TFO、TrFO技术应用研究

王红线，李泳，赵杰

（1 中国移动通信集团江苏有限公司，南京 210029；2 爱可信（南京）技术有限公司，南京210009；3 北京邮电大学，北京 100876）

1 引言

随着软交换IP承载话音的实施，端到端话音的编解码转换次数也有所增加，造成了话音质量的降低。TFO、TrFO技术有助于减少话音编解码转换的次数，从而提高话音质量，并有助于节省编解码等资源。为此我们选择实际的网络开启开启TFO、TrFO功能，并进行测试、统计与分析，通过主观评估和客观评估两种方式评估了在现网情况下开启TFO、TrFO后的话音质量实际改善程度，以确定在A口尚未IP化的现阶段引入实施TFO、TrFO技术的方式和可行性。

2 TFO、TrFO技术

TFO是一种带内的编解码协商协议[1]，即在呼叫建立后通过两个TC(编解码器)对所使用的编解码进行协商。协商成功后TC被旁路，直接将空中传输的话音映射在64kbit/s的PCM（Pulse Code Modulation）帧上传送。由于在发端和收端不再需要通过TC的压缩、解压缩处理，从而有效改善了话音质量。

与TFO技术不同，TrFO采用带外信令，建立免编码器的连接，建立后完全不需要TC参与工作，可以提高话音质量，节约编解码器资源；由于核心网中话音采用的是AMR方式，而不是64kbit/s PCM方式,可以大大的节约网络带宽。TrFO的建立过程是采用带外信令编解码控制功能（OoBTC,Out-of-Band Transcoder Control）实现。

TFO和TrFO技术都是在核心网直接传送AMR编码的压缩话音，避免了移动呼叫间的两次编解码转换，提高了话音的QoS,但是两者的实现机制和应用场合却不相同。首先，TFO不是3G特有的技术，可以在GSM网络中应用，而TrFO则是转为3G R4版本设计的，采用了控制与承载相分离的思想。其次，对于TrFO方式，因为局间只传AMR码流，可以节省带宽，而TFO的AMR码流是映射在64kbit/s的PCM编码中的，局间传的还是64kbit/s的G.711码流，因此并不能节省带宽，传送速率也没有改善。第三，带内TFO连接是在呼叫建立后进行，而带外TrFO连接是在呼叫建立前进行，如果建立TrFO的尝试失败并且已经插入了需要的TC，则在呼叫建立完成后，可以使用带内TFO,带内TFO必须是TC不能避免时的一种退却机制。而且带内TFO提供更快的回退至普通工作模式的机制。第四，TrFO在路径中完全不需要TC，编解码协商由BICC（与承载无关的呼叫控制）协议控制并执行；对于带内TFO，需要完全处理和终止TFO协议，因此，TC不能被绕过。而且就算建立了免TC的连接后，也需要TC用于监视TFO消息中的信令。

3 TFO、TrFO技术测试与评估

3.1 测试环境

测试组网如图1所示。

组网说明如下：

图1 测试组网图

（1）测试用 MSC Server（爱立信 MSC Server1/2、华为MSC Server1/2、卡特MSC Server）均以FE接入IP专用承载网,Nc接口、Mc接口、SIGTRAN消息承载在IP承载网之上。爱立信MSC Server1、爱立信MSC Server2处于同一本地网，其间开设直达BICC链路，华为MSC Server1、华为MSC Server2和卡特MSC Server处于同一本地网，其间也开设直达BICC链路，爱立信MSC Server1/2和华为MSC Server1/2、卡特MSC Server之间的BICC信令通过CMN转接。

（2）测试用MGW（爱立信MGW1、华为MGW1、华为MGW1、华为MGW2、卡特MGW）均以FE和GE接入IP专用承载网。Mc接口、SIGTRAN消息承载在IP承载网上，各测试MGW之间的媒体流也直接通过IP承载网疏通。

（3）爱立信BSC1下挂在爱立信MGW1下，它与爱立信MSC Server1之间开设2Mbit/s直达信令，与爱立信MGW1之间通过155Mbit/s光口连接。爱立信BSC2下挂在爱立信MGW2下，它与爱立信MSC Server2之间开设2Mbit/s直达信令，与爱立信MGW2之间通过155Mbit/s光口连接。

（4）华为BSC1/2分别下挂在华为MGW1/2下，它们与华为MGW 通过2Mbit/s电路相连，它们与华为MSC Server1/2之间的BSSAP信令通过华为MGW1/2转接，MGW工作在M3UA代理方式。

（5）为完成爱立信MGW下的爱立信BSC与华为BSC的TFO配对测试，华为BSC1/2通过2条2Mbit/s长途传输电路分别接入爱立信MGW1和爱立信MGW2。

3.2 测试项目

本测试主要完成三种场景的测试。

第一，验证A口尚未IP化的现阶段仅开启TrFO功能时，Nb口采用不同编码时的话音质量变化情况，及相对于现网话音质量的变化情况。

第二，验证A口尚未IP化的现阶段启用TFO&TrFO interworking时，Nb口采用不同编码时的话音质量变化情况，及相对于现网话音质量的变化情况。

第三，验证A口尚未IP化的现阶段仅开启TFO功能时，无线侧采用不同编码时的话音质量变化情况，及相对于现网话音质量的变化情况。

3.3 测试结果

3.3.1 仅开启TrFO功能时，Nb口采用不同编码时的话音质量变化情况，及相对于现网话音质量的变化情况

A口尚未IP化的现阶段，A口仍然采用G.711编码。随着2G软交换IP承载话音的全面实现，MGW之间的媒体流均直接通过IP专用承载网疏通。现网IP化改造后的软交换网元均已开启TrFO功能，但并没有实现真正意义的TrFO编解码协商，在进行话音编解码协商时Nb接口强制选择AMR2编码，本测试从实际出发，考虑到现阶段无线侧的编码通常为EFR和HR，因此本节测试完成了Nb口强选AMR2、EFR和HR时开启TrFO功能时的话音质量变化情况。本节测试的编码示意图如图2所示。

图2 仅开启TrFO功能时的编码示意图

（1）无线侧采用AMR编码。

当无线侧采用AMR编码，开启TrFO功能，且Nb口强选AMR2编码时主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表1所示。

当无线信道使用的话音编码类型为12.2kbit/s FR AMR、有TrFO支持且Nb口话音编码类型为12.2kbit/s FR AMR，这种情况与现网无线侧采用12.2kbit/s FR AMR编码、Nb口采用AMR2编码的情况下PESQ均值都在4以上。这种情况比现网情况PESQ值略高（约0.07），即比现网提高了1.8%。

表1 仅开启TrFO功能，无线侧采用AMR编码的话音质量

（2）无线侧采用EFR编码。

当无线侧采用EFR编码，开启TrFO功能，且Nb口强选EFR编码时主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表2所示。

表2 仅开启TrFO功能，无线侧采用EFR编码的话音质量

无线信道使用的话音编码类型为EFR，有TrFO支持时Nb口话音编码类型为EFR，这种情况与现网无线侧采用EFR编码、Nb口采用AMR2编码的情况下PESQ均值都在3.8以上。这种情况比现网情况PESQ值略高（约0.036），即比现网提高了0.1%。

（3）无线侧采用HR编码。

当无线侧采用HR编码，开启TrFO功能，且Nb口强选HR编码时主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表3所示。

表3 仅开启TrFO功能，无线侧采用HR编码的话音质量

无线信道使用的话音编码类型为HR，有TrFO支持时Nb口话音编码类型为HR，这种情况与现网无线侧采用HR编码、Nb口采用AMR2编码的情况下PESQ均值都在3以下。这种情况比现网情况PESQ值略低（约0.2），即比现网降低了6.7%。

综合上述无线侧分别采用12.2kbit/s FR AMR、EFR、HR 3种编码的情况，我们可以得出结论：在A接口尚未IP化的现阶段，A接口只能保持G.711编码，即使无线侧和Nb口选择相同的话音编解码，其话音质量与现网无线侧分别选择上述3种编码且Nb口强选AMR2编码时的话音质量相差无几甚至略低。

3.3.2 启用TFO&TrFO interworking时，Nb口采用不同编码时的话音质量变化情况，及相对于现网话音质量的变化情况

本阶段，启用TFO&TrFO interworking的编码示意图如图3所示。

图3 启用TFO&TrFO interworking时的编码示意图

（1）无线侧采用EFR编码。

当无线侧采用EFR编码时，启用TFO&TrFO interworking，主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表4所示。

表4 开启TrFO&TFO interworking功能，无线侧采用EFR编码的话音质量

无线信道使用的话音编码类型为EFR，有TrFO&TFO interworking支持时，Nb接口话音编码协商结果为EFR，这种情况比现网无线侧采用EFR编码、Nb口强选AMR2编码的情况下PESQ均值高0.304，即比现网提高了8%。

（2）无线侧采用HR编码。

当无线侧采用HR编码时，启用TFO&TrFO interworking，主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表5所示。

无线信道使用的话音编码类型为HR，有TrFO&TFO interworking支持时，Nb接口话音编码协商结果为HR，这种情况比现网无线侧采用HR编码、Nb口强选AMR2编码的情况下PESQ均值高0.6277，即比现网提高了21%。

表5 开启TrFO&TFO interworking功能，无线侧采用HR编码的话音质量

3.3.3 仅开启TFO功能时，无线侧采用不同编码时的话音质量变化情况，及相对于现网话音质量的变化情况

本阶段，仅启用TFO功能，话音编码示意图如图4所示。

图4 仅启用TFO功能时的话音编码示意图

（1）无线侧采用AMR编码。

当无线侧采用AMR话音编码时，仅开启TFO功能，主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表6所示。

当无线侧话音编码为AMR时，开启TFO功能时同一局内呼叫的话音质量比未开启时提高了0.18左右（PESQ值），即话音质量约提升了5%。

（2）无线侧采用EFR编码。

当无线侧采用EFR话音编码时，仅开启TFO功能，主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表7所示。

表6 仅开启TFO功能，无线侧采用AMR编码的话音质量

表7 仅开启TFO功能，无线侧采用EFR编码的话音质量

当无线侧话音编码为EFR时，开启TFO功能时同一局内呼叫的话音质量比未开启时提高了0.4左右（PESQ值），即话音质量约提升了10%。

（3）无线侧采用HR编码。

当无线侧采用HR话音编码时，仅开启TFO功能，主观测试结果均为清晰，客观测试结果(PESQ值)如表8所示。

当无线侧话音编码为HR时，开启TFO功能时同一局内呼叫的话音质量比未开启时提高了0.66左右（PESQ值），即话音质量约提升了22.2%。

表8 仅开启TFO功能，无线侧采用HR编码的话音质量

TFO、TrFO技术的应用分三步走：第一步，在A接口尚未IP化的现阶段打开TFO功能以改善局内呼叫的话音质量；第二步，在完成中国移动全网异厂家BICC IOT测试后启用TFO&TrFO interworking功能，以改善局间呼叫的话音质量；第三步，在A口IP化后，实现真正意义的TrFO功能。

4 结论

测试结果表明，在目前A接口尚没有IP化的情况下，仅开启TrFO功能对话音质量的改善程度并不明显。当启用TFO&TrFO interwoking时，无线侧选择EFR编码和HR编码时，话音质量较现网均有大幅度的提升。由于目前异厂家的BICC信令配合仍存在许多问题，需要在完成全面的BICC IOT测试后才能在现网大规模启用TFO&TrFO interwoking。现阶段开启TFO功能时，由于局间需要强选AMR2编码，所以局间呼叫的话音质量并不会由于开启TFO功能而提升，但局内呼叫的话音质量由于开启了TFO功能，得到了较大幅度的提升。

[1]江雯雯，谢亚丽，刘宏文.TFO与TrFO编解码协商技术及其在3G中的应用[J].江苏通信，2008,增刊.