LTE VOLTE专题

Sv
OMC
承载层
S1-U
LTE接入 eNodeB
承载网
S1-MME Gm Uu Um Ut Gb A
BTS/BSC 2G接入
接入层
终端
VoLTE UE(chip)
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VoLTE基本流程与信令解析-主叫空口流程
功 功 能 能 ： ：A A和 和B B均在 均在IDLE IDLE模式， 模式，A A用户（主叫 用户（主叫Caller Caller）呼叫 ）呼叫B B用户（被叫 用户（被叫Callee Callee）流程图 ）流程图 预置条件： A 、 B 均已在 MME 附着，已在 AS 服务器注册。 预置条件：A、B均已在MME附着，已在AS服务器注册。 备 备 注 注 ：黑色，正常消息描述，包括 ：黑色，正常消息描述，包括Rrc Rrc、 、S1 S1信令和普通描述等 信令和普通描述等 红色， 红色，NAS NAS标准信令 标准信令 蓝色， 蓝色，SIP SIP标准信令 标准信令 AS AS服务器 服务器 P-GW P-GW S-GW S-GW MME MME eNB eNB Caller Caller A A （ UE ） （UE） Callee Callee B B （ UE ） （UE）
VoLTE终端在通话过 程中漫游至无LTE覆盖
的区域时，通过
eSRVCC将当前呼叫 切换至2G/3G电路域， 此时2G/3G网络作为
IMS的接入网
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VoLTE特性参数
参数特性
序号
1
参数
时间周期
参数值
语音包传输时间间隔: ~20ms 语音静默期: ~160ms AMR-NB :12.2kbps AMR-WB: 23.65kbps
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VoLTE网络架构及接口
Ut
业务层
彩铃 业务平台
彩印 业务平台
定位 业务平台
IP短信网关
VoLTE AS /IM-SSF
CAP
智能网 SCP
业务配置代 理网关
运营支撑层
Sh
CAP
Zh
2G电路域
核心层
PCC
IMS域
SLh/SLg J Cx/Sh/Zh/ S6a/SLh
用户数据
三合一 HSS
C/D
U U U U U U S D D U U S D D
效果
•在标准中，VoIP业务不能同时采用SPS调度和上行TTI bundling，但可仅针对边缘用户使用TTI bundling •性能增益： -不考虑重传的情况下，单从1个TTI和4个TTI传输角度， HARQ进程为4，增益大约4dB（链路级仿真得出） -考虑重传情况下，TDD增益仅为2dB，性能增益有限， 但在控制信令会节省开销 •TDD特性：由于上下行时隙不连续，而语音包又有20ms的周
VoLTE 2G/3G
1/10
呼叫时延
0.5-2 s
5-8 s
LTE
2G/3G
分辨率：176*144
10X
视频质量
典型分辨率：480*640 720P/1080P possible
LTE
2G/3G
频率：300~3400Hz 编解码：AMR-NB 12.2Kbps 2G/3G
2X
话音质量
频率：50~7000Hz 编解码：AMR-WB 23.85Kbps LTE
特征1： VoLTE由IMS提供呼 叫控制和业务逻辑
特征2： VoLTE由EPC提供高 质量的分组域承载
特征3： 连续覆盖前VoLTE可 通过eSRVCC保障呼 叫连续性
VoLTE的信令和媒 体经EPC路由至 IMS网络，由IMS 提供会话控制和业 务逻辑
在VoLTE中EPC作为 IMS的接入网，通过 全球统一的专用 APN(‘IMS’ APN) 及独立承载为用户提 供区别于普通数据业 务的QoS保障
3X
频谱效率
仿真测试结果显示：同样承载AMR，LTE的频谱效率可达 到R99 3倍以上
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VoLTE无线设备技术要求概览
部署VoLTE，除了要求无线侧eNB支持相关基本功能外，还可根据实际需求，进一步考虑 引入增强功能，以优化方案性能，提升网络整体质量，改善用户业务体验 无线基本功能
• QCI=1/2的承载 • RLC层 UM模式 • 无线承载组合：至少2个AM DRB（分别为默认承载和 IMS信令承载）+ 1个或2个UM DRB（分别承载高清语 音和高清视频） • IMS紧急呼叫 eNB可通过广播标识该功能支持情况，优先接入紧急呼叫
期限制，因此仅在2DL:2UL配置时可使用TTI bundling
TTI Bundling可提高边缘用户的接收性能，并减小控制信令开销 TTI Bundling不可用于3DL：1UL时隙配比中，且不与SPS同时开启
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VoLTE无线增强功能 - DRX
原理
• 即非连续接收，是指UE仅在必要的时间段 打开接收机进入激活期，以接收下行数据 和信令，而在其他时间关闭接收机进入休 眠期，停止接收下行数据和信令的一种节 省UE电力消耗的工作模式。在DRX工作模 式下，DRX周期包含激活期和休眠期，UE 的工作状态对应为激活态和休眠态。
10
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VoLTE无线增强功能 - 半持续调度（SPS）
原理
• 实现原理： • VoIP的新传包由于其达到间隔是20ms，所以可以由一条信令分 配频域资源，以后每隔20ms就“自动”用分配的频域资源传输 新来的包； 重传包由于其不可预测性，所以动态的调度每一次重传，因而叫 “半”持续调度
信令 数据 数据 数据 数据
BOSS
PCRF
Rx/Gx
IBCF
Mx Cx
ISC
I/S-CSCF /BGCF
SLs
DNS /ENUM
信令网
Mw
Mg/Mj
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
MGCF
Nc
NMS
DRA
Rx
VoLTE SBC
Mw/I2
GMSC
Nc
分组域
Gx
SAE GW/ GGSN/PCEF
SGi S11/Gn S6a/SLg
Gr
MME/ SGSN eMSC
效果
• DRX状态为连续接收态和RRC idle态之间 的一个中间状态，DRX状态的存在减少了 RRC Connected状态向RRC idle态转换的 概率，从而可以减少整个网络的信令开销， 此收益在智能UE所占比例较高的网络中效 果更为明显。
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目录
1. VoLTE概述及相关功能配置 2.VoLTE基本流程及信令解析
IP包头压缩可大大降低头开销，提高VoLTE语音用户容量，提高数据业 务吞吐量，增强边缘覆盖
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VoLTE无线增强功能 - ROHC配置
ROHC配置：
(1) 【无线业务配置 → 全局业务开关】 打开“ROHC深度头压缩开关” 。 (2) 【无线业务配置 → 应用PDCP参数】
针对QCI=1与QCI=2的承载，开启 “Profile0x0001”格式ROHC压缩。
半持续调度可减少控制信令开销，节省PDCCH资源，在控制信道受限的情况下， 提高系统容量；但在现网3:1时隙配比下，因SPS采用保守调度算法(MSC不得高 于15),可能导致系统容量受限于PUSCH而有所下降，故初期暂不建议引入
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VoLTE无线增强功能 - TTI bundling
原理
当小区边缘UE 功率受限时，由于资源受限，导致丢包率增加。 使用TTI bundling，四个连续子帧中的立刻重传，能积累能 量，增大传输成功率，从而提高接收成功率， 避免过多的 HARQ重传
DRX配置：
(1) 【E-UTRAN TDD小区】 ，修改“GBR业务 DRX使能开关”与“非GBR业务DRX使能开 关”为“打开” 。 (2)【无线业务配置→应用DRX参数】 ，修改 QCI=1的承载，相关定时器图所示。
•
DRX工作模式下，UE不需要连续侦听 PDCCH （Physical Downlink Control Channel）信道，所以节省了UE的电力消 耗，延长了UE的使用时间。
RLC配置：
【Qos配置→Qos业务类型】 ， 修改QCI=1与QCI=2的承载， RLC模式为“非确认模式”。
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VoLTE无线增强功能 - IP包头压缩（RoHC）
原理
• • 仅在初次传输时发送数据包头的静态信息，后续不再重 复发送（如IP地址等） 通过一定信息可推知数据流中其他信息时，可仅发送必 须的信息，其他信息可由上下文推算（如SN号和IP-ID 号都是以1为单位递增，可通过上下文推算）
上图为上行数据（手机为压缩方）的SO状态，packet type为 U模式，原始头部大小为60字节，压缩后为3字节。
效果
•
•
压缩后，头开销降为4～6 byte（开销占比降为12.5%～ 18.8%）
典型的VoIP数据包的净荷为32 byte，对VoIP这样的小的 数据包，IP头开销甚至超过净荷本身（IPv6的包头为60 byte，头开销可达188%，IPv4的包头为40 byte，头开 销也有125%）
作用和效果
• 保证eNB在资源调度、接入控制时给VoLTE最高优先级 • 无需RLC层重传，减小时延；减小RLC头开销 • eNB可进行承载级别的QoS控制
无线增强功能
• IP包头压缩 • 半持续/延迟调度 • TTI bundling • 语音连续性：eSRVCC • 连接态DRX周期可基于承载QCI等级分别配合
作用和效果
增强VoLTE容量； 增加数据业务容量；增强边缘覆盖 增强边缘覆盖(3:1时隙配比下不可用）； 保证UE在移动出LTE覆盖时，语音可连续，避免掉话 （考虑现网条件，语音切换至GSM承载） 基于不同业务特点设置合理DRX周期，兼顾性能及节电 -6-
VoLTE QCI承载要求
核心网在S1-AP: Initial Context Setup Request消息中携带eRAB信息请求eNB建立无线接入承载， 并对业务携带QoS信息： QCI等级 1 2 3 4 5 6 GBR 资源类型 优先级 2 4 3 5 1 6 数据包时延预算 100 ms 150 ms 50 ms 300 ms 100 ms 300 ms 数据包丢失率 10-2 10-3 10-3 10-6 10-6 10-6 实时游戏 非会话视频（缓冲流媒体） IMS 信令 视频（缓冲流媒体） 基于TCP的业务 (如www\email\chat\ftp\ p2p 文件共 享\逐行扫描视频） 典型业务 会话语音 会话视频（直播流媒体）
2
速率

3
负载净荷 （非压缩）
语音包大小: ~32 bytes+ IP 包头(IPV4 40 bytes, IPV6 60bytes)
4
-4-
VoLTE的特点
VoLTE(Voice over Long Term-- Evolution)，3GPP标准定义的，基于IMS网络的 LTE语音解决方案。即，在LTE覆盖区域内提供基于IP的高清晰语音业务。
0ms
20ms
40ms
60ms
80ms
• •
TDD特性（上行双周期配置）：由于其HARQ RTT与FDD有所差异， 会导致重传包和新传包传输冲突，为解决这个TDD独有的问题，支持 双周期的半持续性调度，即2DL:2UL时为19ms和21ms；3DL:1UL时 为25ms和15ms
效果
• 半持续调度是LTE中为了节省PDCCH数量而提出的一种新的调度方法， 最初主要是针对VoIP业务。其可大大降低信令开销，使信令开销资源 最低可仅为业务的1.3%
7 8 9
Non-GBR
7 8 9
100 ms
10-3
语音、视频（直播流媒体） 互动游戏
视频（缓冲流媒体） 基于TCP的业务 (如www\email\chat\ftp\ p2p 文件共 享\逐行扫描视频）
-7-
300 ms
10-6
VoLTE RLC配置
RLC配置
针对每个EPS承载，有两种模式 (rlcMode) ：非确认模式UM和确认模式AM，如果选择AM模式，则接收侧的AM RLC 实体需要反馈RLC SDU 的ACK/NACK，发送侧的AM RLC 实体需要支持RLC PDU的重传(ARQ)。 eNodeB 配置每个DRB的RLC模式参考的标准化QCI中的时延和丢包要求。AM RLC主要用于在错误敏感、实验容忍的非实时应用中。这些应 用包括大部分交互后台类型业务，如WEB浏览和文件下载等。如果对时延要求不太严格，流媒体类型业务也经常使用 AM RLC。参考23.203 3GPP 对语音的 QoS 设定，语音的时延要求为 100ms ，可见语音业务对于时延很敏感，对于丢包相对不敏感，所以 QCI=1 、 2 通常选择 UM 模式。对于 QCI=5的IMS 信令，时延要求与QCI=1一样，但是对于准确性要求很高，所以推荐配置为AM模式。
LTE VoLTE专题
目录
1. VoLTE概述及相关功能配置 2.VoLTE基本流程及信令解析
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VoLTE概述与基本特征
LTE没有电路域，需要基于分 组域提供IP语音业务，即 VoLTE(Voice over LTE) VoLTE支持高清语音、高清视频等通信业务， 同时可实现与现网2G/3G的语音互通