McWiLL多媒体集群系统高效语音实现机制

张大昌

（辽河油田通信公司自动化项目部，辽宁 盘锦 124010）

1 引言

目前广泛采用的基于SIP协议的VOIP架构很好的解决了有线网络中的IP电话传输。但是在无线接入网络中使用现有的VOIP架构会造成对空口资源和基站回传链路资源的浪费。原因是在已有的无线数据网络中，VOIP语音包在空口和基站回传数据都是作为应用层数据用RTP/UDP/IP包承载的，其中包头较长，而媒体数据相对较少，导致传输效率不高。

另外，现有无线接入系统中实现VOIP时都用IP地址作为用户标识，在目前不使用移动IP技术的情况下只支持游牧应用场景，不能实现大范围的自由移动。

McWiLL多媒体集群系统的高效语音架构就是考虑上述因素而设计的支持无线VOIP的一种机制。MCWILL多媒体集群系统是我国拥有自主知识产权的一种支持移动的无线宽带接入技术产品，其创造性地将OFDMA与SCDMA有机结合起来，网络架构采用全IP承载，能够同时提供大容量的话音业务、高带宽带数据业务等基于分组传输的全业务通信。

2 MCWILL多媒体集群系统的高效语音架构

本架构的网元包括：用户终端、基站、业务接入网关（SAG）、无线用户数据库（UDB）和固网软交换系统（SS/MG/SG）。

基站负责提供与终端之间的空中接口，以及与业务接入网关之间的接口。

业务接入网关在本架构中属于接入网设备，负责用户数据透传以及用户鉴权；进行协议转换，实现接入网与软交换网络的连接；同时负责移动性管理功能，将用户的移动性屏蔽在接入网内部。

无线用户数据库UDB也是接入网设备，负责存储用户数据、用户业务信息和位置信息，与SAG一起实现无线用户的移动性管理。无线接入网向核心网屏蔽了用户的移动性，简化了核心网实现。

软交换机属于核心网设备，负责与网络的互联互通。软交换机将本系统的用户作为普通SIP终端处理，采用标准SIP协议进行控制，标准RTP协议传输用户数据。同时，互通时的计费、路由等处理都由软交换完成。

3 高效语音处理机制

3.1 基站与SAG之间的回传链路语音处理机制

基站与SAG之间采用自定义接口协议SAbis1，分为控制平面和用户平面。

在控制平面，为了保证语音业务的正常实现，本架构自定义了基于Q.931的呼叫状态机和基本呼叫流程，由SAG进行此流程与SIP流程的转换业务，实现与软交换的连接；呼叫控制的对等实体位于终端和业务接入网关。宽带基站不参与呼叫控制，不需要实现复杂的呼叫状态机，只要完成相关的无线传输资源的建立和维护，并将呼叫信令直接向终端和业务接入网关双向透传即可。

同时，SAbis1还定义了用户鉴权和注册、位置更新及切换等移动性管理流程和消息。上述功能由终端、业务接入网关和无线用户数据库配合，在接入网内部完成。具体实现时，业务接入网关需要代理用户向核心网进行SIP注册/注销，确保核心网用户数据库有足够的信息为用户呼入/呼出以及其他补充业务提供服务，并需要提供机制保证接入网和核心网的用户数据库内容同步。

在媒体平面，本机制采用基站回传链路的数据复用和RTP代理技术来提高用户数据在网络中的传输效率。宽带基站与SAG之间的回传链路采用数据复用技术提高传输效率。上行链路，基站将每20ms压缩语音包用RTP头封装后多路复用，打入一个或少量的几个UDP/IP包后传输；下行链路，SAG也将来自网络侧的多路语音包复用后，再发送给基站。

3.2 空口语音处理机制

本机制提出了如下方法解决在MCWILL多媒体集群系统中，如何保证语音业务传输的实时性及可靠性：

一种是空口为语音建立专用的语音连接，此连接优先级最高，用于传递语音相关的信令及语音包，语音包到达二层后，被赋予高于数据包的优先级，基站对终端进行资源分配时，首先判断终端是否存在语音连接，若存在，则首先从可用资源中为语音连接分配资源，并指定采用较低阶的调制方式，以保证语音包的正确接收。

一种是在语音连接的基础上，增加语音包的传输及相应的动态信道分配和延迟抖动缓冲机制，针对特殊封装的语音包，引入重传及相应的动态信道分配和延迟抖动缓冲机制，可在满足实时性业务QoS要求的基础上，达到提高频谱效率和可靠性的要求。

该机制包括以下步骤：

a.发送端对需发送的原始语音编码包进行封装构成语音会话包，该封装至少包括如下过程：标识序号以表征其播放顺序，并对标识序号后的语音编码包进行信道编码；

b.终端与基站建立语音会话或语音数据混合会话，基站为该会话动态分配信道，会话建立成功后，至少在终端维护一个延迟抖动缓冲器；

c.发送端对新到达语音会话包，延迟语音会话包，重传语音会话包，数据会话包及控制命令包进行调度后发送；

d.接收端接收语音会话包并检测，对于确认丢失的语音会话包，向发送端发送包含丢失的语音会话包序号的NACK消息以指示发送端重传这些语音会话包；对于正确接收到的语音会话包进行进一步的处理。

与现有技术相比，该机制的优点在于：通过采对特殊封装的语音包的重传机制，提高了实时性语音业务的频谱效率和可靠性要求。

3.3 支持移动处理机制

本机制移动处理机制使用的用户标识不采用IP地址，而是采用用户标识符和临时应用标识符。用户标识符在无线接入系统内唯一标识一个用户，是用户的永久信息。临时应用标识符，在呼叫建立过程中由业务接入网关分配，在呼叫的过程中标识用户，进行信令转发，呼叫结束后收回。采用这种方式标识用户即可以回避复杂的移动IP问题，而方便的实现用户消息和数据的路由。锚业务接入网关（Anchor SAG）指用户当前注册的业务接入网关，其中记录了用户的业务数据。为了向SS屏蔽用户的移动性，在用户的切换过程中，SS始终与锚业务接入网关联系。当用户从锚业务接入网关切换到其他的业务接入网关时，首先需要建立服务业务接入网关与锚业务接入网关之间的RTP通路，所有发往终端或SS的业务数据都经过该通路转发。发生切换时，呼叫控制的状态在终端和Anchor业务接入网关之间维护，服务业务接入网关不保存呼叫控制有关的状态信息。

4 总结

MCWILL多媒体集群系统通过高效语音的机制，较好的解决了目前无线宽带技术中VOIP的空口使用率底、QOS保证等问题，实现了单系统中数据与语音业务的完美融合。

[1]YD/T1487-2006 400/1800MHzSCDMA无线接入系统：频率间隔为500kHz的系统技术要求.

[2]SCDMA宽带无线接入系统：空中接口技术要求.