《现代移动通信技术与系统（第3版）》课件 任务5.4 VoLTE技术

移动通信技术与系统《移动通信技术与系统》课程团队项目一移动通信认知项目二移动通信关键技术项目三移动通信工程技术项目四移动性管理课程目录项目五4G移动通信系统项目六5G移动通信系统任务5.1LTE系统概述任务5.2LTE系统结构任务5.3LTE关键技术任务5.4VoLTE技术项目五4G移动通信系统任务5.5NB-IOT系统任务5.4VoLTE技术【重点】基本概念、LTE语音解决方案【难点】VoLTE协议栈、VoLTE关键技术【目标】掌握VoLTE技术SvLTE（SimultaneousVoiceandLTE）双模手机方式。手机同时工作在LTE和CS方式，前者提供数据业务，后者提供语音业务部署特点优点：对网络无特别要求，无需改动网络缺点：手机成本高、耗电高LTE2G/3GCSEPCMSCMME双待手机SGs语音业务数据业务1.VoLTE基本概念1.1SvLTECSFB（CircuitSwitchedFallback）LTE只提供数据业务，当发起或者接受语音呼叫时，回落到CS域进行处理。运营商无需部署IMS，只需要升级MSC就可以支持。部署特点优点：快速提供业务的方案，网络变动小。缺点：呼叫接续速度慢。当用户需要语音业务时，用户在LTE网络下的业务都需要中断、切换或挂起，从而影响用户的体验。应用场景CSFB适合作为IMS部署之前的过渡方案。在拜访地网络没有部署IMS情况下，CSFB可以为漫游的LTE用户提供语音业务。1.VoLTE基本概念1.2CSFBVoLTE(VoiceoverLongTermEvolution)，是指基于IMS网络的LTE语音解决方案。它是架构在LTE网络上、全IP条件下、基于IMSServer的端到端语音方案，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的统一。语音会话由IMS网元进行控制。在LTE侧，语音以IP包的形式进行传输；VoLTE可由运营商进行掌控，即语音业务的识别、呼叫建立、计费均在运营商控制之下，脱离了沦为管道的窘境；VoLTE针对语音可提供更好的QoS保障，用户感知更好。相应的，各网元均有对应的QoS保障要求及技术。1.VoLTE基本概念1.3VoLTES/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通过PCC保证QoS网络侧采用IP专网承载保证QoSPCRF1.VoLTE基本概念1.3VoLTE2G/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是通过LTE网络作为业务接入、IMS网络实现业务控制的语音解决方案业务接入：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的呼叫控制功能，需要通过IMS网络提供业务控制功能业务切换：在LTE全覆盖之前，需要通过SRVCC技术实现LTE与CS之间的语音业务连续性2.VoLTE语音方案2.1VoLTE语音解决方案SvLTE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，语音和数据可以并发，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-GWCSINTRENETeNodeBMSCSMGWVoiceflowDateflowEPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-GWCSINTRENETSGseNodeBMSCSMGWSGsCSFBVoiceflowDateflow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DateflowMGCF/MGWSCCASIMSCSCFEPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-GWCSSveNodeBhandoverMGWMSCSVoLTE/SRVCCVoiceflow特点：语音业务基于IMS提供，并支持从LTE切换到2G/3G网络的语音连续性优势：基于LTE的语音，音质好，频谱利用率高，语音和数据业务可以并发劣势：需要部署IMS，终端支持SRVCC的终端较少INTRENETVoiceflow2.VoLTE语音方案2.2三种LTE语音解决方案对比2.VoLTE语音方案VoLTECSFB呼叫时延3s5-8s语音质量频率：50-7000Hz频率：300-3400Hz编解码：AMR-WB23.85Kbps编解码：AMR-NB12.2Kbps视频质量典型分辨率：480*640典型分辨率：176*144720P/1080Ppossible频谱效率仿真测试结果显示：同样承载AMR，LTE的频谱效率可达到R993倍以上2.3CSFB与VoLTE的技术参数比较3.VOLTE协议栈会话初始协议SIP（SessionInitiationProtocol）：是一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，它被用来创建、修改、和终结一个或多个参加者参加的会话进程，与SDP、RTP/RTCP、DNS等协议配合，共同完成IMS中的会话建立及媒体协商。会话描述协议SDP（SessionDescriptionProtocol）协议为应用层的控制协议,由于会话建立过程中的媒体协商。RTP/RTCP：都为应用层的承载面协议，会话建立后，RTP协议保证媒体流的实时传输。RTCP协议对实时传输的媒体流进行监控。

SIP信令状态码分为六类：1XX：临时响应。表明请求已收到，接受方正在继续处理该请求。2XX：成功响应。请求已经成功收到、理解并被接受。3XX：重定向响应。请求方需要采取进一步动作以完成请求。4XX：客户端响应错误。5XX：服务器响应错误。6XX：全局失败响应。请求不能在任何一个服务器上得到满足，产生该响应

的服务器需要知道有关用户的确切信息。3.VOLTE协议栈——SIP相关协议QCI等级资源类型优先级数据包时延预算数据包丢失率典型业务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的业务(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的业务(如www\e-mail\chat\ftp\p2p文件共享\逐行扫描视频）993.VOLTE协议栈——VoLTE

QoS要求

从无线角度来看：VoLTE需要建立的承载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=8/9：一般上网业务承载视频业务承载组合：SRB1+SRB2+2xAMDRB+2xUMDRB，其中，2个UMDRB的QCI=1和QCI=2，2个AMDRB的QCI分别为QCI=5和QCI=8/9语音业务载组合：SRB1+SRB2+2xAMDRB+1xUMDRB，其中，UMDRB的QCI=1，2个AMDRB的QCI分别为QCI=5和QCI=8/9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的传输承载。根据延迟要求，无线侧用户面RLC选用UM模式传输，保证其实时性要求。走SIP信令流的QCI=5承载，无线侧控制面RLC采用AM模式，保障其准确性3.VOLTE协议栈——VoLTE业务承载问题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高系统性能和QoSeNodeB是否需要配置GSM邻区支持头压缩、半静态调度SPS等无线增强功能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）：通过连续使用4个上行子帧传输同一传输块来提高小区边缘UE上行增益（仿真提高4db），它是提高用户在小区边缘覆盖的有效方法。小区边缘QoS保障

ROHC主要功能是将核心网和UE之间的数据报文的报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，达到节省空口带宽资源的作用。头压缩在LTE系统中，对于小数据量的VoIP应用，制约系统容量的因素不是系统带宽，而是控制信道的容量，SPS（Semi-PersistentScheduling）将资源周期性（20ms）分配给特定UE，具有“一次分配，多次使用”的特点，以降低对应控制信道（PDCCH）的开销。半静态调度4.VOLTE关键技术对于VoIP类型的业务，其数据包大小比较固定，到达时间间隔满足一定规律的实时性业务(典型的话音业务周期一般是20ms)，针对这种特性，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的资源进行新传，但重传时为了降低时延，仍然采用动态调度的方式。系统资源（包括上行和下行）是通过PDCCH分配的，UE通过保存相应的资源分配，而后就可以周期性重复使用相同的时频资源。不需要在每个TTI都为UE下发DCI（包括上行或下行的），从而降低了对应的PDCCHCCE资源开销，有效提升了系统效率及容量。4.VoLTE关键技术4.1SPS(SemiPersistentSchedule，半静态调度)ROHC主要功能是将核心网和UE之间的数据报文的报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，达到节省空口带宽资源的作用。

对于VoLTE来说，一般语音数据的平均长度只有十几个字节，但是报文头RTP/UDP/IP头会占到40字节，在IPv6中达到60字节。空口带宽利用率非常低(20%左右)。ROHC提供的头压缩算法能够在极差的信道条件下将RTP/UDP/IP头压缩到最小的1个字节，带宽利用率最高可达97.5%，具有很高的实用价值。所以3GPPLTE的协议规范中明确提出了要采用ROHC压缩算法来实现PDCP层的头压缩

功能。4.VoLTE关键技术4.2ROHC(RadioOverheadCompression)头压缩ROHC支持的头压缩算法类型：4.VoLTE关键技术4.2ROHC(RadioOverheadCompression)头压缩TTIBundling（TTI捆绑或者子帧捆绑）用于提高用户在小区边缘覆盖的一种方法。当TTIBundling使能时，上行调度DCI0一次授权后，在连续的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的PHICH反馈，重传也是4个连续上行TTI发射的一种调度方法，可以充分利用4个上行子帧发送的数据进行数据合并，通过合并增益提升数据可靠性。由于仅在第四次传输后有对应的PHICH反馈，所以此时反馈的为底层合并后数据的接收效果，从而大大提高的数据的可靠性。TTIB只适用于上行，通常在远点低SINR下被激活，TTI捆绑对TDD仅仅适用于上下行配比为0