“VoLTE”的理论研究

赵鑫+刘松伦

【摘要】 随着网络数据时代的来临与发展，VoLTE（移动语音技术）也随着相关技术的不断进步而进步着。VoLTE开启了向移动宽带语音的演进之路，是移动4G语音解决的终极方案。本文针对VoLTE的一些主要理论知识进行阐述和分析。

【关键词】 VoLTE理论 IMS

一、引言

VoLTE（Voice…over…Long…Term…Evolution，长期演进上的语音），它是一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，全部业务承载于4G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务，同时还提供高质量的音视频通话，后者便需要VoLTE技术来实现。

二、VoLTE基本概念

VoLTE是3GPP标准定义的基于IMS网络（IP…Multimedia…Subsystem，IP多媒体子系统）的LTE语音解决方案，即在LTE覆盖区域内提供基于IP的高清晰语音业务。标准引入IMS网络后，由IMS配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。VoLTE是通过LTE网络作为业务接入，IMS网络实现业务接入控制的语音解决方案。通过IMS系统控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。在支持高清语音、高清视频等通信业务的同时可实现与现网2G、3G的语音互通继承2G、3G业务。在业务接入上，LTE网络是全IP网络，没有CS域，数据业务和语音多媒体业务都承载在LTE上；在业务控制上，EPC网络不具备语音和多媒体业务的呼叫控制功能，需要通过IMS网络提供业务控制功能；在业务切换上，在LTE全覆盖之前，需要通过eSRVCC技术实现LTE与CS之间的语音业务连续性。

三、VoLTE业务特征

a）高清语音：采用AMR-WB编解码，相比于现网AMR-NB编解码频谱范围更宽；话音更自然、舒适、更有现场感，增加了可懂度和清晰度。b）高清视频：LTE高清视频分辨率典型至少为VGA（480*640），目标实现分辨率720P、帧率30fps的高质量视频通话体验。c）语音业务连续：引入了eSRVCC技术，VoLTE用户通话过程中移动出LTE覆盖时，需要通过EPC、IMS和CS域协同，将语音切换到CS域。d）RCS等富媒体业务：可实现增强型通讯录、即时消息、群组聊天、文件传输、内容共享等特性化业务。因此，VoLTE相较2G、3G等传统语音通话具有许多优势，如编解码使语音质量能提高40%左右；为用户带来更低的接入时延，比3G下降50%（大概在2秒左右），而2G时代在6-7秒；2G、3G下的掉线率时有发生，但VoLTE的掉线率接近于零；对于语音业务，LTE的频谱利用效率远远优于传统制式，达到GSM的4倍以上、R99的3倍以上；视频通话分辨率质量提升明显；VoLTE与RCS的无缝集成可以带来更丰富的业务等等。

四、VoLTE网络结构

基于IMS系统的VoLTE业务环境复杂、涉及众多网元的配合，需要全面考虑LTE网络、IMS系统以及PCC（Personal…Code…Calling，个人代码呼叫）等设备的部署和搭建。其核心思想是采用IMS作为业务控制层系统，提供呼叫管理等功能，由EPS（Evolved…Packet…System，演进分组系统）提供承载，VoLTE用户通过LTE网络接入IMS网络进行注册，而后IMS网络为用户分配IP地址，以达到在LTE网络上通话即VoLTE的目的。核心网全面部署能够提供CSCF（Call…Session…Control…Function，呼叫会话控制功能）等以及HSS、MMTel…AS和IP-SM-GW（IP…Server…Message…GateWay，IP业务消息网关）等互通功能的IMS系统，接入与承载网引入能够提供承载通道和QoS控制能力的LTE设备S/P-GW、MME等，再加上EPS网络的配合，语音、视频、数据以及电话会议、呼叫转移、来电显示等各种业务便可在全IP的…网络基础上得以实现。VoLTE业务的典型系统架构如图所示。

五、VoLTE关键技术

1、IP包头压缩（RoHC）。由于相邻节点之间，同一数据流连续分组报文头中存在一些不变的冗余信息头和一些有变化规律的动态信息头，即压缩中的静态域和动态域。为了节省空口的带宽资源，可以在数据流开始传递时发送完整报文头部信息，后续数据包信头中只传递报文头部中变化的部分和相对于同一个流的关联标识符，达到缩小数据头的字节数，从而有效利用无线带宽资源。…ROHC（Radio…Overhead…Compression）主要功能是将核心网和UE之间的数据报文的报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，达到节省空口带宽资源的作用。压缩后，头开销降为4-6byte，并同时支持IPv4与IPv6，提高传输效率，增加一个小区承载的VoLTE用户数，以及提升VoLTE覆盖。2、半静态调度（SPS）。对于VoIP类型的业务，其数据包大小比较固定，到达时间间隔满足一定规律的实时性业务（典型的话音业务周期一般是20ms），针对这种特性，LTE系统引入了半静态调度技术（Semi-Persistent…Scheduling）。SPS是在指定子帧上按照预先分配的资源进行新传，但重传时为了降低时延，仍然采用动态调度的方式。系统资源（包括上行和下行）是通过PDCCH分配的，UE通过保存相应的资源分配，而后就可以周期性重复使用相同的时频资源。不需要在每个TTI都为UE下发DCI（包括上行或下行的），从而降低了对应的PDCCH…CCE资源开销，有效提升了系统效率及容量。…VoIP业务采用SPS技术，可以有效的节省CCE资源，提高小区的VoIP用户容量。3、子帧捆绑TTIB。TTI…Bundling是用于提高用户在小区边缘覆盖的一种方法。当TTI…Bundling使能时，上行调度DCI0一次授权后，在连续的4个上行子帧上传输同一传输块，且仅在第四次传输后有对应的PHICH反馈，重传也是4个连续上行TTI发射的一种调度方法，可以充分利用4个上行子帧发送的数据进行数据合并，通过合并增益提升数据可靠性。由于仅在第四次传输后有对应的PHICH反馈，所以此时反馈的为底层合并后数据的接收效果，从而大大提高的数据的可靠性。TTIB只适用于上行，通常在远点低…SINR下被激活，TTI…捆绑对TDD仅仅适用于上下行配比为0、1、6的情况。对于上下行1：3配置协议明确不适用TTIbundling技术做补偿增益。VoIP业务采用TTIB技术，可以有效地提高小区的覆盖半径，对于边缘用户上行会有2-3dB的增益。4、eSRVCC。3GPP在R8阶段引入SRVCC/ eSRVCC方案，SRVCC（Single…Radio…Voice…Call…Continuity）是3GPP提出的一种VoLTE语音业务连续性方案，主要是为了解决当单射频UE在LTE/Pre-LTE网络和2G/3G…CS网络之间移动时如何保证语音呼叫连续性的问题，即保证单射频UE在IMS控制的VoIP语音和CS域语音之间的平滑切换。而eSRVCC方案相对于SRVCC方案的增强在于减少了切换时长（切换时长小于300ms），使用户获得更好的通话体验。5、域选与锚定。域选是指VoLTE用户手机既可以在电路域使用语音业务，也可在IMS域（LTE承载）使用语音业务，且使用同样的码号，因此存在“被叫连续网络选择”的问题，即网络如何识别用户当前的驻留网络，接续到该用户。锚定是指将呼叫从CS域网络路由到IMS网络进行业务处理的过程。在以下两种场景中，与LTE用户相关的呼叫请求需要通过锚定功能路由到IMS网络：LTE用户通过CS网络接入并且签约了IMS网络业务、LTE用户作为被叫用戶通过LTE网络接入并且主叫用户为CS网络用户。

六、结束语

VoLTE技术可提供更快的连接速度和更高的通话质量，且VoLTE是纯IP化的语音解决方案，语音业务不再影响用户数据业务的使用，用户通过VoLTE进行高清视频通话的同时还能在线浏览网页、查看邮件等，从目前技术发展趋势来看，VoLTE是未来网络业务转型的关键一步。同时，随着频谱资源的逐渐紧张，天面资源的日趋困难，VoLTE技术也是带动网络演进的重要一环，LTE网络有了语音承载，势必推动着2G、3G网络腾退频谱、让出空间资源、推进节能减排，逐步退出历史舞台的步伐，推动着通信的浪潮继续向前发展。

参 考 文 献

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[3]…刘国平，尼松涛，尹翔宇.…VoLTE语音业务部署方案探讨.…邮电设计技术，…2015（9）：…47-52.endprint