳輸SI圖3SRVCg案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)表23GPPB定的QCIQCI資源類(lèi)型級(jí)時(shí)延率典型業(yè)務(wù)說(shuō)明1GBR2100ms10-2話(huà)音會(huì)話(huà)VoLTE話(huà)音媒體流2GBR4150ms10-3會(huì)話(huà)視頻（實(shí)時(shí)流）3GBR350ms10-3實(shí)時(shí)游戲4GBR5300ms10-6非會(huì)話(huà)視頻（緩存流）5NGBR1100ms10-6IMS信令VoLTESIP信令6NGBR6300ms1

15、0-6視頻（緩存流）7NGBR7100ms10-3互動(dòng)游戲8NGBR8300ms10-6視頻（緩存流）（如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、郵件、期慶、FTP等）9NGBR9300ms10-6另外，為了保障VoIP業(yè)務(wù)的QoS指標(biāo)，LTE還引入了一些優(yōu)化手段，包括以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。半靜態(tài)調(diào)度：每隔固定的周期在相同的時(shí)頻資源位置上進(jìn)行該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。使用半靜態(tài)調(diào)度傳輸，可以充分利用話(huà)音數(shù)據(jù)分組周期性到達(dá)的特點(diǎn)，降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)并減少時(shí)延，提高QoSTTI綁定：對(duì)于上行的連續(xù)TTI進(jìn)行綁定，分配給同一用戶(hù)，在這些TTI上發(fā)送相同數(shù)據(jù)塊的不同冗余版本，接收機(jī)進(jìn)行合并。TTI綁定可以提高邊緣用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量。ROHCE縮：

16、LTE系統(tǒng)中規(guī)定，PDCPF層支持由IETF定義的頑健性報(bào)頭壓縮ROHC(robustheadercompression)協(xié)議對(duì)IP/UDP/RTP進(jìn)行報(bào)頭壓縮，這樣可以有效地提高信道利用效率。4.3網(wǎng)絡(luò)與終端要求VoLTE的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)部署對(duì)網(wǎng)絡(luò)和終端提出了一系列的要求。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面：要求新增IMS相關(guān)網(wǎng)元，包括IMS核心網(wǎng)、HSSMGCF/MGW(體服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器。并要求IMS連通與LTE網(wǎng)絡(luò)PGWPCRFMME勺接口。在與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互通方面，也要求與2G/3G/PSTN進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的互通。終端方面：主要的形態(tài)包括軟終端的話(huà)音業(yè)務(wù)，即“LTE數(shù)據(jù)卡+軟終端+電腦”方式、硬終端“LTECPE固定話(huà)機(jī)”方式以及支持iOS、Android等操作系統(tǒng)為代表的智能。以智能為例，要求支持SIP協(xié)議棧、安裝VoLTE客戶(hù)端、支持QCI=1專(zhuān)用承載和所需編解碼方式等。要求VoLTE提供AMR-WB嗡清話(huà)音編解碼，支持VoLTESMSRCS?多媒體通信的無(wú)縫集成，以期提供更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。以實(shí)際VoLTE商用案例來(lái)看，部分開(kāi)展了該業(yè)務(wù)的國(guó)