摘要：VoLTE是一种IP数据传输技术，无需2G/3G网，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。4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务，同时还提供高质量的音视频通话，后者便需要VoLTE技术来实现。
关键词：VoLTE；理论分析；技术应用
1.VoLTE基本理论
VoLTE是3GPP标准定义的基于IMS网络（IP…Multimedia…Subsystem，IP多媒体子系统）的LTE语音解决方案，即在LTE覆盖区域内提供基于IP的高清晰语音业务。标准引入IMS网络后，由IMS配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。VoLTE是通过LTE网络作为业务接入，IMS网络实现业务接入控制的语音解决方案。通过IMS系统控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。在支持高清语音、高清视频等通信业务的同时可实现与现网2G、3G的语音互通继承2G、3G业务。在业务接入上，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；在业务控制上，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；在业务切换上，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。
2.VoLTE相关标准
2.1VoLTE国际标准
主要相关国际标准如下：
（1）3GPPTS23.237IP多媒体子系统（IMS）业务连续性。
（2）3GPPTS23.292IP多媒体子系统（IMS）集中业务（ICS）。
（3）3GPPTS23.216单无线频率语音呼叫连续性（SRVCC）。
（4）3GPPTS23.856单无线频率语音呼叫连续性（SRVCC）增强。
（5）3GPPTS23.272演进的分组系统（EPS）中的电路域回落。
2.2VoLTE国内标准
VoLTE相关国内标准主要由中国通信标准化协会（CCSA）制定，相关国内规范包括：
（1）《演进的分组核心网络语音业务解决方案研究》。
（2）《演进的移动分组域中支持双模单待语音呼叫连续性的设备技术要求》。
（3）《演进的移动分组域中支持双模单待语音呼叫连续性的设备测试方法》。
（4）《支持E-UTRAN到UTRAN/GERAN电路域业务回落技术的核心网设备技术要求》。
（5）《支持E一UTRAN到UTRAN/GERAN电路域业务回落技术的核心网设备技术要求》。
另外，CCSA计划后续制定VoLTE相关的研究报告和行业标准。
3.VoLTE关键技术
3.1 IP包头压缩技术
LTE要承载语音业务必须对IP/UDP/RTP报头进行压缩，以达到提升频谱效率，提升分组数据有效性的目的。以一个有效载荷为32byte的的VoLTE数据包来说，IPv6需增加60byte，IPv4需增加40byte的包头，分别对应188%和125%的开销。为了解决这个问题，VoLTE采用了IP包头压缩技术（RoHC），其原理为：由于VoLTE语音包具有连续性和规律性，因此可仅在第一次传送语音包时发送相关数据包头，而在接下来的语音包发送时不必重复发送控制信息，来减少IP包头在语音包中的开销占比。对于采用包头压缩的语音包中的控制信息，可通过必要字段结合上下文进行推算，如：可通过SN和IP-ID号的编号规则结合上下文推算实际SN号和IP-ID号。通过采用IP头压缩技术，IP包头的开销可下降至4-6byte，IP包头的开销比例可下降至12.5%-18.8%。采用IP包头压缩技术通过大幅降低包头开销，对于提升数据业务整体吞吐能力、增强边缘覆盖、提升VoLTE语音用户容量有显著意义。
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3.2半持续调度技术
VoLTE网络承载数据业务时，对每次要发送数据时都需要进行调度，由于VoLTE语音具有具有连续性和规律性，基于其语音包的调度周期固定为20ms，因此可由一条信令完成资源分配，以后每隔20ms都自动进行相应的资源调度，避免频繁的信道调度，造成PDCCH资源大量浪费，节省信令开销。对于重传的语音包，由于其具有一定的不确定性，所以针对重传的语音包仍进行动态的调度，因此VoLTE的语音包调度被称为半持续调度。采用半持续调度可使得信令开销降低至原来的1.3%。
3.3 TTIBundling技术
正常情况下，当UE收到eNB发来的一个授权（DCI0）后，UE就会在一个特定的子帧发送PUSCH，TTIbundling就是一种连续多个子帧发送一个PUSCH的方法（根据当前规范，一般是连续4个子帧）。换句话说，UE在一个绑定的TTI上发送一个PUSCH。当UE处于小区边缘时，由于功率受限，会导致丢包率增加，TTIbundling技术适用于此类小区边缘用户，采用TTIbundling技术，即使用四个连续子帧进行发送，提升边缘用户的接收性能，同时减少避免过多HARQ重传造成的控制信令开销。
3.4 eSRVCC技术
SRVCC是3GPP组织提出在LTE覆盖不连续情况下，保障VoLTE语音连续性的一种方案。其实现是基于2/3G网络覆盖优于LTE网络，在LTE覆盖差或无覆盖的区域，通过将VoLTE通话切换至2/3G网络来确保用户语音不发生掉话。eSRVCC即为增强型SRVCC，相比于普通的SRVCC方案，其最大特点在于大大缩短了切换时延，从而显著改善用户感知，具体实现是在IMS域增加了ATCF/ATGW功能实体作为媒体锚定点，切换前和切换后的会话都要通过ATCF/ATGW进行转发，而后续当发生了eSRVCC切换时，只需要创建ATGW和UE之间的承载通道，ATGW和对端的设备之间的媒体流仍然通过原承载通道进行传输。这样就相当于减少SBC到SCCAS之间的时延，使得时延明显低于SRVCC方案。
3.5 AMR-WB语音编码技术
VoLTE通话质量相较2/3G显著提升的一个主要原因是其采用了AMR-WB的语音编码技术。AMR全称是Adaptive Multi-Rate，即自适应多速率编码，其核心思想是根据信道质量调整语音编码的速率：在无线环境较好时，可提升编码速率，获取较为优质语音；在无线环境较差时，通过降低编码速率，分配给信道编码更多的比特数用来纠错，实现更可靠的检错纠错，提升语音质量。
2/3G使用的语音编码格式为AMR-NB，语音带宽范围：300－3400Hz，8KHz采样率，对应八种速率：4.75kbps、5.15kbps、5.90kbps、6.70kbps、7.40kbps、7.95kbps、10.2kbps、12.2kbps，此外还包括低速率的背景噪声编码速率。VoLTE使用AMR-WB编码，提供语音带宽范围达到50～7000Hz，采样率为16KHz，编码速率包括：23.85kbps、23.05kbps、19.85kbps、18.26kbps、15.85kbps、14.25kbps、12.65kbps、8.85kbps、6.60kbps，目前主要使用12.65kbps和23.85kbps这两种编码速率。和2/3G语音编码方式相比VoLTE编码速率更高，这也是VoLTE语音质量高于2/3G话音质量的主要原因。
3.6 VoLTE安全加密技术
VoLTE的安全机制包括LTE网络的安全机制和IMS系统的安全机制。LTE网络的安全机制体现在UE和eNodeB间的空口部分及S1-MME信令部分。UE和eNodeB间的空口部分，KUPenc用于保护UP平面的保密性，KRRCint用于保护RRC信令的完整性，KRRCenc用于保护RRC信令的保密性。在S1-MME信令部分，KNASint用于保护UE和MME之间NAS业务的完整性，KNASenc用于保护UE和MME间NAS业务的保密性。
结束语
VoLTE技术可提供更快的连接速度和更高的通话质量，且VoLTE是纯IP化的语音解决方案，语音业务不再影响用户数据业务的使用，用户通过VoLTE进行高清视频通话的同时还能在线浏览网页、查看邮件等，从目前技术发展趋势来看，VoLTE是未来网络业务转型的关键一步。同时，随着频谱资源的逐渐紧张，天面资源的日趋困难，VoLTE技术也是带动网络演进的重要一环，LTE网络有了语音承载，势必推动着2G、3G网络腾退频谱、让出空间资源、推进节能减排，逐步退出历史舞台的步伐，推动着通信的浪潮继续向前发展。
参考文献：
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[3]温庆华，梁金山.浅谈VOLTE关键技术及优化思路[J].通讯世界，2016（05）：54-55.
[4]党宾.研究VOLTE业务性能及优化措施[J].通讯世界，2016（01）：13-14.
论文作者:魏景巍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
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