LTE-5G學習筆記14--VoLTE常用12大知識點

1 VOLTE概述和基本特徵

VOLTE是什麼？最直接簡單的理解就是VOIP，因為LTE沒有電路域，需要基於分組域提供IP語音業務，即VoLTE(Voice over LTE)。

網路結構：

CSCF（Call Session Control Function）：多媒體呼叫會話過程中的信令控制

MGCF（Media Gateway Control Function）：執行IMS與CS域的互通；不同域間協議轉換

MGW（Media Gateway）：連線不同域的使用者面；不同網路之間的編解碼轉換

特徵1：VoLTE由IMS提供呼叫控制和業務邏輯。VoLTE的信令和媒體經EPC路由至IMS網路，由IMS提供會話控制和業務邏輯。

特徵2：VoLTE由EPC提供高質量的分組域承載。在VoLTE中EPC作為IMS的接入網，通過全球統一的專用APN(‘IMS’ APN) 及獨立承載為使用者提供區別於普通資料業務的QoS保障。

特徵3：連續覆蓋前VoLTE可通過eSRVCC保障呼叫連續性。VoLTE終端在通話過程中漫遊至無LTE覆蓋的區域時，通過eSRVCC將當前呼叫切換至2G/3G電路域，此時2G/3G網路作為IMS的接入網。

2 VoLTE競爭力

3 終端開機的IMS註冊過程

為什麼要註冊：

- 使用者使用IMPU（IP Multimedia Public Identity）通訊

- 建立使用者當前的IP與其IMPU的對應關係

- 掌握使用者當前的位置資訊及業務能力

- 註冊過程的鑑權與認證保證了網路的安全性

使用者開機以後，首先完成EPC附著過程，建立QCI=9預設承載，附著完成以後，發起IMS註冊過程和鑑權。在IMS註冊流程中，先建立QCI=5的SIP信令承載。然後進行SIP的註冊過程，當完成註冊過程以後，就可以進行VoLTE呼叫了。SIP信令的註冊過程如下圖所示。

SIP註冊過程：

1）使用者首次試呼時，終端向代理伺服器傳送REGISTER註冊請求

2）IMS認證/計費中心獲知使用者資訊不在資料庫中，向終端回401 Unauthorized質詢資訊，其中包含安全認證所需的令牌

3）終端將使用者標識和密碼根據安全認證令牌加密後，再次用REGISTER訊息報告給IMS伺服器

4）IMS伺服器將REGISTER訊息中的使用者資訊解密，認證合法後，將該使用者資訊登記到資料庫中，並向終端返回 響應訊息200 OK。

5）使用者訂閱註冊事件包，

6）伺服器應答訂閱成功。

7）IMS伺服器傳送notify訊息，由於訂閱的使用者已經註冊，所以IMS伺服器迴應Notify訊息中，狀態為active，同事攜帶XML資訊。

8）終端傳送Notify 200表示接收成功。

4 VoLTE呼叫VoLTE的信令呼叫流程

對關鍵流程的解釋如下表所示：

1）主叫發INVITE訊息，觸發主叫RRC建立過程，INVITE訊息中包含被叫方的號碼，主叫方支援的媒體型別和編碼等。

2）主叫建立SRB2信令無線承載，QCI9預設承載和QCI5 SIP信令無線承載。例如在本例中，信令無線承載SRB-ID=2;QCI=9的預設承載的eps-BearerID=5,DRB-ID=3;QCI=5的SIP信令承載的eps-BearerID=6,DRB-ID=4

3）核心網側收到主叫的INVITE訊息以後，給主叫傳送INVITE的應答訊息，INVITE 100.表示正在處理中。

4）核心網向處於空閒態的被叫發INVITE訊息，由於被叫處於空閒態，所以核心網側觸發尋呼訊息，尋呼處於空閒態的被叫使用者

5）被叫建立SRB2信令無線承載，QCI9預設承載和QCI5 SIP信令無線承載

6）核心網在QCI5 RB承載上，給被叫使用者傳送INVITE訊息

7）被叫對INVITE訊息的響應

8）被叫方通知主叫方，自己所支援的媒體型別和編碼。

9）主叫建立QCI1的資料無線承載，用於承載語音資料，使用UM方式。例如本例中，eps-BearerID=7，DRB-ID=5。關鍵引數包括頭壓縮引數，TTI Bundling，SPS。DRX引數也會按照語音業務的要求進行重新配置。

10）被叫建立QCI1的資料無線承載。例如本例中QCI1承載的eps-BearerID=7，DRB-ID=5。

11）核心網通知主叫終端的SM層，建立qci=1的承載,例如：eps-BearerID=7

12）主叫收到被叫的INVITE 183訊息

13）核心網通知被叫終端的SM層，建立qci=1的承載

14）主叫收到INVITE 183訊息以後，傳送確認訊息PRACK，啟動資源預留過程，

15）被叫收到主叫的PRACK以後，返回PRACK 200響應，啟動資源預留過程，

16）主叫收到被叫的PRACK 200以後，傳送UPDATE訊息，標明資源預留成功。

17）被叫收到主叫的UPDATE訊息後，得知主叫UE的資源預留成功。被叫傳送UPDATE 200，標明被叫資源預留成功，

18）被叫傳送INVITE 180，被叫振鈴，主叫放回鈴音

19）被叫摘機，被叫向主叫傳送INVITE 200.

20）主叫給IMS伺服器發ACK，證實已經收到IMS對於INVITE請求的最終響應。核心網IMS伺服器發ACK訊息給被叫，證實對於INVITE請求的最終響應。

21）主叫掛機，發BYE,請求結束本次會話。IMS伺服器給被叫傳送BYE,請求結束本次會話。

22）被叫掛機，回BYE 200訊息，核心網IMS伺服器給主叫發BYE 200，標明會話結束。

23）通過RRCConntctionReconfiguration訊息和去啟用EPS專用承載訊息，主叫刪除QCI=1的資料無線承載。

24）被叫刪除QCI=1的資料無線承載。

5 Volte呼叫volte的AMR-WB 12.65K的確定

AMR=Adaptive Multi-Rate ，“自適應多速率編碼”，主要用於移動裝置的音訊

AMR又稱為AMR-NB，抽樣頻率為8KHz，語音頻寬範圍為300－3400Hz

AMR-NB 共有16種編碼方式，0-7對應8種不同的編碼方式，8-15用於噪音或者保留用

AMR-WB=Adaptive Multi-rate-Wideband，“自適應多速率寬頻編碼”，抽樣頻率為16KHz，語音頻寬範圍為50－7000Hz

AMR-WB是一種同時被國際標準化組織ITU-T和3GPP採用的寬頻語音編碼標準，也稱為G722.2標準

1）AMR-WB的9種速率索引表

2）volte呼叫過程中，Invite訊息中攜帶的媒體型別和編碼格式

3）主被叫協商以後，在UPDATE訊息中確定的媒體型別和編碼格式

AMR-WB取樣頻率為16kHz，AMR的採用頻率為8kHZ。AMR-WB總共支援8種模式，在上圖中就是mode-set=2，表示AMR-WB只適應12.65kbps編碼方式。

6 Volte呼叫volte的AMR-WB 23.85k的確定

1）Invite訊息中的AMR-23.85k的編碼方法

2）update 訊息中協商以後的媒體型別和編碼方式

下圖中：媒體型別為AMR-WB，取樣頻率為16k，單通道。採用的模式為AMR-WB的mode 8。mode8對應的編碼速率為23.85kbps。

7 Volte語音呼叫2G

上圖是VoLTE呼叫2G信令流程。流程和VoLTE呼叫VoLTE是相同的。區別是如果VoLTE使用AMR-WB語音，在協商之後，會變為AMR12.2。

下圖中，主要使用AMR-WB語音，被叫為GSM語音是的語音編碼協商結果。語音採用取樣頻率為8k的AMR語音，mode-set=7，表示使用AMR 12.2 kbit/s (GSM-EFR)。

INVITE訊息中，VoLTE終端支援的語音編碼方案：

協商後的語音編碼方案：

8 Volte視訊呼叫2G

流程如下所示：

1）主叫發INVITE訊息，觸發主叫RRC建立過程，INVITE訊息中包含被叫方的號碼，主叫方支援的媒體型別和編碼等。例如支援的音訊和視訊等。

2）核心網側收到主叫的INVITE訊息以後，給主叫傳送INVITE的應答訊息，INVITE 100.表示正在處理中。

3）核心網向處於空閒態的被叫傳送尋呼訊息。

4）核心網向被叫GSM手機傳送setup訊息，訊息中包含語音承載能力和主叫號碼

5）GSM被叫給核心網傳送call confirmed訊息，包含語音編碼能力相關資訊。

6）主叫LTE手機，建立qci=1的語音承載。由於被叫不支援視訊，所以沒有建立qci=2的承載。

7）核心網IMS伺服器傳送INVITE 183，表示會話正在處理中，其中包含了被叫支援的語音編碼型別和媒體格式等資訊。

8~11）進行媒體格式協商和資源預留。由於被叫為GSM手機，所以只支援12.2語音

12）被叫GSM建立業務承載

13）核心網傳送INVITE 183，表示會話在處理中

14）被叫振鈴

15）核心網傳送INVITE 180，主叫放回鈴音。

16）被叫摘機

17）核心網給主叫傳送Invite 200，表示ok

18）主叫發ACK，表示呼叫建立成功，

19）被叫收到connect acknowledge，表示呼叫連線建立成功

20）主叫掛機，發BYE訊息,刪除建立的語音業務承載。

21）核心網給GSM被叫傳送disconnect訊息

22）gsm被叫收到後，傳送RELEASE

23）核心網刪除建立的語音業務承載，同時給主叫發BYE 200，表示成功

24）核心網收到被叫的RELEASE訊息以後，傳送release complete，表示釋放成功

9 eSRVCC

SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）存在切換效能問題，無法達到語音中斷時長小於300ms的部署要求，會嚴重影響VoLTE使用者體驗

1. SRVCC終端發起向另一IMS終端的語音呼叫

2. 呼叫成功，媒體連線建立，雙方進行通話

3. 使用者離開LTE覆蓋，eNodeB觸發SRVCC切換,MME通知SRVCC MSC準備切換，MSC完成預留資源

4. MME通知終端切換到2G/TD，切換過程中語音發生中斷，中斷時間T1約為200ms

5. SRVCC MSC發起遠端媒體更新，通知遠端IMS終端通過SRVCC MSC接收和傳送語音

6. 遠端IMS終端將媒體連線切換至SRVCC MSC

7. 從SRVCC終端切換到2G/TD到遠端IMS終端切換媒體連線完成，這段時間語音將發生中斷，中斷時間T2約為800ms左右（如果遠端終端處於漫遊中，這段時間還會更長）

eSRVCC：在SRVCC基礎上，通過在拜訪地引入ATCF作為媒體錨定點，節省遠端媒體更新時間，可將切換時延減低至300ms以內。（注：ATCF功能整合在SBC內實現）

一．終端不區分SRVCC和eSRVCC，均看做SRVCC，附著過程中終端上報SRVCC能力，並儲存在HSS中；

二．是否支援eSRVCC是由拜訪地和歸屬地的網路部署決定的，只有當拜訪地和歸屬地均支援eSRVCC時，終端才能進行eSRVCC切換，否則執行SRVCC切換：

eSRVCC與SRVCC方案區別點在於前者 在  IMS 系 統 中 新 增 了 一 對 功 能 實 體 ：ATCF（Acess Transfer Control Functionality，接入 轉 移 控制 功 能 ）和 ATGW（Access Transfer Gateway，接 入 轉 移閘道器），分別作為 VoIP 呼叫 在控制平面和使用者平面的錨定點。兩者對比如下圖所示：

10 頭壓縮RoHC

1）減少報頭開銷

●語音包頭開銷：RTP開銷佔12Byte，UDP頭開銷佔8Byte，IP層的IP頭開銷佔20Byte（IPv4）/40Byte （IPv6）。

●ROHC頭壓縮後IP+UDP+RTP 頭開銷4Byte左右。

●以12.2k語音為例，頭壓縮前60+32=92位元組，壓縮後4+32=36位元組，壓縮率為60%。

2）實現策略

●只對使用者面的資料執行頭壓縮；

●可以分承載配置是否開啟頭壓縮：

■預設頭壓縮僅針對QCI=1語音承載開啟；

■對於視訊通話業務中QCI=2的視訊承載預設不開啟；

確認頭壓縮開啟，通過檢視RRCConnectionReconfiguration訊息確認。

11 TTI捆綁說明

TTI bundling就是把上行的連續TTI進行繫結，在多個連續的子幀上多次傳送同一個TB（Transport Block）。

●提高資料解碼成功的概率，提高上行3~4dB的SINR

●提升30%上行覆蓋範圍

TD-LTE的TTI Bundling僅適用於子幀配置0、1、6，中移動使用子幀配置2，所以TTI Bundling為關閉狀態，同時TTI Bundling和SPS不能同時配置。

使用8天線可以有效提升上行效能，可以滿足VoLTE的要求，因此基本不需要開啟TTI bundling。主要應用於FDD 2天線。

引數位置：TD-LTE業務→TD-LTE小區→通道及過程配置→PUSCH通道

12 9種QCI值索引

VoLTE使用QCI=5、QCI=1、QCI=2這三種！

語音業務：QCI=5 +QCI=1

視訊電話：QCI=5+QCI=1+QCI=2

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