VoLTE高清語音解決方案探討

顏薇芳

【摘 要】為了能夠在LTE網(wǎng)絡上承載語音通話以及視頻通信，給用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的體驗，在LTE網(wǎng)絡上引入了VoLTE技術，這是一種全新的高清語音解決方案。通過對IMS核心架構(gòu)、RCS等方面進行分析，詳細闡述了VoLTE高清語音解決方案，并充分說明了VoLTE成為LTE語音解決方案的可行性及優(yōu)勢。

【關鍵詞】VoLTE IMS RCS

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.008 中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）20-0041-04

1 引言

運營商部署VoLTE不僅為數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務的融合創(chuàng)造了條件，而且還極大地提高了無線頻譜利用率，降低了網(wǎng)絡成本，更重要的是開啟了傳統(tǒng)語音向移動帶寬語音的演進之路[1]。需要說明的是，LTE網(wǎng)絡是一張全IP網(wǎng)絡，只能提供分組域業(yè)務，因此要想在LTE網(wǎng)絡上進行語音通信即VoLTE，就必須基于IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）核心業(yè)務架構(gòu)來實現(xiàn)?；贗MS架構(gòu)的VoLTE語音技術可以提供高QoS（Quality of service，服務質(zhì)量）的語音、視頻業(yè)務[2]，并具有漫游、帶寬等業(yè)務連續(xù)性保障機制，使用戶擁有語音、可視電話等業(yè)務的完美體驗。本文從核心業(yè)務架構(gòu)以及具體的解決方案等多個方面，全方位論證了VoLTE將成為LTE網(wǎng)絡的終極語音解決方案。

2 VoLTE架構(gòu)體系

2.1 IMS核心業(yè)務架構(gòu)

IMS是一種開放式的體系架構(gòu)，呼叫的建立時間很快，話音編碼速率可調(diào)整，支持多種接入方式，能夠在全IP網(wǎng)絡的環(huán)境中實現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務。此外，IMS核心業(yè)務架構(gòu)不僅具有豐富的多媒體業(yè)務，而且能夠?qū)崿F(xiàn)固話、移動電話、互聯(lián)網(wǎng)通信的整合，大大降低運營商的運營成本，將來IMS最終會成為移動網(wǎng)絡的核心業(yè)務架構(gòu)。

2.2 基于IMS系統(tǒng)的VoLTE網(wǎng)絡架構(gòu)

基于IMS系統(tǒng)的VoLTE業(yè)務環(huán)境復雜，涉及眾多網(wǎng)元的配合，需要全面考慮LTE網(wǎng)絡、IMS系統(tǒng)以及PCC（Personal Code Calling，個人代碼呼叫）等設備的部署和搭建[3]。其核心思想是采用IMS作為業(yè)務控制層系統(tǒng)，提供呼叫管理等功能，由EPS（Evolved Packet System，演進分組系統(tǒng)）提供承載，VoLTE用戶通過LTE網(wǎng)絡接入IMS網(wǎng)絡進行注冊，而后IMS網(wǎng)絡為用戶分配IP地址，以達到在LTE網(wǎng)絡上通話即VoLTE的目的。

VoLTE業(yè)務的典型系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。其中，主要包括UE、eNodeB、MME（Mobile Managenment Entity，移動管理實體）、S-GW、P-GW、HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器）、PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計費規(guī)則功能單元）、IMS域P-CSCF（Proxy Call Session Control Function，代理會話控制功能）/I-CSCF（Interrogating Call Session Control Function，協(xié)商會話控制功能）/S-CSCF（Serving Call Session Control Function，服務會話控制功能）/AS（Authentication Server，認證服務）、MMTel（MultiMedia Terminal，多媒體終端） AS等網(wǎng)元[4]。

核心網(wǎng)全面部署能夠提供CSCF（Call Session Control Function，呼叫會話控制功能）等以及HSS、MMTel AS和IP-SM-GW（IP Service Message GateWay，IP業(yè)務消息網(wǎng)關）等互通功能的IMS系統(tǒng)[5]，接入與承載網(wǎng)引入能夠提供承載通道和QoS控制能力的LTE設備S/P-GW、MME等，再加上EPS網(wǎng)絡的配合，語音、視頻、數(shù)據(jù)以及電話會議、呼叫轉(zhuǎn)移、來電顯示等各種業(yè)務便可在全IP的網(wǎng)絡基礎上得以實現(xiàn)。

3 VoLTE語音解決方案

3.1 3種LTE語音解決方案對比

目前，國際主流的LTE語音解決方案包括雙待機、CSFB（Circuit Switched Fallback，電路交換域回落）和VoLTE，而VoLTE是普遍認可的LTE語音最佳解決方案[6]。

（1）雙待機方案

雙待機的工作原則即同時接入2G/3G和LTE網(wǎng)絡，語音業(yè)務在2G/3G電路實現(xiàn)[7]，而數(shù)據(jù)業(yè)務則通過LTE網(wǎng)絡承載，3種模式之間沒有互操作的要求，可以實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的并發(fā)，無需回落，缺點是功耗較大。

（2）CSFB方案

CSFB方案可以實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)業(yè)務，當有語音業(yè)務需要接入時自動回落到CS域，此時4G網(wǎng)絡將會斷開而不能再進行數(shù)據(jù)有關的行為，如微博、微信、QQ等相關應用將無法收發(fā)信息，缺點是影響用戶感知。

（3）VoLTE方案

VoLTE基于LTE網(wǎng)絡承載語音和數(shù)據(jù)業(yè)務，針對目前LTE并沒有達到無縫覆蓋的實際情況，在LTE盲區(qū)通過eSRVCC（enhanced Single Radio Voice Call Continuity，增強的單一無線語音呼叫連續(xù)性）技術以確保LTE語音實現(xiàn)無縫切換到2G/3G語音，保證用戶語音接續(xù)，為用戶帶來最優(yōu)質(zhì)的體驗。隨著LTE大力部署，2G/3G會逐步退出歷史舞臺而被LTE完全代替。

此外，VoLTE采用AMR-WB（Adaptive Multi-Rate Wideband，自適應多速率寬帶編碼）技術拓展了低頻和高頻區(qū)域，提高了采樣的頻率，使得音質(zhì)效果與普通的話音質(zhì)量相比更加逼真、自然且有現(xiàn)場感，即使環(huán)境嘈雜語音也十分清晰。該技術在VoLTE的應用，保證了用戶能夠充分享受高清的語音和視頻。

在VoLTE解決方案中，采用UDC（User Data Convergence，用戶數(shù)據(jù)融合）架構(gòu)將原本分散存儲在CS域和IMS域的用戶數(shù)據(jù)融合統(tǒng)一，滿足用戶在不同域上獲得相同業(yè)務體驗的需求，以此來確保用戶體驗業(yè)務的一致性。另一方面，目前仍然有大部分的2G/3G用戶，為了實現(xiàn)2G/3G用戶與4G用戶之間的短信互通，新增了IP-SM-GW網(wǎng)元的應用。

3.2 現(xiàn)網(wǎng)升級改造及RCS技術引入

VoLTE基于LTE承載語音，能夠充分利用LTE無線技術高頻譜利用率、抗衰落性、高帶寬、大容量的優(yōu)點[8]，呼叫建立時長和切換時延更短，易于融合RCS（Rich Communcation Suite，富媒體通信），為用戶提供多樣的業(yè)務體驗。而雙待機和CSFB這2種語音解決方案則依賴CS域來提供語音業(yè)務，勢必會造成2G/3G、LTE網(wǎng)絡的長期共存，增加網(wǎng)絡運行的復雜度。由于VoLTE可以支持在純LTE網(wǎng)絡上運行語音和數(shù)據(jù)業(yè)務，完全符合全IP的網(wǎng)絡演進要求，因此VoLTE是LTE網(wǎng)絡語音解決方案的最佳選擇，但是現(xiàn)有的網(wǎng)絡要想支持VoLTE則需要進行升級改造。

（1）核心網(wǎng)升級改造

IMS演進架構(gòu)——CM-IMS（China Mobile IP Multimedia Subsystem，移動IP多媒體子系統(tǒng)）是一種面向全業(yè)務的核心架構(gòu)，它完全可以做到靈活快速地為用戶提供多媒體電話、媒體會議、即時消息等業(yè)務，不僅如此，它還能借助Web技術實現(xiàn)撥號、Web呼叫、Web即時消息等服務，讓用戶充分感受到互聯(lián)網(wǎng)與IMS業(yè)務融合的完美新體驗。

新一代核心網(wǎng)絡CM-IMS能夠基于PS域為用戶提供包含話音的各種多媒體業(yè)務，CS域逐步退化為IMS的一個接入網(wǎng)絡[9]，隨著LTE網(wǎng)絡的大規(guī)模部署以及VoLTE服務的逐步推出，CM-IMS即IMS核心網(wǎng)絡將出現(xiàn)新一輪的升級改造建設高潮，成為統(tǒng)一融合的核心網(wǎng)[10]。

（2）無線網(wǎng)及承載網(wǎng)升級改造

為滿足IPv6、VoLTE業(yè)務質(zhì)量控制等功能需求，需升級改造IP專用承載網(wǎng)AR（Address Register，地址寄存器）、CE（Custom Edge，用戶邊緣路由）等設備支持IPv6功能，并開啟IP專網(wǎng)及CMNET網(wǎng)絡的QoS機制[11]。為了提升VoLTE話音體檢，降低開銷，需升級改造全網(wǎng)eNodeB支持eSRVCC測量及切換流程，頭壓縮（IPv4、IPv6）、SPS等無線增強功能，為支持2G→4G小區(qū)重選功能，需進行2G無線網(wǎng)絡升級及參數(shù)配置。

（3）業(yè)務平臺及智能網(wǎng)升級改造

業(yè)務層面的部署需要考慮如何保障VoLTE用戶在2G/3G網(wǎng)絡以及LTE網(wǎng)絡下的基本語音、補充業(yè)務及增值業(yè)務體驗的一致性問題[12]，解決方案是部署IM-SSF（IP Multimedia Service Switching Function，IP多媒體服務交換功能），升級現(xiàn)有業(yè)務平臺和智能網(wǎng)以實現(xiàn)補充業(yè)務、增值業(yè)務、智能業(yè)務等在VoLTE下的繼承。

（4）2G/3G/4G三網(wǎng)融合改造

2G/3G/4G三網(wǎng)融合改造需要替換不支持三網(wǎng)融合的HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）設備，升級改造現(xiàn)網(wǎng)2G/3G/4G融合HSS/HLR，從而確保4G用戶無需換卡換號即可使用VoLTE業(yè)務。另外，還需要對電路域軟交換設備MSC及分組域設備MME/SGSN（Gateway GPRS Support Node，網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點）、SAE GW（System Architecture Evolution GateWay，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進網(wǎng)關）、GGSN/PCEF（Policy and Charging Enforcement Function，策略與計費執(zhí)行功能）等進行升級改造，以實現(xiàn)VoLTE業(yè)務承載及互操作的需求。

（5）RCS功能應用

RCS系統(tǒng)基于CM-IMS架構(gòu)，通過SIP（Session Initiation Protocol，會話啟動協(xié)議）與CM-IMS核心網(wǎng)的S-CSCF進行交互，并且將根據(jù)用戶需求的擴展不斷演進，實現(xiàn)集語音、消息、視頻、內(nèi)容共享等多種通信方式及功能為一體的融合通信服務，為用戶提供豐富的通信體驗。

此外，為了保證RCS業(yè)務的全球互通性以及給用戶以統(tǒng)一的感知，全球移動通信協(xié)會（GSMA）提出了基于RCS-e的“Joyn”品牌?！癑oyn”分為對終端的認證和對運營商網(wǎng)絡的認證，對于用戶而言，所有獲得“Joyn”品牌使用權的終端或運營商網(wǎng)絡均具備和其他“Joyn”終端或網(wǎng)絡進行互通的能力，通過這種方式，RCS可以在全球范圍內(nèi)快速獲得用戶的認可，并可保證用戶所能使用的業(yè)務是一致的[13]。因此，RCS是一種面向未來通信的全方位溝通服務，在優(yōu)化用戶體驗的同時推動著通信產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，成為未來通信發(fā)展不可缺少的驅(qū)動力。

4 結(jié)束語

本文從VoLTE架構(gòu)體系、VoLTE解決方案等各方面進行了分析，相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡，VoLTE引入了新的架構(gòu)體系，并對原有核心業(yè)務層面進行了升級。為了保證各個領域的互聯(lián)互通，原有核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、業(yè)務平臺等必須進行升級改造以滿足VoLTE對網(wǎng)絡的需求，而VoLTE解決方案中也同樣引入了傳統(tǒng)網(wǎng)絡沒有的新技術，使用戶享受到更加優(yōu)質(zhì)的語音和視頻業(yè)務。事實證明，VoLTE語音解決方案不僅是可行的，而且將給用戶帶來基于LTE網(wǎng)絡的高速移動性的語音及數(shù)據(jù)業(yè)務體驗。在不久的將來，無論是運營商、終端用戶還是設備制造廠商，都將逐步過渡到一個純LTE的網(wǎng)絡環(huán)境。

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