McWiLL多媒體集群系統高效語音實現機制

張大昌

（遼河油田通信公司自動化項目部，遼寧 盤錦 124010）

1 引言

目前廣泛采用的基于SIP協議的VOIP架構很好的解決了有線網絡中的IP電話傳輸。但是在無線接入網絡中使用現有的VOIP架構會造成對空口資源和基站回傳鏈路資源的浪費。原因是在已有的無線數據網絡中，VOIP語音包在空口和基站回傳數據都是作為應用層數據用RTP/UDP/IP包承載的，其中包頭較長，而媒體數據相對較少，導致傳輸效率不高。

另外，現有無線接入系統中實現VOIP時都用IP地址作為用戶標識，在目前不使用移動IP技術的情況下只支持游牧應用場景，不能實現大范圍的自由移動。

McWiLL多媒體集群系統的高效語音架構就是考慮上述因素而設計的支持無線VOIP的一種機制。MCWILL多媒體集群系統是我國擁有自主知識產權的一種支持移動的無線寬帶接入技術產品，其創造性地將OFDMA與SCDMA有機結合起來，網絡架構采用全IP承載，能夠同時提供大容量的話音業務、高帶寬帶數據業務等基于分組傳輸的全業務通信。

2 MCWILL多媒體集群系統的高效語音架構

本架構的網元包括：用戶終端、基站、業務接入網關（SAG）、無線用戶數據庫（UDB）和固網軟交換系統（SS/MG/SG）。

基站負責提供與終端之間的空中接口，以及與業務接入網關之間的接口。

業務接入網關在本架構中屬于接入網設備，負責用戶數據透傳以及用戶鑒權；進行協議轉換，實現接入網與軟交換網絡的連接；同時負責移動性管理功能，將用戶的移動性屏蔽在接入網內部。

無線用戶數據庫UDB也是接入網設備，負責存儲用戶數據、用戶業務信息和位置信息，與SAG一起實現無線用戶的移動性管理。無線接入網向核心網屏蔽了用戶的移動性，簡化了核心網實現。

軟交換機屬于核心網設備，負責與網絡的互聯互通。軟交換機將本系統的用戶作為普通SIP終端處理，采用標準SIP協議進行控制，標準RTP協議傳輸用戶數據。同時，互通時的計費、路由等處理都由軟交換完成。

3 高效語音處理機制

3.1 基站與SAG之間的回傳鏈路語音處理機制

基站與SAG之間采用自定義接口協議SAbis1，分為控制平面和用戶平面。

在控制平面，為了保證語音業務的正常實現，本架構自定義了基于Q.931的呼叫狀態機和基本呼叫流程，由SAG進行此流程與SIP流程的轉換業務，實現與軟交換的連接；呼叫控制的對等實體位于終端和業務接入網關。寬帶基站不參與呼叫控制，不需要實現復雜的呼叫狀態機，只要完成相關的無線傳輸資源的建立和維護，并將呼叫信令直接向終端和業務接入網關雙向透傳即可。

同時，SAbis1還定義了用戶鑒權和注冊、位置更新及切換等移動性管理流程和消息。上述功能由終端、業務接入網關和無線用戶數據庫配合，在接入網內部完成。具體實現時，業務接入網關需要代理用戶向核心網進行SIP注冊/注銷，確保核心網用戶數據庫有足夠的信息為用戶呼入/呼出以及其他補充業務提供服務，并需要提供機制保證接入網和核心網的用戶數據庫內容同步。

在媒體平面，本機制采用基站回傳鏈路的數據復用和RTP代理技術來提高用戶數據在網絡中的傳輸效率。寬帶基站與SAG之間的回傳鏈路采用數據復用技術提高傳輸效率。上行鏈路，基站將每20ms壓縮語音包用RTP頭封裝后多路復用，打入一個或少量的幾個UDP/IP包后傳輸；下行鏈路，SAG也將來自網絡側的多路語音包復用后，再發送給基站。

3.2 空口語音處理機制

本機制提出了如下方法解決在MCWILL多媒體集群系統中，如何保證語音業務傳輸的實時性及可靠性：

一種是空口為語音建立專用的語音連接，此連接優先級最高，用于傳遞語音相關的信令及語音包，語音包到達二層后，被賦予高于數據包的優先級，基站對終端進行資源分配時，首先判斷終端是否存在語音連接，若存在，則首先從可用資源中為語音連接分配資源，并指定采用較低階的調制方式，以保證語音包的正確接收。

一種是在語音連接的基礎上，增加語音包的傳輸及相應的動態信道分配和延遲抖動緩沖機制，針對特殊封裝的語音包，引入重傳及相應的動態信道分配和延遲抖動緩沖機制，可在滿足實時性業務QoS要求的基礎上，達到提高頻譜效率和可靠性的要求。

該機制包括以下步驟：

a.發送端對需發送的原始語音編碼包進行封裝構成語音會話包，該封裝至少包括如下過程：標識序號以表征其播放順序，并對標識序號后的語音編碼包進行信道編碼；

b.終端與基站建立語音會話或語音數據混合會話，基站為該會話動態分配信道，會話建立成功后，至少在終端維護一個延遲抖動緩沖器；

c.發送端對新到達語音會話包，延遲語音會話包，重傳語音會話包，數據會話包及控制命令包進行調度后發送；

d.接收端接收語音會話包并檢測，對于確認丟失的語音會話包，向發送端發送包含丟失的語音會話包序號的NACK消息以指示發送端重傳這些語音會話包；對于正確接收到的語音會話包進行進一步的處理。

與現有技術相比，該機制的優點在于：通過采對特殊封裝的語音包的重傳機制，提高了實時性語音業務的頻譜效率和可靠性要求。

3.3 支持移動處理機制

本機制移動處理機制使用的用戶標識不采用IP地址，而是采用用戶標識符和臨時應用標識符。用戶標識符在無線接入系統內唯一標識一個用戶，是用戶的永久信息。臨時應用標識符，在呼叫建立過程中由業務接入網關分配，在呼叫的過程中標識用戶，進行信令轉發，呼叫結束后收回。采用這種方式標識用戶即可以回避復雜的移動IP問題，而方便的實現用戶消息和數據的路由。錨業務接入網關（Anchor SAG）指用戶當前注冊的業務接入網關，其中記錄了用戶的業務數據。為了向SS屏蔽用戶的移動性，在用戶的切換過程中，SS始終與錨業務接入網關聯系。當用戶從錨業務接入網關切換到其他的業務接入網關時，首先需要建立服務業務接入網關與錨業務接入網關之間的RTP通路，所有發往終端或SS的業務數據都經過該通路轉發。發生切換時，呼叫控制的狀態在終端和Anchor業務接入網關之間維護，服務業務接入網關不保存呼叫控制有關的狀態信息。

4 總結

MCWILL多媒體集群系統通過高效語音的機制，較好的解決了目前無線寬帶技術中VOIP的空口使用率底、QOS保證等問題，實現了單系統中數據與語音業務的完美融合。

[1]YD/T1487-2006 400/1800MHzSCDMA無線接入系統：頻率間隔為500kHz的系統技術要求.

[2]SCDMA寬帶無線接入系統：空中接口技術要求.