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VoLTE高清语音解决方案探讨

【摘 要】为了能够在LTE网络上承载语音通话以及视频通信,给用户带来更优质的体验,在LTE网络上引入了VoLTE技术,这是一种全新的高清语音解决方案。通过对IMS核心架构、RCS等方面进行分析,详细阐述了VoLTE高清语音解决方案,并充分说明了VoLTE成为LTE语音解决方案的可
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 【摘 要】为了能够在LTE网络上承载语音通话以及视频通信,给用户带来更优质的体验,在LTE网络上引入了VoLTE技术,这是一种全新的高清语音解决方案。通过对IMS核心架构、RCS等方面进行分析,详细阐述了VoLTE高清语音解决方案,并充分说明了VoLTE成为LTE语音解决方案的可行性及优势。
  【关键词】VoLTE IMS RCS
  doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.008 中图分类号:TN929.5 文献标志码:A 文章编号:1006-1010(2016)20-0041-04
  1 引言
  运营商部署VoLTE不仅为数据、语音、视频等业务的融合创造了条件,而且还极大地提高了无线频谱利用率,降低了网络成本,更重要的是开启了传统语音向移动带宽语音的演进之路[1]。需要说明的是,LTE网络是一张全IP网络,只能提供分组域业务,因此要想在LTE网络上进行语音通信即VoLTE,就必须基于IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)核心业务架构来实现。基于IMS架构的VoLTE语音技术可以提供高QoS(Quality of service,服务质量)的语音、视频业务[2],并具有漫游、带宽等业务连续性保障机制,使用户拥有语音、可视电话等业务的完美体验。本文从核心业务架构以及具体的解决方案等多个方面,全方位论证了VoLTE将成为LTE网络的终极语音解决方案。
  2 VoLTE架构体系
  2.1 IMS核心业务架构
  IMS是一种开放式的体系架构,呼叫的建立时间很快,话音编码速率可调整,支持多种接入方式,能够在全IP网络的环境中实现语音、视频和数据业务。此外,IMS核心业务架构不仅具有丰富的多媒体业务,而且能够实现固话、移动电话、互联网通信的整合,大大降低运营商的运营成本,将来IMS最终会成为移动网络的核心业务架构。
  2.2 基于IMS系统的VoLTE网络架构
  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[3]。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。
  VoLTE业务的典型系统架构如图1所示。其中,主要包括UE、eNodeB、MME(Mobile Managenment Entity,移动管理实体)、S-GW、P-GW、HSS(Home Subscriber Server,归属用户服务器)、PCRF(Policy and Charging Rules Function,策略与计费规则功能单元)、IMS域P-CSCF(Proxy Call Session Control Function,代理会话控制功能)/I-CSCF(Interrogating Call Session Control Function,协商会话控制功能)/S-CSCF(Serving Call Session Control Function,服务会话控制功能)/AS(Authentication Server,认证服务)、MMTel(MultiMedia Terminal,多媒体终端) AS等网元[4]。
  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 Service Message GateWay,IP业务消息网关)等互通功能的IMS系统[5],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。
  3 VoLTE语音解决方案
  3.1 3种LTE语音解决方案对比
  目前,国际主流的LTE语音解决方案包括双待机、CSFB(Circuit Switched Fallback,电路交换域回落)和VoLTE,而VoLTE是普遍认可的LTE语音最佳解决方案[6]。
  (1)双待机方案
  双待机的工作原则即同时接入2G/3G和LTE网络,语音业务在2G/3G电路实现[7],而数据业务则通过LTE网络承载,3种模式之间没有互操作的要求,可以实现语音和数据业务的并发,无需回落,缺点是功耗较大。
  (2)CSFB方案
  CSFB方案可以实现LTE网络提供数据业务,当有语音业务需要接入时自动回落到CS域,此时4G网络将会断开而不能再进行数据有关的行为,如微博、微信、QQ等相关应用将无法收发信息,缺点是影响用户感知。
  (3)VoLTE方案
  VoLTE基于LTE网络承载语音和数据业务,针对目前LTE并没有达到无缝覆盖的实际情况,在LTE盲区通过eSRVCC(enhanced Single Radio Voice Call Continuity,增强的单一无线语音呼叫连续性)技术以确保LTE语音实现无缝切换到2G/3G语音,保证用户语音接续,为用户带来最优质的体验。随着LTE大力部署,2G/3G会逐步退出历史舞台而被LTE完全代替。
  此外,VoLTE采用AMR-WB(Adaptive Multi-Rate Wideband,自适应多速率宽带编码)技术拓展了低频和高频区域,提高了采样的频率,使得音质效果与普通的话音质量相比更加逼真、自然且有现场感,即使环境嘈杂语音也十分清晰。该技术在VoLTE的应用,保证了用户能够充分享受高清的语音和视频。 在VoLTE解决方案中,采用UDC(User Data Convergence,用户数据融合)架构将原本分散存储在CS域和IMS域的用户数据融合统一,满足用户在不同域上获得相同业务体验的需求,以此来确保用户体验业务的一致性。另一方面,目前仍然有大部分的2G/3G用户,为了实现2G/3G用户与4G用户之间的短信互通,新增了IP-SM-GW网元的应用。
  3.2 现网升级改造及RCS技术引入
  VoLTE基于LTE承载语音,能够充分利用LTE无线技术高频谱利用率、抗衰落性、高带宽、大容量的优点[8],呼叫建立时长和切换时延更短,易于融合RCS(Rich Communcation Suite,富媒体通信),为用户提供多样的业务体验。而双待机和CSFB这2种语音解决方案则依赖CS域来提供语音业务,势必会造成2G/3G、LTE网络的长期共存,增加网络运行的复杂度。由于VoLTE可以支持在纯LTE网络上运行语音和数据业务,完全符合全IP的网络演进要求,因此VoLTE是LTE网络语音解决方案的最佳选择,但是现有的网络要想支持VoLTE则需要进行升级改造。
  (1)核心网升级改造
  IMS演进架构——CM-IMS(China Mobile IP Multimedia Subsystem,移动IP多媒体子系统)是一种面向全业务的核心架构,它完全可以做到灵活快速地为用户提供多媒体电话、媒体会议、即时消息等业务,不仅如此,它还能借助Web技术实现拨号、Web呼叫、Web即时消息等服务,让用户充分感受到互联网与IMS业务融合的完美新体验。
  新一代核心网络CM-IMS能够基于PS域为用户提供包含话音的各种多媒体业务,CS域逐步退化为IMS的一个接入网络[9],随着LTE网络的大规模部署以及VoLTE服务的逐步推出,CM-IMS即IMS核心网络将出现新一轮的升级改造建设高潮,成为统一融合的核心网[10]。
  (2)无线网及承载网升级改造
  为满足IPv6、VoLTE业务质量控制等功能需求,需升级改造IP专用承载网AR(Address Register,地址寄存器)、CE(Custom Edge,用户边缘路由)等设备支持IPv6功能,并开启IP专网及CMNET网络的QoS机制[11]。为了提升VoLTE话音体检,降低开销,需升级改造全网eNodeB支持eSRVCC测量及切换流程,头压缩(IPv4、IPv6)、SPS等无线增强功能,为支持2G→4G小区重选功能,需进行2G无线网络升级及参数配置。
  (3)业务平台及智能网升级改造
  业务层面的部署需要考虑如何保障VoLTE用户在2G/3G网络以及LTE网络下的基本语音、补充业务及增值业务体验的一致性问题[12],解决方案是部署IM-SSF(IP Multimedia Service Switching Function,IP多媒体服务交换功能),升级现有业务平台和智能网以实现补充业务、增值业务、智能业务等在VoLTE下的继承。
  (4)2G/3G/4G三网融合改造
  2G/3G/4G三网融合改造需要替换不支持三网融合的HLR(Home Location Register,归属位置寄存器)设备,升级改造现网2G/3G/4G融合HSS/HLR,从而确保4G用户无需换卡换号即可使用VoLTE业务。另外,还需要对电路域软交换设备MSC及分组域设备MME/SGSN(Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点)、SAE GW(System Architecture Evolution GateWay,系统结构演进网关)、GGSN/PCEF(Policy and Charging Enforcement Function,策略与计费执行功能)等进行升级改造,以实现VoLTE业务承载及互操作的需求。
  (5)RCS功能应用
  RCS系统基于CM-IMS架构,通过SIP(Session Initiation Protocol,会话启动协议)与CM-IMS核心网的S-CSCF进行交互,并且将根据用户需求的扩展不断演进,实现集语音、消息、视频、内容共享等多种通信方式及功能为一体的融合通信服务,为用户提供丰富的通信体验。
  此外,为了保证RCS业务的全球互通性以及给用户以统一的感知,全球移动通信协会(GSMA)提出了基于RCS-e的“Joyn”品牌。“Joyn”分为对终端的认证和对运营商网络的认证,对于用户而言,所有获得“Joyn”品牌使用权的终端或运营商网络均具备和其他“Joyn”终端或网络进行互通的能力,通过这种方式,RCS可以在全球范围内快速获得用户的认可,并可保证用户所能使用的业务是一致的[13]。因此,RCS是一种面向未来通信的全方位沟通服务,在优化用户体验的同时推动着通信产业链的不断发展,成为未来通信发展不可缺少的驱动力。
  4 结束语
  本文从VoLTE架构体系、VoLTE解决方案等各方面进行了分析,相较于传统网络,VoLTE引入了新的架构体系,并对原有核心业务层面进行了升级。为了保证各个领域的互联互通,原有核心网、承载网、业务平台等必须进行升级改造以满足VoLTE对网络的需求,而VoLTE解决方案中也同样引入了传统网络没有的新技术,使用户享受到更加优质的语音和视频业务。事实证明,VoLTE语音解决方案不仅是可行的,而且将给用户带来基于LTE网络的高速移动性的语音及数据业务体验。在不久的将来,无论是运营商、终端用户还是设备制造厂商,都将逐步过渡到一个纯LTE的网络环境。
  参考文献
  [1] 李进良. 我国移动互联网向LTE-A协同演进的分析与主张[J]. 移动通信, 2015,39(3): 12-16.
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  [3] 周莹,唐克,胡祎. IMS网络在VoLTE阶段的发展及部署研究[J]. 邮电设计技术, 2015(9): 59-64.
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  [5] 于艳丽,张艳. VoLTE的核心网解决方案[J]. 电脑与电信, 2014(6): 55-57.
  [6] 郑巍,马磊. LTE时代语音解决方案探讨[J]. 信息通信, 2014(1): 239-240.
  [7] 童恩,邵建. VoLTE关键技术应用及现网规划建设研究[J]. 移动通信, 2014,38(17): 46-50.
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  [12] 刘国平,尼松涛,尹翔宇. VoLTE语音业务部署方案探讨[J]. 邮电设计技术, 2015(9): 47-52.
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