VoLTE语音综合解决方案

VoLTE语音处理方案第1页目录Volte介绍eSRVCC语音方案Volte关键技术Volte信令流程1234Volte优化思绪5第2页

什么是VoLTEVoLTE(VoiceoverLongTerm--Evolution)，是指基于IMS网络LTE语音处理方案。它是架构在LTE网络上、全IP条件下、基于IMSServer端到端语音方案，全部业务承载于4G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下统一。语音会话由IMS网元进行控制。在LTE侧，语音以IP包形式进行传输；相较于传统意义OTT语音，如Skype、微信、QQ语音，VoLTE可由运行商进行掌控，即语音业务识别、呼叫建立、计费均在运行商控制之下，脱离了沦为管道窘境；相较于传统意义VoIP语音，VoLTE针对语音可提供更加好QoS保障，用户感知更加好。对应，各网元都有对应QoS保障要求及技术；

S/P-GWSBC/P-CSCFLTE无线接入网(eNodeB)UEIMS网络EPC网络SBC/P-CSCF无线侧接入侧网络侧无线侧针对语音和视频数据包特点优化和增强接入侧经过PCC确保QoS网络侧采取IP专网承载确保QoSPCRF第3页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IMS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SRVCC技术实现LTE与CS之间语音业务连续性第4页特色业务高清语音高清视频融合消息采取AMR-WB编解码，相比于现网AMR-NB编解码，频谱范围更宽话音更自然、舒适、更有现场感，增加了可懂度和清楚度。LTE高清视频分辨率提议最少为VGA，目标实现分辨率720P、帧率30fps高质量视频通话体验。TD可视电话QCIF/15fps普通FaceTimeVGA/30fpsFaceTimeHD720P/30fps增强型通讯录即时消息、群组聊天文件传输内容共享…自定义头像心情短语在线状态业务特征使用场景当前阶段下可提供VoLTE业务用户之间特色业务普通IMS电话TD可视电话xxVoLTE业务用户√VoLTE业务用户第5页高清语音和高清视频等特色业务仅经过LTE和IMS提供，不依赖2G/3G,且仅在LTE终端之间提供，LTE提供接入及分组域承载，IMS提供呼叫控制和业务。EPCMMESAE-PGWHLR/HSSASIMSCSCFLTEVoLTE手机eNodeBVoLTE终端接入LTE网络，进行LTE附着附着成功后，从PGW得到IP地址，并建立到IMS网络信令承载VoLTE终端经过IMS信令承载注册到IMS网络VoLTE终端经过客户端发起向另一VoLTE终端高清语音或视频呼叫IMS网络对被叫进行寻址呼叫，被叫振铃被叫摘机，呼叫成功，双方进行通话基本流程LTEeNodeBSAE-PGWVoLTE手机VoLTE语音方案第6页LTE时代语音处理方案SvLTE(SimultaneousvoiceandLTE)

：终端同时驻留在2G/3G和LTE网络中。传统电路域提供话音业务，LTE网络提供数据业务，数据和话音能够同时并发。CSFB(circuitswitchfallback)

：3GPPR8标准提出，终端优选LTE驻留，LTE只提供数据业务。当用户发起或接收话音业务时，需要回落到原有CS网络。SRVCC(SingleRadioVoiceCallContinuity)

：3GPPR8标准中提出，提供基于IMSLTE话音业务。终端在移动到LTE未覆盖区域是，语音需要切换到CS域并确保业务连续性。LTE语音处理方案语音、数据在LTE进行语音在CS进行数据在LTE进行SRVCCCSFBSvLTEVoLTE-Only目标多模多待多模单待多模单待过渡第7页MGCF/MGWSCCASIMSCSCF三种LTE语音处理方案对比EPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-GWCSINTRENETSGseNodeBEPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-GWCSSveNodeBhandoverMSCSMGWMGWMSCSSGsVoLTE/SRVCCCSFBSvLTE特点：终端双待，语音业务由传统2G/3G网络提供优势：对网络改动小，用户体验不变，语音和数据能够并发，无需切换劣势：终端要支持双待，对手机芯片、电池续航力都有较高要求EPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-GWCSINTRENETeNodeBMSCSMGWVoiceflowDateflowVoiceflowVoiceflowDateflowDateflow特点：终端单待，当有语音业务需求时，需要回落到传统2G/3G网络提供优势：对终端要求较低，重用传统2G/3G网络劣势：对传统2G/3G网络有改造要求，时延较长，语音和数据业务不可并发特点：语音业务基于IMS提供，并支持从LTE切换到2G/3G网络语音连续性优势：基于LTE语音，音质好，频谱利用率高，语音和数据业务能够并发劣势：需要布署IMS，终端支持SRVCC终端较少INTRENETVoiceflow第8页VoLTE质量体验VOLTE与GSM语音质量对比2G使用窄带语音AMR-NB12.2kbps和EFR编码方式，采样频率为8kHz，语音带宽为200～3400Hz。VOLTE使用宽带语音AMR-WB23.85kbps，采样频率为16KHz，语音带宽为50－7000Hz。使用POLQASWB评分标准，评定GSM打GSM，VoLTE（23.85kbps）和VoLTE（12.65kbps）三种长呼语音质量，VoLTEMOS相比GSM有极大改进。第9页VoLTE特征参数第10页VoLTE网络架构第11页VoLTE网络架构

12策略控制单元（PCC）：PCC（PolicyandChargingControl策略与计费控制）：提供策略控制、计费控制功效、业务数据流事件汇报等功效。

PCEF（PolicyandChargingEnforcementFunction策略和计费执行功效）：主要包含业务数据流检测、策略执行和基于流计费功效。

PCRF（PolicyandChargingRuleFunction策略和计费规则功效）：包含策略控制决议和基于流计费控制功效，PCRF接收来自PCEF、SPR和AF输入，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费网络控制功效。并结结合PCRF自定义信息做出PCC决议。信令网（DRA）：DRA（DiameterRoutingAgent路由代理节点）：下一代信令网，能够真正实现未来关键网逐步扩展，简化网络，实现快速布署、高效维护及增强网络安全。DRA节点负责LTEDiameter信令目标地址翻译和转接,实现LTE用户鉴权、位置更新、计费管理。布署DRA好处：处理移动用户漫游到其它网络时，用户鉴权、认证、位置登记、计费策略等信息在漫游网络与归属网络之间传递。在一些业务应用场景中，确保对于同一个用户，AF和PCEF能够寻址到同一个PCRF，经过布署Diameter代理来实现IP地址和IMSI动态绑定以完成寻址。从整体上看，VOLTE网络分为终端、接入网、承载网、关键网、业务平台。其中，较为复杂是关键网，主要分为分组域（接入关键网）、策略控制单元（PCC）、信令网（DRA）、IMS域、CS域、用户数据域。第12页VoLTE网络架构

13IMS域：SBC（SessionBorderControl会话边界控制器）:IMS网络中一个主要网络节点，其位于IMS网络边界，起着将终端用户接入到IMS关键网主要作用。它主要功效包含接入许可控制，网络拓扑隐藏，NAT以及NAT穿越，QoS及带宽策略，和网络安全机制等。S-CSCF（ServingCallSessionControlFunction服务会话控制功效）:是IMS关键所在，它位于归属网络，为UE进行会话控制和注册请求，但当UE处于会话中时，S-CSCF处理网络中会话状态。在同一个运行商网络中，能够有多个S-CSCF。P-CSCF（ProxyCallSessionControlFunction代理会话控制功效）:是IMS中用户第一个联络点（在信令平面），从SIP角度来看，它是一个出站/入站SIP代理服务器，全部SIP信令，不论是来自用户设备UE，还是发送给UE，都必须经过P-CSCF。UE使用当地CSCF发觉机制能够取得P-CSCF地址。P-CSCF负责验证请求，将它转发给指定目标，而且处理和转发响应。I-CSCF（InterrogatingCallSessionControlFunction协商会话控制功效）:I-CSCF是一个运行商网络内部接触点，全部与这个网络运行商用户连接都要经过这个实体。在一个网络中能够有多个I-CSCF。MGCF（MultimediaGatewayControlFunction多媒体网关控制功效）:在IP多媒体子系统(IMS)一个组成部分，与CSCF通信和控制媒体信道在一个IMS-MGW中连接。它在ISDN部分(ISUP)和IMS呼机控制协议之间执行协议转换。IM-MGW（IPMultimediaGatewayIP多媒体网关）:IM-MGW负责IMS与PSTN/CS域之间媒体流互通，提供CSCN网络和IMS之间用户面链路，支持PSTN/电路域TDM承载和IMS用户IP承载转换。主要功效是承载和媒体处理。在IMS终端不支持CS端编码时IM-MGW完成编解码转换工作。IM-MGW也能够在MGCF控制下完成呼叫连续。第13页VoLTE

QoS要求

14QCI等级资源类型优先级数据包时延预算数据包丢失率经典业务1GBR2100

ms10-2会话语音24150

ms10-3会话视频（直播流媒体）3350

ms10-3实时游戏45300

ms10-6非会话视频（缓冲流媒体）5Non-GBR1100

ms10-6IMS信令66300

ms10-6视频（缓冲流媒体）

基于TCP业务(如www\e-mail\chat\ftp\p2p文件共享\逐行扫描视频）77100

ms10-3语音

视频（直播流媒体）互动游戏88300

ms10-6视频（缓冲流媒体）

基于TCP业务(如www\e-mail\chat\ftp\p2p文件共享\逐行扫描视频）99第14页VoLTE业务承载

从无线角度来看：VoLTE需要建立承载QoS承载：QCI=1：语音承载；QCI=2：视频承载；QCI=5：SIP/SDP传输IMS信令承载；QCI=8/9：普通上网业务承载视频业务承载组合：SRB1+SRB2+2xAMDRB+2xUMDRB，其中，2个UMDRBQCI=1和QCI=2，2个AMDRBQCI分别为QCI=5和QCI=8/9语音业务载组合：SRB1+SRB2+2xAMDRB+1xUMDRB，其中，UMDRBQCI=1，2个AMDRBQCI分别为QCI=5和QCI=8/9

15第15页目录Volte介绍eSRVCC语音方案Volte关键技术Volte信令流程1234Volte优化思绪5第16页SRVCC是什么？SRVCC(SingleRadioVoiceCallContinuity)单射频无线语音连续性技术，基于IMSVoLTEVCC(VoiceCallContinuity)当UE在支持VoIP业务网络之间移动时，怎样保持语音业务连续性？将承载在原网络VoIP语音业务平滑切换到目标网络CS域应用场景SRVCC方案处理单射频UE在LTE/Pre-LTE网络和2G/3G网络之间移动时，怎样保持语音业务连续性问题？也就是单射频UE在IMS控制VoIP语音和CS语音之间无缝切换。第17页eSRVCC流程18eSRVCC（enhancedSingleRadioVoiceCallContinuity）是SRVCC增强版本，SRVCC在媒体变更是需要经IMS域进行远端媒体面协商与切换，而eSRVCC不包括，所以切换过程中中止时间缩短，性能得以优化。二者均为国际规范，提议采取eSRVCC技术1.发起VoLTE呼叫：SRVCC终端发起向另一IMS终端语音呼叫2.呼叫建立：呼叫成功，媒体连接建立，双方进行通话3.发起SRVCC切换：用户离开LTE覆盖，发生SRVCC切换,EPC网络通知eMSC准备切换，MSC完成电路域资源预留4.终端切换：MSC经过LTE网络通知终端切换到2G/3G5.ATGW媒体更新：ATCF发起本端媒体更新6.呼叫接续：从终端切换到2G/3G到ATGW切换媒体完成MGCFSCCASIMSCSCFEPCRAN/GERANEnhancedMSCSMGWMMESAE-PGWCSSveNodeBHandOverT1MGWMSCSRemoteIMSUEHSSSignalMediaP-CSCFATGWATCFeSRVCC关键点：信令面在用户所在当地网络锚定，媒体面切换在当地进行，不需要通知远端切换媒体面，速度快，通常不超出100ms，防止所以带来语音中止空口切换带来语音中止无法防止，约200ms左右总体语音中止可满足不超出300ms需求SvLTECSFB(e)SRVCC第18页eSRVCC切换概念图第19页eSRVCC无线侧切换信令第20页目录Volte介绍eSRVCC语音方案Volte关键技术Volte信令流程1234Volte优化思绪5第21页VoLTE协议介绍VoLTE相关协议有RTP/RTCP、UDP、SDP和SIP等，其中SIP(SessionInitiationProtocol会话初始协议)是IMS域唯一会话交互控制协议，需要网络和终端都支持SIP协议才能够开展会话业务。SIP/SDP（SessionDescriptionProtocol）流是建立在UDP/IP之上，用于终端之间会话和应用控制。SIP流用于初始化一个Session，并负责传输SDP包，而SDP包中描述了一个Session中包含哪些媒体类型，邀请人等。第22页RTP/RTCP（RealtimeTransportProtocol/RealtimeTransportControlProtocol）实时传输协议/实时传输控制协议：RTP为实时应用提供端到端数据运输，但不提供任何服务质量确保，服务质量由RTCP来提供，都为应用层承载面协议，会话建立后，话音载荷承载在终端之间RTP/UDP/IP上，编码后语音和负载描述符一起被装载在RTP负载中。RTCP协议对实时传输媒体流质量监视与反馈、媒体间同时。按照协议，对于语音业务需要建立QCI=1承载，视频业务需要建立QCI=1和QCI=2传输承载。依据延迟要求，无线侧用户面RLC选取UM模式传输，确保其实时性要求。走SIP信令流QCI=5承载，无线侧控制面RLC采取AM模式，保障其准确性VoLTE协议介绍第23页问题4G无线网改造方案eNodeB支持eSRVCC测量及切换流程无线关键技术提升系统性能和QoSeNodeB是否需要配置GSM邻区支持头压缩、半静态调度SPS等无线增强功效LTE覆盖边缘eNodeB需正确配置GSM邻区及eSRVCC测量控制相关参数LTE覆盖不完善需要支持eSRVCCTTIBundling（TTI绑定）：经过连续使用4个上行子帧传输同一传输块来提升小区边缘UE上行增益（仿真提升4db），它是提升用户在小区边缘覆盖有效方法。小区边缘QoS保障

ROHC主要功效是将关键网和UE之间数据报文报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，到达节约空口带宽资源作用。头压缩在LTE系统中，对于小数据量VoIP应用，制约系统容量原因不是系统带宽，而是控制信道容量，SPS（Semi-PersistentScheduling）将资源周期性（20ms）分配给特定UE，含有“一次分配，屡次使用”特点，以降低对应控制信道（PDCCH）开销。半静态调度VoLTE关键技术第24页VoLTE关键技术—SPS对于VoIP类型业务，其数据包大小比较固定，抵达时间间隔满足一定规律实时性业务(经典话音业务周期普通是20ms)，针对这种特征，LTE系统引入了半静态调度技术(Semi-PersistentScheduling)。SPS是在指定子帧上按照预先分配资源进行新传，但重传时为了降低时延，依然采取动态调度方式。系统资源（包含上行和下行）是经过PDCCH分配，UE经过保留对应资源分配，而后就能够周期性重复使用相同时频资源。不需要在每个TTI都为UE下发DCI（包含上行或下行），从而降低了对应PDCCHCCE资源开销，有效提升了系统效率及容量。SPS(SemiPersistentSchedule)：第25页VoLTE关键技术—ROHCROHC(RadioOverheadCompression)：ROHC主要功效是将关键网和UE之间数据报文报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，到达节约空口带宽资源作用。

对于VoLTE来说，普通语音数据平均长度只有十几个字节，不过报文头

RTP/UDP/IP头会占到40字节，在IPv6中到达60字节。空口带宽利用率非常低(20%左右)。ROHC提供头压缩算法能够在极差信道条件下将RTP/UDP/IP头

压缩到最小1个字节，带宽利用率最高可达97.5%，含有很高实用价值。所以3GPPLTE协议规范中明确提出了要采取ROHC压缩算法来实现PDCP层头压缩

功效。第26页

27VoLTE关键技术—ROHCROHC支持头压缩算法类型：开启ROHC功效，能够节约每个ＵＥ占用空口资源，节约PRB资源，提升小区容量。VoLTE语音编码方案第27页VoLTE关键技术—TTIBundlingTTIBundling（TTI捆绑或者子帧捆绑）用于提升用户在小区边缘覆盖一个方法。当TTIBundling使能时，上行调度DCI0一次授权后，在连续4个上行子帧上传输同一传输块，且仅在第四次传输后有对应PHICH反馈，重传也是4个连续上行TTI发射一个调度方法，能够充分利用4个上行子帧发送数据进行数据合并，经过合并增益提升数据可靠性。因为仅在第四次传输后有对应PHICH反馈，所以此时反馈为底层合并后数据接收效果，从而大大提升数据可靠性。TTIB只适合用于上行，通常在远点低SINR下被激活，TTI捆绑对TDD仅仅适合用于上下行配比为0、1、6情况。对于3：1配置协议明确不适用TTIbundling

技术做赔偿增益。TTIB(

TTIBundling):第28页目录Volte介绍eSRVCC语音方案Volte关键技术Volte信令流程1234Volte优化思绪5第29页IMS注册流程

30VoLTE用户注册：整个IMS注册流程能够分为MME附着和IMS注册两个过程：MME附着：从RRC连接建立请求到含有AttachReqRRC建立完成消息，直到完成QCI=9默认承载建立，此过程为正常MME上附着流程。IMS注册：(1)VoLTE本质也是数据业务，需要建立对应业务类型QoS承载，以承载业务数据或信令。支持VoLTE终端在完成MME附着后，在UE向IMS网元发起注册前，必须建立QCI=5承载，用以承载IMSSIP消息。(2)当QCI=5承载建立完成后，UE与IMS进行SIP信令注册。第30页IMS注册流程图第31页IMS注册信令流程：第32页VoLTE呼叫流程图对于已完成Attach和IMS注册后UE，若UE在IDLE下，当需要打VOIP电话时，先发起servicerequest，建立空口连接，再进行sip流程和专用承载建立。第33页VoLTE呼叫信令流程下列图中为主叫A呼叫被叫B信令流程且两部终端均已完成MME附着和IMS注册。第34页VoLTE呼叫信令流程2第35页VoLTE呼叫流程主叫A和主叫B在MME和IMS注册成功后，当无业务触发时，MME发起上下文释放，将A和B置为IDLE模式。1.主叫A开始呼叫B，向eNodeB发起RRCConnectionRequest，携带初始UEID和S-TMSI（第一次是随机值，此时TMSI值有效）。

2.eNodeB向主叫A回复RRCConnectionSetup，其中携带无线资源相关配置消息。

3.主叫A向eNodeB回复RRConnectionSetupComplete，确认RRC建立成功完成。其中携带选择PLMNID、注册MME信息（plmn-id、mmegi、mmec）、NAS消息（ServiceRequest）。

4.eNodeB发送InitialUEMessage到MME，其中携带eNodeBUES1APId、TAI、E-UTRAN–CGI、RRCEstablishmentCause，NASPDU为ServiceRequest。5.MME侧用户面承载建立成功并向eNodeB返回InitialContextSetupRequest，携带MMEUES1APId、ERAB相关信息（QOS/GTP-TEID/ERABId/IP）、UE安全能力和安全密钥。假如存在主叫UE无线能力相关消息，也需要带回，假如没有则eNodeB需要向主叫UE获取无线能力消息。

6.eNodeB向主叫A发送RRCConnectionReconfiguration消息，其中包含测量配置，移动性配置，无线资源配置（RBs，MAC主要配置，物理信道配置），NAS信息和安全配置等信息。7.eNodeB收到主叫ARRCConnectionReconfigurationComplete消息，确认无线资源配置完成。第36页VoLTE呼叫流程8.eNodeB向MME发送InitialContextSetupResponse消息，将eNodeB侧承载IP和GTP-TEID带给MME。QCI=9和QCI=5承载重配完成，此时主叫A能够与AS进行SIP信令交互。9.主叫A经过QCI=5承载向AS服务器发送INVITE请求消息。10.AS服务器发送100Trying消息给主叫A，确认收到INVITE消息.。

11.AS将INVITE请求消息经PDN转到SGW并缓存。12.SGW发送寻呼消息到MME，通知MME主叫A寻呼被叫B。13.MME对被叫B发起寻呼流程。

14.从步骤14-21同上述步骤1-9。

15.步骤22被叫BQCI=5承载重配完成后，SGW将INVITE消息发给被叫B。16.步骤23被叫B回复AS100Trying响应消息。第37页SIP会话流程主叫A呼叫被叫BSIP信令流程。在INVITE消息前，终端已完成了MME附着和IMS注册，已经重配完成QCI=9和QCI=5，在随即SIP信令交互中主被叫需要完成媒体协商、QCI=1专用承载建立、资源预留、通话建立和直到通话结束等流程。第38页SIP会话流程1.主叫发起VoLTE语音呼叫，向IMS发起INVITE请求。2.IMS向主叫响应100Trying。3.从IMSHSS网元取得主叫签约和鉴权数据并触发AS业务逻辑控制后，IMS向被叫转发INVITE请求。4.被叫向IMS响应100Trying。5.被叫向IMS发送183SessionProgress消息，通知对端会话建立过程已经开启。（此时被叫QCI1建立专用承载）6.待主叫QCI=1专用承载建立后，IMS向主叫转发183SessionProgress消息。7.步骤7，主叫发送PRACK请求消息并经过IMS转发给被叫，通知被叫已经收到其发送183响应消息。8.步骤8，被叫收到PRACK请求消息后，发送200（OK）响应消息并经过IMS转发给主叫。9.步骤9，主叫发送Updata消息并经过IMS转发给被叫，表明主叫资源预留完成。10.步骤10，被叫收到来自IMS转发Updata消息后，经过IMS回应对端主叫200OK消息并表明被叫资源也预留完成。11.步骤11，被叫振铃，经过IMS向主叫发送180Ringing振铃信息。12.步骤12，被叫经过IMS向主叫发送200OK消息，表明主叫最初INVITE请求已经处理成功。13.步骤13，主叫经过IMS向被叫发送ACK确认消息，通知被叫，主叫已知道被叫处理INVITE请求成功，开始通话过程。14.步骤14，主叫挂机并经过IMS向被叫发起通话结束BYE信息。15.步骤15，被叫经过IMS向主叫发送200OK确认消息，整个通话结束。第39页VoLTE空口基本呼叫信令第40页目录Volte介绍eSRVCC语音方案Volte关键技术Volte信令流程1234Volte优化思绪5第41页VoLTE常见问题优化思绪RRC连接建立失败e-RAB承载建立失败SIP会话建立失败VoLTE语音接入失败经过路测数据分析软件，比如CDS软件或鼎利软件，确定发生接入失败时间，并取得接入失败前后相关导频信息以及信令流程。结合信令跟踪和UE信令流程，按照上图排查流程确定在哪一处出现失败。然后按照后续各个子流程分析和处理问题，主要包含RRC建立问题、鉴权加密问题、E-RAB建立问题和设备异常问题等。第42页VoLTE常见问题优化思绪覆盖问题：弱覆盖/越区覆盖/交叠覆盖切换失败：系统内切换失败/eSRVCC切换失败邻区漏配干扰设备异常VoLTE掉话VoLTE掉话：是指UE异常退出RRC_CONNECTED状态造成连接中止，即：空口RRC连接不是终端主动发起异常释放。正常VoLTE呼叫建立包含：对于掉话问题，经过对应数据分析其掉话原因，并依据不一样掉话类型采取详细处理方案。第43页VoLTE语音MOS与覆盖V