VOLTE关键技术简述

1、VOLTE关键技术简述Feb Pactera. Confidential. All Rights Reserved. 第1页什么是VoLTE?2G/TDIMS网络LTELTE多模终端InternetCS网络EPC网络LTE多模终端语音及多媒体业务数据业务EPC实现移动性管理和接入鉴权为通信和数据业务建立承载通道IMS提供通信业务控制能力LTE无CS域，语音和数据均走PS域VoLTE是经过LTE网络作为业务接入、IMS网络实现业务控制语音处理方案业务接入：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上业务控制：EPC网络不具备语音和多媒体业务呼叫控制功效，需要经过I

2、MS网络提供业务控制功效业务切换：在LTE全覆盖之前，需要经过eSRVCC技术实现LTE与CS之间语音业务连续性VoLTE（ Voice over Long Term Evolution，长久演进上语音）3GPP标准定义：基于IMS网络LTE语音处理方案。经过IMS网络，移动运行商不但能够无缝继承传统语音、短消息业务，还能够将语音通话与丰富增强功效相整合，提供多样化服务。第2页IMS到底是啥？IMS ：IP Multimedia Subsystem IMS是在3GPP R5阶段提出一个新域，它基于IP承载，叠加在PS（分组域）之上，为用户提供文本、语音、视频、图片等不一样IP多媒体信息. IP

3、 = 基于IP传输 基于IP会话控制 基于IP业务实现Multimedia = 语音、视频、图片、文本等各种媒体组合 在各种接入基础之上含有不一样能力终端组合Subsystem = 依赖于现有网络技术和网络设备发展系统 最大程度重用现有网络系统 无线网络把GSM/ WCDMA/CDMA/ TD-SCDMA/LTE/ SAE/WiMax网络作为承载网络 固定网络把基于固定接入IP系统(LAN、WLAN、xDSL)作为承载网络简言之：IMS在IP网络基础上构建一个分层、开放、融合关键网控制架构，是一个可运行、可管理、可计费系统。第3页IMS发展史IMS 定义最早出现在3GPP R5阶段, 作为PS

4、域一个子系统出现/03/03/12/63GPP R4 CN: MSC 服务器和MGW3GPP R6 IMS QoS, Billing, FMC,等3GPP R7 IMS 增强3GPP R5 CN: IMS子系统和大量相关新网元TISPAN R1- NGN/FMC 等TISPAN R2- NASS/RACS, 等为确保标准一致性，经过各标准化组织之间协调，在3GPP中统一开展Common IMS相关标准化工作 3GPP R8 引入LTE，基于LTE提供VoLTE3GPP R9 SRVCC支持紧急呼叫3GPP R10 eSRVCC漫游方案3GPP R11 rSRVCCvSRVCC/12/12/3/

5、9第4页IMS将是未来固网移动统一关键网架构融合已经成为电信业发展主要趋势。 IMS相关国际标准趋于统一，以common IMS推出为代表，IMS标准化工作发展到了一个新阶段。以3GPP、TISPAN合作为主，包含ITU-T、OMA、3GPP2、PARLAY等研究组织。 一个融合了固定接入和移动接入统一架构，能够提供丰富业务网络平台离我们越来越近了。3GPP是IMS标准发起者和主要贡献者； 3GPP与 ETSI TISPAN合作成立了3GPP OP ad hoc小组，基于现有3GPP IMS标准，制订全球通用，可同时用于移动、固网、固网移动融合IMS标准;3GPP2引用IMS标准并基于CDMA

6、特征制订MMD标准;OMA定义各种IMS业务，其标准被3GPP直接引用，作为IMS业务层相关标准;Parlay组织定义标准API框架；IETF定义IMS下SIP、SDP与其它协议；ITU-T 体系架构和基本理念与3GPP基本一致。第5页VoLTE关键技术关键技术半连续调度（SPS）鲁棒头压缩（ROCH）时隙绑定（TTI Bundling）QoS/PCC国际IP转接（IPX）关键特征VoIMS/SIPeSRVCCHD voice/ARM-WBHD video/H.264第6页VoLTE语音暂态(Transient State) 暂态是指每次业务建立早期还未稳定状态，此状态下数据包较大。通话期(T

7、alk spurts) 通话期是指对应用户正在通话状态，在通话状态下，每20ms传送一次数据。通话期语音包大小取决于当前采取编码速率。静默期(Silent Period) 静默期是对应用户通话停顿状态，每间隔160ms发一个很短SID（Silence Insertion Descriptor）帧。SID帧是为了提升用户感受而发送噪音帧。 Adaptive Multi-Rate (AMR) VoIP业务存在3个状态：: 第7页Semi-Persistent Scheduling（一） 应用场景 半连续调度主要用于周期性小包业务，能够降低L1/L2控制信令开销，当前调度器只针对QCI为1VoLTE

8、语音业务进行半连续调度（是否对其它QCI类型支持半连续调度与厂家相关） 。 目标 半静态地为VoLTE用户分配资源 。 功效VoLTE业务通话期与静默期状态由PDCP层进行判决，判决为通话期时，激活半连续调度；判决为静默期时，释放已分配半静态资源；当业务从静默期转为通话期时，需要重新激活半连续调度。eNodeB激活半连续调度时，经过PDCCH指示UE配置半连续调度资源，在周期调度过程中，无需经过PDCCH指示调度资源。半连续调度周期为20ms，由eNodeB经过RRC消息传送给UE。第8页Semi-Persistent Scheduling（二）对于上行，UE会在指定半连续调度资源上周期发送数

9、据。 半连续调度激活前，需要对VoLTE数据包采取动态调度。在半连续调度激活后，在以下场景需要采取动态调度作为半连续调度补充：静默期 、半连续调度期间大包以及信令、 HARQ重传数据判断VoLTE业务为通话期后，尝试激活半连续调度，依据语音包大小和调整后全带SINR得到半连续调度激活时MCS和RB。对于下行，eNodeB周期发送数据，UE在指定半连续调度资源上周期接收数据。下行半连续调度优先级低于广播、寻呼等公共控制信息，高于用户级控制信令和数据面传输。半连续调度激活时，依据VoIP数据包大小和UE上报全带宽CQI，为用户分配MCS和RB。因为半连续调度用户MCS在通话期间固定不变，而实际信道

10、环境是改变，会造成部分用户IBLER（Initial Block Error Rate）较高，为了确保半连续调度用户IBLER收敛到一定范围之内，会依据IBLER收敛情况决定是否进行半连续调度重激活。第9页Semi-Persistent Scheduling VS Dynamic Scheduling好处保障VOIPQOS降低PDCCH消耗，提高VOIP容量 坏处(相对于动态调度)受限于终端能力（是否支持半连续调度）因为两次版连续调度之间MCS是固定，链路适应能力不好 好处更加好包装VOIP业务QOS对终端能力没有限制（是否支持半连续调度）对于不一样无线环境兼容性更加好 坏处(相对于动态调度)

11、消耗大量PDCCH资源，容量低于半连续调度。在VOIP用户较多场景不提议采取动态调度 VS第10页UL Semi-persistent Scheduling Power Control 功效 包含PUSCH开环功控和闭环功控 Opening Loop Power Control设置初速功率为 Po (P0_nominal_pusch ) . Closed Loop Power ControlIBLER测量值大于IBLERTarget，eNodeB向UE发送增大发射功率TPC命令。 IBLER测量值小于IBLERTarget，eNodeB向UE发送降低发射功率TPC命令。eNodeB发送TPC给

12、终端，终端计算传输功率第11页DL Semi-persistent Scheduling Power Control 目标 保障IBLER收敛于 IBLER Target。 应用场景 下行覆盖受限。 功效 当子开关打开时，对于采取QPSK调制方式用户，eNodeB依据VoIP数据包IBLER（Initial Block Error Rate）测量值和IBLERTarget间差异，周期性调整PDSCH发射功率，以满足IBLERTarget要求。 假如IBLER测量值小于IBLERTarget，减小发射功率。 假如IBLER测量值大于IBLERTarget，增大发射功率。第12页ROCH（一） 目

13、标 降低语音包头大小，提升边缘用户语音覆盖。在容量受限时，提升用户容量。 应用场景 业务层稳定小包场景。 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页ROCH（二） ROHC 增益 下面表格是IPV4场景下，AMR-NB和AMR-WB各种SDU对应压缩效率。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页TTI Bundling 应用场景 VoIP用户上行覆盖受限时. 目标 增加小区边界VoIP用户上行覆

17、盖。 功效 以下两个条件必须满足: 在连续超出配置值（ T_COVERAGE_STAT）TTI中因为功率受限，分配用户RB书小于3RB。终端平均SINR小于threshold (packet length). 绑定4个TTI用于一个包传输。终端在4个TTI中提供非自适应重传。捆绑在一起4个传输采取同一个HARQ进程。 TDD系统中，协议要求TTI bundling只支持子帧配比0、1、6，且跟半连续调度互斥。第15页QoS/PCC（Policy Control and Charging）S-GWLTEPGWeNodeBInternetIMS/P-CSCFPCRF/SPRGxRx1。依据业务请求

18、申请承载资源媒体信息/资源需求QCI/GBR2。依据业务签约判断是否允许申请承载资源QCI/GBRQCI/GBR3。依据QCI调度上下行资源4。依据QCI调度上下行资源5。依据QCI调度上行资源终端LTE RAN传输网PGW用户会话缺省承载专有承载普通上网业务/QCI=9普通P2P业务/QCI=9视频/QCI=2，由PGW动态建立PCRF关键作用：依据业务签约判断用户所使用业务QoS信息，也即默认承载或专有承载打开管道看在传统CS域，每路话音都是独占资源，互不影响。体验是能够保障。在数据业务域，带宽是共享，VoLTE流量也是流量一部分。PCC专有承载能力，为VoLTE话音提供了专有数据通道，能

19、够确保QoS质量。假如没有PCRF，VoLTE通话质量将无法到达传统CS话音体验水平。语音/QCI=1，由PGW动态建立SIP信令/QCI=5，在Attach时同时建立. Default APNIMS APN第16页QoS/PCC（Policy Control and Charging）视频电话QCI 5QCI 1QCI 2QCI 8/9语音电话QCI 5QCI 1QCI 8/9优先级24QCI1235134567867899经典业务VoIP电话会议, 会话视频(直播流媒体)实时在线游戏, 实时工业监控非会话视频(缓冲流媒体)IMS信令视频(缓冲流媒体)视频(直播流媒体), 话音业务交互式游戏

20、E-Mail, MSN, QQ, WWW P2P文件共享资源类型GBRGBRGBRGBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBR时延100ms150ms50ms300ms100ms300ms100ms300ms300ms丢包率(-2)10(-3)10(-3)10(-6)10(-6)10(-6)10(-3)10(-6)10(-6)10第17页VoLTE协议栈 半连续调度SPSPHY3GPP 36.21X TTI BundingMAC3GPP 36.321RLC3GPP 36.322SN、完保、加密、头压缩SN、完保、加密、头压缩PDCP3GPP 36.323RRC信

21、令RRC3GPP 36.331承载NAS3GPP 24.301LTE承载LTE控制面LTE用户面IP包IP加密-ESP报文TCPTLSUDP信令压缩（可选）SIPRTPRTCP控制信令用户数据语音帧语音包控制信令3GPP 23.228 IMS3GPP 24.228 24.229 SIP相关协议RFC3261：SIP协议RFC3550：RTPRFC4566：RTCP SDPRFC2617：HTTP协议RFC768：UDP协议RFC793：TCP协议RFC791：IP协议第18页VoLTE在各网元配置要求前提：VoLTE用户已经能够在LTE网络进行普通数据业务。1）IMS：需要配置 VoLTE用户账号并提供到终端用户路由。2）PCRF：需要保障与P-CSCFRx接口正常并配置Voice承载QCI1策略。3）EPC（UGW）：需要为用户新增一个APNIMS APN数据配置以及与PCRF相关数据。4）eNodeB：需要开启eNodeB增强调度算法以及配置SIP承载QCI5RLC模式为AM