4G+高清语音VoLTE

温婧芙

摘 要：中国移动把VoLTE推广名称定为“4G+高清语音”，它指出VoLTE是建立在4G基础上的，VoLTE与普通语音业务的差异主要体现在“高清”2个字上。实际上，VoLTE不仅能提供更好的语音质量，相对于原有的视频呼叫方式，也能提供更好的视频质量。VoLTE是一种基于4G网络为移动用户提供语音业务的实现方式。它相对于CS语音的优势主要体现在语音质量上，这得益于4G网络的高带宽特点；其优势还体现在接续时延短，这得益于以下3点，即4G网络结构扁平化，无线侧保留eNodeB一种节点，SGW/PGW优选合设网元，缩短数据传送路径。VoLTE相对于OTT语音的优势主要体现在服务质量上，得益于4G网络的QoS控制能力和PCC架构。

关键词：VoLTE；4G优势；语音业务；数据传输

中图分类号：TN929.53 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.015

1 VoLTE的概念

从字面理解，VoLTE是Voice over LTE的缩写，Voice即语音业务，就是我们通常说的“打电话”；LTE即为我们熟知的4G网络，应用于数据业务，就是我们通常说的“上网”。由此可知，VoLTE是一种基于4G网络为移动用户提供语音业务的实现方式，本质是VoIP。

从产品定位理解，中国移动把VoLTE推广名称定为“4G+高清语音”，明确指出VoLTE是建立在4G基础上的，而VoLTE与普通语音业务的差异主要体现在“高清”2个字上。实际上，VoLTE不仅能提供更好的语音质量，相对于原有视频呼叫方式，也能提供更好的视频质量。

在VoLTE出现之前，运营商的主要业务是语音业务和数据业务。无论语音业务还是数据业务，都需要建立相应的通道传送数据，我们将其称之为承载控制。语音业务建立的是通话双方或多方之间的语音通道，数据业务建立的是用户与关口之间的数据通道。同时，网络需要进行用户的移动性管理，即用户有需求时可接入网络，网络有需求时可找到用户，用户在移动时能保持通信，这样用户才可以“移动”起来。对于语音业务，网络不只要建立通道，还需要进行业务控制，比如呼叫限制、呼叫转移、呼叫保持等。

VoLTE是一种基于4G网络为移动用户提供语音业务的实现方式，本质是VoIP和VoIMS。VoLTE相对SVLTE和CSFB更有优势，它给用户带来的是更好的业务体验，给运营商带来的是更低的网络运营成本和更高的频段资源利用率，运营商可通过2G/3G频段重整（Re-farming）带来更好的4G网络覆盖质量，反过来，又给用户带来更好的业务体验。

2 VoLTE的优势

2.1 语音质量

VoLTE相对于CS语音的优势主要体现在语音质量上，这得益于4G网络高带宽的特点。VoLTE有条件采用更好的语音编解码方式AMR-WB，而CS语音目前采用的编解码方式是AMR-NB。WB即宽带，而NB即窄带，顾名思义，AMR-WB是一种更适合在宽带环境采用的编解码方式。由此可以看出，VoLTE实际是通过投入更多的网络资源来提升语音质量的。

下面简单解释下“编解码”。声音是通过声波的形式传播的，一个人发出声音就是产生了声波，然后另一个人接收到声波再经过神经传递就感觉听到了声音，如果声波不能直接通过空气传播，也可以通过别的方式传播。例如，用一根线串起的2个杯子，声波在一侧转化为线的振动，再另一侧再转换回声波。这种转换和传播方式显然受限于媒质，对于相隔比较远的2个人，需要依靠通信网络实现声音的传播。与这里所述的转换和传送方式不同，通信网络里传送的是0和1组成的数字信号，发送方将声波感应产生的模拟信号经过抽样、量化和编码变成数字信号，传送到接收方后再将数字信号还原为声波，这种转换过程我们称之为“编解码”。编码转换后的数字信息越丰富，解码转换后还原的声音就越接近原来的声音。这样，网络需要传送更多的数字信息，需要更高的带宽。AMR-NB典型速率为12.2 Kbps，AMR-WB典型速率为23.85 Kbps。

从另外一个角度来观察，通过网络在线观看视频，标清、高清、超清的清晰度逐步提高，对网络带宽的需求也相应提高。当网络状态不佳时，程序就会提示降低清晰度，否则就会出现卡顿的情况。AMR-WB的频率范围是50～7 000 Hz，16 kHz采样；AMR-NB的频率范围是300～3 400 Hz，8 kHz采样。而人类发声的频率范围是85～1 100 Hz，很明显，人类发声的频率范围的低频部分超出了AMR-NB覆盖的频率范围，完全在AMR-WB覆盖的频率范围内。这会造成什么影响呢？

如果采用AMR-NB，人发出的声音通过网络传送给对方之前，声音中的低频成分在发送端就已经丢失了，对方自然也无法还原出这部分声音。从对方感知来说，就是听到的声音会显得比较单薄。如果发声人希望通过电话向对方分享一首低音丰富的舞曲，对方可能是无法感同身受。相反，AMR-WB与AMR-NB相比，能保留更多的声音频率成分，对方感觉更“保真”。相同的概念也适用于视频呼叫，3G的视频呼叫受限于网络资源，只能提供分辨率为176×144、帧率为15 fps的视频质量，而VoLTE的视频呼叫分辨率建议至少为640×480（VGA）。目前，VoLTE可实现分辨率720 P，帧率30 fps。

另外，VoLTE不仅支持直接拨打视频通话，还支持语音通话切换为视頻通话，或从视频通话切换为语音通话。

2.2 接续时延

VoLTE相对于CS语音的优势还体现在接续时延短，这主要得益于以下3点，即：①4G网络结构扁平化，无线侧保留eNodeB一种节点，SGW/PGW优选合设网元，缩短数据传送路径；②4G承载“永久在线”，恢复数据通道时间短；③典型智能手机与网络交互频繁，用户长期保持连接态，减少寻呼需求，缩短占用的时长。

2.3 服务质量

VoLTE相对于OTT语音的优势主要体现在服务质量上，这得益于4G网络的QoS控制能力和PCC架构。OTT是“Over the Top”的缩写，即互联网公司在运营商网络之上提供的业务，运营商网络成了纯粹的管道，业务由互联网公司提供和控制。VoLTE和OTT语音都是VoIP，对于4G网络而言，它们传送的都是IP包。IP包传送的通道除了方向不同外，在服务质量上也有差异。这主要取决于4G网络的QoS（Quality of Service，服务质量）控制功能。在实际工作中，工作人员可以通过QCI和ARP等参数控制数据通道的优先级、时延、误码率等，将不同业务数据放在不同的数据通道传送，即实现了对不同业务提供差异化服务的可能。

在4G网络里，我们将这些数据通道称为承载。4G网络通过参数QCI（QoS Class Identifier）定义了9个服务质量等级，分为GBR（Guaranteed Bit Rate）和NON GBR两类。其中，QCI 1-4为GBR，QCI 5-9为NON GBR。在4G网络中，每个PDN连接都有一个默认承载，默认承载只在PDN连接断开时才会被删除。PDN连接内默认承载以外的承载都为专有承载，必须由网络发起建立。默认承载必须为NON GRB类，专有承载可以是GBR也可以是NON GBR。

以中国移动为例，VoLTE用户包含2个PDN连接，即CMNET和IMS。CMNET PDN连接默认承载QCI=9，IMS PDN连接QCI=5.在建立呼叫时，IMS PDN连接会建立对应的专有承载，如果是语音，则创建QCI=1专有承载；如果是视频，则创建QCI=1和QCI=2专有承载。互联网业务数据通过CMNET PDN连接传送，默认使用QCI=9的数据通道，OTT语音属于互联网业务，默认也使用QCI=9的数据通道。OTT语音和其他互联网的业务数据，比如网页浏览、文件下载和视频播放等，是存在资源竞争关系的。

IP网的特征是“尽力而为”（Best-Effort）。当网络资源充足时，OTT语音的服务质量是可以得到保证的；当网络资源不足时，就可能会出现丢包多、时延大、误码率高等情况。无论是OTT语音，还是其他互联网业务，都会受到影響，出现用户无法接通电话或语音质量劣化的情况。相应的，VoLTE呼叫需要传送SIP信令和SIP媒体数据，它们是通过IMS PDN连接传送的。SIP信令使用的是QCI=5的数据通道，保证高优先级和低误码率，而SIP语音数据使用的是QCI=1的数据通道，SIP视频数据使用的是QCI=2的数据通道，主要保证低时延。QCI=1和QCI=2是保证带宽（GBR）的通道，QCI=1、QCI=2、QCI=5优先级都比QCI=9高。也就是说，网络会保证VoLTE用户优先使用网络资源，VoLTE数据优先转发。

2.4 用户习惯

VoLTE与OTT语音相比，其优势还体现在用户习惯上。VoLTE和CS语音在使用方式上并没有什么太大的不同，用户通过通讯录或拨号盘发起呼叫，不需要额外安装应用（APP），只是增加了视频呼叫的选择。因此，我们将VoLTE这样的应用称为“原生”应用。相反，大部分OTT语音需要安装相应的应用才可以使用，比如用SKYPE就需要安装SKYPE，用QQ语音就得安装QQ。VoLTE可以联系的对象也与CS语音一样，无论对方是不是VoLTE用户，联系号码和原来一样，而OTT语音往往局限于某一应用的用户群内部。

参考文献

[1]陈圣玉，张建强.4G网络语音方案及部署的关键要求[J].电信快报，2015（08）.

[2]苑婷婷.LTE系统语音业务质量评估与性能优化[D].北京：北京理工大学，2015.

[3]李磊，阮小芳.LTE系统中VoIP语音业务容量浅析[G]//虚拟运营与云计算——第十八届全国青年通信学术年会论文集（下册）.北京：中国通信学会，2013.

〔编辑：白洁〕