WCDMA網絡中引入TrFO技術的相關問題探討

陳婉珺 赫 罡

【摘要】文章分析了TrFO對呼叫建立流程、參數設置的要求，以及TrFO編碼協商失敗時網絡的處理方式，提出了在WCDMA網絡中引入TrFO技術的具體實施建議。

【關鍵詞】WCDMA TrFO Codec編碼協商BICC

1引言

移動通信系統中，對語音信號進行多次編碼轉換，會降低語音質量。為了減少網絡傳輸過程中語音編碼轉換的次數，UMTS在R4階段引入了TrFO(Transcoder Free Operation)功能。使得呼叫雙方在采用相同語音編解碼的情況下，在網絡中實現壓縮語音的透傳，從而提高語音質量。

而實際應用中發(fā)現，TrFO常常因呼叫流程、設備參數配置等原因。導致無法正常建立；且在TrFO協商失敗時，各廠家的處理方式也不一致。

本文深入探討TrFO技術在WCDMA網絡中應用時，對呼叫流程、網絡設備配置的特殊要求；并且對TrFO無法正常建立時。各廠家設備處理方式進行對比分析，從而給出在WCDMA網絡中引入TrFO技術的具體實施建議。

2TrFO基本原理

TrFO采用帶外編碼控制(OoBTC，out of Band Transcoder Control)功能實現。UE之間TrFO連接的基本結構如圖1所示。

移動至移動用戶TrFO呼叫建立過程分為3個階段：編解碼協商階段、網絡側承載建立階段、RAB指配階段。其中編碼協商如圖2所示。

發(fā)送端MSC Server發(fā)出的IAM消息中包含一個所支持的Codec list(該列表是O-MSCS查詢到的發(fā)送端O-UE、O-RNC和O-MGW所支持的Codec的交集)；IAM消息途經的中間MSCS節(jié)點查看該列表，從中刪除與其相關的MGW所不支持的Codec；接收端MSCS收到該列表后，從中刪除接收端T-UE、T-RNC和T-MGW所不支持的Codec，從剩余的Codec list中選擇一個：Selected Codec=v，通過APM消息告知發(fā)送端O-MSCS。

3TrFO對呼叫建立流程的要求

3.1TrFO呼叫流程問題分析

(1)early RAB Assignment流程

在呼叫建立過程中，為節(jié)省接續(xù)時間，可以采用earlyRAB Assignment的方式。即在尋呼被叫之前。也就是在APM消息返回之前，進行主叫側RAB指配過程。early RABAssignment信令流程如圖3所示：

RAB Assignment消息會根據會話所用的編碼決定消息中的SDU參數。而此時，TrFO的編碼協商流程尚未完成，主叫側未收到APM消息，即并不知道SeIected Codec是什么。因此，主叫側RAB Assignment消息中編碼的選擇只能根據主叫側O UE、O-RNC和O-MGW所支持的Codec的交集進行選擇，從中選擇優(yōu)先級高的Codec，并根據選擇的Codec完成Iu口用戶面的初始化。在接下來的Codec協商過程中。若O－UE、O-RNC和O-MGW所支持的Codec的交集包含多個Codec。那么主被叫雙方協商后。可能會因為被叫側原因(或中間傳輸結點原因)，使得雙方最終選擇的Select Codec與之前主叫側RAB Assignment消息中包含的Codec不一致，從而導致TrFO協商失敗。

若在收到APM消息之后。即完成編碼協商過程之后再進行RAB Assignment過程，則可以根據編碼協商的結果，按照雙方選定的Codec確定SDU參數，從而避免上述問題，保證TrFO的實現。

(2)BlCC承載建立過程

網絡側承載建立是要建立O－MGW與T-MGW之間的承載，通過BICC承載建立過程實現，如圖4所示。在MGW向MSCS發(fā)送的IPBCP請求；自息中需要指明為建立此次會話所需的會話屬性和媒體屬性等信息，其中媒體屬性必須明確指出所采用的語音編碼格式。因此，當Codec Iist中包含多個編碼時，為了保證TrFO的實現，網絡側承載建立過程也必須在Codec協商過程之后完成。

BICC承載存在三種建立方式：前向快速、前向延遲、后向延遲。

◆對于前向快速方式，在IAM消息中包含了lPBCP的請求信息，也就是說在發(fā)端的MSC Server發(fā)送IAM之前，MGW就開始了IPBCP承載建立過程，Codec協商過程無法在網絡側承載建立過程之前完成，此時可能出現IPBCP請求消息中先選的Codec與編碼協商后選擇的Codec不一致的情況。

◆對于后向延遲方式，在IAM消息之后的后向APM消息中攜帶被叫側MGW發(fā)起的IPBCP請求，之后主叫側MGW收到該請求消息。做如下處理：①向被叫側MGW發(fā)送Nb uP初始化消息；②以隧道方式向被叫MGW發(fā)送IPBCPAccept消息。因這兩個消息發(fā)送渠道不同，可能導致IPBCPAccept消息晚于Nb UP初始化消息到達被叫MGW，使得初始化失敗。

◆對于前向延遲方式，在第二個APM消息(前向APM消息)中攜帶IPBCP請求信息，此時編碼協商過程已經完成，即主叫側MGW可以在編碼協商完成之后再發(fā)起IPBCP的請求信息。此時所選的編碼已經確定，且該種方式是主叫側MGW先發(fā)送IPBCP—Request，被叫側MGW回復IPBCP_Accept，之后主叫側MGW才發(fā)起Nb UP初始化消息，不會導致初始化失敗。

3.2TrFo呼叫流程建議

綜上所述。TrFO的實現對于單編碼協商過程沒有過多要求，而對于多編碼協商過程，編碼協商階段必須在網絡側承載建立階段和RAB指配階段之前完成；對于RAB指配流程。不應當激活earIy RAB Assignment流程；對于網絡側承載建立階段。推薦使用BICC的前向延遲承載方式。

4TrFO對參數設置的要求

4.1TrFO涉及的編碼類型及主要參數

目前常用的語音編碼主要有三種。應用于傳統PSTN的PCM c脈沖編碼調制)編碼(即ITU-T G.711)、應用于GSM和UMTS的AMR(自適應多速率)編碼以及應用于VolP的G，7XX系列編碼。AMR編碼又分為FR AMR、HR AMR、UMTS AMR、UMTS AMR2和OHR AMR五種編碼類型。3GPP TS 26.103規(guī)定，對于UMTS／GSM雙模終端，使用UMTS AMR2作為默認語音編碼，實際運營中支持的UMTSAMR2也將是終端產品的主流；因此。在TrFO的實際應用中，一般使用UMTS AMR2類型的編碼。

每種編碼類型中，又可以進一步定義詳細的模式。AMR2類型的編碼中，定義了8種速率模式：12.2kbps，10.2kbps，7.95kbps，7.4kbps，6.7kbps。5.9kbps，

5.15kbps，4.75kbps。每一個Codec都會使用其中的一種或幾種速率模式。對于AMR2類型編碼，有以下幾個主要概念：

◆Active Codec Set，ACS：指示當前編碼中，哪些模式處于可以使用狀態(tài)。ACS共8個bil，若某一模式對應的bit為1，則表示該模式包含在ACS中；若為O，則表示不包含在ACS中。

◆Supported Codec Set。SCS：指示當前編碼中，哪些模式是網絡支持的(從能力上來說)。SCS也是8個bit，若某一模式對應的bit為1，則表示該模式包含在SCS中；若為0，則表示不包含在SCS中。SCS至少應當包含ACS中所有的模式。

◆Maximal number Of codec modes in the ACS，MACS：用于Supported Codec List和Available Codec List中，用來限制Selected Codec中可以包含的最大模式數。

◆Optimisation Mode for ACS，OM：指發(fā)送端(主叫端)是否允許接收端(被叫端)修改ACS中的內容。當OM=0(not supported)時，被叫端如果能夠支持ACS中所有的模式，則響應支持該編解碼；如果ACS中有任一模式不支持，被叫端都響應不支持該編解碼。當OM=1(supported)時，被叫如果不支持ACS中的某一種(或某幾種)模式，仍可以響應支持該編解碼，但是指明只支持ACS中的某一種(或某幾種)模式。

當UMTS AMR2用于帶外編碼協商時，每個Codec中，最少包含1種、最多包含4種速率模式。ACS中包含的速率模式不同，即可以組成不同的Codec，同時選擇OM=0或1，就有不同的配置組合。3GPP一共為UMTS AMR2類型的編碼推薦了16種不同的配置組合，如ACS=(5.9，4.75)，OM=0，即為一種配置組合。

在TrFO的編碼協商過程中，通過控制面消息確定通話所使用的Codec，通過用戶面消息對選定的Codec中的各個速率模式進行初始化，最終用戶面數據流會優(yōu)先使用Codec中最高速率模式進行通信。

4.2TrFO參數設置建議

多種配置組合增加了TrFO編碼協商的靈活性，同時也增加了協商過程的復雜性。對網絡設備提出了很高的要求，即要求所有參與的設備(手機終端、無線節(jié)點、MGW節(jié)點等)都支持這些配置組合，否則可能導致呼叫失敗。而實際上很多網絡設備和終端并不支持較低的速率，在這種情況下，要求OM=1，進一步增加配置的靈活性是沒有意義的。因此。應當根據實際情況盡量簡化編碼的配置組合，目前3GPP推薦的速率模式為12.2kbps、7.4kbps、5.9kbps和4.75kbps四種，且不推薦使用OM=1的設置。實際應用中，應當從協商流程的簡化、安全、穩(wěn)定的角度考慮，盡量減少對配置組合的要求。

5TrFO編碼協商失敗場景分析與建議

實際應用中，實現TrFO需要在MSCS上配置MGW和RNC支持的Codec list，配置方式主要可以分為兩種：

(1)不區(qū)分Nb口和Iu口配置，在MSCS上配置本端RNC和MGW支持的Codec list的交集。

(2)MSCS上區(qū)分Nb口和1u口的配置，Nb口配置的Codec list即為MGW支持的Codec list，Iu口配置的Codeclist即為RNC支持的Codec list。

因為配置方式不同。當TrFO編碼協商失敗時，網絡設備的處理方式也不相同。

作為局問呼叫主叫MSCS時，這兩種配置方式沒什么區(qū)別，在IAM消息中發(fā)送的Codec list均為RNC、MGW以及終端支持的Codec list的交集。

作為被叫MSCS時，若采用方式(1)，如圖5所示。被叫MSCS檢查IAM消息中的SCL和本端配置，包括被叫終端支持的Codec情況，如果沒有兼容的Codec，即回復G.711。查詢雙方TrFO狀態(tài)均為關閉，主被叫MGW中均插入TC。

若采用方式(2)，如圖6所示，被叫MSCS檢查IAM消息中的SCL和本端配置，如果SCL和Nb口配置的Codec list不存在交集，即回復主叫側G.711；如果SCL和Nb口配置存在交集，和Iu口配置沒有交集，那么被叫MSCS會選擇SCL和Nb口配置的交集中優(yōu)先級最高的Codec作為SelectedCodec，主叫側根據返回的SeIected Codec進行RABAssignment和用戶面初始化。查詢主叫側TrFO狀態(tài)為開啟狀態(tài)，MGW中未插入TC。而被叫側TrFO狀態(tài)為關閉狀態(tài)，在MGW中插入TC，將核心網的編碼轉化為Iu口支持的編碼在lu口進行傳輸。

這種方式，在本端不可能開啟TrFO的情況下，優(yōu)先選擇對方支持的最高優(yōu)先級的編碼，盡量保證對方TrFO開啟。使得TrFO得以分段實現，對整個通話過程沒有負面影響，保證通話的語音質量。因此實際部署時，可以結合具體網絡情況及設備功能進行選擇。

6結束語

綜上所述。在WCDMA中引2kTrFO技術有以下幾點建議：

(1)為了保證TrFO能夠正常建立，要求網絡側承載建立階段、RAB指配階段必須在編碼協商階段完成之后進行。因此，引入TrFO技術時，不能選用early RAB Assignment流程，同時，BICC的lP承載建立方式應當選用前向延遲方式。

(2)多編碼、多速率配置增加了編碼協商的靈活性，但同時會使設備操作變得復雜。考慮到設備支持程度以及簡化協商流程的要求，因廠家普遍對12.2k的TrFO支持較好，且WCDMA網絡建設初期網絡負荷較低，使用12.2k可以滿足要求，因此建議網絡建設初期僅要求支持12.2k的單編碼單速率的TrFO；隨著WCDMA網絡負荷的不斷增加，采用低速率的編碼能夠降低無線小區(qū)負荷，因此網絡建設后期可考慮引入多速率的TrFO。

(3)對于TrFO編碼協商失敗場景，目前存在的兩種處理方式都可以保證通話正常建立，因此都可以接受。

隨著網絡的演進，下一代網絡，必然是多協議多終端互聯互通的異構網，而不同終端間頻繁的編碼轉換，必然導致通信質量降低。在WCDMA系統中引入TrFO和軟交換技術，對移動運營商提高業(yè)務服務質量和降低運營成本具有重要意義。