VOLTE關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)述

1、VOLTE關(guān)鍵技術(shù)簡(jiǎn)述Feb Pactera. Confidential. All Rights Reserved. 第1頁(yè)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(yǔ)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(yǔ)音和數(shù)據(jù)均走PS域VoLTE是經(jīng)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)控制語(yǔ)音處理方案業(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(yǔ)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(yǔ)音和多媒體業(yè)務(wù)呼叫控制功效，需要經(jīng)過I

2、MS網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)控制功效業(yè)務(wù)切換：在LTE全覆蓋之前，需要經(jīng)過eSRVCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)LTE與CS之間語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)性VoLTE（ Voice over Long Term Evolution，長(zhǎng)久演進(jìn)上語(yǔ)音）3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義：基于IMS網(wǎng)絡(luò)LTE語(yǔ)音處理方案。經(jīng)過IMS網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)運(yùn)行商不但能夠無縫繼承傳統(tǒng)語(yǔ)音、短消息業(yè)務(wù)，還能夠?qū)⒄Z(yǔ)音通話與豐富增強(qiáng)功效相整合，提供多樣化服務(wù)。第2頁(yè)IMS到底是啥？IMS ：IP Multimedia Subsystem IMS是在3GPP R5階段提出一個(gè)新域，它基于IP承載，疊加在PS（分組域）之上，為用戶提供文本、語(yǔ)音、視頻、圖片等不一樣IP多媒體信息. IP

3、 = 基于IP傳輸 基于IP會(huì)話控制 基于IP業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)Multimedia = 語(yǔ)音、視頻、圖片、文本等各種媒體組合 在各種接入基礎(chǔ)之上含有不一樣能力終端組合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(jiǎn)言之：IMS在IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)分層、開放、融合關(guān)鍵網(wǎng)控制架構(gòu)，是一個(gè)可運(yùn)行、可管理、可計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。第3頁(yè)IMS發(fā)展史IMS 定義最早出現(xiàn)在3GPP R5階段, 作為PS

4、域一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)/03/03/12/63GPP 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TISPAN R2- NASS/RACS, 等為確保標(biāo)準(zhǔn)一致性，經(jīng)過各標(biāo)準(zhǔn)化組織之間協(xié)調(diào)，在3GPP中統(tǒng)一開展Common IMS相關(guān)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 R11 rSRVCCvSRVCC/12/12/3/

5、9第4頁(yè)IMS將是未來固網(wǎng)移動(dòng)統(tǒng)一關(guān)鍵網(wǎng)架構(gòu)融合已經(jīng)成為電信業(yè)發(fā)展主要趨勢(shì)。 IMS相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)趨于統(tǒng)一，以common IMS推出為代表，IMS標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展到了一個(gè)新階段。以3GPP、TISPAN合作為主，包含ITU-T、OMA、3GPP2、PARLAY等研究組織。 一個(gè)融合了固定接入和移動(dòng)接入統(tǒng)一架構(gòu)，能夠提供豐富業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)離我們?cè)絹碓浇恕?GPP是IMS標(biāo)準(zhǔn)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3GPP IMS標(biāo)準(zhǔn)，制訂全球通用，可同時(shí)用于移動(dòng)、固網(wǎng)、固網(wǎng)移動(dòng)融合IMS標(biāo)準(zhǔn);3GPP2引用IMS標(biāo)準(zhǔn)并基于CDMA

6、特征制訂MMD標(biāo)準(zhǔn);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)層相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);Parlay組織定義標(biāo)準(zhǔn)API框架；IETF定義IMS下SIP、SDP與其它協(xié)議；ITU-T 體系架構(gòu)和基本理念與3GPP基本一致。第5頁(yè)VoLTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)半連續(xù)調(diào)度（SPS）魯棒頭壓縮（ROCH）時(shí)隙綁定（TTI Bundling）QoS/PCC國(guó)際IP轉(zhuǎn)接（IPX）關(guān)鍵特征VoIMS/SIPeSRVCCHD voice/ARM-WBHD video/H.264第6頁(yè)VoLTE語(yǔ)音暫態(tài)(Transient State) 暫態(tài)是指每次業(yè)務(wù)建立早期還未穩(wěn)定狀態(tài)，此狀態(tài)下數(shù)據(jù)包較大。通話期(T

7、alk spurts) 通話期是指對(duì)應(yīng)用戶正在通話狀態(tài)，在通話狀態(tài)下，每20ms傳送一次數(shù)據(jù)。通話期語(yǔ)音包大小取決于當(dāng)前采取編碼速率。靜默期(Silent Period) 靜默期是對(duì)應(yīng)用戶通話停頓狀態(tài)，每間隔160ms發(fā)一個(gè)很短SID（Silence Insertion Descriptor）幀。SID幀是為了提升用戶感受而發(fā)送噪音幀。 Adaptive Multi-Rate (AMR) VoIP業(yè)務(wù)存在3個(gè)狀態(tài)：: 第7頁(yè)Semi-Persistent Scheduling（一） 應(yīng)用場(chǎng)景 半連續(xù)調(diào)度主要用于周期性小包業(yè)務(wù)，能夠降低L1/L2控制信令開銷，當(dāng)前調(diào)度器只針對(duì)QCI為1VoLTE

8、語(yǔ)音業(yè)務(wù)進(jìn)行半連續(xù)調(diào)度（是否對(duì)其它QCI類型支持半連續(xù)調(diào)度與廠家相關(guān)） 。 目標(biāo) 半靜態(tài)地為VoLTE用戶分配資源 。 功效VoLTE業(yè)務(wù)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)，激活半連續(xù)調(diào)度；判決為靜默期時(shí)，釋放已分配半靜態(tài)資源；當(dāng)業(yè)務(wù)從靜默期轉(zhuǎn)為通話期時(shí)，需要重新激活半連續(xù)調(diào)度。eNodeB激活半連續(xù)調(diào)度時(shí)，經(jīng)過PDCCH指示UE配置半連續(xù)調(diào)度資源，在周期調(diào)度過程中，無需經(jīng)過PDCCH指示調(diào)度資源。半連續(xù)調(diào)度周期為20ms，由eNodeB經(jīng)過RRC消息傳送給UE。第8頁(yè)Semi-Persistent Scheduling（二）對(duì)于上行，UE會(huì)在指定半連續(xù)調(diào)度資源上周期發(fā)送數(shù)

9、據(jù)。 半連續(xù)調(diào)度激活前，需要對(duì)VoLTE數(shù)據(jù)包采取動(dòng)態(tài)調(diào)度。在半連續(xù)調(diào)度激活后，在以下場(chǎng)景需要采取動(dòng)態(tài)調(diào)度作為半連續(xù)調(diào)度補(bǔ)充：靜默期 、半連續(xù)調(diào)度期間大包以及信令、 HARQ重傳數(shù)據(jù)判斷VoLTE業(yè)務(wù)為通話期后，嘗試激活半連續(xù)調(diào)度，依據(jù)語(yǔ)音包大小和調(diào)整后全帶SINR得到半連續(xù)調(diào)度激活時(shí)MCS和RB。對(duì)于下行，eNodeB周期發(fā)送數(shù)據(jù)，UE在指定半連續(xù)調(diào)度資源上周期接收數(shù)據(jù)。下行半連續(xù)調(diào)度優(yōu)先級(jí)低于廣播、尋呼等公共控制信息，高于用戶級(jí)控制信令和數(shù)據(jù)面?zhèn)鬏?。半連續(xù)調(diào)度激活時(shí)，依據(jù)VoIP數(shù)據(jù)包大小和UE上報(bào)全帶寬CQI，為用戶分配MCS和RB。因?yàn)榘脒B續(xù)調(diào)度用戶MCS在通話期間固定不變，而實(shí)際信道

10、環(huán)境是改變，會(huì)造成部分用戶IBLER（Initial Block Error Rate）較高，為了確保半連續(xù)調(diào)度用戶IBLER收斂到一定范圍之內(nèi)，會(huì)依據(jù)IBLER收斂情況決定是否進(jìn)行半連續(xù)調(diào)度重激活。第9頁(yè)Semi-Persistent Scheduling VS Dynamic Scheduling好處保障VOIPQOS降低PDCCH消耗，提高VOIP容量 壞處(相對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)度)受限于終端能力（是否支持半連續(xù)調(diào)度）因?yàn)閮纱伟孢B續(xù)調(diào)度之間MCS是固定，鏈路適應(yīng)能力不好 好處更加好包裝VOIP業(yè)務(wù)QOS對(duì)終端能力沒有限制（是否支持半連續(xù)調(diào)度）對(duì)于不一樣無線環(huán)境兼容性更加好 壞處(相對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)度)

11、消耗大量PDCCH資源，容量低于半連續(xù)調(diào)度。在VOIP用戶較多場(chǎng)景不提議采取動(dòng)態(tài)調(diào)度 VS第10頁(yè)UL Semi-persistent Scheduling Power Control 功效 包含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 Loop Power ControlIBLER測(cè)量值大于IBLERTarget，eNodeB向UE發(fā)送增大發(fā)射功率TPC命令。 IBLER測(cè)量值小于IBLERTarget，eNodeB向UE發(fā)送降低發(fā)射功率TPC命令。eNodeB發(fā)送TPC給

12、終端，終端計(jì)算傳輸功率第11頁(yè)DL Semi-persistent Scheduling Power Control 目標(biāo) 保障IBLER收斂于 IBLER Target。 應(yīng)用場(chǎng)景 下行覆蓋受限。 功效 當(dāng)子開關(guān)打開時(shí)，對(duì)于采取QPSK調(diào)制方式用戶，eNodeB依據(jù)VoIP數(shù)據(jù)包IBLER（Initial Block Error Rate）測(cè)量值和IBLERTarget間差異，周期性調(diào)整PDSCH發(fā)射功率，以滿足IBLERTarget要求。 假如IBLER測(cè)量值小于IBLERTarget，減小發(fā)射功率。 假如IBLER測(cè)量值大于IBLERTarget，增大發(fā)射功率。第12頁(yè)ROCH（一） 目

13、標(biāo) 降低語(yǔ)音包頭大小，提升邊緣用戶語(yǔ)音覆蓋。在容量受限時(shí)，提升用戶容量。 應(yīng)用場(chǎng)景 業(yè)務(wù)層穩(wěn)定小包場(chǎng)景。 eNBeNBVoIP UserVoIP UserIP Header40 BytesAMR frame32 BytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesUL DecompressionDL DecompressionDL CompressionUL CompressionOrigi

14、nal packetCompressed packet第13頁(yè)ROCH（二） ROHC 增益 下面表格是IPV4場(chǎng)景下，AMR-NB和AMR-WB各種SDU對(duì)應(yīng)壓縮效率。AMR-NBcodec(kbps) SDU bitbandwidth-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 ROHC12.22443272354

15、8.61%10.220427673044.78%7.9515922622540.32%7.414820602338.33%6.713418582136.21%5.911816561933.93%5.1510315551832.73%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)V

16、oIP Frame（with ROHC）/VoIP Frame without ROHC23.85477611016463.37%23.0546159996262.63%19.8539751915459.34%18.2536547875057.47%15.8531741814454.32%14.2528537774051.95%12.6525333733649.32%8.8517724642742.19%6.613218582136.21%SID(1.75) 407471021.28%第14頁(yè)TTI Bundling 應(yīng)用場(chǎng)景 VoIP用戶上行覆蓋受限時(shí). 目標(biāo) 增加小區(qū)邊界VoIP用戶上行覆

17、蓋。 功效 以下兩個(gè)條件必須滿足: 在連續(xù)超出配置值（ T_COVERAGE_STAT）TTI中因?yàn)楣β适芟?，分配用戶RB書小于3RB。終端平均SINR小于threshold (packet length). 綁定4個(gè)TTI用于一個(gè)包傳輸。終端在4個(gè)TTI中提供非自適應(yīng)重傳。捆綁在一起4個(gè)傳輸采取同一個(gè)HARQ進(jìn)程。 TDD系統(tǒng)中，協(xié)議要求TTI bundling只支持子幀配比0、1、6，且跟半連續(xù)調(diào)度互斥。第15頁(yè)QoS/PCC（Policy Control and Charging）S-GWLTEPGWeNodeBInternetIMS/P-CSCFPCRF/SPRGxRx1。依據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求

18、申請(qǐng)承載資源媒體信息/資源需求QCI/GBR2。依據(jù)業(yè)務(wù)簽約判斷是否允許申請(qǐng)承載資源QCI/GBRQCI/GBR3。依據(jù)QCI調(diào)度上下行資源4。依據(jù)QCI調(diào)度上下行資源5。依據(jù)QCI調(diào)度上行資源終端LTE RAN傳輸網(wǎng)PGW用戶會(huì)話缺省承載專有承載普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)/QCI=9普通P2P業(yè)務(wù)/QCI=9視頻/QCI=2，由PGW動(dòng)態(tài)建立PCRF關(guān)鍵作用：依據(jù)業(yè)務(wù)簽約判斷用戶所使用業(yè)務(wù)QoS信息，也即默認(rèn)承載或?qū)Ｓ谐休d打開管道看在傳統(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。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)域，帶寬是共享，VoLTE流量也是流量一部分。PCC專有承載能力，為VoLTE話音提供了專有數(shù)據(jù)通道，能

19、夠確保QoS質(zhì)量。假如沒有PCRF，VoLTE通話質(zhì)量將無法到達(dá)傳統(tǒng)CS話音體驗(yàn)水平。語(yǔ)音/QCI=1，由PGW動(dòng)態(tài)建立SIP信令/QCI=5，在Attach時(shí)同時(shí)建立. Default APNIMS APN第16頁(yè)QoS/PCC（Policy Control and Charging）視頻電話QCI 5QCI 1QCI 2QCI 8/9語(yǔ)音電話QCI 5QCI 1QCI 8/9優(yōu)先級(jí)24QCI1235134567867899經(jīng)典業(yè)務(wù)VoIP電話會(huì)議, 會(huì)話視頻(直播流媒體)實(shí)時(shí)在線游戲, 實(shí)時(shí)工業(yè)監(jiān)控非會(huì)話視頻(緩沖流媒體)IMS信令視頻(緩沖流媒體)視頻(直播流媒體), 話音業(yè)務(wù)交互式游戲

20、E-Mail, MSN, QQ, WWW P2P文件共享資源類型GBRGBRGBRGBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBR時(shí)延100ms150ms50ms300ms100ms300ms100ms300ms300ms丟包率(-2)10(-3)10(-3)10(-6)10(-6)10(-6)10(-3)10(-6)10(-6)10第17頁(yè)VoLTE協(xié)議棧 半連續(xù)調(diào)度SPSPHY3GPP 36.21X TTI BundingMAC3GPP 36.321RLC3GPP 36.322SN、完保、加密、頭壓縮SN、完保、加密、頭壓縮PDCP3GPP 36.323RRC信

21、令RRC3GPP 36.331承載NAS3GPP 24.301LTE承載LTE控制面LTE用戶面IP包IP加密-ESP報(bào)文TCPTLSUDP信令壓縮（可選）SIPRTPRTCP控制信令用戶數(shù)據(jù)語(yǔ)音幀語(yǔ)音包控制信令3GPP 23.228 IMS3GPP 24.228 24.229 SIP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)議第18頁(yè)VoLTE在各網(wǎng)元配置要求前提：VoLTE用戶已經(jīng)能夠在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)并提供到終端用戶路由。2）PCRF：需要保障與P-CSCFRx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)配置以及與PCRF相關(guān)數(shù)據(jù)。4）eNodeB：需要開啟eNodeB增強(qiáng)調(diào)度算法以及配置SIP承載QCI5RLC模式為AM