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VoLTE来袭 时延少质量高更安全

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-07

  引言:4G大发展已成时代洪流。过去的一年,浙江移动4G建设取得了骄人的成绩。截至2014年年底,浙江移动已建成4G基站6.5万个,覆盖全省所有地市城区、县城区、乡镇及重要行政村,全省人口覆盖率超过90%。尽管如此,随着移动互联网的迅猛发展和OTT业务替代作用的进一步增强,浙江移动仍将面临众多挑战。

  马上,身处浙江的用户又将体验到一项基于4G的高清音视频通话业务—VoLTE,这不得不让人感叹,移动互联网时代的变化之快。

  VoLTE有啥新鲜头儿?全球第一张基于大规模TD-LTE网络下的VoLTE业务网络是如何实现的?让我们深入浙江一探究竟。

  VoLTE即Voice over LTE,是通过LTE网络作为业务接入、IP多媒体子系统(IMS)网络实现业务控制的语音解决方案,可实现数据与语言业务在同一网络下的统一。VoLTE能提供高清语音、低延迟视频通话,是中国移动发展融合通信业务的核心。

  据记者了解,随着VoLTE业务的实现,浙江移动将在移动互联时代翻开新篇章。自2014年12月杭州建成全球第一张基于大规模TD-LTE网络的VoLTE网络后,浙江移动随即在杭州招募VoLTE友好用户体验。今年1月中旬,浙江移动将为友好用户进行手机软件升级,使他们率先体验VoLTE高清视频通话的魅力。

  如今,浙江移动的4G用户数已近1000万,距离千万用户大关只差临门一脚。随着VoLTE技术的实现,一场前所未有的“新通话”风暴将席卷而来。

  据浙江移动相关人员介绍,TD-LTE主要通过三种方式来提供语音业务,分别是双待机、CSFB和VoLTE。其中,双待机是一种终端实现方案,语音业务由2G/3G承载,数据业务由LTE承载,无需网络额外改造;CSFB是在发起语音前,TD-LTE网络指示用户由TD-LTE回落到2G/3G网络再继续话音呼叫流程,目前国际主流运营商均采用CSFB作为过渡语音提供方案。

  其实,无论是CSFB还是双待机,语音都是由2G/3G网络承载,是VoLTE技术成熟之前的两种过渡语音解决方案。而VoLTE是LTE承载语音的最终目标方案,语音通过TD-LTE承载。而VoLTE所带来的语音体验提升,也如4G对比2G/3G网速的提升一样明显:

  1、接通时间更短,呼叫时延是2G/3G通线G通话从客户开始拨打到返回提示音(或彩铃)平均约需6~9秒,而基于VoLTE技术的4G高清通线秒左右,未来可以控制在1S以内。

  2、语音更清晰。据相关资料,从贝尔1875年发明电线Hz的语音编码。而人说线Hz,人耳的听觉频率范围是20Hz至20000Hz。因为频率范围窄,人讲话的一些低音,人耳能听到的一些高音,便在解编码的过程中丢失了。所以,我们从电话里听到声音总是不够线Kbps解编码。由于音域更广,同样的语音通话,自然是VoLTE的语音清晰、效果更逼线G音视频通话,你一定想拥有吧?

  目前,在国际范围内,各大运营商都处在VoLTE大规模商用的起跑线上。因为,要实现大规模商用VoLTE,需要具备三个条件:第一,LTE网络大规模覆盖;第二,IMS网络建设改造完成;第三,产业链能够提供支持VoLTE的终端产品。

  2013年12月4日,工信部向中国移动颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”牌照;同年12月18日,浙江移动4G正式商用。截至2014年年底,浙江移动已建成4G基站6.5万个,覆盖全省所有地市城区、县城区、乡镇及重要行政村,全省人口覆盖率超过90%。

  杭州作为最早进入4G网速的城市,已建4G基站达11000个,有着较好的4G网络基础。2014年12月,杭州建成了全球第一张基于大规模TD-LTE网络下的VoLTE业务网络,具有国际性的示范意义。

  然而,为TD-LTE网络添加VoLTE业务网络,并不是简单的“1+1”。浙江移动相关人员说:“为了实现VoLTE业务,浙江移动对现网进行了天翻地覆的改造。”据悉,VoLTE商用网络的建设,是从无线网、核心网、信令网、承载网、用户数据等端到端的网络改变,涉及浙江现网除3G无线网络之外的所有专业领域,覆盖84%网元,包括27个互通接口,4.4万4G基站,39套HLR/HSS、25套MME/SGSN、6套PCRF等网络设置。这其中的复杂度和工作量就可想而知了。

  “其实,VoLTE的网络建设工作主要在核心网。核心网升级完毕,基站只需软件升级就能实现VoLTE网络覆盖。”杭州移动网络部人员说。“但是,VoLTE网络建设,是个工作量很大的工程。在正式商用前,需要大量的测试和BUG修复。”

  历时一年,行进里程4000多公里,起呼50万次—这就是杭州移动网络部建设VoLTE业务网络的真实写照。他们在话音、视频质量、接通率、掉话率等不同的场景里做了很多的优化,使得VoLTE网络能够提供给用户无缝切换且高质量的语音服务。

  浙江移动人员也对VoLTE试点测试内容做了一个梳理。其中面向商用进行端到端系统测试,涉及业务功能、网络功能、无线功能及性能、终端功能、计费、业务开通和网管安全7大方面18类测试内容,共计有1087个测试项。

  一步一个脚印。2013年在实验网实现VoLTE高清音视频通线年VoLTE业务网络覆盖杭州所有区域。2015年1月,浙江移动将在杭州落实友好用户VoLTE试用体验,并计划于上半年在省内所有地市完成VoLTE业务网络的覆盖。浙江移动以优质用户体验为核心,积极探索、稳步快速推进,促进VoLTE整体方案成熟,为全面商用VoLTE积累了宝贵的经验。

  如今,VoLTE的高清音视频、VoLTE的业务网络已经走进浙江。在未来,VoLTE与RCS(融合通信)还将改变用户的通信习惯。

  2014年6月,中国移动发布了《VoLTE技术白皮书》和《下一代融合通信白皮书》的V2版,明确VoLTE终端需要支持更加多样化的话音业务、消息业务、视频业务和补充业务等功能,提出“新通话”、“新消息”和“新联系”的“三新”通信服务。

  其中,“新通话”是基于VoLTE核心能力构建用户通话新体验,如:高清音视频通话、通话过程中的分享、一键发起多方通话等。“新联系”是运营商为用户提供联系人管理,包括群组、个人名片、网络地址本等功能。“新消息”是基于RCS,无缝对接各种格式的消息和媒体 。对于用户而言,无需额外下载应用就可以使用音视频通话、多媒体消息、群组聊天等通信功能。

  在业内人士看来,“三新”移动融合通信业务将更优于OTT应用。OTT业务由于没有QoS端到端保障,体验受网络波动影响很大。VoLTE体验无论质量和稳定性都要优于OTT同类应用。运营商特有的用户实名制也在信息安全上更胜一筹。

  凭借新一代融合通信服务,中国移动将进一步聚拢产业链,在移动互联网时代重构运营商的核心竞争力,实现通信业务的全面加“V”,带给亿万用户全新的移动通信体验。

  其实,自VoLTE技术为人们所知起,有关VoLTE和OTT类通信应用的比较话题,就没有停息过。如今,在浙江,VoLTE与OTT终于要在用户手上一较高下了。

  结果会如何?“VoLTE体验无论是质量和稳定性都要优于OTT同类应用。”杭州移动相关技术人员说。

  有人问:“VoLTE和OTT语音应用有什么区别?看起来,都是用流量打电话啊?”其实,两者基本原理相似,都是将声音进行编码压缩,然后将语音数据包通过网络来传输。但若你认为,微信是基于VoIP技术,VoLTE就是4G网络版本的VoIP,那就错了。

  VoLTE即Voice over LTE,是通过LTE网络作为业务接入、IP多媒体子系统(IMS)网络实现业务控制的语音解决方案,可实现数据与语言业务在同一网络下的统一,可实现与现网2G/3G的语音互通和无缝切换。

  据杭州移动技术人员介绍,VoLTE有4大技术保障其语音业务提供高标准的QoS(服务质量):一、SPS半持续调度,减少控制信令开销,提高控制信道可调度用户数;二、TTI bundling,可以提升上行覆盖性能;三RoHC包头压缩,减少数据包头开销,从而对VoLTE业务信道覆盖和容量有显著增益;四、DRX非连续接收,允许UE不再一直监视PDCCH信道,从而达到终端省电的目的。

  由于 OTT没有QoS端到端保障,体验受网络波动影响很大,所以VoLTE体验无论质量和稳定性都要优于OTT同类应用。还有测试显示,VoLTE比OTT应用省电30%以上;而VoLTE视频和语音占用网络带宽只有OTT应用的将近50%。

  在业内,VoLTE有“通话好声音”之称。与传统通信相比,VoLTE的语音更清晰。VoLTE采用50~7000Hz的AMR-WB 23.85Kbps解编码。而传统语音通线Hz的语音编码。由于音域更广,同样的语音通话,自然是VoLTE的语音清晰、效果更逼真。

  此外,与传统通信相比,VoLTE的接通时间更短,呼叫时延是2G/3G通线G通话从客户开始拨打到返回提示音(或彩铃)平均约需6~9秒,而基于VoLTE技术的4G高清通线秒左右,未来可以控制在1S以内。

  那么,在VoLTE与OTT应用之间,两者的对比情况又如何呢?据中国移动对VoLTE和OTT进行网络实测:VoLTE的MOS值为3.6~3.8,时延为2.2~2.5s;OTT用于的MOS值为2.1~3.5,时延为2.5~7.5s。

  据悉,MOS值是衡量通信系统语音质量的重要指标,0分代表最差的质量,5分为最高分。其主要反映的是用户的感知度,一般和语音编码方案、信号强度、干扰情况、切换情况等有关。

  此外,OTT语音还会与其他业务抢占公共带宽资源,体验受网络波动影响大。在网络带宽压力较大的时候,OTT语音易出现误码、丢包、时延大等一系列服务质量问题。而VoLTE拥有QoS保障,语音业务QCI=1,满足语音高优先级需求,掉线G信号较弱的地方,VoLTE也能实现与现网2G/3G的语音互通和无缝切换。通过eSRVCC,VoLTE的切换时延已降低至300ms以内,人耳基本无法感知。而OTT应用一旦从4G网络掉到2G网络,语音通话就会中断。

  业内认为,VoIP建立在Internet基础之上,继承了IP网络易受攻击的先天不足。

  VoIP有不少弱点和安全隐患,比如,其服务器容易遭受病毒、网上黑客等的攻击。但其中,最为人所担忧的就是—VoIP与传统通信相比更容易被窃听。由于VoIP技术的常用协议本身是开放的,一些窃听方式能将在数据网络上的语音数据加以重放,就会造成用户通信信息的泄露,就连用户的IP电话的登录密码也会被窃取。所以,安全性问题一直着制约VoIP的进一步发展

  而VoLTE业务走的是中国移动具有高可靠性及安全性的内部网络。通过IMS域、EPS域及PCC架构的联合保障,语音业务端到端时延、误码率等服务质量也都获得严格保证,这些都是OTT语音业务无法做到的。

  另一方面,VoLTE也是以真实手机号和实名制为前提的,信息安全更有保障。

  2014年6月,中国移动发布了《VoLTE技术白皮书》和《下一代融合通信白皮书》的V2版,明确VoLTE终端需要支持更加多样化的话音业务、消息业务、视频业务和补充业务等功能,提出“新通话”、“新消息”和“新联系”的“三新”融合通信服务。其中,《下一代融合通信白皮书》V2版与V1版的发布时差仅3个多月。由此可见,中国移动对推动“三新”下一代融合通信服务的坚定决心。

  业内人士认为,以VoLTE为核心的“三新”融合通信的出现,丰富了通信行业的流量经营,也为用户提供了更多更便捷的通信和网络社交选择。以前,要安装数款OTT应用才能实现的语言通信功能被重新整合在一起,移动互联网的社交方式或将发生改变。当然,这个由“三新”融合通信搭建的新社交网络,也是一个基于实名制前提下的安全网络。

  VoLTE高清视频通话会改变大家接听电话的方式,从“我要听这个电话”变成“我要看这个电话”。“面对面沟通”将被中国移动重新定义。作为构架在LTE网络上全IP条件下的端到端语音方案,VoLTE是全球主流运营商公认的LTE语音终极解决方案。然而,VoLTE网络的建设也是一个非常复杂的系统工程,涉及业务网、核心网、承载网、无线网等十大领域。作为全国首个具备VoLTE试商用条件的城市,杭州为全面商用VoLTE积累并输出了宝贵的经验。

  如何在4G信号衰弱的边缘区域保障VoLTE流畅呢?如何流畅传输VoLTE的数据包呢?

  在杭州移动网络部看来,VoLTE的每一个技术都应为用户带来更好的通话体验。如此体贴用户的技术团队,是不是很有暖男风采呢?

  据了解,相比2G/3G通话,VoLTE有四大优点:一是呼叫时延短,从2G/3G通线秒以内;二是视频质量高,分辨率已从2G/3G网络的176×144提升至480×640,提升了10倍以上;三是语音清晰度提升,VoLTE采用50~7000Hz的AMR-WB 23.85Kbps解编码,比2G/3G网络采用的300~3400Hz的AMR-NB 12.2Kbps编解码音域更广;四是频谱效率高,据中国移动的仿真测试结果显示,同样承载AMR,LTE的频谱效率可达到R99的3倍以上。

  不过,VoLTE的视频通话效果这么好,更加考验技术人员如何节省数据开销、提升业务速率了。

  这里,记者要先介绍一下VoLTE语音数据包的产生方式。相比数据业务每TTI(1ms)都会产生数据包,VoLTE在用户说线ms产生一个语音数据包。

  只要网络流畅,人耳自然不会感受到两者的微妙差别。但这种每隔20ms进行的周期性数据传输方式,却为VoLTE语音业务的数据压缩和资源调度,提供了新的解决方案。

  杭州移动采用的ROHC包头压缩技术,就是一种更智慧的“打包”方法。其最大的作用,是减少了语言数据包里重复信息的发送。比如,RoHC包头压缩仅在初次传输时发送数据包头的静态信息(如IP地址等),后续不再重复发送;此外,对于能通过上下文推算的信息,它就会“删繁就简”,仅发送必需的信息。

  杭州移动相关技术人员说:“VoLTE语音包的IP层包头较固定,且开销很大。典型VoLTE数据包净荷为32字节,IP头开销甚至超过净荷本身。比如,IPv6的包头为60 byte,头开销达188%,IPv4的包头为40 byte,头开销也有125%。而经过RoHC压缩后,包头开销从40~60bytes降为4~6 bytes,开销占比降为12.5%~18.8%。”杭州移动相关技术人员说,“从我们的实践来看,RoHC包头压缩对VoLTE业务信道覆盖和容量有显著增益,所以建议VoLTE全网开启RoHC功能。”

  SPS半持续调度,则是杭州移动用来减少VoLTE资源调度开销的技术。VoLTE有语音包尺寸小、发送间隔相等、发送频繁的特点。若每个语音包都动态调度,每20ms一次的调度就会消耗较大的无线网资源。

  而SPS半持续调度技术,像是为语音包建了一条自动传送带。只需由一条信令分配频域资源,以后每隔20ms就“自动”用分配的频域资源传输新来的语音包,直到通话结束。重传包由于其不可预测性,所以动态调度每一次重传,因而叫“半”持续调度。据悉,SPS半持续调度可使信令开销资源最低仅为业务的1.3%。“不过,根据协议规定,开启SPS后用户可被调度的最高MCS为15,将限制VoLTE业务信道容量,较不开启SPS时有较大程度下降。”杭州移动相关技术人员说。

  值得一提的是,“VoLTE还能自动识别,谁在讲话,谁在听讲。”杭州移动技术人员介绍,VoLTE在用户说线字节),不说线字节)。“因此,相比数据业务每TTI(1ms)都会产生数据包,VoLTE语音业务的覆盖和容量都更优秀。而静默包也会为VoLTE用户节省流量。”

  作为衡量移动通信网络最基础的指标,网络覆盖性能关系到用户的直接感受。截至2014年年底,浙江移动已建移动4G基站达6.5万个,覆盖全省所有地市城区、县城区、乡镇及重要行政村,全省人口覆盖率超过90%。这是一份令人称奇的成绩。但VoLTE网络的建设,对浙江移动的4G网络的覆盖深度与品质提出了更高要求。

  杭州移动相关技术人员说,在TD-LTE网络中,小区边缘用户主要受到两方面挑战:一是2.6GHz频段传播特性比较差,路损较2G网络大,上行边缘覆盖受限;另一方面,同频干扰较强,边缘用户SINR(信号与干扰加噪声比)较低,吞吐量较低。而4G用户对TD-LTE的网络性能和速率的期望值较高,在语言通线G信号若断断续续,用户体验肯定不会好。

  平时我们用4G下载视频、App,体验好不好,下载速率是关键。而在拨打电话时,传输语音数据包,上传速率就成了关键。针对这些情况,杭州移动对VoLTE增强技术和LTE网络增强技术深入钻研,为VoLTE网络打通了“任督二脉”。

  在小区边缘存在瞬时传输速率较高、上行功率受限等情况,数据包的发送就会受到影响。

  这时候,TTI Bundling技术会把数据包整理得井井有条,使用4个连续TTI传输同一个数据包的四个不同版本,从而提高数据解调成功率,对上行覆盖范围有一定的改善。

  而RLC分段技术,能将一个大数据包拆分成几个小段数据发送,从而减小了每个子帧上传输的数据量,提高网络传输正确性,提升小区上行边缘覆盖能力。据杭州移动工作人员介绍,RLC分段技术在实际中已使用,可明显提升上行链路覆盖能力,对容量影响有待评估。而VoLTE业务不能同时采用SPS半持续调度和上行TTI bundling,但可仅针对边缘用户使用TTI bundling。

  在下一阶段,杭州移动仍将继续验证上下行业务信道覆盖的各项LTE网络增强技术。

  比如,上行CoMP技术,通过引入多个发送/接收节点的协同,实现边缘区域的干扰抑制或干扰消除。而上行MU-MIMO技术,可将多个终端的天线配对,占用同一时频资源进行MIMO发送,获得传输增益。据悉,将两个终端的天线配对进行MIMO发送,就相当于虚拟双流传输,有40%增益。

  除了协同或配对的技术,增强网络上行性能。下行ICIC(小区间干扰协调)技术,通过为“边缘用户”分配专用的“预留频带”,也能解决边缘用户间的相互干扰。这就像是为覆盖受限的边缘用户,提供了一条“通信专线”,让他们也能获得较好的通话体验。在基于TD-LTE的VoLTE网络建设的路上,在产业转型升级的征途上,作为行业的领军者,浙江移动都没有多少先例可以去借鉴。但是,浙江移动依然满怀开拓者的信心,做深4G网络覆盖,做好品质服务,凝聚产业链,一步一个脚印地引领一个全新的通信时代。

  随着VoLTE技术和业务的逐渐成熟,浙江移动将加速4G语音时代到来,为亿万用户带来全新的移动通信体验。

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