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1、一、LTE语音相关1.基础概念CS语音:在2G/3G网络中，语音一般由电路域交换（Circuit Switch，CS）系统提供，因此我们一般也称之为CS语音。IMS语音: 当IP多媒体子系统（IP Multi-media Subsystem，IMS）出现后，我们将IMS提供的语音业务称之为IMS语音，一般也可以称之为PS（分组域交换，Packet Switch）语音，这是因为IMS需要通过分组域交换网络提供的IP通道与用户终端进行交互。一般认为，IMS语音是LTE/EPS阶段提供的标准语音服务方案。全IP网络:随着IP技术的发展，电信网络逐渐废弃了传统七号信令网络，而全面转向全IP网络，以第三
2、代伙伴项目（3GPP，3rd GenerationPartnership Project）组织为例，LTE 将采用全IP 化核心网，抛弃了当前2G/3G系统中的电路交换域，而将分组交换域进行研究，从而定义了全IP的长期演进/演进分组系统网络LTE/EPS（Long Term Evolution/Evolved PacketSystem1）。因此在LTE/EPS网络中CS语音将不可用。由于语音业务对时延的要求比较高, 在目前的3G 及其以前的系统中, 都通过电路域承载。利用专用资源。语音业务通过IP 承载已经成为发展趋势。在LTE( Long Term Evolution) 系统中, 只存在分组
3、域, 语音业务通过VoIP( Voice over Internet Protocol) 承载。2.LTE语音实现方案LTE 将采用全IP 化核心网，从而带来对传统电路域语音业务承载的变革。CS回退（CS FallBack）技术。使用CS 回退技术可把语音业务从LTE 网络转移到传统的2G 或3G 网络，通过传统的电路域进行语音承载。缺点：CS 回退过程中将发生inter- RAT 小区选择或切换，因此带来较大的呼叫建立延迟，且CS 回退要求2G/3G 网络与E- UTRAN 网络重叠覆盖，没有传统2G/3G 网络的新兴运营商无法采用此方案。SR- VCC 方案。一般认为，IMS语音是LTE/
4、EPS阶段提供的标准语音服务方案，但是基于IMS 的VoIP技术只支持在存在分组域的网络发起语音业务，无法保证用户从E-UTRAN 移动到GERANUTRAN/cdma2000 1X网络后的语音连续性。为此3GPP 提出了基于IMS 的SR- VCC 方案，此方案支持将分组域的语音业务切换到电路域，但需要运营商部署IMS系统。VoLGA 方案。考虑利用LTE 接入网络，以数据包方式封装语音数据并透明传输到CS 域的MSC服务器，从而实现在即使不存在UTRAN/GERAN/cdma2000 1X等传统接入网络的情况下，利用E- UTRAN接入网和传统的CS 域核心网来提供CS 语音业务。此方案需
5、在网络侧增加VoLGA 接入网络控制器(VANC)来实现语音业务管理。3.VOIPVOIP建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对话音进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到目的地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送话音的目的。表1 IP电话服务与传统电话服务的比较传统电话服务VoIP电路交换技术分组交换技术传输使用同步时分多址，故带宽利用率较低传输使用非同步时分多址，故带宽利用率较高当线路拥塞时可能无法接通，而一旦接通就不会断开当线路拥塞时，可能会出现分组
6、丢失等现象，会导致通信质量下降使用G.711 脉冲编码调制，无压缩语音编码，传送速率为64Kbps通常使用语音压缩编码，编码速率可以从5.3Kbps至16Kbps除卫星通信外，端到端的时延很小，并且抖动很有限端到端的时延相对较长，并且有显著的抖动能够保证良好的通信质量通信质量受到IP网络的影响很大，语音质量难以保证通话线路是独立的，故而难以降低通信成本共享IP网络资源，大大降低通信成本3.1VoIP的基本传输过程传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s.而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用
7、无连接的UDP协议进行传输。为了在一个IP网络上传输语音信号，要求几个元素和功能。最简单形式的网络由两个或多个具有VoIP功能的设备组成，这一设备通过一个IP网络连接。VoIP模型的基本结构图如图下图所示。从图中可以发现VoIP设备是如何把语音信号转换为IP数据流，并把这些数据流转发到IP目的地，IP目的地又把它们转换回到语音信号。两者之音的网络必须支持IP传输，且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。因此可以简单地将VoIP的传输过程分为下列几个阶段。1、语音-数据转换语音信号是模拟波形，通过IP方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对
8、模拟语音信号进行8位或6位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码。典型帧长为1030ms.考虑传输过程中的代价，语音包通常由60、120或240m s的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案来实现，目前采用的语音编码标准主要有ITU-T G.711.源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备帮可以还原模拟语音信号。2、原数据到IP转换一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15ms的帧，则把从第一来的60ms的包分
9、成4帧，并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点（抽样率为 8kHz）。编码后，将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接（一条线路），并在端点之间传输编码的信号。IP网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。3、传送在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间（t）内将其传送到网络输出端。t可以在某全范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的同间
10、节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓结构或访问方法。4、 IP包-数据的转换目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms，是60ms的语音包被分成4帧，然后它们被解码还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻
11、址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。5、数字语音转换为模拟语音播放驱动器将缓冲器中的语音样点（480个）取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率（例如8kHz）播出。简而言之，语音信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。3.2关键技术语音编码标准：ITU-T G.711，数据速率为64kbit/s。压缩编码标准：有ITU-T G.723.1和ITU-T G.729，以及AMR等，其中ITU-T G.723.1的数据速率为5.3kbit/s或6.3kbit/s，而I
12、TU-T G.729的数据速率为8 kbit/s。注：G.711往往需要进一步压缩，因此它是其它语音编码算法的输入源。语音传输技术：先利用RTP/TRCP协议进行处理，再交给UDP进行传输。VoIP利用RTP实时传输协议传送数据。RTP是一个基于无连接UDP的应用协议，UDP是无连接的，它不会对数据包的传送提供应答和跟踪，这样RTP也不会重新传送网络的丢包，这就要求网络传输中应尽可能减少数据包的丢失；此外，按照TCP的应用协议，RTP也没有直接的碰撞控制，以致于因为发送者发送太多太快的数据包，接收者将被淹没。为了克服这个问题，RTP应用程序总是以固定速率发送数据包，这就要求网络能够尽量以固定的
13、速率传输数据包。RTP分组由RTP头部和净荷数据组成；RTP分组由UDP包来进行传输，通常一个UDP包仅含一个RTP分组，若采用一定的封装方法，也可以包含多个RTP分组；其中的RTP净荷就是RTP传送的语音数据。控制信令技术：有两种（1）H.323协议是一个协议族，包含RAS、Q.931、H.245等一系列的协议，RAS协议用于呼叫接入控制等功能，Q.931协议用于实现呼叫控制，而H.245协议用于媒体信道控制（2）SIP协议采用的是客户机/服务器（C/S）结构，定义了各种不同的服务器和用户代理，通过和服务器之间的请求和响应来完成呼叫控制。3.3VoIP 业务调度问题：首先介绍一下LTE 系统
14、中的资源调度。与传统3G 技术不同的是，LTE 系统采用下行OFDMA、上行SC-FDMA 的接入方式，供基站进行调度的传输资源由以前3G CDMA 系统的码域资源变成了时频二维资源。同时，LTE 系统中取消了专用信道，采用共享信道的调度式资源分配方式，eNB（基站）可以根据不同用户的不同信道质量、业务的QoS 要求以及系统整体资源的利用情况和干扰水平来进行综合调度，从而更加有效地利用系统资源，提高系统的吞吐量，使得无线资源可以得到最大限度的有效利用。但同时，这种调度方式带来的开销也是系统设计者必须考虑的问题之一。在LTE 系统中，取消了全部电路域的语音业务，而代之以数据域的VoIP 业务。但
15、由于语音用户的数量往往比较庞大，LTE又采用共享式调度的资源分配方式，每次传输都需要相关的控制信息，所以过大控制信息开销可能会成为LTE 系统同时支持的用户数能达到的系统吞吐量的瓶颈。在LTE 系统中，其带宽所能支持的VoIP 用户数是其可调度指示用户数的5 倍左右，于是，对于VoIP 业务而言，LTE 系统控制信息的不足将极大地限制其所同时支持的用户数。针对这类数据包大小比较固定，到达时间间隔满足一定规律的实时性业务，LTE 引入了一种新的调度方式半静态调度技术。LTE 系统中，每个用户会配置独有的无线网络标识（RNTI），eNB 通过用UE 的RNTI 对授权指示PD-CCH进行掩码来区分
16、用户，对于同一个UE 的不同类型的授权信息，可能会通过不同的RNTI 进行授权指示。如对于动态业务，eNB 会用UE 的小区无线网络标识（C-RNTI）进行掩码，对于半静态调度业务，使用半静态小区无线网络标识（SPS-C-RNTI）等。在LTE 的调度传输过程中，起初eNB 通过PDCCH 指示UE 当前的调度信息，UE 识别是半静态调度，则保存当前的调度信息，每隔固定的周期在相同的时频资源位置上进行该业务数据的发送或接收。使用半静态调度传输，可充分利用语音数据包周期性到达的特点，一次授权，周期使用，可以有效地节省LTE系统用于调度指示的PDCCH 资源，从而在不影响通话质量和系统性能的同时，支持更多的语音用户，并且为动态调度的业务保留一定的控制信息以供使用。以典型的VoIP 业务为例，其数据包到达周期为20 ms，则eNB
