VOLTE關(guān)鍵技術(shù)簡述v10

1、VOLTE關(guān)鍵技術(shù)簡述關(guān)鍵技術(shù)簡述Feb 2016 Pactera. Confidential. All Rights Reserved. 什么是VoLTE?2G/TDIMS網(wǎng)絡(luò)LTELTE多模終端InternetCS網(wǎng)絡(luò)EPC網(wǎng)絡(luò)LTE多模終端語音及多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)EPC實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理和接入鑒權(quán)為通信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立承載通道IMS提供通信業(yè)務(wù)控制能力LTE無CS域，語音和數(shù)據(jù)均走PS域VoLTE是通過LTE網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)接入、IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)控制的語音解決方案業(yè)務(wù)接入：LTE網(wǎng)絡(luò)是全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，沒有CS域，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音多媒體業(yè)務(wù)都承載在LTE上業(yè)務(wù)控制：EPC網(wǎng)絡(luò)不具備語音和多媒體業(yè)務(wù)的呼叫

2、控制功能，需要通過IMS網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)控制功能業(yè)務(wù)切換：在LTE全覆蓋之前，需要通過eSRVCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)LTE與CS之間的語音業(yè)務(wù)連續(xù)性VoLTE（ Voice over Long Term Evolution，長期演進(jìn)上的語音）3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的：基于IMS網(wǎng)絡(luò)的LTE語音解決方案。通過IMS網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)運(yùn)營商不僅可以無縫的繼承傳統(tǒng)的語音、短消息業(yè)務(wù)，還可以將語音通話與豐富的增強(qiáng)功能相整合，提供多樣化的服務(wù)。IMS到底是啥？IMS是在3GPP R5階段提出的一個(gè)新的域，它基于IP承載，疊加在PS（分組域）之上，為用戶提供文本、語音、視頻、圖片等不同的IP多媒體信息. IP = 基于IP的傳輸 基

3、于IP的會(huì)話控制 基于IP的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)Multimedia = 語音、視頻、圖片、文本等多種媒體的組合 在多種接入基礎(chǔ)之上具有不同能力的終端組合Subsystem = 依賴于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)展的系統(tǒng) 最大程度重用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 無線網(wǎng)絡(luò)把GSM/ WCDMA/CDMA/ TD-SCDMA/LTE/ SAE/WiMax網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò) 固定網(wǎng)絡(luò)把基于固定接入IP系統(tǒng)(LAN、WLAN、xDSL)作為承載網(wǎng)絡(luò)簡言之：IMS在IP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)分層、開放、融合的核心網(wǎng)控制架構(gòu)，是一個(gè)可運(yùn)營、可管理、可計(jì)費(fèi)的系統(tǒng)。IMS發(fā)展史lIMS 定義最早出現(xiàn)在3GPP R5階段, 作為PS域的一個(gè)子系

4、統(tǒng)出現(xiàn)2001/032002/032005/122006/63GPP R4- CN: MSC 服務(wù)器和MGW3GPP R6- IMS QoS, Billing, FMC,等3GPP R7- IMS 增強(qiáng)3GPP R5- CN: IMS子系統(tǒng)和大量相關(guān)新網(wǎng)元TISPAN R1- NGN/FMC 等等TISPAN R2- NASS/RACS, 等等為保證標(biāo)準(zhǔn)的一致性，經(jīng)過各標(biāo)準(zhǔn)化組織之間的協(xié)調(diào)，在3GPP中統(tǒng)一開展Common IMS相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 3GPP R8- 引入LTE，基于LTE提供VoLTE3GPP R9- SRVCC支持-緊急呼叫3GPP R10- eSRVCC-漫游方案3GPP

5、R11- rSRVCC-vSRVCC2008/122009/122011/32012/9IMS將是未來固網(wǎng)移動(dòng)統(tǒng)一的核心網(wǎng)架構(gòu)p融合已經(jīng)成為電信業(yè)發(fā)展的主要趨勢。 IMS相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)趨于統(tǒng)一，以common IMS的推出為代表，IMS的標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展到了一個(gè)新的階段。以3GPP、TISPAN的合作為主，包括ITU-T、OMA、3GPP2、PARLAY等研究組織。 p一個(gè)融合了固定接入和移動(dòng)接入的統(tǒng)一架構(gòu)，能夠提供豐富業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)離我們越來越近了。n 3GPP是IMS標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)起者和主要貢獻(xiàn)者； 3GPP與 ETSI TISPAN合作成立了3GPP OP ad hoc小組，基于現(xiàn)有的3GPP I

6、MS標(biāo)準(zhǔn)，制訂全球通用的，可同時(shí)用于移動(dòng)、固網(wǎng)、固網(wǎng)移動(dòng)融合的IMS標(biāo)準(zhǔn);n 3GPP2引用IMS標(biāo)準(zhǔn)并基于CDMA特性制定MMD標(biāo)準(zhǔn);n OMA定義各種IMS業(yè)務(wù)，其標(biāo)準(zhǔn)被3GPP直接引用，作為IMS業(yè)務(wù)層的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);n Parlay組織定義標(biāo)準(zhǔn)的API框架；n IETF定義IMS下的SIP、SDP與其他協(xié)議；n ITU-T 的體系架構(gòu)和基本理念與3GPP基本一致。VoLTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)半持續(xù)調(diào)度（SPS）魯棒頭壓縮（ROCH）時(shí)隙綁定（TTI Bundling）QoS/PCC國際IP轉(zhuǎn)接（IPX）核心特性VoIMS/SIPeSRVCCHD voice/ARM-WBHD video/H.

7、264VoLTE語音暫態(tài)(Transient State) 暫態(tài)是指每次業(yè)務(wù)建立初期尚未穩(wěn)定的狀態(tài)，此狀態(tài)下的數(shù)據(jù)包較大。通話期(Talk spurts) 通話期是指對應(yīng)用戶正在通話的狀態(tài)，在通話狀態(tài)下，每20ms傳送一次數(shù)據(jù)。通話期的語音包大小取決于當(dāng)前采用的編碼速率。靜默期(Silent Period) 靜默期是對應(yīng)用戶通話停頓的狀態(tài)，每間隔160ms發(fā)一個(gè)很短的SID（Silence Insertion Descriptor）幀。SID幀是為了提升用戶感受而發(fā)送的噪音幀。 Adaptive Multi-Rate (AMR) VoIP業(yè)務(wù)存在3個(gè)狀態(tài)：: Semi-Persistent S

8、cheduling（一） 應(yīng)用場景應(yīng)用場景u 半持續(xù)調(diào)度主要用于周期性小包業(yè)務(wù)，可以減少L1/L2控制信令的開銷，目前調(diào)度器只針對QCI為1的VoLTE語音業(yè)務(wù)進(jìn)行半持續(xù)調(diào)度（是否對其它QCI類型支持半持續(xù)調(diào)度與廠家相關(guān)） 。 目的目的 u 半靜態(tài)地為VoLTE用戶分配資源 。 功能功能uVoLTE業(yè)務(wù)的通話期與靜默期狀態(tài)由PDCP層進(jìn)行判決，判決為通話期時(shí)，激活半持續(xù)調(diào)度；判決為靜默期時(shí)，釋放已分配的半靜態(tài)資源；當(dāng)業(yè)務(wù)從靜默期轉(zhuǎn)為通話期時(shí)，需要重新激活半持續(xù)調(diào)度。ueNodeB激活半持續(xù)調(diào)度時(shí)，通過PDCCH指示UE配置的半持續(xù)調(diào)度資源，在周期調(diào)度過程中，無需通過PDCCH指示調(diào)度資源。半持

9、續(xù)調(diào)度的周期為20ms，由eNodeB通過RRC消息傳送給UE。Semi-Persistent Scheduling（二）u 對于上行，UE會(huì)在指定的半持續(xù)調(diào)度資源上周期發(fā)送數(shù)據(jù)。 半持續(xù)調(diào)度激活前，需要對VoLTE數(shù)據(jù)包采用動(dòng)態(tài)調(diào)度。在半持續(xù)調(diào)度激活后，在以下場景需要采用動(dòng)態(tài)調(diào)度作為半持續(xù)調(diào)度的補(bǔ)充：靜默期 、半持續(xù)調(diào)度期間的大包以及信令、 HARQ重傳數(shù)據(jù)判斷VoLTE業(yè)務(wù)為通話期后，嘗試激活半持續(xù)調(diào)度，根據(jù)語音包大小和調(diào)整后的全帶SINR得到半持續(xù)調(diào)度激活時(shí)MCS和RB。u 對于下行，eNodeB周期發(fā)送數(shù)據(jù)，UE在指定的半持續(xù)調(diào)度資源上周期接收數(shù)據(jù)。下行半持續(xù)調(diào)度的優(yōu)先級(jí)低于廣播、尋呼

10、等公共控制信息，高于用戶級(jí)控制信令和數(shù)據(jù)面的傳輸。半持續(xù)調(diào)度激活時(shí)，根據(jù)VoIP數(shù)據(jù)包大小和UE上報(bào)的全帶寬CQI，為用戶分配MCS和RB。由于半持續(xù)調(diào)度用戶的MCS在通話期間固定不變，而實(shí)際信道環(huán)境是變化的，會(huì)造成部分用戶的IBLER（Initial Block Error Rate）較高，為了保證半持續(xù)調(diào)度用戶IBLER收斂到一定范圍之內(nèi)，會(huì)根據(jù)IBLER的收斂狀況決定是否進(jìn)行半持續(xù)調(diào)度重激活。Semi-Persistent Scheduling VS Dynamic Scheduling好處好處保障VOIP的QOS減少PDCCH的消耗，提高VOIP容量 壞處壞處(相對于動(dòng)態(tài)調(diào)度相對于動(dòng)態(tài)

11、調(diào)度)受限于終端能力（是否支持半持續(xù)調(diào)度）由于兩次版持續(xù)調(diào)度之間的MCS是固定的，鏈路適應(yīng)能力不好 好處好處更好包裝VOIP業(yè)務(wù)的QOS對終端能力沒有限制（是否支持半持續(xù)調(diào)度）對于不同的無線環(huán)境兼容性更好 壞處壞處(相對于動(dòng)態(tài)調(diào)度相對于動(dòng)態(tài)調(diào)度)消耗大量PDCCH資源，容量低于半持續(xù)調(diào)度。在VOIP用戶較多的場景不建議采用動(dòng)態(tài)調(diào)度 VSUL Semi-persistent Scheduling Power Control 功能功能 包括PUSCH開環(huán)功控和閉環(huán)功控 Opening Loop Power Control設(shè)置初速功率為 Po (P0_nominal_pusch ) . Closed

12、 Loop Power ControlIBLER測量值大于IBLERTarget，eNodeB向UE發(fā)送增大發(fā)射功率的TPC命令。 IBLER測量值小于IBLERTarget，eNodeB向UE發(fā)送降低發(fā)射功率的TPC命令。eNodeB發(fā)送發(fā)送TPC給終端，給終端，終端計(jì)算傳輸功率終端計(jì)算傳輸功率DL Semi-persistent Scheduling Power Control 目的目的 保障IBLER收斂于 IBLER Target。 應(yīng)用場景應(yīng)用場景 下行覆蓋受限。 功能功能 當(dāng)子開關(guān)打開時(shí)，對于采用QPSK調(diào)制方式的用戶，eNodeB根據(jù)VoIP數(shù)據(jù)包的IBLER（Initial B

13、lock Error Rate）測量值和IBLERTarget間的差異，周期性調(diào)整PDSCH發(fā)射功率，以滿足IBLERTarget要求。 如果IBLER測量值小于IBLERTarget，減小發(fā)射功率。 如果IBLER測量值大于IBLERTarget，增大發(fā)射功率。ROCH（一） 目的目的 減少語音包頭大小，提高邊緣用戶的語音覆蓋。在容量受限時(shí)，提升用戶容量。減少語音包頭大小，提高邊緣用戶的語音覆蓋。在容量受限時(shí)，提升用戶容量。 應(yīng)用場景應(yīng)用場景 業(yè)務(wù)層穩(wěn)定小包場景。業(yè)務(wù)層穩(wěn)定小包場景。 eNBeNBVoIP UserVoIP UserIP Header40 BytesAMR frame32 B

14、ytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesUL DecompressionDL DecompressionDL CompressionUL CompressionOriginal packetCompressed packetROCH（二） ROHC 增益增益 下面表格是IPV4場景下，AMR-NB和AMR-WB各種SDU對應(yīng)的壓縮效率。AMR-NBcodec(kbps) SDU b

15、itbandwidth-efficient AMR payload(octet)VoIP Frame with IP header (without ROHC),(octet)VoIP Frame with IP header (with ROHC),(octet)VoIP Frame（with ROHC）/VoIP Frame without ROHC12.224432723548.61%10.220427673044.78%7.9515922622540.32%7.414820602338.33%6.713418582136.21%5.911816561933.93%5.151031555

16、1832.73%4.759514541731.48%SID(1.8) 397471021.28%AMR-WBcodec(kbps) SDU bitbandwidth-efficient AMR payloadVoIP Frame with IP header (without ROHC)VoIP Frame with IP headerr ( with ROHC),(octet)VoIP Frame（with ROHC）/VoIP Frame without ROHC23.85477611016463.37%23.0546159996262.63%19.8539751915459.34%18.

17、2536547875057.47%15.8531741814454.32%14.2528537774051.95%12.6525333733649.32%8.8517724642742.19%6.613218582136.21%SID(1.75) 407471021.28%TTI Bundling 應(yīng)用場景應(yīng)用場景 VoIP用戶上行覆蓋受限時(shí). 目的目的 增加小區(qū)邊界VoIP用戶的上行覆蓋。 功能功能 以下兩個(gè)條件必須滿足: 在連續(xù)超過配置值（ T_COVERAGE_STAT）的TTI中由于功率受限，分配用戶的RB書小于3RB。終端的平均SINR小于threshold (packet leng

18、th). l綁定4個(gè)TTI用于一個(gè)包的傳輸。l終端在4個(gè)TTI中提供非自適應(yīng)的重傳。l捆綁在一起的4個(gè)傳輸采用同一個(gè)HARQ進(jìn)程。l TDD系統(tǒng)中，協(xié)議規(guī)定TTI bundling只支持子幀配比0、1、6，且跟半持續(xù)調(diào)度互斥跟半持續(xù)調(diào)度互斥。QoS/PCC（Policy Control and Charging）S-GWLTELTEPGWeNodeBInternetIMS/P-CSCFIMS/P-CSCFPCRF/SPRGxRx1。根據(jù)業(yè)務(wù)請求申請承載資源媒體信息/資源需求QCI/GBR2。根據(jù)業(yè)務(wù)簽約判斷是否允許申請承載資源QCI/GBRQCI/GBR3。根據(jù)QCI調(diào)度上下行資源4。根據(jù)QC

19、I調(diào)度上下行資源5。根據(jù)QCI調(diào)度上行資源終端LTE RAN傳輸網(wǎng)PGW用戶會(huì)話用戶會(huì)話缺省承載缺省承載專有承載專有承載普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)/QCI=9普通普通P2P業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)/QCI=9視頻視頻/QCI=2，由，由PGW動(dòng)態(tài)建立動(dòng)態(tài)建立PCRF的關(guān)鍵作用：根據(jù)業(yè)務(wù)簽約判斷用戶所使用業(yè)務(wù)的QoS信息，也即默認(rèn)承載或?qū)Ｓ谐休d打開管道看l 在傳統(tǒng)CS域，每路話音都是獨(dú)占資源，互不影響。體驗(yàn)是能夠保障的。l 在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)域，帶寬是共享的，VoLTE流量也是流量的一部分。PCC的專有承載能力，為VoLTE話音提供了專有數(shù)據(jù)通道，能夠保證QoS質(zhì)量。如果沒有PCRF，VoLTE通話質(zhì)量將無法達(dá)到傳統(tǒng)CS

20、話音的體驗(yàn)水平。語音語音/QCI=1，由，由PGW動(dòng)態(tài)建立動(dòng)態(tài)建立SIP信令信令/QCI=5，在，在Attach時(shí)同步建立時(shí)同步建立. Default APNIMS APNQoS/PCC（Policy Control and Charging）視頻電話視頻電話l QCI 5l QCI 1l QCI 2l QCI 8/9語音電話語音電話l QCI 5l QCI 1l QCI 8/9優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)24QCI1235134567867899典型業(yè)務(wù)典型業(yè)務(wù)VoIP電話會(huì)議電話會(huì)議, 會(huì)話視頻會(huì)話視頻(直播流媒體直播流媒體)實(shí)時(shí)在線游戲?qū)崟r(shí)在線游戲, 實(shí)時(shí)工業(yè)監(jiān)控實(shí)時(shí)工業(yè)監(jiān)控非會(huì)話視頻非會(huì)話視頻(緩沖流

21、媒體緩沖流媒體)IMS信令信令視頻視頻(緩沖流媒體緩沖流媒體)視頻視頻(直播流媒體直播流媒體), 話音業(yè)務(wù)話音業(yè)務(wù)交互式游戲交互式游戲E-Mail, MSN, QQ, WWW P2P文件共享文件共享資源類型資源類型GBRGBRGBRGBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBR時(shí)延時(shí)延100ms150ms50ms300ms100ms300ms100ms300ms300ms丟包率丟包率(-2)10(-3)10(-3)10(-6)10(-6)10(-6)10(-3)10(-6)10(-6)10VoLTE協(xié)議棧 半持續(xù)調(diào)度SPSPHY3GPP 36.21X TTI Bu

22、ndingMAC3GPP 36.321RLC3GPP 36.322SN、完保、加密、頭壓縮SN、完保、加密、頭壓縮PDCP3GPP 36.323RRC信令RRC3GPP 36.331承載NAS3GPP 24.301LTE承載LTE控制面控制面LTE用戶面用戶面IP包IP加密-ESP報(bào)文TCPTLSUDP信令壓縮（可選）SIPRTPRTCP控制控制信令信令用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)語音幀語音包語音包控制信令控制信令3GPP 23.228 IMS3GPP 24.228 24.229 SIP相關(guān)協(xié)議相關(guān)協(xié)議RFC3261：SIP協(xié)議RFC3550：RTPRFC4566：RTCP SDPRFC2617：HTTP協(xié)議RFC768：UDP協(xié)議RFC793：TCP協(xié)議RFC791：IP協(xié)議VoLTE在各網(wǎng)元的配置要求前提：VoLTE用戶已經(jīng)可以在LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1）IMS：需要配置 VoLTE用戶賬號(hào)并提供到終端的用戶路由。2）PCRF：需要保障與P-CSCF的Rx接口正常并配置Voice承載QCI1策略。3）EPC（UGW）：需要為用戶新增一個(gè)APNIMS APN數(shù)據(jù)的配置以及與PCRF相關(guān)