VOLTE关键技术简述v10

1、VOLTE关键技术简述关键技术简述Feb 2016 Pactera. Confidential. All Rights Reserved. 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

2、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eSRVCC技术实现LTE与CS之间的语音业务连续性VoLTE（ Voice over Long Term Evolution，长期演进上的语音）3GPP标准定义的：基于IMS网络的LTE语音解决方案。通过IMS网络，移动运营商不仅可以无缝的继承传统的语音、短消息业务，还可以将语音通话与丰富的增强功能相整合，提供多样化的服务。IMS到底是啥？IMS是在3GPP R5阶段提出的一个新的域，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、图片等不同的IP多媒体信息. IP = 基于IP的传输 基

3、于IP的会话控制 基于IP的业务实现Multimedia = 语音、视频、图片、文本等多种媒体的组合 在多种接入基础之上具有不同能力的终端组合Subsystem = 依赖于现有网络技术和网络设备发展的系统 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网络的基础上构建一个分层、开放、融合的核心网控制架构，是一个可运营、可管理、可计费的系统。IMS发展史lIMS 定义最早出现在3GPP R5阶段, 作为PS域的一个子系

4、统出现2001/032002/032005/122006/63GPP 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 等等TISPAN R2- NASS/RACS, 等等为保证标准的一致性，经过各标准化组织之间的协调，在3GPP中统一开展Common IMS相关的标准化工作 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

5、R11- rSRVCC-vSRVCC2008/122009/122011/32012/9IMS将是未来固网移动统一的核心网架构p融合已经成为电信业发展的主要趋势。 IMS相关国际标准趋于统一，以common IMS的推出为代表，IMS的标准化工作发展到了一个新的阶段。以3GPP、TISPAN的合作为主，包括ITU-T、OMA、3GPP2、PARLAY等研究组织。 p一个融合了固定接入和移动接入的统一架构，能够提供丰富业务的网络平台离我们越来越近了。n 3GPP是IMS标准的发起者和主要贡献者； 3GPP与 ETSI TISPAN合作成立了3GPP OP ad hoc小组，基于现有的3GPP I

6、MS标准，制订全球通用的，可同时用于移动、固网、固网移动融合的IMS标准;n 3GPP2引用IMS标准并基于CDMA特性制定MMD标准;n OMA定义各种IMS业务，其标准被3GPP直接引用，作为IMS业务层的相关标准;n Parlay组织定义标准的API框架；n IETF定义IMS下的SIP、SDP与其他协议；n ITU-T 的体系架构和基本理念与3GPP基本一致。VoLTE关键技术关键技术半持续调度（SPS）鲁棒头压缩（ROCH）时隙绑定（TTI Bundling）QoS/PCC国际IP转接（IPX）核心特性VoIMS/SIPeSRVCCHD voice/ARM-WBHD video/H.

7、264VoLTE语音暂态(Transient State) 暂态是指每次业务建立初期尚未稳定的状态，此状态下的数据包较大。通话期(Talk spurts) 通话期是指对应用户正在通话的状态，在通话状态下，每20ms传送一次数据。通话期的语音包大小取决于当前采用的编码速率。静默期(Silent Period) 静默期是对应用户通话停顿的状态，每间隔160ms发一个很短的SID（Silence Insertion Descriptor）帧。SID帧是为了提升用户感受而发送的噪音帧。 Adaptive Multi-Rate (AMR) VoIP业务存在3个状态：: Semi-Persistent S

8、cheduling（一） 应用场景应用场景u 半持续调度主要用于周期性小包业务，可以减少L1/L2控制信令的开销，目前调度器只针对QCI为1的VoLTE语音业务进行半持续调度（是否对其它QCI类型支持半持续调度与厂家相关） 。 目的目的 u 半静态地为VoLTE用户分配资源 。 功能功能uVoLTE业务的通话期与静默期状态由PDCP层进行判决，判决为通话期时，激活半持续调度；判决为静默期时，释放已分配的半静态资源；当业务从静默期转为通话期时，需要重新激活半持续调度。ueNodeB激活半持续调度时，通过PDCCH指示UE配置的半持续调度资源，在周期调度过程中，无需通过PDCCH指示调度资源。半持

9、续调度的周期为20ms，由eNodeB通过RRC消息传送给UE。Semi-Persistent Scheduling（二）u 对于上行，UE会在指定的半持续调度资源上周期发送数据。 半持续调度激活前，需要对VoLTE数据包采用动态调度。在半持续调度激活后，在以下场景需要采用动态调度作为半持续调度的补充：静默期 、半持续调度期间的大包以及信令、 HARQ重传数据判断VoLTE业务为通话期后，尝试激活半持续调度，根据语音包大小和调整后的全带SINR得到半持续调度激活时MCS和RB。u 对于下行，eNodeB周期发送数据，UE在指定的半持续调度资源上周期接收数据。下行半持续调度的优先级低于广播、寻呼

10、等公共控制信息，高于用户级控制信令和数据面的传输。半持续调度激活时，根据VoIP数据包大小和UE上报的全带宽CQI，为用户分配MCS和RB。由于半持续调度用户的MCS在通话期间固定不变，而实际信道环境是变化的，会造成部分用户的IBLER（Initial Block Error Rate）较高，为了保证半持续调度用户IBLER收敛到一定范围之内，会根据IBLER的收敛状况决定是否进行半持续调度重激活。Semi-Persistent Scheduling VS Dynamic Scheduling好处好处保障VOIP的QOS减少PDCCH的消耗，提高VOIP容量 坏处坏处(相对于动态调度相对于动态

11、调度)受限于终端能力（是否支持半持续调度）由于两次版持续调度之间的MCS是固定的，链路适应能力不好 好处好处更好包装VOIP业务的QOS对终端能力没有限制（是否支持半持续调度）对于不同的无线环境兼容性更好 坏处坏处(相对于动态调度相对于动态调度)消耗大量PDCCH资源，容量低于半持续调度。在VOIP用户较多的场景不建议采用动态调度 VSUL Semi-persistent Scheduling Power Control 功能功能 包括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

12、 Loop Power ControlIBLER测量值大于IBLERTarget，eNodeB向UE发送增大发射功率的TPC命令。 IBLER测量值小于IBLERTarget，eNodeB向UE发送降低发射功率的TPC命令。eNodeB发送发送TPC给终端，给终端，终端计算传输功率终端计算传输功率DL Semi-persistent Scheduling Power Control 目的目的 保障IBLER收敛于 IBLER Target。 应用场景应用场景 下行覆盖受限。 功能功能 当子开关打开时，对于采用QPSK调制方式的用户，eNodeB根据VoIP数据包的IBLER（Initial B

13、lock Error Rate）测量值和IBLERTarget间的差异，周期性调整PDSCH发射功率，以满足IBLERTarget要求。 如果IBLER测量值小于IBLERTarget，减小发射功率。 如果IBLER测量值大于IBLERTarget，增大发射功率。ROCH（一） 目的目的 减少语音包头大小，提高边缘用户的语音覆盖。在容量受限时，提升用户容量。减少语音包头大小，提高边缘用户的语音覆盖。在容量受限时，提升用户容量。 应用场景应用场景 业务层稳定小包场景。业务层稳定小包场景。 eNBeNBVoIP UserVoIP UserIP Header40 BytesAMR frame32 B

14、ytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesRoHC1 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesIP Header40 BytesAMR frame32 BytesUL DecompressionDL DecompressionDL CompressionUL CompressionOriginal packetCompressed packetROCH（二） ROHC 增益增益 下面表格是IPV4场景下，AMR-NB和AMR-WB各种SDU对应的压缩效率。AMR-NBcodec(kbps) SDU b

15、itbandwidth-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 ROHC12.224432723548.61%10.220427673044.78%7.9515922622540.32%7.414820602338.33%6.713418582136.21%5.911816561933.93%5.151031555

16、1832.73%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)VoIP Frame（with ROHC）/VoIP Frame without ROHC23.85477611016463.37%23.0546159996262.63%19.8539751915459.34%18.

17、2536547875057.47%15.8531741814454.32%14.2528537774051.95%12.6525333733649.32%8.8517724642742.19%6.613218582136.21%SID(1.75) 407471021.28%TTI Bundling 应用场景应用场景 VoIP用户上行覆盖受限时. 目的目的 增加小区边界VoIP用户的上行覆盖。 功能功能 以下两个条件必须满足: 在连续超过配置值（ T_COVERAGE_STAT）的TTI中由于功率受限，分配用户的RB书小于3RB。终端的平均SINR小于threshold (packet leng

18、th). l绑定4个TTI用于一个包的传输。l终端在4个TTI中提供非自适应的重传。l捆绑在一起的4个传输采用同一个HARQ进程。l TDD系统中，协议规定TTI bundling只支持子帧配比0、1、6，且跟半持续调度互斥跟半持续调度互斥。QoS/PCC（Policy Control and Charging）S-GWLTELTEPGWeNodeBInternetIMS/P-CSCFIMS/P-CSCFPCRF/SPRGxRx1。根据业务请求申请承载资源媒体信息/资源需求QCI/GBR2。根据业务签约判断是否允许申请承载资源QCI/GBRQCI/GBR3。根据QCI调度上下行资源4。根据QC

19、I调度上下行资源5。根据QCI调度上行资源终端LTE RAN传输网PGW用户会话用户会话缺省承载缺省承载专有承载专有承载普通上网业务普通上网业务/QCI=9普通普通P2P业务业务/QCI=9视频视频/QCI=2，由，由PGW动态建立动态建立PCRF的关键作用：根据业务签约判断用户所使用业务的QoS信息，也即默认承载或专有承载打开管道看l 在传统CS域，每路话音都是独占资源，互不影响。体验是能够保障的。l 在数据业务域，带宽是共享的，VoLTE流量也是流量的一部分。PCC的专有承载能力，为VoLTE话音提供了专有数据通道，能够保证QoS质量。如果没有PCRF，VoLTE通话质量将无法达到传统CS

20、话音的体验水平。语音语音/QCI=1，由，由PGW动态建立动态建立SIP信令信令/QCI=5，在，在Attach时同步建立时同步建立. Default APNIMS APNQoS/PCC（Policy Control and Charging）视频电话视频电话l QCI 5l QCI 1l QCI 2l QCI 8/9语音电话语音电话l QCI 5l QCI 1l QCI 8/9优先级优先级24QCI1235134567867899典型业务典型业务VoIP电话会议电话会议, 会话视频会话视频(直播流媒体直播流媒体)实时在线游戏实时在线游戏, 实时工业监控实时工业监控非会话视频非会话视频(缓冲流

21、媒体缓冲流媒体)IMS信令信令视频视频(缓冲流媒体缓冲流媒体)视频视频(直播流媒体直播流媒体), 话音业务话音业务交互式游戏交互式游戏E-Mail, MSN, QQ, WWW P2P文件共享文件共享资源类型资源类型GBRGBRGBRGBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBRNon-GBR时延时延100ms150ms50ms300ms100ms300ms100ms300ms300ms丢包率丢包率(-2)10(-3)10(-3)10(-6)10(-6)10(-6)10(-3)10(-6)10(-6)10VoLTE协议栈 半持续调度SPSPHY3GPP 36.21X TTI Bu

22、ndingMAC3GPP 36.321RLC3GPP 36.322SN、完保、加密、头压缩SN、完保、加密、头压缩PDCP3GPP 36.323RRC信令RRC3GPP 36.331承载NAS3GPP 24.301LTE承载LTE控制面控制面LTE用户面用户面IP包IP加密-ESP报文TCPTLSUDP信令压缩（可选）SIPRTPRTCP控制控制信令信令用户数据用户数据语音帧语音包语音包控制信令控制信令3GPP 23.228 IMS3GPP 24.228 24.229 SIP相关协议相关协议RFC3261：SIP协议RFC3550：RTPRFC4566：RTCP SDPRFC2617：HTTP协议RFC768：UDP协议RFC793：TCP协议RFC791：IP协议VoLTE在各网元的配置要求前提：VoLTE用户已经可以在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的用户路由。2）PCRF：需要保障与P-CSCF的Rx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数据的配置以及与PCRF相关