第三代移动通信中基于TrFO的编解码协商技术及应用
2014-09-27吉才利
【摘要】通过对TrFO的原理和优势进行分析，结合现网VoIP改造后TC资源负荷增加情况，提出了开通TrFO应用来缓解TC资源负荷的方案；同时，还对TrFO相关案例进行详细探讨，为全国核心网VoIP改造后开通TrFO功能提供了参考。
【关键词】TrFO AMR UE
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-16-
[Abstract]Based on the analysis of the principle and advantage of TrFO， the scheme in which TrFO application are opened to release TC resource load is put forward in the light of the increase of TC resource load after VoIP transformation of current 3G mobile communication system. In the mean time， the corresponding cases of TrFO are discussed in detail to provide domestic core network with a reference to open TrFO function after VoIP transformation.
[Key words]TrFO AMR UE
1 概述
TrFO（Transcoder Free Operation）是一种带外的协商机制，指的是在语音传输过程中，不需要通过TC（Transcoder，编码转换器）来进行语音处理，实现了端至端的高保真、低时延的语音传输功能。由于TrFO节省了昂贵的TC资源，在IP或ATM承载的第三代移动通信R4核心网络中使用TrFO，话音通过AMR（Adaptive Multi Rate，自适应多速率）或AMR2以12.2kbps的速率传输，可以有效地节省带宽。
2 TrFO原理和优势
2.1 TrFO原理
3GPP在R4版本与R99在功能上的一个区别是引入了TrFO功能。R99网络中，对于AMR编码，最大编码速率为12.2kbps，而固定传输网络中的传输速率为64kbps，为实现信号的处理，必须通过码转换器处理以便进行速率适配。但是，在编解码过程中，对语音编码的码转换操作可显著降低语音质量、增加传输时延。UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）系统中，在UE（User Equipment，用户设备）和网络都支持相同编码类型的端至端呼叫的情况下，可以避免使用码转换器进行码转换存在，提升了语音质量。通信系统通过OoBTC进行语音编解码的协商，实现TrFO特性。
（1）端至端TrFO连接的网络模型
端至端TrFO连接的网络模型如图1所示，TrFO功能的实现需要UE、RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）以及核心网相关功能实体的配合。UE与网络需配合完成编解码协商过程，编码协商过程既可以在呼叫建立阶段进行，也可以在呼叫建立后进行。以呼叫建立阶段为例，发起方UE需向网络侧通知其支持的编码类型，网络侧根据自身的编解码情况，删除不支持的编码类型，然后向前通知共同的编码列表，接收方再结合自身的编码能力判断有无共同的编码类型。若有则网络为UE之间建立免编解码的连接，RNC需根据协商的结果分配相应的承载资源；若没有，则需再插入TC单元。
（2）端至端TrFO连接的建立过程
端至端TrFO呼叫建立过程如图2所示：
具体如下：
◆OoBTC阶段：即编码协商过程，是主叫侧MSC Server和被叫侧MSC Server之间协商Codec Type的过程。
◆网络侧承载建立阶段：是主叫侧MGW和被叫侧MGW根据协商的Codec建立相应的承载资源，并实现主被叫地面传输网络的互通。
◆RAB指配阶段：即无线接入承载指配，是MGW和RNC根据协商的Codec实现空口资源的互通。
OoBTC负责协商网络中各个节点的Codec，选择呼叫模型中所有节点都支持的一个Codec，实现TrFO功能。
（3）跨MSC之间实现TrFO的基本原理
TrFO在呼叫建立时先协商呼叫双方的编解码规则，使用双方都支持的编解码类型和编解码模式，减少了传输过程中码转换器的处理。其原理如图3所示：
具体如下：
①主叫用户先向被叫MSC发送自己所支持的语音编解码。
②被叫用户向被叫MSC发送自己所支持的语音编解码。
③被叫MSC对比主被叫用户所提供的语音编解码，选取其中双方都支持的语音编解码类型和模式发送给主叫MSC，作为最后协商的结果。
④主被叫双方根据协商好的语音编解码类型和模式进行语音传输。
由于整个呼叫使用同一个Codec，避免了建立呼叫时使用TC，从而提高语音质量、节省网络资源。
2.2 TrFO优势
对运营商来说，TrFO节省了TC资源，从而节省运营商的投资，提高其竞争力；对移动用户来说，提高了语音通信质量，减少了话音传输时延，增加了用户体验。
3 TrFO应用案例
3.1 网络状况
为满足移动网络的发展和MSC Pool组网的要求，需要对核心网CS设备进行VoIP改造，即Nc口（MSC与MSC之间的接口）与Nb口（MGW与MGW之间的接口）由原有的TDM承载改为IP承载。VoIP改造分为信令面和媒体面两部分，其中信令面涉及Mc口和Nc口，媒体面涉及Nb口。改造分为三个阶段进行：第一阶段，增加IP与CS LAR进行对接、多归属改造；第二阶段，进行BICC局向对接；第三阶段，进行BICC话务割接。在现网软交换各端局进行VoIP改造后，由于与大部分BSC之间仍然采用TDM对接，与在TDM组网时相比，两端局之间的呼叫过程中会插入双倍TC，导致改造前TC使用量为40%，而改造后为80%。特别繁忙时甚至达到100%，可能会造成一定的呼损。因此，采用减少TC使用量的技术非常必要。
3.2 TrFO应用
TrFO功能的实现需要核心网、无线接入网以及UE的配合。UE与网络需配合完成编解码协商过程，编解码协商过程既可以在呼叫建立阶段进行，也可以在呼叫建立后进行。若编解码协商一致，则不使用TC资源；若不一致，则需使用TC资源。本次VoIP改造后，分别对开通TrFO前后TC的使用情况进行分析。
开通TrFO前后的TC占用情况对比如图4所示：
从图4可以看出，开通TrFO后，TC的使用量减少30%，达到了节省TC资源的目的。
4 结束语
在第三代移动通信的核心网和无线接入网上开通TrFO功能，可以有效节省TC单板的投资30%以上；配合AMR、AMR2的使用，可以降低对传输带宽的需求。因此，开通TrFO功能可以提高语音呼叫的用户感知，减少移动用户呼叫过程中语音编解码转换带来的语音时延，提升语音质量、增强用户体验，从而增加运营商的移动通信网络竞争力。
参考文献：
[1] 单秀云. TrFO技术分析[J]. 通信世界， 2003（40）： 39.
[2] 胡冯梅，刘丽娟. TrFO技术探讨[J]. 中国新通信， 2013（12）： 30.
[3] 常永宏. 第三代移动通信系统与技术[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2002.
[4] 彭林. 第三代移动通信技术[M]. 北京： 电子工业出版社， 2003.
[5] 赵学军. 软交换技术问答[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2005.
[6] 胡捍英，杨峰义. 第三代移动通信系统[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2001.
[7] 华为技术有限公司. GSM无线网络规划与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2004.
[8] 中兴软交换系统维护指南[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.
作者简介
吉才利：工程师，硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国联合网络通信有限公司深圳市分公司，主要从事移动核心网维护工作。endprint
【摘要】通过对TrFO的原理和优势进行分析，结合现网VoIP改造后TC资源负荷增加情况，提出了开通TrFO应用来缓解TC资源负荷的方案；同时，还对TrFO相关案例进行详细探讨，为全国核心网VoIP改造后开通TrFO功能提供了参考。
【关键词】TrFO AMR UE
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-16-
[Abstract]Based on the analysis of the principle and advantage of TrFO， the scheme in which TrFO application are opened to release TC resource load is put forward in the light of the increase of TC resource load after VoIP transformation of current 3G mobile communication system. In the mean time， the corresponding cases of TrFO are discussed in detail to provide domestic core network with a reference to open TrFO function after VoIP transformation.
[Key words]TrFO AMR UE
1 概述
TrFO（Transcoder Free Operation）是一种带外的协商机制，指的是在语音传输过程中，不需要通过TC（Transcoder，编码转换器）来进行语音处理，实现了端至端的高保真、低时延的语音传输功能。由于TrFO节省了昂贵的TC资源，在IP或ATM承载的第三代移动通信R4核心网络中使用TrFO，话音通过AMR（Adaptive Multi Rate，自适应多速率）或AMR2以12.2kbps的速率传输，可以有效地节省带宽。
2 TrFO原理和优势
2.1 TrFO原理
3GPP在R4版本与R99在功能上的一个区别是引入了TrFO功能。R99网络中，对于AMR编码，最大编码速率为12.2kbps，而固定传输网络中的传输速率为64kbps，为实现信号的处理，必须通过码转换器处理以便进行速率适配。但是，在编解码过程中，对语音编码的码转换操作可显著降低语音质量、增加传输时延。UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）系统中，在UE（User Equipment，用户设备）和网络都支持相同编码类型的端至端呼叫的情况下，可以避免使用码转换器进行码转换存在，提升了语音质量。通信系统通过OoBTC进行语音编解码的协商，实现TrFO特性。
（1）端至端TrFO连接的网络模型
端至端TrFO连接的网络模型如图1所示，TrFO功能的实现需要UE、RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）以及核心网相关功能实体的配合。UE与网络需配合完成编解码协商过程，编码协商过程既可以在呼叫建立阶段进行，也可以在呼叫建立后进行。以呼叫建立阶段为例，发起方UE需向网络侧通知其支持的编码类型，网络侧根据自身的编解码情况，删除不支持的编码类型，然后向前通知共同的编码列表，接收方再结合自身的编码能力判断有无共同的编码类型。若有则网络为UE之间建立免编解码的连接，RNC需根据协商的结果分配相应的承载资源；若没有，则需再插入TC单元。
（2）端至端TrFO连接的建立过程
端至端TrFO呼叫建立过程如图2所示：
具体如下：
◆OoBTC阶段：即编码协商过程，是主叫侧MSC Server和被叫侧MSC Server之间协商Codec Type的过程。
◆网络侧承载建立阶段：是主叫侧MGW和被叫侧MGW根据协商的Codec建立相应的承载资源，并实现主被叫地面传输网络的互通。
◆RAB指配阶段：即无线接入承载指配，是MGW和RNC根据协商的Codec实现空口资源的互通。
OoBTC负责协商网络中各个节点的Codec，选择呼叫模型中所有节点都支持的一个Codec，实现TrFO功能。
（3）跨MSC之间实现TrFO的基本原理
TrFO在呼叫建立时先协商呼叫双方的编解码规则，使用双方都支持的编解码类型和编解码模式，减少了传输过程中码转换器的处理。其原理如图3所示：
具体如下：
①主叫用户先向被叫MSC发送自己所支持的语音编解码。
②被叫用户向被叫MSC发送自己所支持的语音编解码。
③被叫MSC对比主被叫用户所提供的语音编解码，选取其中双方都支持的语音编解码类型和模式发送给主叫MSC，作为最后协商的结果。
④主被叫双方根据协商好的语音编解码类型和模式进行语音传输。
由于整个呼叫使用同一个Codec，避免了建立呼叫时使用TC，从而提高语音质量、节省网络资源。
2.2 TrFO优势
对运营商来说，TrFO节省了TC资源，从而节省运营商的投资，提高其竞争力；对移动用户来说，提高了语音通信质量，减少了话音传输时延，增加了用户体验。
3 TrFO应用案例
3.1 网络状况
为满足移动网络的发展和MSC Pool组网的要求，需要对核心网CS设备进行VoIP改造，即Nc口（MSC与MSC之间的接口）与Nb口（MGW与MGW之间的接口）由原有的TDM承载改为IP承载。VoIP改造分为信令面和媒体面两部分，其中信令面涉及Mc口和Nc口，媒体面涉及Nb口。改造分为三个阶段进行：第一阶段，增加IP与CS LAR进行对接、多归属改造；第二阶段，进行BICC局向对接；第三阶段，进行BICC话务割接。在现网软交换各端局进行VoIP改造后，由于与大部分BSC之间仍然采用TDM对接，与在TDM组网时相比，两端局之间的呼叫过程中会插入双倍TC，导致改造前TC使用量为40%，而改造后为80%。特别繁忙时甚至达到100%，可能会造成一定的呼损。因此，采用减少TC使用量的技术非常必要。
3.2 TrFO应用
TrFO功能的实现需要核心网、无线接入网以及UE的配合。UE与网络需配合完成编解码协商过程，编解码协商过程既可以在呼叫建立阶段进行，也可以在呼叫建立后进行。若编解码协商一致，则不使用TC资源；若不一致，则需使用TC资源。本次VoIP改造后，分别对开通TrFO前后TC的使用情况进行分析。
开通TrFO前后的TC占用情况对比如图4所示：
从图4可以看出，开通TrFO后，TC的使用量减少30%，达到了节省TC资源的目的。
4 结束语
在第三代移动通信的核心网和无线接入网上开通TrFO功能，可以有效节省TC单板的投资30%以上；配合AMR、AMR2的使用，可以降低对传输带宽的需求。因此，开通TrFO功能可以提高语音呼叫的用户感知，减少移动用户呼叫过程中语音编解码转换带来的语音时延，提升语音质量、增强用户体验，从而增加运营商的移动通信网络竞争力。
参考文献：
[1] 单秀云. TrFO技术分析[J]. 通信世界， 2003（40）： 39.
[2] 胡冯梅，刘丽娟. TrFO技术探讨[J]. 中国新通信， 2013（12）： 30.
[3] 常永宏. 第三代移动通信系统与技术[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2002.
[4] 彭林. 第三代移动通信技术[M]. 北京： 电子工业出版社， 2003.
[5] 赵学军. 软交换技术问答[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2005.
[6] 胡捍英，杨峰义. 第三代移动通信系统[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2001.
[7] 华为技术有限公司. GSM无线网络规划与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2004.
[8] 中兴软交换系统维护指南[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.
作者简介
吉才利：工程师，硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国联合网络通信有限公司深圳市分公司，主要从事移动核心网维护工作。endprint
【摘要】通过对TrFO的原理和优势进行分析，结合现网VoIP改造后TC资源负荷增加情况，提出了开通TrFO应用来缓解TC资源负荷的方案；同时，还对TrFO相关案例进行详细探讨，为全国核心网VoIP改造后开通TrFO功能提供了参考。
【关键词】TrFO AMR UE
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-16-
[Abstract]Based on the analysis of the principle and advantage of TrFO， the scheme in which TrFO application are opened to release TC resource load is put forward in the light of the increase of TC resource load after VoIP transformation of current 3G mobile communication system. In the mean time， the corresponding cases of TrFO are discussed in detail to provide domestic core network with a reference to open TrFO function after VoIP transformation.
[Key words]TrFO AMR UE
1 概述
TrFO（Transcoder Free Operation）是一种带外的协商机制，指的是在语音传输过程中，不需要通过TC（Transcoder，编码转换器）来进行语音处理，实现了端至端的高保真、低时延的语音传输功能。由于TrFO节省了昂贵的TC资源，在IP或ATM承载的第三代移动通信R4核心网络中使用TrFO，话音通过AMR（Adaptive Multi Rate，自适应多速率）或AMR2以12.2kbps的速率传输，可以有效地节省带宽。
2 TrFO原理和优势
2.1 TrFO原理
3GPP在R4版本与R99在功能上的一个区别是引入了TrFO功能。R99网络中，对于AMR编码，最大编码速率为12.2kbps，而固定传输网络中的传输速率为64kbps，为实现信号的处理，必须通过码转换器处理以便进行速率适配。但是，在编解码过程中，对语音编码的码转换操作可显著降低语音质量、增加传输时延。UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）系统中，在UE（User Equipment，用户设备）和网络都支持相同编码类型的端至端呼叫的情况下，可以避免使用码转换器进行码转换存在，提升了语音质量。通信系统通过OoBTC进行语音编解码的协商，实现TrFO特性。
（1）端至端TrFO连接的网络模型
端至端TrFO连接的网络模型如图1所示，TrFO功能的实现需要UE、RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）以及核心网相关功能实体的配合。UE与网络需配合完成编解码协商过程，编码协商过程既可以在呼叫建立阶段进行，也可以在呼叫建立后进行。以呼叫建立阶段为例，发起方UE需向网络侧通知其支持的编码类型，网络侧根据自身的编解码情况，删除不支持的编码类型，然后向前通知共同的编码列表，接收方再结合自身的编码能力判断有无共同的编码类型。若有则网络为UE之间建立免编解码的连接，RNC需根据协商的结果分配相应的承载资源；若没有，则需再插入TC单元。
（2）端至端TrFO连接的建立过程
端至端TrFO呼叫建立过程如图2所示：
具体如下：
◆OoBTC阶段：即编码协商过程，是主叫侧MSC Server和被叫侧MSC Server之间协商Codec Type的过程。
◆网络侧承载建立阶段：是主叫侧MGW和被叫侧MGW根据协商的Codec建立相应的承载资源，并实现主被叫地面传输网络的互通。
◆RAB指配阶段：即无线接入承载指配，是MGW和RNC根据协商的Codec实现空口资源的互通。
OoBTC负责协商网络中各个节点的Codec，选择呼叫模型中所有节点都支持的一个Codec，实现TrFO功能。
（3）跨MSC之间实现TrFO的基本原理
TrFO在呼叫建立时先协商呼叫双方的编解码规则，使用双方都支持的编解码类型和编解码模式，减少了传输过程中码转换器的处理。其原理如图3所示：
具体如下：
①主叫用户先向被叫MSC发送自己所支持的语音编解码。
②被叫用户向被叫MSC发送自己所支持的语音编解码。
③被叫MSC对比主被叫用户所提供的语音编解码，选取其中双方都支持的语音编解码类型和模式发送给主叫MSC，作为最后协商的结果。
④主被叫双方根据协商好的语音编解码类型和模式进行语音传输。
由于整个呼叫使用同一个Codec，避免了建立呼叫时使用TC，从而提高语音质量、节省网络资源。
2.2 TrFO优势
对运营商来说，TrFO节省了TC资源，从而节省运营商的投资，提高其竞争力；对移动用户来说，提高了语音通信质量，减少了话音传输时延，增加了用户体验。
3 TrFO应用案例
3.1 网络状况
为满足移动网络的发展和MSC Pool组网的要求，需要对核心网CS设备进行VoIP改造，即Nc口（MSC与MSC之间的接口）与Nb口（MGW与MGW之间的接口）由原有的TDM承载改为IP承载。VoIP改造分为信令面和媒体面两部分，其中信令面涉及Mc口和Nc口，媒体面涉及Nb口。改造分为三个阶段进行：第一阶段，增加IP与CS LAR进行对接、多归属改造；第二阶段，进行BICC局向对接；第三阶段，进行BICC话务割接。在现网软交换各端局进行VoIP改造后，由于与大部分BSC之间仍然采用TDM对接，与在TDM组网时相比，两端局之间的呼叫过程中会插入双倍TC，导致改造前TC使用量为40%，而改造后为80%。特别繁忙时甚至达到100%，可能会造成一定的呼损。因此，采用减少TC使用量的技术非常必要。
3.2 TrFO应用
TrFO功能的实现需要核心网、无线接入网以及UE的配合。UE与网络需配合完成编解码协商过程，编解码协商过程既可以在呼叫建立阶段进行，也可以在呼叫建立后进行。若编解码协商一致，则不使用TC资源；若不一致，则需使用TC资源。本次VoIP改造后，分别对开通TrFO前后TC的使用情况进行分析。
开通TrFO前后的TC占用情况对比如图4所示：
从图4可以看出，开通TrFO后，TC的使用量减少30%，达到了节省TC资源的目的。
4 结束语
在第三代移动通信的核心网和无线接入网上开通TrFO功能，可以有效节省TC单板的投资30%以上；配合AMR、AMR2的使用，可以降低对传输带宽的需求。因此，开通TrFO功能可以提高语音呼叫的用户感知，减少移动用户呼叫过程中语音编解码转换带来的语音时延，提升语音质量、增强用户体验，从而增加运营商的移动通信网络竞争力。
参考文献：
[1] 单秀云. TrFO技术分析[J]. 通信世界， 2003（40）： 39.
[2] 胡冯梅，刘丽娟. TrFO技术探讨[J]. 中国新通信， 2013（12）： 30.
[3] 常永宏. 第三代移动通信系统与技术[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2002.
[4] 彭林. 第三代移动通信技术[M]. 北京： 电子工业出版社， 2003.
[5] 赵学军. 软交换技术问答[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2005.
[6] 胡捍英，杨峰义. 第三代移动通信系统[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2001.
[7] 华为技术有限公司. GSM无线网络规划与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2004.
[8] 中兴软交换系统维护指南[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.
作者简介
吉才利：工程师，硕士毕业于华南理工大学，现任职于中国联合网络通信有限公司深圳市分公司，主要从事移动核心网维护工作。endprint
