VoIP語音技術在LTE中的實現探討

黃榮　時曄

【摘要】 文章主要闡述了VoIP技術，并結合LTE網絡特點，針對VoIP技術在LTE上實現中應注意問題進行了分析，并提出了LTE建設初期語音解決方案，以供大家參考。

【關鍵詞】 VoIP技術 LTE 語音實現 解決方案

目前，LTE從理論走向建設也取得了巨大的發展，主要原因在于其物理層采用了OFDM（正交頻分復用）技術和傅立葉變換工具 。本質上LTE是端到端的IP分組網絡，IP技術的成熟足以在電信領域成為事實，但在電信級要求下，語音在LTE網絡上傳送，有很多問題需要考慮。因此，本文主要論述了VoIP語音技術在LTE中的實現，提出實現中注意問題及解決方案。

一、VoIP技術概述

隨著電信傳輸網的光纖化及數據通信分組化的發展，特別是IP技術在數據領域的巨大成功，語音技術的IP承載逐漸被人們所關注，并已逐漸商用。IP承載語音都需要重點考慮以下兩個重要因素：

（1）語音處理技術。IP網絡中的語音處理技術需解決兩個問題：一是要在保證話音質量的前提下盡可能降低編碼比特率，這主要涉及話音編碼技術，包括靜音檢測；二是要在IP網絡環境中保證一定的通話質量，通話質量的解決則主要涉及分組丟失補償和回波抵消技術。其中第一個問題相對重要，即什么樣的話音編碼技術最適合VoIP。實際應用中，話音編碼的要求可用編碼器的四個主要屬性來表示，即比特率、時延、復雜度和話音質量。降低比特率是話音編碼的主要任務，它直接關系到傳輸資源的有效利用和網絡容量的提高。

（2）IP語音通信協議。IP語音通信協議主要包含以下幾個部分：話音通信控制協議、語音信息的傳送協議及實時控制協議。語音通信控制協議相對于電信網中的呼叫控制信令；語音信息的傳送協議規定了話音分組如何封裝、復用和傳送，包括具有靜音檢測功能的各種話音編碼分組如何組裝和標識，由于話音分組必須采用實時傳送，不允許有大的時延，因此無法采用重發校錯機制的TCP作為其運輸層的協議，只能采用UDP協議。目前端到端語音通信協議比較成功且多采用SIP協議。

二、VoIP技術在LTE中的實現

2.1 LTE技術特點

LTE是世界范圍內的新一代寬帶無線移動通信技術，不同于以往的移動通信系統。在新的LTE系統架構下，LTE不再有支持實連接要求的網絡架構。因此，LTE是分組網絡，且該網絡結構非常扁平，從接入網到核心網，只有兩層架構，即基站和核心網兩種網元結構。

2.2 LTE承載語音的協議

目前有兩大協議支持實現VoIP，分別為ITU-T提出的H.323協議和IETF提出的SIP協議。但兩種協議研究的出發點有所不同：H.323是在已有的PSTN基礎上著重考慮與IP網絡的互聯，因此其協議復雜，同時語音的實現與承載媒體有很大的對應或依賴關系；SIP協議則重點把語音當作IP的一個應用，協議相對簡單，且語音實現與承載媒體不需要很強的對應關系。目前，LTE已發展成為端到端的IP網絡，語音可以看作LTE網絡今后的一個應用，因此其語音協議只能選擇SIP協議。

2.3 LTE承載語音的平臺選擇

為在分組域基礎上實現語音及多媒體業務，3GPP在3G分組域上成功地構建了IMS（IP多媒體子系統）平臺，本質上IMS采用的是新一代軟交換技術。IMS平臺技術實現了業務、控制及承載的完全分離，用戶屬性與接入無關等特性。這些特性在IMS上的體現解決了軟交換技術無法解決的問題，如用戶移動性支持、標準開放的業務接口、靈活的IP多媒體業務提供等。因此，從LTE發展的使命結合IMS平臺技術特點，LTE承載語音將會采用IMS平臺。

2.4 LTE承載語音需要解決的問題

確定了語音協議及控制平臺等整體框架后，理論上說LTE可以傳輸語音了，下一步考慮的將是細節問題，主要涉及QoS。關于QoS需要考慮的因素包括語音編碼、端到端總時延、接收端分組抖動時延、分組丟失率及無序分組等。

語音在IP傳輸是不能采用64kb/s的波形編碼技術的。這種編碼技最大特點是語音沒有失真，但其編碼速率太高，需要的網絡成本代價太大；3G時代語音編碼采用參數編碼技術AMR，其編碼速率在4.75～12.2kb/s內變化。隨著各種媒體增值業務逐漸走向應用，AMR語音已經滿足不了用戶的需要，寬度語音和音頻編碼在電信級網絡中越來越受關注。

語音電話是一種典型的交互類業務，據統計和調研，該業務對時延和時延抖動有嚴格要求，但對語音包丟失等有較強的容忍度。LTE是針對高速數據業務設計的系統，目前從LTE實驗和商用網情況來看，其時延和時延抖動達不到VoIP電信級要求，因此一旦oIP用戶量入網，這種數據率低的實時業務需要LTE系統在設計上進行改進，甚至需要引入新的技術才能減少時延和時延抖動。因此，基于IMS平臺實現VoIP是LTE的終極目標，目前還不能實現。

2.5 LTE初期語音承載方案

在現有的LTE版本下，實現VoIP達不到電信運營條件，但市場要求LTE必須提供語音業務，那么運營商必須依賴現有實連接網絡（如GSM、3G網絡、CS域網絡等）才能解決語音運營問題。

（1）雙待機終端方案。該方案的基本思路是雙待機終端可以同時待機在LTE網絡和2G/3G網絡里，可同時從LTE和2G/3G網絡接收和發送信號。在撥打電話時，該終端可自動選擇從2G/3G模式下進行語音通信，LTE網絡僅提供數據業務。該方案相對比較簡單，終端芯片需要采用兩個芯片（1個2G/3G芯片和1個LTE芯片）或多模芯片。由于雙待機終端的LTE與2G/3G模式之間沒有任何互操作，終端不需要實現異系統測量，因此LTE網絡和傳統的2G/3G網絡沒有信令接口要求，網絡無需改造。

（2）CSFB方案。CSFB方案基本思路是用戶終端一般附著在LTE網絡上，用戶需要進行語音業務時可從LTE網絡回落到2G/3G的電路域重新接入，并按照電路域的業務流程發起或接聽語音業務。該方案要求網絡互通，需要提供信令支撐，還要對現有網絡架構改造，以實現SGs關聯。SGs關聯在CSFB技術中起著橋梁作用，能夠將兩個不同的系統聯系起來，實現用戶在不同系統間的語音業務連續。為實現SGs關聯，首先，現網MSC需要新增與MME的SGs接口，現網3G網絡SGSN需要新增與MME的S3接口；其次，現網2G/3G網絡的無線子系統，包括BTS NODEB，BSC及RNC等，需要增加LTE的鄰小區配置；再者，為使終端在CSFB到2G/3G網絡的語音業務結束后，盡快回到LTE網絡，原有網絡的無線子系統需要支持Fast Return功能；最后，為了優化終端從LTE回落到2G/3G的延遲，原有網絡的無線子系統需要支持RIM功能。

三、總結

CSFB方案和雙待機方案共同點是語音業務均由現有的2G/3G網絡提供。兩者不同點是CSFB方案以數據業務優先；雙待機方案在TDD-LTE和2G/3G網絡下同時待機，能及時提供數據和語音業務。在LTE建設初期，運營商選擇何種方案提供語音業務，需要結合建網成本、終端的成熟度及語音向VoIP終極目標演進進度等綜合因素后才能確定。

參 考 文 獻

[1] 徐菲. 透視LTE語音業務三大方案[N]. 人民郵電報，2013（01）

[2] 黃劍鋒. 綜述TD-LTE核心技術及其展望[J]. 無線互聯科技，2012（8）