VOLTE關(guān)鍵技術(shù)簡述

1、VOLTE關(guān)鍵技術(shù)簡述Feb Pactera. Confidential. All Rights Reserved. 第1頁什么是VoLTE?2G/TDIMS網(wǎng)絡(luò)LTELTE多模終端InternetCS網(wǎng)絡(luò)EPC網(wǎng)絡(luò)LTE多模終端語音及多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)EPC實現(xiàn)移動性管理和接入鑒權(quán)為通信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)建立承載通道IMS提供通信業(yè)務(wù)控制能力LTE無CS域，語音和數(shù)據(jù)均走PS域VoLTE是經(jīng)過LTE網(wǎng)絡(luò)作為業(yè)務(wù)接入、IMS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)業(yè)務(wù)控制語音處理方案業(yè)務(wù)接入：LTE網(wǎng)絡(luò)是全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，沒有CS域，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音多媒體業(yè)務(wù)都承載在LTE上業(yè)務(wù)控制：EPC網(wǎng)絡(luò)不具備語音和多媒體業(yè)務(wù)呼叫控制功效，需要經(jīng)過I

2、MS網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)控制功效業(yè)務(wù)切換：在LTE全覆蓋之前，需要經(jīng)過eSRVCC技術(shù)實現(xiàn)LTE與CS之間語音業(yè)務(wù)連續(xù)性VoLTE（ Voice over Long Term Evolution，長久演進(jìn)上語音）3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義：基于IMS網(wǎng)絡(luò)LTE語音處理方案。經(jīng)過IMS網(wǎng)絡(luò)，移動運行商不但能夠無縫繼承傳統(tǒng)語音、短消息業(yè)務(wù)，還能夠?qū)⒄Z音通話與豐富增強功效相整合，提供多樣化服務(wù)。第2頁IMS到底是啥？IMS ：IP Multimedia Subsystem IMS是在3GPP R5階段提出一個新域，它基于IP承載，疊加在PS（分組域）之上，為用戶提供文本、語音、視頻、圖片等不一樣IP多媒體信息. IP

3、 = 基于IP傳輸 基于IP會話控制 基于IP業(yè)務(wù)實現(xiàn)Multimedia = 語音、視頻、圖片、文本等各種媒體組合 在各種接入基礎(chǔ)之上含有不一樣能力終端組合Subsystem = 依賴于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)展系統(tǒng) 最大程度重用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 無線網(wǎng)絡(luò)把GSM/ WCDMA/CDMA/ TD-SCDMA/LTE/ SAE/WiMax網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò) 固定網(wǎng)絡(luò)把基于固定接入IP系統(tǒng)(LAN、WLAN、xDSL)作為承載網(wǎng)絡(luò)簡言之：IMS在IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建一個分層、開放、融合關(guān)鍵網(wǎng)控制架構(gòu)，是一個可運行、可管理、可計費系統(tǒng)。第3頁IMS發(fā)展史IMS 定義最早出現(xiàn)在3GPP R5階段, 作為PS

4、域一個子系統(tǒng)出現(xiàn)/03/03/12/63GPP R4 CN: MSC 服務(wù)器和MGW3GPP R6 IMS QoS, Billing, FMC,等3GPP R7 IMS 增強3GPP R5 CN: IMS子系統(tǒng)和大量相關(guān)新網(wǎng)元TISPAN R1- NGN/FMC 等TISPAN R2- NASS/RACS, 等為確保標(biāo)準(zhǔn)一致性，經(jīng)過各標(biāo)準(zhǔn)化組織之間協(xié)調(diào)，在3GPP中統(tǒng)一開展Common IMS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作 3GPP R8 引入LTE，基于LTE提供VoLTE3GPP R9 SRVCC支持緊急呼叫3GPP R10 eSRVCC漫游方案3GPP R11 rSRVCCvSRVCC/12/12/3/

5、9第4頁IMS將是未來固網(wǎng)移動統(tǒng)一關(guān)鍵網(wǎng)架構(gòu)融合已經(jīng)成為電信業(yè)發(fā)展主要趨勢。 IMS相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)趨于統(tǒng)一，以common IMS推出為代表，IMS標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展到了一個新階段。以3GPP、TISPAN合作為主，包含ITU-T、OMA、3GPP2、PARLAY等研究組織。 一個融合了固定接入和移動接入統(tǒng)一架構(gòu)，能夠提供豐富業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺離我們越來越近了。3GPP是IMS標(biāo)準(zhǔn)發(fā)起者和主要貢獻(xiàn)者； 3GPP與 ETSI TISPAN合作成立了3GPP OP ad hoc小組，基于現(xiàn)有3GPP IMS標(biāo)準(zhǔn)，制訂全球通用，可同時用于移動、固網(wǎng)、固網(wǎng)移動融合IMS標(biāo)準(zhǔn);3GPP2引用IMS標(biāo)準(zhǔn)并基于CDMA

6、特征制訂MMD標(biāo)準(zhǔn);OMA定義各種IMS業(yè)務(wù)，其標(biāo)準(zhǔn)被3GPP直接引用，作為IMS業(yè)務(wù)層相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);Parlay組織定義標(biāo)準(zhǔn)API框架；IETF定義IMS下SIP、SDP與其它協(xié)議；ITU-T 體系架構(gòu)和基本理念與3GPP基本一致。第5頁VoLTE關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)半連續(xù)調(diào)度（SPS）魯棒頭壓縮（ROCH）時隙綁定（TTI Bundling）QoS/PCC國際IP轉(zhuǎn)接（IPX）關(guān)鍵特征VoIMS/SIPeSRVCCHD voice/ARM-WBHD video/H.264第6頁VoLTE語音暫態(tài)(Transient State) 暫態(tài)是指每次業(yè)務(wù)建立早期還未穩(wěn)定狀態(tài)，此狀態(tài)下數(shù)據(jù)包較大。通話期(T

7、alk spurts) 通話期是指對應(yīng)用戶正在通話狀態(tài)，在通話狀態(tài)下，每20ms傳送一次數(shù)據(jù)。通話期語音包大小取決于當(dāng)前采取編碼速率。靜默期(Silent Period) 靜默期是對應(yīng)用戶通話停頓狀態(tài)，每間隔160ms發(fā)一個很短SID（Silence Insertion Descriptor）幀。SID幀是為了提升用戶感受而發(fā)送噪音幀。 Adaptive Multi-Rate (AMR) VoIP業(yè)務(wù)存在3個狀態(tài)：: 第7頁Semi-Persistent Scheduling（一） 應(yīng)用場景 半連續(xù)調(diào)度主要用于周期性小包業(yè)務(wù)，能夠降低L1/L2控制信令開銷，當(dāng)前調(diào)度器只針對QCI為1VoLTE

8、語音業(yè)務(wù)進(jìn)行半連續(xù)調(diào)度（是否對其它QCI類型支持半連續(xù)調(diào)度與廠家相關(guān)） 。 目標(biāo) 半靜態(tài)地為VoLTE用戶分配資源 。 功效VoLTE業(yè)務(wù)通話期與靜默期狀態(tài)由PDCP層進(jìn)行判決，判決為通話期時，激活半連續(xù)調(diào)度；判決為靜默期時，釋放已分配半靜態(tài)資源；當(dāng)業(yè)務(wù)從靜默期轉(zhuǎn)為通話期時，需要重新激活半連續(xù)調(diào)度。eNodeB激活半連續(xù)調(diào)度時，經(jīng)過PDCCH指示UE配置半連續(xù)調(diào)度資源，在周期調(diào)度過程中，無需經(jīng)過PDCCH指示調(diào)度資源。半連續(xù)調(diào)度周期為20ms，由eNodeB經(jīng)過RRC消息傳送給UE。第8頁Semi-Persistent Scheduling（二）對于上行，UE會在指定半連續(xù)調(diào)度資源上周期發(fā)送數(shù)

9、據(jù)。 半連續(xù)調(diào)度激活前，需要對VoLTE數(shù)據(jù)包采取動態(tài)調(diào)度。在半連續(xù)調(diào)度激活后，在以下場景需要采取動態(tài)調(diào)度作為半連續(xù)調(diào)度補充：靜默期 、半連續(xù)調(diào)度期間大包以及信令、 HARQ重傳數(shù)據(jù)判斷VoLTE業(yè)務(wù)為通話期后，嘗試激活半連續(xù)調(diào)度，依據(jù)語音包大小和調(diào)整后全帶SINR得到半連續(xù)調(diào)度激活時MCS和RB。對于下行，eNodeB周期發(fā)送數(shù)據(jù)，UE在指定半連續(xù)調(diào)度資源上周期接收數(shù)據(jù)。下行半連續(xù)調(diào)度優(yōu)先級低于廣播、尋呼等公共控制信息，高于用戶級控制信令和數(shù)據(jù)面?zhèn)鬏敗０脒B續(xù)調(diào)度激活時，依據(jù)VoIP數(shù)據(jù)包大小和UE上報全帶寬CQI，為用戶分配MCS和RB。因為半連續(xù)調(diào)度用戶MCS在通話期間固定不變，而實際信道

10、環(huán)境是改變，會造成部分用戶IBLER（Initial Block Error Rate）較高，為了確保半連續(xù)調(diào)度用戶IBLER收斂到一定范圍之內(nèi)，會依據(jù)IBLER收斂情況決定是否進(jìn)行半連續(xù)調(diào)度重激活。第9頁Semi-Persistent Scheduling VS Dynamic Scheduling好處保障VOIPQOS降低PDCCH消耗，提高VOIP容量 壞處(相對于動態(tài)調(diào)度)受限于終端能力（是否支持半連續(xù)調(diào)度）因為兩次版連續(xù)調(diào)度之間MCS是固定，鏈路適應(yīng)能力不好 好處更加好包裝VOIP業(yè)務(wù)QOS對終端能力沒有限制（是否支持半連續(xù)調(diào)度）對于不一樣無線環(huán)境兼容性更加好 壞處(相對于動態(tài)調(diào)度)

11、消耗大量PDCCH資源，容量低于半連續(xù)調(diào)度。在VOIP用戶較多場景不提議采取動態(tài)調(diào)度 VS第10頁UL Semi-persistent Scheduling Power Control 功效 包含PUSCH開環(huán)功控和閉環(huán)功控 Opening Loop Power Control設(shè)置初速功率為 Po (P0_nominal_pusch ) . Closed Loop Power ControlIBLER測量值大于IBLERTarget，eNodeB向UE發(fā)送增大發(fā)射功率TPC命令。 IBLER測量值小于IBLERTarget，eNodeB向UE發(fā)送降低發(fā)射功率TPC命令。eNodeB發(fā)送TPC給

12、終端，終端計算傳輸功率第11頁DL Semi-persistent Scheduling Power Control 目標(biāo) 保障IBLER收斂于 IBLER Target。 應(yīng)用場景 下行覆蓋受限。 功效 當(dāng)子開關(guān)打開時，對于采取QPSK調(diào)制方式用戶，eNodeB依據(jù)VoIP數(shù)據(jù)包IBLER（Initial Block Error Rate）測量值和IBLERTarget間差異，周期性調(diào)整PDSCH發(fā)射功率，以滿足IBLERTarget要求。 假如IBLER測量值小于IBLERTarget，減小發(fā)射功率。 假如IBLER測量值大于IBLERTarget，增大發(fā)射功率。第12頁ROCH（一） 目

13、標(biāo) 降低語音包頭大小，提升邊緣用戶語音覆蓋。在容量受限時，提升用戶容量。 應(yīng)用場景 業(yè)務(wù)層穩(wěn)定小包場景。 eNBeNBVoIP UserVoIP UserIP Header40 BytesAMR frame32 BytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesUL DecompressionDL DecompressionDL CompressionUL CompressionOrigi

14、nal packetCompressed packet第13頁ROCH（二） ROHC 增益 下面表格是IPV4場景下，AMR-NB和AMR-WB各種SDU對應(yīng)壓縮效率。AMR-NBcodec(kbps) SDU bitbandwidth-efficient AMR payload(octet)VoIP Frame with IP header (without ROHC),(octet)VoIP Frame with IP header (with ROHC),(octet)VoIP Frame（with ROHC）/VoIP Frame without ROHC12.22443272354

15、8.61%10.220427673044.78%7.9515922622540.32%7.414820602338.33%6.713418582136.21%5.911816561933.93%5.1510315551832.73%4.759514541731.48%SID(1.8) 397471021.28%AMR-WBcodec(kbps) SDU bitbandwidth-efficient AMR payloadVoIP Frame with IP header (without ROHC)VoIP Frame with IP headerr ( with ROHC),(octet)V

16、oIP Frame（with ROHC）/VoIP Frame without ROHC23.85477611016463.37%23.0546159996262.63%19.8539751915459.34%18.2536547875057.47%15.8531741814454.32%14.2528537774051.95%12.6525333733649.32%8.8517724642742.19%6.613218582136.21%SID(1.75) 407471021.28%第14頁TTI Bundling 應(yīng)用場景 VoIP用戶上行覆蓋受限時. 目標(biāo) 增加小區(qū)邊界VoIP用戶上行覆

17、蓋。 功效 以下兩個條件必須滿足: 在連續(xù)超出配置值（ T_COVERAGE_STAT）TTI中因為功率受限，分配用戶RB書小于3RB。終端平均SINR小于threshold (packet length). 綁定4個TTI用于一個包傳輸。終端在4個TTI中提供非自適應(yīng)重傳。捆綁在一起4個傳輸采取同一個HARQ進(jìn)程。 TDD系統(tǒng)中，協(xié)議要求TTI bundling只支持子幀配比0、1、6，且跟半連續(xù)調(diào)度互斥。第15頁QoS/PCC（Policy Control and Charging）S-GWLTEPGWeNodeBInternetIMS/P-CSCFPCRF/SPRGxRx1。依據(jù)業(yè)務(wù)請求

18、申請承載資源媒體信息/資源需求QCI/GBR2。依據(jù)業(yè)務(wù)簽約判斷是否允許申請承載資源QCI/GBRQCI/GBR3。依據(jù)QCI調(diào)度上下行資源4。依據(jù)QCI調(diào)度上下行資源5。依據(jù)QCI調(diào)度上行資源終端LTE RAN傳輸網(wǎng)PGW用戶會話缺省承載專有承載普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)/QCI=9普通P2P業(yè)務(wù)/QCI=9視頻/QCI=2，由PGW動態(tài)建立PCRF關(guān)鍵作用：依據(jù)業(yè)務(wù)簽約判斷用戶所使用業(yè)務(wù)QoS信息，也即默認(rèn)承載或?qū)Ｓ谐休d打開管道看在傳統(tǒng)CS域，每路話音都是獨占資源，互不影響。體驗是能夠保障。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)域，帶寬是共享，VoLTE流量也是流量一部分。PCC專有承載能力，為VoLTE話音提供了專有數(shù)據(jù)通道，能

19、夠確保QoS質(zhì)量。假如沒有PCRF，VoLTE通話質(zhì)量將無法到達(dá)傳統(tǒng)CS話音體驗水平。語音/QCI=1，由PGW動態(tài)建立SIP信令/QCI=5，在Attach時同時建立. Default APNIMS APN第16頁QoS/PCC（Policy Control and Charging）視頻電話QCI 5QCI 1QCI 2QCI 8/9語音電話QCI 5QCI 1QCI 8/9優(yōu)先級24QCI1235134567867899經(jīng)典業(yè)務(wù)VoIP電話會議, 會話視頻(直播流媒體)實時在線游戲, 實時工業(yè)監(jiān)控非會話視頻(緩沖流媒體)IMS信令視頻(緩沖流媒體)視頻(直播流媒體), 話音業(yè)務(wù)交互式游戲

20、E-Mail, MSN, QQ, WWW P2P文件共享資源類型GBRGBRGBRGBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBR時延100ms150ms50ms300ms100ms300ms100ms300ms300ms丟包率(-2)10(-3)10(-3)10(-6)10(-6)10(-6)10(-3)10(-6)10(-6)10第17頁VoLTE協(xié)議棧 半連續(xù)調(diào)度SPSPHY3GPP 36.21X TTI BundingMAC3GPP 36.321RLC3GPP 36.322SN、完保、加密、頭壓縮SN、完保、加密、頭壓縮PDCP3GPP 36.323RRC信

21、令RRC3GPP 36.331承載NAS3GPP 24.301LTE承載LTE控制面LTE用戶面IP包IP加密-ESP報文TCPTLSUDP信令壓縮（可選）SIPRTPRTCP控制信令用戶數(shù)據(jù)語音幀語音包控制信令3GPP 23.228 IMS3GPP 24.228 24.229 SIP相關(guān)協(xié)議RFC3261：SIP協(xié)議RFC3550：RTPRFC4566：RTCP SDPRFC2617：HTTP協(xié)議RFC768：UDP協(xié)議RFC793：TCP協(xié)議RFC791：IP協(xié)議第18頁VoLTE在各網(wǎng)元配置要求前提：VoLTE用戶已經(jīng)能夠在LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1）IMS：需要配置 VoLTE用戶賬號并提供到終端用戶路由。2）PCRF：需要保障與P-CSCFRx接口正常并配置Voice承載QCI1策略。3）EPC（UGW）：需要為用戶新增一個APNIMS APN數(shù)據(jù)配置以及與PCRF相關(guān)數(shù)據(jù)。4）eNodeB：需要開啟eNodeB增強調(diào)度算法以及配置SIP承載QCI5RLC模式為AM