2G/3G网络IP化语音编解码协商策略部署研究

马洪源，于娟娟，卜忠贵

(1 中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080；2 中国移动通信集团河南有限公司,郑州 450008）

2G/3G网络IP化语音编解码协商策略部署研究

马洪源1，于娟娟2，卜忠贵1

(1 中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080；2 中国移动通信集团河南有限公司,郑州 450008）

A接口IP化改造的规模部署，使2G/3G网络电路域具备了IP化语音实现TrFO的条件。本文针对A接口IP化后实现TrFO中遇到的问题，分析了统一编解码策略（GCP）部署的必要性。同时结合GCP测试中出现的问题，重点研究基于A接口IP化的GCP部署中面临的一些问题，并给出了相应的解决方案。

A接口；IP；GCP；TrFO

1 背景

移动通信网络IP化不仅是业务融合、网络发展的必然需求，也是运营商解决生存、发展问题，实现业务转型的必然选择。实现2G/3G网络中IP化语音端到端语音编解码协商，将有效提升移动语音质量、节省话路网各节点设备的编解码网络资源。随着核心网电路域网元间以及核心网与3G无线侧Iu-CS接口全面完成IP化改造，A 接口作为2G网络中核心网与无线网的重要接口，其IP化改造成为整个移动通信网网络语音IP化进程中的重要内容。目前各运营商已经开始规模推进GSM网络A接口IP化改造，采用A接口IP的BSC原则上不再配置TC设备，并启用TrFO功能，支持端到端的编解码协商。

近两年测试和现网改造过程中，出现了因多厂家核心网设备Nb接口编解码不一致而引起不同程度的呼叫杂音问题。A接口IP化后，核心网编解码类型数量明显增多，出现了编解码协商成功概率低、A接口IP化效率不高等问题。本文对统一编解码策略（GCP）实施中的一些问题进行深入研究和分析，旨在实现A接口IP化后端到端语音传输免编解码解决方案，对2G/3G网络中实现全IP化语音通信、提升语音质量和网络资源配置效率具有重要意义。

2 IP化语音编解码协商技术原理

2.1 A接口IP化技术

3GPP R7和R8分别对A接口信令面和用户面IP化的构架进行了详细的定义。A接口IP改造，信令面将通过IP承载网直接与MSC Server相连，不再通过SG转接；用户面也通过IP承载网与MGW疏通业务。

3GPP定义的AoIP包括两种基本场景：

场景1：TC位于BSS，IP承载G.711；

场景2：TC位于Core/MGW，IP承载压缩编码。

为保证A接口IP改造平滑过渡，上述两种场景均需支持。但考虑到BSS侧设置TC资源对机房空间以及电源功耗需求较大，而且与G.711编码方式相比，IP承载压缩编码具有更高的传输效率，现网在大规模部署AoIP时，新建及改造网元优选场景2的方案，即TC位于Core/MGW，BSC侧无需再保留单独的TC设备。

A接口IP化前，A接口采用PCM编码，局间编解码仅能优选UMTS AMR2 12.2 k，端到端需要经过4次编解码转换，对无线压缩编解码语音质量存在一定影响。A接口IP化后，A接口具备GSM编解码传送能力。理论上，IP化完成之后原本端到端呼叫需要进行的4次编解码转换只需要进行2次便可完成等效转换，这大大减少了有损编码对语音质量的影响。

2.2 TrFO技术与GCP

TrFO（Transcoder Free Operation）是一种带外的协商机制，可通过MSC Server之间的信令进行协商，使得网络可以在呼叫建立前就对Codec的类型和模式进行协商，经协商后，移动用户之间的呼叫可以完全不经过编解码器，从而提高语音质量。实验测试显示，针对同一种语音编解码，TrFO与非TrFO相比可以提高语音MOS值0.2～0.4。

以某厂家设备实验室测试为例，基于A接口IP化的TrFO可以有效地提升MGW语音处理能力，如图1所示。

3GPP定义的TrFO主要分为以下几类情况：

(1) 端到端TrFO（网内）： 手机到手机呼叫全程都没有TC设备介入；

(2) 分段/边界TrFO（网内/网间）： 手机到手机呼叫有一段没有TC设备介入，或者手机到他网呼叫在网内传输通道上实现免TC；

(3) 网元TrFO：呼叫经过的MGW节点实现免TC。

目前端到端TrFO实现主要针对A接口IP化改造完成的端局之间，分段/边界TrFO主要针对A接口IP化端局与A接口TDM端局/业务平台/关口局/国际局，现网条件下，TrFO的应用场景汇总如表1所示。

表1 现阶段A接口IP化后，GCP主要应用场景

A接口IP化之后具备无线压缩编解码语音传送能力，如端到端协商采用相同或兼容编解码，可以实现全程免TC，有助于提升语音质量，但目前实际网络实现端到端TrFO仍面临诸多问题：

(1) 端局未实现端到端编解码协商，局间编解码协商只携带UMTS AMR2 12.2 k和G，711两个编解码，核心网局间语音呼叫强选UMTS AMR2 12.2 k，未考虑主叫无线侧、被叫无线侧编解码，A接口IP化后MGW仍然需要进行编解码转换。

图1 不同呼叫场景下诺西端局语音处理能力对比图

(2) 不同厂家端局打开端到端编解码协商存在问题，部分厂家之间协商失败导致呼叫无法建立；部分厂家之间协商后只能选择G.711，无法选择压缩编码。

(3) 局间协商携带编解码不统一，被叫局选择策略不唯一，主、被叫无线侧、核心网侧难以选择相同/兼容编解码。

(4) 部分厂家无线侧指配流程未考虑与协商流程相配合，无线侧和核心网侧难以选择相同/兼容编解码。

(5) 部分厂家MGW之间传送GSM编解码存在兼容性问题。

(6) 非A接口IP化端局、业务平台、关口局等软交换局不支持GSM编解码，与A接口IP化端局之间编解码协商可能存在兼容性问题。

为实现TrFO，还需要引入端到端编解码协商机制及统一的编解码选择策略，即GCP（General Codec Policy）。

GCP是中国移动企业内部为提升现网内部网络质量而制定的企业标准，旨在规范各厂家编解码选择策略，实现免编解码语音通信。GCP最终就是要实现统一的编解码格式，统一的编解码选择策略，统一的编解码协商策略。A接口IP化后引入GCP，理想情况下端到端呼叫无需经过TC编解码转换，GSM语音编码直接透传软交换网络，这不仅有效提升了语音质量，还节省了TC设备资源。

3 基于A接口IP化的GCP部署研究

目前A接口IP化改造作为中国移动现网改造的一种新技术已经开始大规模推广应用，GCP也已完成实验室测试并进入现网试点测试阶段。基于A接口IP化的GCP已初步具备部署实施条件，在GCP部署中建议参考以下原则：

(1) 基于A接口IP化改造完成的软交换端局；

(2) 先单厂家，后多厂家；

(3) 先局内，后局间；

(4) 先省内，后省间（CMN）；

(5) 先独立局，后MSC Pool；

(6) 先端局，后关口局；

(7) 改造过程中优先保持现网端局的稳定性。

与A接口IP化改造对网元软硬件均有要求不同，GCP实施主要侧重于对网络的软件改造，它对网元配置及信令流程提出了新的要求。以GSM网络为例，基于AoIP的GCP实施过程如图2所示。

从图中我们可以看到，在Nb接口上引入GSM的语音编解码，使得原来编解码协商机制变得复杂起来。通过测试发现，基于A接口IP化的GCP在实施过程中需要考虑以下几个关键问题。

3.1 AMR编解码的速率集需要全网统一

国际标准定义了多种AMR编解码（FR_AMR， HR_ AMR， UMTS_AMR2，UMTS_AMR），每种AMR编解码有16种速率集，且每种速率集在Nc接口协商时需一个codec信元标识，仅速率集相同的AMR 编解码互相兼容。

图2 GSM网络TrFO实现流程

目前现网中，部分设备厂家只支持一部分速率集，而且速率集配置不统一。而局间带外协商最多只能携带8种编解码，无法携带全部编解码，协商复杂，成功率低。因此考虑到BSC/MGW/终端支持情况，建议统一配置AMR速率集，降低协商难度，提升TrFO成功率。AMR编码采用的速率集建议如表2。

表2 AMR速率集统一配置建议

其中由于UMTS_AMR2 set7速率与EFR相同，均为12.2 k，且不能进行速率调整，对无线环境适应能力不如set1，在现网BSC网元中暂不配置。无线侧设备无法选择AMR编解码且同时支持set1或set7也导致了2G与3G网络之间暂时无法实现TrFO。

3.2 编解码协商列表（SCL）需要统一顺序

在测试环境下，打开TrFO功能后，各厂家局间编解码列表顺序不一致，主要有以下两种情况：

(1) 部分厂家将G.711位置提前，分隔DCL（Direct Codec List，TrFO兼容编解码列表）和ICL（Indirect Codec List ，TrFO不兼容编解码列表）；部分厂家未分隔DCL和ICL， 将G.711放在末尾。

G.711位置提前，当AoIP局与AoTDM局互通时，如收到的编解码列表中G.711在AMR2 set7之前，局间按顺序会选择G.711。当主叫侧采用G.711分隔DCL和ICL；被叫侧优先从主叫DCL+被叫DCL交集中选择语音质量最好编解码建立TrFO，此时同厂家局间互通TrFO成功率不受影响。

(2) 部分厂商设备未完全按照编解码语音质量排序。厂商设备未按照语音质量排序，与AoIP局互通可能选择非最优编解码。若端局认为G.711之前都是主叫DCL，从主叫DCL+被叫DCL交集中选择语音质量最好的编解码作为局间的编解码，无法实现TrFO，此时作为终止局与其他厂家互通TrFO成功率将会受到影响。

针对上述情况，建议部署时不同厂家软交换网元设备统一按照DCL，ICL，G.711顺序，保证与AoTDM局间使用压缩编解码。DCL和ICL中编解码分别按照语音质量排序，保证最优语音质量，优先级顺序为AMR_WB(可选），FR-AMR (se1)，GSM-EFR，UMTS-AMR2（set7），HR-AMR (set1)，GSM-FR，GSM-HR。

3.3 现网“早指配”端局需修改为“晚指配”

指配流程是通信网络为用户分配信道资源的一个过程，涉及多个网元的不同参数。根据核心网发送的指配请求消息与振铃消息先后顺序不同，指配流程分为早指配和晚指配，如图3所示。

图3 早指配与晚指配信令流程对比图

表3 A接口IP化及GCP对现网设备的影响

在早指配流程中，主叫侧在编解码协商流程之前指配编解码，可能与被叫侧选择的编解码不一致。并且由于2G没有修改流程，这就容易降低TrFO的成功率。而晚指配流程中，主叫侧在编解码协商流程之后指配编解码，可尽量与被叫侧选择的编解码一致，保证TrFO。目前现网中部分厂商设备采用早指配流程，在部署GCP时需要将“早指配”改为“晚指配”。此外，呼叫建立流程和切换流程还需要增加“编解码能力”等消息。

3.4 A接口IP化及GCP对现网设备的影响

A接口IP化以及GCP的实施同样会对现网设备，尤其是业务处理单元性能产生一些影响。以某厂家为例，A接口IP化及GCP对现网设备的影响如表3。

从表3中我们可以看出在A接口IP化改造完成之后，尚未开启GCP实现TrFO时，不同硬件版本的话务处理单元均会出现较大程度的性能下降；而在启用TrFO之后话务处理单元处理能力又会出现一个更大幅度的提升。

4 小结

综上所述，A接口IP化改造后，网络具备TrFO的条件。但要真正实现TrFO，还要对网络部署GCP功能。

引入GCP可以发挥A接口IP化优势，在呼叫、切换、呼转等过程中尽量实现免TC，并选择语音质量较优的编解码，进一步提升语音质量。实际网络改造中需结合各厂家设备情况，差异化提供建设方案，不断推动技术成熟，完善2G/3G网络中的IP化语音编解码协商策略。

[1] 中国移动通信有限公司，中国移动2G BSS IP化A接口技术规范[S]. 2010,12.

[2] 中国移动通信有限公司，GCP试点总体技术要求[S]. 2011,11.

[3] 王红线，李泳，赵杰. TFO、TrFO技术应用研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2011,(7).

Study of speech codec strategy over IP in 2G/3G network

MA Hong-yuan1, YU Juan-juan2, BU Zhong-gui1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Henan Co., Ltd., Zhengzhou 450008, China)

With the scale deployment of A interface transformed from TDM to IP, the transcoder free operation (TrFO) in circuit domain of 2G/3G network can make possible. By discussing problems in the TrFO, this paper analyzes the necessity of implementing GCP after AoIP. Combined with the GCP test in labs, this paper researches the diffculties of GCP during the implementation and proposes solutions against these problems.

A interface; IP; GCP; TrFO

TN929.5

A

1008-5599（2014）01-0069-05

2013-05-19