廈門(mén)縱橫集團(tuán)建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司 黃風(fēng)彬

淺談VOLTE關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

廈門(mén)縱橫集團(tuán)建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司 黃風(fēng)彬

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，僅僅提供分組域業(yè)務(wù)的這個(gè)特性已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足人們的需求了，所以想要使LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提供傳統(tǒng)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)就成為了學(xué)者們新的研究問(wèn)題和研究方向。本文就這種現(xiàn)實(shí)情況下，主要闡述了VOLTE相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其優(yōu)化技術(shù)開(kāi)展充分討論。

VOLTE關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作隨著人們生產(chǎn)生活的需要，逐漸增多，尤其是LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)有更加突出的表現(xiàn)。VOLTE以高質(zhì)量與低延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，為L(zhǎng)TE的語(yǔ)音提供更有利的技術(shù)基礎(chǔ)，為提升通信的語(yǔ)音質(zhì)量做出了積極意義。

1.分析VOLTE基本概念

1.1 VOLTE技術(shù)背景

目前業(yè)界對(duì)LTE語(yǔ)音的解決方案有三種，分別是VOLTE、CSFB、SGLTE， VOLTE與CSFB是3GPP標(biāo)準(zhǔn)化方案，SGLTE為終端實(shí)現(xiàn)方案，其中VOLTE是移動(dòng)4G語(yǔ)音解決方案的終極方案；SGLTE不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改動(dòng)，VOLTE與CSFB均需對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。

VOLTE最直接簡(jiǎn)單的理解就是VOIP，只是網(wǎng)絡(luò)的承載體由互聯(lián)網(wǎng)變成了LTE，同時(shí)在LTE的業(yè)務(wù)中給了一個(gè)高優(yōu)先級(jí)保證QOS。

VOLTE是GSMA IR 92定義的標(biāo)準(zhǔn)LTE語(yǔ)音解決方案，最大的網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)就是引入IMS網(wǎng)絡(luò)，由IMS配合LTE和EPC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)端到端的基于分組域的語(yǔ)音、視頻通信業(yè)務(wù)。通過(guò)IMS系統(tǒng)的控制，VOLTE解決方案可以提供和電路域性能相當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括號(hào)碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會(huì)議電話(huà)等。

1.2 VOLTE技術(shù)特點(diǎn)

VOLTE開(kāi)啟了向移動(dòng)寬帶語(yǔ)音演進(jìn)之路，其給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)兩方面的價(jià)值，一是提升無(wú)線(xiàn)頻譜利用率、降低網(wǎng)絡(luò)成本。LTE的頻譜利用效率GSM的4倍以上。另一個(gè)價(jià)值就是提升用戶(hù)體驗(yàn)，VOLTE的體驗(yàn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)CS語(yǔ)音。首先，高清語(yǔ)音和視頻編解碼的引入顯著提高了通信質(zhì)量；其次，VOLTE的呼叫接續(xù)時(shí)長(zhǎng)大幅縮短，VOLTE比CS呼叫縮短一半以上。

下面是實(shí)際測(cè)試的一些指標(biāo)：

呼叫建立時(shí)延更短：第一條隨機(jī)接入消息到終端接收到網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的SIP 180 Ring消息之間的時(shí)間差，在外場(chǎng)短呼測(cè)試中看到平均時(shí)延為2S左右，而2G時(shí)代在6-7秒，用戶(hù)感知為秒通。

語(yǔ)音質(zhì)量更高：因?yàn)槭褂?3.85K寬帶AMR技術(shù)，語(yǔ)音質(zhì)量相比2G、3G語(yǔ)音質(zhì)量有質(zhì)的提高，在外場(chǎng)測(cè)試時(shí)，在好點(diǎn)MOS值在4.1左右，而3G MOS值在3.0—3.5之間，在同一地點(diǎn)的OTT語(yǔ)音在3.5左右（無(wú)線(xiàn)資源不受限）。對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)在這一點(diǎn)上體現(xiàn)了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于OTT的優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)間切換方面使用eSRVCC切換，測(cè)試切換時(shí)延在150MS以?xún)?nèi)，對(duì)用戶(hù)感知無(wú)影響，且切換成功率高。

視頻質(zhì)量更好：在同一地點(diǎn)，視頻通話(huà)的圖像遠(yuǎn)比OTT視頻通話(huà)的圖像清晰。

1.3 VOLTE技術(shù)傳輸原理

傳統(tǒng)的電話(huà)網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語(yǔ)音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s.而所謂的VOLTE是以IP分組交換網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺(tái)，對(duì)模擬的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無(wú)連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

為了在一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語(yǔ)音信號(hào)，要求幾個(gè)元素和功能。最簡(jiǎn)單形式的網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)或多個(gè)具有VOLTE功能的設(shè)備組成，這一設(shè)備通過(guò)一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)連接,因此可以簡(jiǎn)單地將VOLTE的傳輸過(guò)程分為下列幾個(gè)階段。

（1）語(yǔ)音-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

語(yǔ)音信號(hào)是模擬波形，通過(guò)IP方式來(lái)傳輸語(yǔ)音，不管是實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)還是非實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)，首先要對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也就是對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行8位或6位的量化，然后送入到緩沖存儲(chǔ)區(qū)中，緩沖器的大小可以根據(jù)延遲和編碼的要求選擇。許多低比特率的編碼器是采取以幀為單位進(jìn)行編碼。典型幀長(zhǎng)為10~30ms.考慮傳輸過(guò)程中的代價(jià)，語(yǔ)音包通常由60、120或240m s的語(yǔ)音數(shù)據(jù)組成。數(shù)字化可以使用各種語(yǔ)音編碼方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前采用的語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有ITU-T G.711.源和目的地的語(yǔ)音編碼器必須實(shí)現(xiàn)相同的算法，這樣目的地的語(yǔ)音設(shè)備幫可以還原模擬語(yǔ)音信號(hào)。

（2）原數(shù)據(jù)到IP轉(zhuǎn)換

一旦語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，下一步就是對(duì)語(yǔ)音包以特定的幀長(zhǎng)進(jìn)行壓縮編碼。大部份的編碼器都有特定的幀長(zhǎng)，若一個(gè)編碼器使用15ms的幀，則把從第一來(lái)的60ms的包分成4幀，并按順序進(jìn)行編碼。每個(gè)幀合120個(gè)語(yǔ)音樣點(diǎn)（抽樣率為 8kHz）。編碼后，將4個(gè)壓縮的幀合成一個(gè)壓縮的語(yǔ)音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語(yǔ)音添加包頭、時(shí)標(biāo)和其它信息后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端點(diǎn)。語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單地建立通信端點(diǎn)之間的物理連接（一條線(xiàn)路），并在端點(diǎn)之間傳輸編碼的信號(hào)。IP網(wǎng)絡(luò)不像電路交換網(wǎng)絡(luò)，它不形成連接，它要求把數(shù)據(jù)放在可變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)或分組中，然后給每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)附帶尋址和控制信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，一站一站地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

（3）傳送

在這個(gè)通道中，全部網(wǎng)絡(luò)被看成一個(gè)從輸入端接收語(yǔ)音包，然后在一定時(shí)間（t）內(nèi)將其傳送到網(wǎng)絡(luò)輸出端。t可以在某全范圍內(nèi)變化，反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸中的抖動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)中的同間節(jié)點(diǎn)檢查每個(gè)IP數(shù)據(jù)附帶的尋址信息，并使用這個(gè)信息把該數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地路徑上的下一站。網(wǎng)絡(luò)鏈路可以是支持IP數(shù)據(jù)流的任何拓結(jié)構(gòu)或訪(fǎng)問(wèn)方法。

（4）IP包-數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

目的地VOLTE設(shè)備接收這個(gè)IP數(shù)據(jù)并開(kāi)始處理。網(wǎng)絡(luò)級(jí)提供一個(gè)可變長(zhǎng)度的緩沖器，用來(lái)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的抖動(dòng)。該緩沖器可容納許多語(yǔ)音包，用戶(hù)可以選擇緩沖器的大小。小的緩沖器產(chǎn)生延遲較小，但不能調(diào)節(jié)大的抖動(dòng)。其次，解碼器將經(jīng)編碼的語(yǔ)音包解壓縮后產(chǎn)生新的語(yǔ)音包，這個(gè)模塊也可以按幀進(jìn)行操作，完全和解碼器的長(zhǎng)度相同。若幀長(zhǎng)度為15ms，是60ms的語(yǔ)音包被分成4幀，然后它們被解碼還原成60ms的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流送入解碼緩沖器。在數(shù)據(jù)報(bào)的處理過(guò)程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個(gè)原數(shù)據(jù)提供給解碼器。

（5）數(shù)字語(yǔ)音轉(zhuǎn)換為模擬語(yǔ)音

播放驅(qū)動(dòng)器將緩沖器中的語(yǔ)音樣點(diǎn)（480個(gè)）取出送入聲卡，通過(guò)揚(yáng)聲器按預(yù)定的頻率（例如8kHz）播出。簡(jiǎn)而言之，語(yǔ)音信號(hào)在IP網(wǎng)絡(luò)上的傳送要經(jīng)過(guò)從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換、數(shù)字語(yǔ)音封裝成IP分組、IP分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的傳送、IP分組的解包和數(shù)字語(yǔ)音還原到模擬信號(hào)等過(guò)程。

2.分析VOLTE關(guān)鍵技術(shù)

2.1 半持續(xù)調(diào)度SPS(Semi Persistent Schedule)

對(duì)于VOLTE類(lèi)型的業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)包大小比較固定，到達(dá)時(shí)間間隔滿(mǎn)足一定規(guī)律的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)(典型的話(huà)音業(yè)務(wù)周期一般是20ms)，針對(duì)這種特性，LTE系統(tǒng)引入了半持續(xù)調(diào)度技術(shù)(Semi-Persistent Scheduling)。SPS是在指定子幀上按照預(yù)先分配的資源進(jìn)行新傳，但重傳時(shí)為了降低時(shí)延，仍然采用動(dòng)態(tài)調(diào)度的方式。

系統(tǒng)資源（包括上行和下行）是通過(guò)PDCCH分配的，UE通過(guò)保存相應(yīng)的資源分配，而后就可以周期性重復(fù)使用相同的時(shí)頻資源。不需要在每個(gè)TTI都為UE下發(fā)DCI（包括上行或下行的），從而降低了對(duì)應(yīng)的PDCCH CCE資源開(kāi)銷(xiāo)，有效提升了系統(tǒng)效率及容量。

VOLTE業(yè)務(wù)采用SPS技術(shù)，可以有效的節(jié)省CCE資源，提高小區(qū)的VOLTE用戶(hù)容量

2.2 IP頭壓縮ROHC(Radio Overhead Compression)

由于相鄰節(jié)點(diǎn)之間，同一數(shù)據(jù)流連續(xù)分組報(bào)文頭中存在一些不變的冗余信息頭和一些有變化規(guī)律的動(dòng)態(tài)信息頭，即壓縮中的靜態(tài)域和動(dòng)態(tài)域。為了節(jié)省空口的帶寬資源，可以在數(shù)據(jù)流開(kāi)始傳遞時(shí)發(fā)送完整報(bào)文頭部信息，后續(xù)數(shù)據(jù)包信頭中只傳遞報(bào)文頭部中變化的部分和相對(duì)于同一個(gè)流的關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)符，達(dá)到縮小數(shù)據(jù)頭的字節(jié)數(shù)，從而有效利用無(wú)線(xiàn)帶寬資源。

ROHC主要功能是將核心網(wǎng)和UE之間的數(shù)據(jù)報(bào)文的報(bào)文頭，如IP頭、UDP頭、RTP頭進(jìn)行壓縮后，再進(jìn)行傳輸，達(dá)到節(jié)省空口帶寬資源的作用。

(1)壓縮端原理：在數(shù)據(jù)流剛開(kāi)始傳遞時(shí)，ROHC壓縮方將完整的信頭(即靜態(tài)域和動(dòng)態(tài)域)保存在本地上下文結(jié)構(gòu)中(Context)，后續(xù)數(shù)據(jù)包參照此進(jìn)行壓縮，僅傳遞變化的值域。并且壓縮方為每個(gè)Context分配一個(gè)標(biāo)識(shí)(CID)標(biāo)識(shí)此數(shù)據(jù)流。

(2)解壓端原理：解壓縮方接收到新的數(shù)據(jù)流分組時(shí)，將完整的信頭保存到本地的上下文中(CID)。只有解壓縮方建立了完整的上下文，壓縮方才發(fā)送壓縮分組。在后續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸中，解壓縮方根據(jù)分組的CID查找相應(yīng)的上下文進(jìn)行解壓縮。

開(kāi)啟ROHC功能，可以節(jié)約每個(gè)UE占用的空口資源，節(jié)省PRB資源，提升小區(qū)容量

2.3 TTI捆綁或者子幀捆綁TTI bundling

TTI Bundling用于提高用戶(hù)在小區(qū)邊緣覆蓋的一種方法。當(dāng)TTI Bundling使能時(shí)，上行調(diào)度DCI0一次授權(quán)后，在連續(xù)的4個(gè)上行子幀上傳輸同一傳輸塊，且僅在第四次傳輸后有對(duì)應(yīng)的PHICH反饋，重傳也是4個(gè)連續(xù)上行TTI發(fā)射的一種調(diào)度方法，可以充分利用4個(gè)上行子幀發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，通過(guò)合并增益提升數(shù)據(jù)可靠性。由于僅在第四次傳輸后有對(duì)應(yīng)的PHICH反饋，所以此時(shí)反饋的為底層合并后數(shù)據(jù)的接收效果，從而大大提高的數(shù)據(jù)的可靠性。

TTIB只適用于上行，通常在遠(yuǎn)點(diǎn)低 SINR下被激活，TTI 捆綁對(duì)TDD僅僅適用于上下行配比為0、1、6的情況。對(duì)于上下行1：3配置協(xié)議明確不適用TTI Bundling技術(shù)做補(bǔ)償增益。

VOLTE業(yè)務(wù)采用TTIB技術(shù)，可以有效地提高小區(qū)的覆蓋半徑，對(duì)于邊緣用戶(hù)上行會(huì)有2-3dB的增益。

3.VOLTE技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 系統(tǒng)切換的技術(shù)發(fā)展

在VOLTE技術(shù)運(yùn)用的過(guò)程中，切換主要是指在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，同一個(gè)信道將其他信息轉(zhuǎn)移到其他信道之中，充分保證信道系統(tǒng)通信的連續(xù)性，在這種系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，是一種較為重要的無(wú)線(xiàn)資源管理方式，并在此基礎(chǔ)上保證網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化在空閑狀態(tài)下的項(xiàng)目實(shí)效性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的全部覆蓋。在項(xiàng)目流程系統(tǒng)切換的過(guò)程中，與之相關(guān)的切換口令合理分別設(shè)計(jì)為eNb、S1 口以及 X2 口等，對(duì)于站內(nèi)的切換系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此，應(yīng)該將目標(biāo)以及切換的源基控制在一個(gè)區(qū)域之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸以及資源優(yōu)化的快速申請(qǐng)

3.2 系統(tǒng)中干擾的技術(shù)發(fā)展

在VOLTE技術(shù)運(yùn)用的過(guò)程中，系統(tǒng)的運(yùn)用所產(chǎn)生的干擾會(huì)對(duì)LTE系統(tǒng)造成一定的影響，例如，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的掉話(huà)率、接通率以及通話(huà)的質(zhì)量等，而且，在干擾分析中，可以通過(guò)對(duì)干擾源的分析，將其分為外部干擾以及內(nèi)部干擾，外部干擾主要是在系統(tǒng)運(yùn)行及調(diào)節(jié)中，出現(xiàn)的互調(diào)、雜散以及阻塞等現(xiàn)象；內(nèi)部干擾主要是設(shè)備隱性、天饋系統(tǒng)以及GPS不準(zhǔn)確等問(wèn)題。因此，在系統(tǒng)干擾項(xiàng)目?jī)?yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，系統(tǒng)維護(hù)人員應(yīng)該確立干擾源發(fā)生對(duì)位置；第二，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行系統(tǒng)的干擾及分析；第三，通過(guò)對(duì)干擾問(wèn)題的合理分析，構(gòu)建故障排除措施，從而降低系統(tǒng)出現(xiàn)的干擾形式，從而為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供良好保證。在LTE系統(tǒng)檢測(cè)的過(guò)程中，其發(fā)現(xiàn)干擾的方式主要有檢查RSSI 、路測(cè)以及應(yīng)用 LMT 輔助技術(shù)進(jìn)行干擾分析

3.3 系統(tǒng)參數(shù)的技術(shù)發(fā)展

在LTE系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整中主要會(huì)采用PCI、切換以及天線(xiàn)技術(shù)，并將 2G/3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化方式作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但是，在 2G/3G以及LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于運(yùn)行中存在著一定的差異性，所以，其技術(shù)調(diào)節(jié)中應(yīng)該注意相關(guān)資源的相關(guān)參數(shù)。而且，在參數(shù)分析中，也應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)的容量、覆蓋以及質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行綜合性的分析，并在系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化之前，通過(guò)OMC進(jìn)行項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上采用系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)

統(tǒng)計(jì)方式，將網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理的定位分析，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)保持動(dòng)態(tài)化的平衡機(jī)制。同時(shí)，在VOLTE技術(shù)優(yōu)化的過(guò)程中，人們應(yīng)該注意到技術(shù)中“秒通”以及“高清” 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)性，其中的“秒通”主要是在呼叫接通的狀態(tài)下，將時(shí)間縮短到1s左右的狀態(tài)；而“高清”主要是使語(yǔ)音運(yùn)用中語(yǔ)言的表述更為通透。通過(guò)這兩種技能的提升，可以逐漸提升用戶(hù)的感知能力，同時(shí)，也可以?xún)?yōu)化 VOLTE技術(shù)的質(zhì)量性。在參數(shù)項(xiàng)目?jī)?yōu)化的過(guò)程中，人們?yōu)榱颂岣呔W(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)性，應(yīng)該構(gòu)建一種 VOLTE工具布局形式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化，構(gòu)架網(wǎng)元狀態(tài)下的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全程、全網(wǎng)工作的項(xiàng)目?jī)?yōu)化，提升人們對(duì) VOLTE業(yè)務(wù)技術(shù)的感知能力，降低該技術(shù)運(yùn)用中用戶(hù)的投訴率，從而為網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化及項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供穩(wěn)定支持。

4.結(jié)束語(yǔ)

VOLTE網(wǎng)絡(luò)的高質(zhì)量與低時(shí)延的優(yōu)點(diǎn)，成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，因此相關(guān)工作人員必須要對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行深入的研究，并不斷探索，了解其關(guān)鍵性技術(shù)，并對(duì)其優(yōu)化方案做積極的研究工作，像網(wǎng)絡(luò)覆蓋基礎(chǔ)的不斷優(yōu)化，構(gòu)建更簡(jiǎn)化的信令跟蹤支撐系統(tǒng)，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)配置進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而將VOLTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

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