4G+高清語音VoLTE

溫婧芙

摘 要：中國移動把VoLTE推廣名稱定為“4G+高清語音”，它指出VoLTE是建立在4G基礎上的，VoLTE與普通語音業務的差異主要體現在“高清”2個字上。實際上，VoLTE不僅能提供更好的語音質量，相對于原有的視頻呼叫方式，也能提供更好的視頻質量。VoLTE是一種基于4G網絡為移動用戶提供語音業務的實現方式。它相對于CS語音的優勢主要體現在語音質量上，這得益于4G網絡的高帶寬特點；其優勢還體現在接續時延短，這得益于以下3點，即4G網絡結構扁平化，無線側保留eNodeB一種節點，SGW/PGW優選合設網元，縮短數據傳送路徑。VoLTE相對于OTT語音的優勢主要體現在服務質量上，得益于4G網絡的QoS控制能力和PCC架構。

關鍵詞：VoLTE；4G優勢；語音業務；數據傳輸

中圖分類號：TN929.53 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.015

1 VoLTE的概念

從字面理解，VoLTE是Voice over LTE的縮寫，Voice即語音業務，就是我們通常說的“打電話”；LTE即為我們熟知的4G網絡，應用于數據業務，就是我們通常說的“上網”。由此可知，VoLTE是一種基于4G網絡為移動用戶提供語音業務的實現方式，本質是VoIP。

從產品定位理解，中國移動把VoLTE推廣名稱定為“4G+高清語音”，明確指出VoLTE是建立在4G基礎上的，而VoLTE與普通語音業務的差異主要體現在“高清”2個字上。實際上，VoLTE不僅能提供更好的語音質量，相對于原有視頻呼叫方式，也能提供更好的視頻質量。

在VoLTE出現之前，運營商的主要業務是語音業務和數據業務。無論語音業務還是數據業務，都需要建立相應的通道傳送數據，我們將其稱之為承載控制。語音業務建立的是通話雙方或多方之間的語音通道，數據業務建立的是用戶與關口之間的數據通道。同時，網絡需要進行用戶的移動性管理，即用戶有需求時可接入網絡，網絡有需求時可找到用戶，用戶在移動時能保持通信，這樣用戶才可以“移動”起來。對于語音業務，網絡不只要建立通道，還需要進行業務控制，比如呼叫限制、呼叫轉移、呼叫保持等。

VoLTE是一種基于4G網絡為移動用戶提供語音業務的實現方式，本質是VoIP和VoIMS。VoLTE相對SVLTE和CSFB更有優勢，它給用戶帶來的是更好的業務體驗，給運營商帶來的是更低的網絡運營成本和更高的頻段資源利用率，運營商可通過2G/3G頻段重整（Re-farming）帶來更好的4G網絡覆蓋質量，反過來，又給用戶帶來更好的業務體驗。

2 VoLTE的優勢

2.1 語音質量

VoLTE相對于CS語音的優勢主要體現在語音質量上，這得益于4G網絡高帶寬的特點。VoLTE有條件采用更好的語音編解碼方式AMR-WB，而CS語音目前采用的編解碼方式是AMR-NB。WB即寬帶，而NB即窄帶，顧名思義，AMR-WB是一種更適合在寬帶環境采用的編解碼方式。由此可以看出，VoLTE實際是通過投入更多的網絡資源來提升語音質量的。

下面簡單解釋下“編解碼”。聲音是通過聲波的形式傳播的，一個人發出聲音就是產生了聲波，然后另一個人接收到聲波再經過神經傳遞就感覺聽到了聲音，如果聲波不能直接通過空氣傳播，也可以通過別的方式傳播。例如，用一根線串起的2個杯子，聲波在一側轉化為線的振動，再另一側再轉換回聲波。這種轉換和傳播方式顯然受限于媒質，對于相隔比較遠的2個人，需要依靠通信網絡實現聲音的傳播。與這里所述的轉換和傳送方式不同，通信網絡里傳送的是0和1組成的數字信號，發送方將聲波感應產生的模擬信號經過抽樣、量化和編碼變成數字信號，傳送到接收方后再將數字信號還原為聲波，這種轉換過程我們稱之為“編解碼”。編碼轉換后的數字信息越豐富，解碼轉換后還原的聲音就越接近原來的聲音。這樣，網絡需要傳送更多的數字信息，需要更高的帶寬。AMR-NB典型速率為12.2 Kbps，AMR-WB典型速率為23.85 Kbps。

從另外一個角度來觀察，通過網絡在線觀看視頻，標清、高清、超清的清晰度逐步提高，對網絡帶寬的需求也相應提高。當網絡狀態不佳時，程序就會提示降低清晰度，否則就會出現卡頓的情況。AMR-WB的頻率范圍是50～7 000 Hz，16 kHz采樣；AMR-NB的頻率范圍是300～3 400 Hz，8 kHz采樣。而人類發聲的頻率范圍是85～1 100 Hz，很明顯，人類發聲的頻率范圍的低頻部分超出了AMR-NB覆蓋的頻率范圍，完全在AMR-WB覆蓋的頻率范圍內。這會造成什么影響呢？

如果采用AMR-NB，人發出的聲音通過網絡傳送給對方之前，聲音中的低頻成分在發送端就已經丟失了，對方自然也無法還原出這部分聲音。從對方感知來說，就是聽到的聲音會顯得比較單薄。如果發聲人希望通過電話向對方分享一首低音豐富的舞曲，對方可能是無法感同身受。相反，AMR-WB與AMR-NB相比，能保留更多的聲音頻率成分，對方感覺更“保真”。相同的概念也適用于視頻呼叫，3G的視頻呼叫受限于網絡資源，只能提供分辨率為176×144、幀率為15 fps的視頻質量，而VoLTE的視頻呼叫分辨率建議至少為640×480（VGA）。目前，VoLTE可實現分辨率720 P，幀率30 fps。

另外，VoLTE不僅支持直接撥打視頻通話，還支持語音通話切換為視頻通話，或從視頻通話切換為語音通話。

2.2 接續時延

VoLTE相對于CS語音的優勢還體現在接續時延短，這主要得益于以下3點，即：①4G網絡結構扁平化，無線側保留eNodeB一種節點，SGW/PGW優選合設網元，縮短數據傳送路徑；②4G承載“永久在線”，恢復數據通道時間短；③典型智能手機與網絡交互頻繁，用戶長期保持連接態，減少尋呼需求，縮短占用的時長。

2.3 服務質量

VoLTE相對于OTT語音的優勢主要體現在服務質量上，這得益于4G網絡的QoS控制能力和PCC架構。OTT是“Over the Top”的縮寫，即互聯網公司在運營商網絡之上提供的業務，運營商網絡成了純粹的管道，業務由互聯網公司提供和控制。VoLTE和OTT語音都是VoIP，對于4G網絡而言，它們傳送的都是IP包。IP包傳送的通道除了方向不同外，在服務質量上也有差異。這主要取決于4G網絡的QoS（Quality of Service，服務質量）控制功能。在實際工作中，工作人員可以通過QCI和ARP等參數控制數據通道的優先級、時延、誤碼率等，將不同業務數據放在不同的數據通道傳送，即實現了對不同業務提供差異化服務的可能。

在4G網絡里，我們將這些數據通道稱為承載。4G網絡通過參數QCI（QoS Class Identifier）定義了9個服務質量等級，分為GBR（Guaranteed Bit Rate）和NON GBR兩類。其中，QCI 1-4為GBR，QCI 5-9為NON GBR。在4G網絡中，每個PDN連接都有一個默認承載，默認承載只在PDN連接斷開時才會被刪除。PDN連接內默認承載以外的承載都為專有承載，必須由網絡發起建立。默認承載必須為NON GRB類，專有承載可以是GBR也可以是NON GBR。

以中國移動為例，VoLTE用戶包含2個PDN連接，即CMNET和IMS。CMNET PDN連接默認承載QCI=9，IMS PDN連接QCI=5.在建立呼叫時，IMS PDN連接會建立對應的專有承載，如果是語音，則創建QCI=1專有承載；如果是視頻，則創建QCI=1和QCI=2專有承載。互聯網業務數據通過CMNET PDN連接傳送，默認使用QCI=9的數據通道，OTT語音屬于互聯網業務，默認也使用QCI=9的數據通道。OTT語音和其他互聯網的業務數據，比如網頁瀏覽、文件下載和視頻播放等，是存在資源競爭關系的。

IP網的特征是“盡力而為”（Best-Effort）。當網絡資源充足時，OTT語音的服務質量是可以得到保證的；當網絡資源不足時，就可能會出現丟包多、時延大、誤碼率高等情況。無論是OTT語音，還是其他互聯網業務，都會受到影響，出現用戶無法接通電話或語音質量劣化的情況。相應的，VoLTE呼叫需要傳送SIP信令和SIP媒體數據，它們是通過IMS PDN連接傳送的。SIP信令使用的是QCI=5的數據通道，保證高優先級和低誤碼率，而SIP語音數據使用的是QCI=1的數據通道，SIP視頻數據使用的是QCI=2的數據通道，主要保證低時延。QCI=1和QCI=2是保證帶寬（GBR）的通道，QCI=1、QCI=2、QCI=5優先級都比QCI=9高。也就是說，網絡會保證VoLTE用戶優先使用網絡資源，VoLTE數據優先轉發。

2.4 用戶習慣

VoLTE與OTT語音相比，其優勢還體現在用戶習慣上。VoLTE和CS語音在使用方式上并沒有什么太大的不同，用戶通過通訊錄或撥號盤發起呼叫，不需要額外安裝應用（APP），只是增加了視頻呼叫的選擇。因此，我們將VoLTE這樣的應用稱為“原生”應用。相反，大部分OTT語音需要安裝相應的應用才可以使用，比如用SKYPE就需要安裝SKYPE，用QQ語音就得安裝QQ。VoLTE可以聯系的對象也與CS語音一樣，無論對方是不是VoLTE用戶，聯系號碼和原來一樣，而OTT語音往往局限于某一應用的用戶群內部。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕