廈門縱橫集團建設(shè)開發(fā)有限公司 黃風(fēng)彬

淺談VOLTE關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

廈門縱橫集團建設(shè)開發(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)的這個特性已經(jīng)遠遠不能滿足人們的需求了，所以想要使LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提供傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)就成為了學(xué)者們新的研究問題和研究方向。本文就這種現(xiàn)實情況下，主要闡述了VOLTE相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，并對其優(yōu)化技術(shù)開展充分討論。

VOLTE關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢；無線網(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)量與低延時的優(yōu)點，為LTE的語音提供更有利的技術(shù)基礎(chǔ)，為提升通信的語音質(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LTE語音的解決方案有三種，分別是VOLTE、CSFB、SGLTE， VOLTE與CSFB是3GPP標(biāo)準化方案，SGLTE為終端實現(xiàn)方案，其中VOLTE是移動4G語音解決方案的終極方案；SGLTE不需要對網(wǎng)絡(luò)進行改動，VOLTE與CSFB均需對網(wǎng)絡(luò)進行改造。

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

VOLTE是GSMA IR 92定義的標(biāo)準LTE語音解決方案，最大的網(wǎng)絡(luò)改動就是引入IMS網(wǎng)絡(luò)，由IMS配合LTE和EPC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)端到端的基于分組域的語音、視頻通信業(yè)務(wù)。通過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音業(yè)務(wù)及其補充業(yè)務(wù)，包括號碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會議電話等。

1.2 VOLTE技術(shù)特點

VOLTE開啟了向移動寬帶語音演進之路，其給運營商帶來兩方面的價值，一是提升無線頻譜利用率、降低網(wǎng)絡(luò)成本。LTE的頻譜利用效率GSM的4倍以上。另一個價值就是提升用戶體驗，VOLTE的體驗明顯優(yōu)于傳統(tǒng)CS語音。首先，高清語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)時長大幅縮短，VOLTE比CS呼叫縮短一半以上。

下面是實際測試的一些指標(biāo)：

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

語音質(zhì)量更高：因為使用23.85K寬帶AMR技術(shù)，語音質(zhì)量相比2G、3G語音質(zhì)量有質(zhì)的提高，在外場測試時，在好點MOS值在4.1左右，而3G MOS值在3.0—3.5之間，在同一地點的OTT語音在3.5左右（無線資源不受限）。對運營商來說在這一點上體現(xiàn)了移動網(wǎng)絡(luò)相對于OTT的優(yōu)勢。

系統(tǒng)間切換方面使用eSRVCC切換，測試切換時延在150MS以內(nèi)，對用戶感知無影響，且切換成功率高。

視頻質(zhì)量更好：在同一地點，視頻通話的圖像遠比OTT視頻通話的圖像清晰。

1.3 VOLTE技術(shù)傳輸原理

傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語音，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，對模擬的語音信號進行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無連接的UDP協(xié)議進行傳輸。

為了在一個IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音信號，要求幾個元素和功能。最簡單形式的網(wǎng)絡(luò)由兩個或多個具有VOLTE功能的設(shè)備組成，這一設(shè)備通過一個IP網(wǎng)絡(luò)連接,因此可以簡單地將VOLTE的傳輸過程分為下列幾個階段。

（1）語音-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

語音信號是模擬波形，通過IP方式來傳輸語音，不管是實時應(yīng)用業(yè)務(wù)還是非實時應(yīng)用業(yè)務(wù)，首先要對語音信號進行模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也就是對模擬語音信號進行8位或6位的量化，然后送入到緩沖存儲區(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行編碼。典型幀長為10~30ms.考慮傳輸過程中的代價，語音包通常由60、120或240m s的語音數(shù)據(jù)組成。數(shù)字化可以使用各種語音編碼方案來實現(xiàn)，目前采用的語音編碼標(biāo)準主要有ITU-T G.711.源和目的地的語音編碼器必須實現(xiàn)相同的算法，這樣目的地的語音設(shè)備幫可以還原模擬語音信號。

（2）原數(shù)據(jù)到IP轉(zhuǎn)換

一旦語音信號進行數(shù)字編碼，下一步就是對語音包以特定的幀長進行壓縮編碼。大部份的編碼器都有特定的幀長，若一個編碼器使用15ms的幀，則把從第一來的60ms的包分成4幀，并按順序進行編碼。每個幀合120個語音樣點（抽樣率為 8kHz）。編碼后，將4個壓縮的幀合成一個壓縮的語音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語音添加包頭、時標(biāo)和其它信息后通過網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端點。語音網(wǎng)絡(luò)簡單地建立通信端點之間的物理連接（一條線路），并在端點之間傳輸編碼的信號。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)放在可變長的數(shù)據(jù)報或分組中，然后給每個數(shù)據(jù)報附帶尋址和控制信息，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，一站一站地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

（3）傳送

在這個通道中，全部網(wǎng)絡(luò)被看成一個從輸入端接收語音包，然后在一定時間（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。網(wǎng)絡(luò)中的同間節(jié)點檢查每個IP數(shù)據(jù)附帶的尋址信息，并使用這個信息把該數(shù)據(jù)報轉(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)或訪問方法。

（4）IP包-數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

目的地VOLTE設(shè)備接收這個IP數(shù)據(jù)并開始處理。網(wǎng)絡(luò)級提供一個可變長度的緩沖器，用來調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的抖動。該緩沖器可容納許多語音包，用戶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。其次，解碼器將經(jīng)編碼的語音包解壓縮后產(chǎn)生新的語音包，這個模塊也可以按幀進行操作，完全和解碼器的長度相同。若幀長度為15ms，是60ms的語音包被分成4幀，然后它們被解碼還原成60ms的語音數(shù)據(jù)流送入解碼緩沖器。在數(shù)據(jù)報的處理過程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個原數(shù)據(jù)提供給解碼器。

（5）數(shù)字語音轉(zhuǎn)換為模擬語音

播放驅(qū)動器將緩沖器中的語音樣點（480個）取出送入聲卡，通過揚聲器按預(yù)定的頻率（例如8kHz）播出。簡而言之，語音信號在IP網(wǎng)絡(luò)上的傳送要經(jīng)過從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音封裝成IP分組、IP分組通過網(wǎng)絡(luò)的傳送、IP分組的解包和數(shù)字語音還原到模擬信號等過程。

2.分析VOLTE關(guān)鍵技術(shù)

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

對于VOLTE類型的業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)包大小比較固定，到達時間間隔滿足一定規(guī)律的實時性業(yè)務(wù)(典型的話音業(yè)務(wù)周期一般是20ms)，針對這種特性，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)先分配的資源進行新傳，但重傳時為了降低時延，仍然采用動態(tài)調(diào)度的方式。

系統(tǒng)資源（包括上行和下行）是通過PDCCH分配的，UE通過保存相應(yīng)的資源分配，而后就可以周期性重復(fù)使用相同的時頻資源。不需要在每個TTI都為UE下發(fā)DCI（包括上行或下行的），從而降低了對應(yīng)的PDCCH CCE資源開銷，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用戶容量

2.2 IP頭壓縮ROHC(Radio Overhead Compression)

由于相鄰節(jié)點之間，同一數(shù)據(jù)流連續(xù)分組報文頭中存在一些不變的冗余信息頭和一些有變化規(guī)律的動態(tài)信息頭，即壓縮中的靜態(tài)域和動態(tài)域。為了節(jié)省空口的帶寬資源，可以在數(shù)據(jù)流開始傳遞時發(fā)送完整報文頭部信息，后續(xù)數(shù)據(jù)包信頭中只傳遞報文頭部中變化的部分和相對于同一個流的關(guān)聯(lián)標(biāo)識符，達到縮小數(shù)據(jù)頭的字節(jié)數(shù)，從而有效利用無線帶寬資源。

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

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

開啟ROHC功能，可以節(jié)約每個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用于提高用戶在小區(qū)邊緣覆蓋的一種方法。當(dāng)TTI Bundling使能時，上行調(diào)度DCI0一次授權(quán)后，在連續(xù)的4個上行子幀上傳輸同一傳輸塊，且僅在第四次傳輸后有對應(yīng)的PHICH反饋，重傳也是4個連續(xù)上行TTI發(fā)射的一種調(diào)度方法，可以充分利用4個上行子幀發(fā)送的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)合并，通過合并增益提升數(shù)據(jù)可靠性。由于僅在第四次傳輸后有對應(yīng)的PHICH反饋，所以此時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，通常在遠點低 SINR下被激活，TTI 捆綁對TDD僅僅適用于上下行配比為0、1、6的情況。對于上下行1：3配置協(xié)議明確不適用TTI Bundling技術(shù)做補償增益。

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，對于邊緣用戶上行會有2-3dB的增益。

3.VOLTE技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 系統(tǒng)切換的技術(shù)發(fā)展

在VOLTE技術(shù)運用的過程中，切換主要是指在系統(tǒng)運行的過程中，同一個信道將其他信息轉(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)運行的過程中，是一種較為重要的無線資源管理方式，并在此基礎(chǔ)上保證網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化在空閑狀態(tài)下的項目實效性，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的全部覆蓋。在項目流程系統(tǒng)切換的過程中，與之相關(guān)的切換口令合理分別設(shè)計為eNb、S1 口以及 X2 口等，對于站內(nèi)的切換系統(tǒng)相對簡單，因此，應(yīng)該將目標(biāo)以及切換的源基控制在一個區(qū)域之內(nèi)，實現(xiàn)信息傳輸以及資源優(yōu)化的快速申請

3.2 系統(tǒng)中干擾的技術(shù)發(fā)展

在VOLTE技術(shù)運用的過程中，系統(tǒng)的運用所產(chǎn)生的干擾會對LTE系統(tǒng)造成一定的影響，例如，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的掉話率、接通率以及通話的質(zhì)量等，而且，在干擾分析中，可以通過對干擾源的分析，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不準確等問題。因此，在系統(tǒng)干擾項目優(yōu)化的過程中，應(yīng)該做到以下幾點內(nèi)容：第一，系統(tǒng)維護人員應(yīng)該確立干擾源發(fā)生對位置；第二，采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行系統(tǒng)的干擾及分析；第三，通過對干擾問題的合理分析，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)定運行提供良好保證。在LTE系統(tǒng)檢測的過程中，其發(fā)現(xiàn)干擾的方式主要有檢查RSSI 、路測以及應(yīng)用 LMT 輔助技術(shù)進行干擾分析

3.3 系統(tǒng)參數(shù)的技術(shù)發(fā)展

在LTE系統(tǒng)運行的過程中，對系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整中主要會采用PCI、切換以及天線技術(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)計的基礎(chǔ)，但是，在 2G/3G以及LTE系統(tǒng)設(shè)計的過程中，由于運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)該對系統(tǒng)的容量、覆蓋以及質(zhì)量等指標(biāo)進行綜合性的分析，并在系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化之前，通過OMC進行項目的統(tǒng)計，并在此基礎(chǔ)上采用系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)

統(tǒng)計方式，將網(wǎng)絡(luò)資源進行合理的定位分析，從而使整個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)保持動態(tài)化的平衡機制。同時，在VOLTE技術(shù)優(yōu)化的過程中，人們應(yīng)該注意到技術(shù)中“秒通”以及“高清” 的技術(shù)優(yōu)勢性，其中的“秒通”主要是在呼叫接通的狀態(tài)下，將時間縮短到1s左右的狀態(tài)；而“高清”主要是使語音運用中語言的表述更為通透。通過這兩種技能的提升，可以逐漸提升用戶的感知能力，同時，也可以優(yōu)化 VOLTE技術(shù)的質(zhì)量性。在參數(shù)項目優(yōu)化的過程中，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，通過網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化，構(gòu)架網(wǎng)元狀態(tài)下的項目設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)全程、全網(wǎng)工作的項目優(yōu)化，提升人們對 VOLTE業(yè)務(wù)技術(shù)的感知能力，降低該技術(shù)運用中用戶的投訴率，從而為網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化及項目的設(shè)計提供穩(wěn)定支持。

4.結(jié)束語

VOLTE網(wǎng)絡(luò)的高質(zhì)量與低時延的優(yōu)點，成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，因此相關(guān)工作人員必須要對這一技術(shù)進行深入的研究，并不斷探索，了解其關(guān)鍵性技術(shù)，并對其優(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)建更簡化的信令跟蹤支撐系統(tǒng)，對相應(yīng)的參數(shù)配置進行優(yōu)化，進而將VOLTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

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