浅谈VOLTE关键技术及网络优化

浅谈VOLTE关键技术及网络优化

区蓓姬

广东海格怡创科技有限公司510057

摘要：本文主要简述了VoLTE系统架构，以及分析了VoLTE关键技术，并提出VoLTE关键技术优化策略。

关键词：VoLTE；关键技术；网络优化；优化策略

随着LTE网络建设的逐步推进，国内各大运营商陆续提出“4G+”的概念，比4G速度更快，质量更高。VoLTE（VoiceoverLongTerm--Evolution）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。VoLTE作为LTE语音最终解决方案，凭借其高质量、低时延的特点成为“4G+”的重要特性。

一、VoLTE系统架构

（一）总览

VoLTE网络包括许多的网络实体，为简便描述，在本文中将VoLTE网络分为三个主要的部分：无线接入侧Access、LTE核心网侧Evolvedpacketcore以及控制侧Control。其中，LTE核心网侧主要包括三个功能实体：移动管理实体MME（MobilityManagementEntity），服务网关SGW（ServingGateway）以及PDN网关（Packetdatanetworkgateway）。MME是由GPRS网络中SGSN实体演进而来，主要提供EPC部分核心控制功能。SGW提供用户面的控制功能，负责数据包的路由和转发，并支持终端移动性切换用户数据功能。PGW主要负责终端和外部分组数据网络的数据传输，在VoLTE网络中，PGW分配终端IP地址并提供EPC部分到IMS部分的接入。

（二）LTE无线接入侧ENodeB

随着3G网络的演进，EnodeB具有3G网络中NodeB功能和大部分RNC（RadioNetworkController）功能，包括物理层功能HARQ（hybridautomaticrepeatrequest），MAC、RCC、调度、无线接入控制、移动性管理功能等。LTE无线接入侧节点EnodeB架构。EnodeB架构分为物理接入层、MAC层（MediaAccessControl）、RLC层（RadioLinkControl）、PDCP层（Packetdataconvergenceprotocol）以及RRC层（RadioResourceControl）。其中，EnodeB通过S1_MME接口与MME通信，用于控制信令；通过S1_U接口与SGW通信，负责用户数据的传输。而不同EnoceB之间的通讯则采用X2接口，主要用于移动终端在不同的EnodeB之前切换时，快速实现用户资源管理以及数据迁移。

（三）核心网EPC架构

核心网EPC部分主要包括MME、SGW以及PGW三个实体。MME是由GPRS网络中SGSN节点演进而来的。MME是LTE接入网络的关键控制节点，负责空闲模式下用户设备的跟踪和寻呼控制，其中包括用户设备的注册与注销过程，同时帮助用户选择不同SGW，以完成LTE系统内核心网（CN）节点切换。通过与用户归属服务器（HSS）的通信，MME完成移动用户在EPC部分鉴权功能。SGW主要负责用户面处理，负责用户数据包的路由和转发，同时也负责用户终端在EnodeB之间和LTE与其他3GPP技术之间移动时的用户面数据交换。

（四）控制侧IMS网络架构

VoLTE网络架构中，控制侧主要包括三个部分：PCRF、HSS以及IMS系统。PCRF主要负责计费以及基于会话媒体的策略控制功能。PCRF主要与IMS系统接入节点P-CSCF互通，检查、控制应用侧所需的媒体资源的分配，例如媒体类型、IP地址以及媒体通讯端口等。HSS（HomeSubscriberServer）主要负责存储用户数据和业务数据。HSS包含IMS功能、PS域、CS域内HLR（homelocationregister）功能以及鉴权功能。用户终端在附着在LTE网络时，EPC部分会通过HSS获取EPC部分鉴权向量，MME完成终端用户在EPC部分的鉴权；在该用户在IMS系统注册时，IMS系统服务器SCSCF（ServerCSCF）会再次向HSS获取IMS内部鉴权向量，对用户再次进行鉴权，保证用户的有效性。

IMS系统中AS（ApplicationServer）可以提供多种业务，如PSTN网络中的传统业务、会议、彩铃彩像等。这些用户业务数据也同样保存在HSS之中。IMS（IPMultimediaSubsystem），IP多媒体子系统，是由3GPP组织为移动网络定义的。经过R5、R6两个版本，现在IMS网络技术日趋稳定。在3GPP的R6版本中，IMS已经被定义为支持所有IP接入网的多媒体业务核心网，可以支持任何一种移动的或固定的、有线的或无线的IP_CAN，同时意味着支持传统2G/3G网络接入。

二、VOLTE关键技术

VoLTE提供了全新的端到端全IP音视频解决方案，其时延，语音质量等方面的优势与其采用的关键技术密不可分。VoLTE主要关键技术如下：

（一）半持续调度（SPS）

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。VoIP的新传包由于其到达间隔是20ms，所以可以由一条信令分配频域资源，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。

半持续调度可减少控制信令的开销，最低可仅为业务的1.3%；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。

（二）IP包头压缩（RoHC）

VoLTE业务是基于IP网络传输的语音业务，包头开销占整个数据包的比例较大。为了节省传输资源，引入IP包头压缩。压缩后，头开销降为4～6byte，开销占比降为12.5%～18.8%。IP包头压缩大大降低头开销，提高VoLTE语音用户容量，提高数据业务吞吐量，增强边缘覆盖。

（三）TTIbundling

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TTIbundling，连续的4个上行子帧立刻重传，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。因此TTIbundling可提高边缘用户的接收性能，并减小控制信令开销。

（四）VoLTE异系统切换

eSRVCC（enhancedSingleRadioVoiceCallContinuity）是LTEPS语音（VoLTE）到2G/3GCS语音的增强型切换功能，但较原有SRVCC功能，无线侧无差异；eSRVCC功能是VoLTE在LTE网络覆盖未达到全面覆盖之前的重要补充功能。eSRVCC功能在LTE建设初期和中期保证VoLTE语音业务的连续性，可以减少当用户从LTE覆盖区域移出时导致的掉话，减少用户投诉。

三、VoLTE关键技术优化策略

（一）改进基础设施，提高VoLTE网络的覆盖能力

虽然VoLTE网络在整体的覆盖范围上还是比较广泛，但是在其覆盖范围内的局部区域，会存在信号衰减现象，比如在相对封闭的室内、电梯等。在这些区域内，如果信号衰减得太过严重，则很容易发生数据掉包、传输失败等问题。所以要改进基础设施，提高VoLTE网络的覆盖能力，减少数据掉包、传输失败等问题，并尽量降低传输的延迟。

（二）建立完整的跟踪定位系统

VoLTE网络的语音信号传输过程十分复杂，涉及到许多设备和端口以及网络体系。其中，仅仅是呼叫这一过程就需要用到35种通讯设备、37个语音接口以及多个包括无线网络、信令网络、IMS控制网络等在内的网络体系。由于VoLTE网络系统的业务需要涉及到多个方面，而且每个环节对于业务的质量都是至关重要的，只要其中的任意一个环节产生了问题，那么将影响整个VoLTE网络业务的质量。所以，需要及时建立一套完整的跟踪定位系统，对VoLTE网络业务的每个环节进行定位跟踪，尽快找到问题环节所在，并及时处理，提高VoLTE网络业务的质量。

（三）重视起VoLTE网络的参数验证

我国的VoLTE技术的应用时间还不长，发展还处在初级阶段，所以对于VoLTE技术应用的实践经验还不够，技术尚不成熟，许多系统参数的设置也没有太多参考标准。而对于VoLTE技术这种目前比较先进的网络技术而言，技术参数的精确度要求比较高，参数的标准规范设置十分重要。所以，要重视起VoLTE技术的参数验证工作，在全国范围内积极开展这类工作，多收集参数验证数据，通过不断地比较和无数次的经验积累，提高VoLTE技术参数设置的合理性，优化参数设置方案，为VoLTE技术的发展打好基础。

总结

VoLTE技术是未来通讯行业发展的一大趋势，它能给用户更多的选择，提高用户的体验感。通讯公司要想提高VoLTE技术的应用水平，就必须要抓住VoLTE技术应用中的关键技术，包括半持续调度技术、ROHC头压缩技术、RLC分割技术、时隙绑定技术等，然后对当前所存在的技术方面的问题进行改进，比如对基础设施的改进、对跟踪系统的改进、对参数设置的优化等等。只有做好了这些工作，VoLTE技术才能得到更好的发展与应用，为我国通讯事业的发展做贡献。

参考文献：

[1]VOLTE关键技术及网络优化研究_龚雄涛

[2]关于VoLTE网络架构及关键技术思考_付晓婷

[3]VoLTE关键技术与优化方法研究_望诚

[4]VoLTE网络架构及关键技术论述_韩健