VOLTE基础培训-v 10

1、VoLTEVoLTE基础原理基础原理2015年01月目目 录录VoLTE信令流程信令流程2VoLTEVoLTE概述概述VOLTE是什么？最直接简单的理解就是是什么？最直接简单的理解就是VOIP，与普通，与普通VOIP相比，网络相比，网络的承的承载体由互联网变成了载体由互联网变成了LTE，同时对，同时对VoLTE使用的使用的DRB承载定义高优先级及速承载定义高优先级及速率保障等，保证业务率保障等，保证业务QOS。只要上网一搜就有很多的网络电话软件，这些都是VOIP电话软件LTE2G/3G2G/3G电路域LTEEPCCSFB手机CSFB手机VoCS2：寻呼SGs1：入呼3：寻呼响应LTE2G/3G

2、2G/3G电路域LTEEPCIMSCoreVoLTE手机VoLTE手机VoCSVoIPVCC切换切换请求域转移请求SvLTE2G/3G2G/3G电路域LTEEPC单卡双待手机VoCS语音通道数据通道CSFB方案简介1. 终端空闲态下驻留在LTE网络上2. 发起/收到呼叫时，回落到2G/3G网络3. 呼叫结束后，再返回到LTE网络VOLTE/SRVCC方案简介1. 终端同一时刻只能在一个网络上进行业务（LTE或者2/3G）2. LTE覆盖区，数据和语音业务都承载在LTE网络3. 非LTE覆盖区，由2/3G网络为其服务, 支持LTE到2/3G切换(SRVCC)多模双待方案简介（仅终端相关）1. 终

3、端空闲态同时驻留在2/3G CS和LTE网络上2. 用户通过2G/3G的CS网络发起语音呼叫3. 用户通过LTE网络发起数据业务呼叫双待CSFBVoLTELTE语音可选解决方案VoLTE标准演进标准演进243GPP：主要制定VoLTE网络技术方案，通过R8到R10的标准化工作，和IMS网络相关的技术标准已基本成熟，能够满足业界部署需求。 GSMA：主要制定VoLTE国际运营相关的需求，对于国际漫游和互通的相关需求也基本确定。524 6VoLTE竞争力竞争力体验特性体验特性VoLTE2G/3G呼叫时延0.5-2秒5-8秒视频质量典型分辨率：480*640可选720P/1080P分辨率：176*1

4、44话音质量AMR-WB频率：507000Hz编解码：AMR-WB 23.85Kbps抽样：16KHzAMR-NB频率：3003400Hz编解码：AMR-NB 12.2Kbps抽样：8KHzVoLTEVoLTE技术架构技术架构n基于IMS语音业务，是架构在LTE网络上全IP条件下的端到端语音解决方案VoLTE通过IMS实现呼叫控制等功能，并和EPC、电路域配合提供语音连续性功能UEE-UTRANMMESGW/PGWIMSHSS目目 录录VoLTE信令流程信令流程8IMS和和SIPVoLTE概述概述IMS简介简介 IP- 基于IP的传输- 基于IP的会话控制- 基于IP的业务实现 Multime

5、dia- 语音、视频、图片、文本等多种媒体的组合- 多种接入方式、各种不同能力的终端 Subsystem- 基于现有网络技术和设备，最大程度重用现有网络系统- 无线网络将PS/GPRS网络作为承载网络- 固定网络将固定接入IP系统作为承载网络IMSIMS：IP Multimedia SubsystemIP Multimedia Subsystem国际主流标准组织对于下一代核心网控制架构的共同选择IMSIMS由3GPP在R5阶段引入，叠加在PS域上，目的是在基于全IP的网络上为移动用户提供多媒体业务。IMS系统架构系统架构 P-CSCF（代理会话控制） S-CSCF（查询会话控制） I-CSCF

6、（业务会话控制）会话控制和路由 HSS（Home Subscriber Server） SLF（用户签约地的定位功能实体）用户数据管理认证鉴权 MRFC（Multimedia Resource Function Controller） MRFP（Multimedia Resource Function Processor）媒体资源（MRF） AS（应用服务器）业务控制 MGCF（Media Gateway Control Function） BGCF（Breakout Gateway Control Function） MGW（IMS-Media Gateway Function）互通功能IM

7、S架构IMS-lte架构CSCF功能功能会话控制和路由会话控制和路由 CSCF是IMS 系统的呼叫控制核心，它的主要作用是在IP传输平台上实现多个实时业务的分发，具有中心路由引擎、策略管理和策略执行功能。n P-CSCF（代理会话控制）的功能 UE到网络的第一个连接点产生CDR话单，用户漫游计费需求提供Gm接口上的SIP压缩和完整性保护将终端的请求路由到正确的I-CSCF或者S-CSCFn I-CSCF（查询会话控制）的功能IMS系统对外的连接点，隐藏IMS网络内部拓扑信息在IMS终端注册时，查询HSS为用户分配提供服务的S-CSCF将其他网络传来的SIP请求路由到S-CSCF呼叫时，从HSS

8、获取被叫S-CSCF地址，将消息路由到S-CSCFn S-CSCF（业务会话控制）的功能IMS用户注册认证，通过HSS使注册请求生效根据iFC进行业务触发，控制已注册的会话终端，与业务层交互与HSS配合进行用户鉴权、从HSS获取用户签约的授权SIP(Session Initiation Protocol)协议是互联网行业标准组织IETF提出的，是一个应用层的信令控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。VOLTE中IMS对会话的管理全部通过SIP消息完成，VOLTE选择了SIP协议，最主要的原因就是免费。SIPSIPRequest NameDescriptionDefined in

9、INVITEindicates a client is being invited to participate in a call sessionRFC3261ACKConfirms that the client has received a final response to an INVITE requestRFC3261BYETerminates a call and can be sent by caller or the calleeRFC3261OPTIONSQueries the capabilities of serversRFC3261CANCELCancel any p

10、ending requestRFC3261REGISTERRegisters the address listed in the To header field with SIP ServerRFC3261PRACKProvisional acknowledgementRFC3262SUBSCRIBESubscribes for an Event of Notification from the NotifierRFC3265NOTIFYNotify the subscriber of a new EventRFC3265UPDATEModifies the state of a sessio

11、n without changing the state of the dialogRFC3311PUBLISHPublishes an event to the ServerRFC3903INFOSends mid-session information that does not modify the session stateRFC6086REFERAsks recipient to issue SIP request(call transfer) RFC3515MESSAGETransports instant messages using SIPRFC3248SIP有两种类型的消息，

12、它们是：请求：从客户机发到服务器的消息。响应：从服务器发到客户机的消息。响应消息包含数字响应代码，SIP响应代码集部分基于HTTP响应代码。有两种类型的响应，它们是： 临时响应（1XX）：临时响应被服务器用来指示进程，但是不终结SIP事物。 最终响应（2XX，3XX，4XX，5XX，6XX）：最终响应终止SIP事物。1xx进展相应临时相应2xx成功最终相应3xx重定向错误最终相应4xx客户端错误最终相应5xx服务端错误最终相应6xx全局错误最终相应SIP/RTPSIP/RTP（1）用户首次试呼时，终端向代理服务器（IMS）发送REGISTER 注册请求；（2）代理服务器通过后端认证/计费中心获

13、知用户信息不在数据库中，便向终端代理回送401Unauthorized 质询信息，其中包含安全认证所需的令牌；相当于LTE的authentication鉴权过程。（3）终端提示用户输入其标识和密码后，根据安全认证令牌将其加密后，再次用REGISTER 消息报告给代理服务器；（4）代理服务器将REGISTER 消息中的用户信息解密，通过认证/计费中心验证其合法后，将该用户信息登记到数据库中，并向终端代理A 返回成功响应消息200 OK。16SIPSIP注册过程注册过程目目 录录VoLTE信令流程信令流程17IMS和和SIPVoLTE概述概述IMS注册过程eNBMMESAE-GW3in1HSSPC

14、RFSBCS-CSCFSCC ASEPCIMS1. 用户开机进行EPC附着 2. 使用IMS APN建立PDN连接，并为用户建立QCI=5的默认承载3. 终端通过上述默认承载发起IMS注册请求并完成IMS核心网注册4. S-CSCF发起第三方注册，向SCC AS更新STN-SR，之后SCC AS 通过HSS向MME下发STN-SR域选择域选择Voice domain preference CS Voice only“ IMS PS Voice only“ prefer CS Voice with IMS PS Voice as secondary“ prefer IMS PS Voice wi

15、th CS Voice as secondary UEs usage setting Data centric Voice centricVoLTE流程流程-域选择域选择19IMS注册过程呼叫过程视频呼叫视频业务需要建立两条业务承载，QCI=1和QCI=2,这与3G的视频电视只建议一个承载不同，同时视频业务释放时需要释放两条承载；语音业务INVITE消息中，呼叫的原因为语音，只携带支持的语音编码格式，视频业务的INVITE中呼叫原因为视频，并携带了主叫支持的视频编码格式23为了支持为了支持VoLTE，LTE需要做什么？需要做什么？无线承载无线承载视频电话视频电话l QCI 5l QCI 1l

16、QCI 2l QCI 8/9语音电话语音电话l QCI 5l QCI 1l QCI 8/9QCI (QoS Class Identifier)是一个标度值，用于衡量特定的提供给SDF（服务数据流）的包转发行为（如丢包率，包延迟预算），VoLTE使用QCI=5、QCI=1、QCI=2这三种！语音业务：QCI=5 +QCI=1视频电话：QCI=5+QCI=1+QCI=2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(缓冲流媒体缓冲流媒体

17、)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采用双APN（数据APN+语音APN）：语音APN的默认承载qci=5，数据AP

18、N的默认承载qci=9.QOS保证保证25语音专用通道，QCI=1，有GBR带宽保障信令默认通道，QCI=5，最高调度优先级业务类型业务类型QCIQCI优先级优先级抢占抢占被抢占被抢占承载类型承载类型信令信令52YNNon-GBR默认承载语音通话语音通话13YNGBR专有承载视频通话视频通话音频流13YNGBR专有承载视频流24YYGBR专有承载语音编码方式语音编码方式使用AMR-WB，语音带宽范围：507000Hz，采样频率为16KHz，编码率23.85k。“Adaptive Multi-rate - Wideband”，即“自适应多速率宽带编码”，是一种同时被国际标准化组织ITU-T和3G

19、PP采用的宽带语音编码标准，也称为G722.2标准。用户可主观感受到话音比以前更加自然、舒适和易于分辨。同TD-SCDMA。使用AMR-NB，语音带宽范围：3003400Hz，采样频率为8KHz，编码率12.2k。使用EFR(Enhenced Full Rate，增强型全速率编码)，语音带宽范围：2003400Hz，采样频率为8kHz ，编码率12.2k 。Feature group indicators半持续调度半持续调度Transient StateTalk SpurtSilent PeriodTalk Spurt20 ms160 msSID Frame 在在talk spurt stat

20、etalk spurt state阶段，用阶段，用户正在通话，每户正在通话，每20ms20ms产生一个产生一个采样包，大小比较稳定。采样包，大小比较稳定。 由于用户语音包比较规律，所由于用户语音包比较规律，所以可以使用半持续调度，半持以可以使用半持续调度，半持续调度激活后周期在固定资源续调度激活后周期在固定资源发送发送PDSCHPDSCH或接收或接收PUSCHPUSCH，不需，不需要发送要发送PDCCHPDCCH调度信令。调度信令。 在用户语音进行半静态在用户语音进行半静态调度后，如果发现缓存调度后，如果发现缓存的语音包数据量超过一的语音包数据量超过一定门限，则主动进行一定门限，则主动进行一次

21、动态调度，保证语音次动态调度，保证语音业务时延。业务时延。 在用户语音进行半静态在用户语音进行半静态调度时，如果数据业务调度时，如果数据业务要传，则延迟到下一个要传，则延迟到下一个子帧调度，即数据业务子帧调度，即数据业务不在不在SPSSPS时间点传输。时间点传输。 Silent period Silent period 每每160ms160ms有有一个背景噪声产生的一个背景噪声产生的SIDSID包包，包长，包长7 7字节，采用动态调字节，采用动态调度。度。 静默期使用动态调度是为静默期使用动态调度是为了能更快的进入激活期，了能更快的进入激活期，保证业务感知。保证业务感知。周期周期/包大小固定包

22、大小固定n根据VOIP业务模型的频域（PRB）和时域（周期）参数，配置SPS调度资源。n LTE系统中上下行控制区域CCE个数受限于系统带宽，SPS调度时不需要每个TTI都发送PDCCH，减少了对CCE的占用。n 减少了控制信道的资源开销，提高了系统用户的容量。半持续调度策略半持续调度策略功能功能n激活期/静默期识别：根据160ms内的业务包数。n语音激活期激活SPS资源，语音静默期去激活SPS资源。n根据VOIP业务类型选择合适的PRB/TBS资源，激活SPS。n语音编码率识别： 窄带语音12.2k：净荷32字节 宽带23.85k：净荷62字节nSPS激活后每次SPS传输不需要再发送PDCCH，节省控制区资源。n只能使用16QAM，不能使用64QAM，在好点频谱效率低于动态调度。策略策略头头压缩压缩RoHCRoHC 减少报头开销减少报头开销n语音包头开销：RTP开销占12Byte，UDP头开销占8Byte，IP层的IP头开销占20Byte（IPv4）/40Byte （IPv6）。nROHC头压缩后IP+UDP+RTP 头