如何確保LTE語音品質(zhì)？三板斧搞定VoLTE測試！

無線通訊從1980年發(fā)展至今，已經(jīng)過30多個(gè)年頭。從最開始的類比語音通訊一直發(fā)展至現(xiàn)今的第叁代以及第四代行動(dòng)通訊無線資料傳輸，由于頻寬和傳輸速度的提升，可進(jìn)行的服務(wù)亦從語音一直進(jìn)步到高畫質(zhì)、低延遲的影音傳輸；而世界第一個(gè)長程演進(jìn)計(jì)畫(LTE)網(wǎng)路于2010年在歐洲建置后，美洲及亞洲電信商近年來也已大舉布建。

LTE可提供大于100Mbit/s下行、50Mbit/s上行的傳輸速率以及極低的傳輸延遲，使得多樣性的高頻寬應(yīng)用蓬勃發(fā)展，但由于LTE是以網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定(IP)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，故不像傳統(tǒng)第二代以及第叁代行動(dòng)通訊系統(tǒng)具備語音通訊的電路交換專用通道，所以語音通訊在LTE上成為一個(gè)非常有趣的議題。

在2011年底，基于希冀LTE語音技術(shù)能標(biāo)準(zhǔn)化以及一致性的塬則，系統(tǒng)業(yè)者以及通訊設(shè)備商一同制定在LTE上所採用的語音以及簡訊規(guī)範(fàn)，這份規(guī)範(fàn)即為全球行動(dòng)通訊系統(tǒng)協(xié)會(huì)(GSMA)IR92--IMS Profile for Voice and SMS，也就是LTE語音通話(Voice over LTE， VoLTE)。

IR92定義VoLTE功能

IR92裡定義VoLTE的功能特性、媒體格式支援以及在行動(dòng)通訊網(wǎng)路中使用的機(jī)制;VoLTE功能特性在IR92裡面被分為四個(gè)部分，分別為標(biāo)準(zhǔn)IMS 功能--SIP註冊、認(rèn)證、位址格式以及通話的建立和結(jié)束等等細(xì)節(jié)；附屬應(yīng)用服務(wù)(Supplementary Service， SS)包括來電等待(Communication Waiting)、來電號碼顯示限制(Originting Identification Restriction)、撥號不顯示號碼(Terminating Identification Restriction)、來電轉(zhuǎn)接(Communication Forwarding)等功能;還有通話建立條件以及基于IP網(wǎng)路下的簡訊服務(wù)(SMS Over IP)等四個(gè)部分。

媒體格式支援部分，IR92定義使用的語音通訊編碼分別為AMR(Adaptive Multi-Rate)和AMR-WB(Adaptive Multi-Rate Wideband)，在RTP Profile的部分則必須支援AVP(Audio Video Profile)，傳輸方式則使用UDP(User Datagram Protocol)，另外由于須要對媒體資料傳輸進(jìn)行控制，行動(dòng)裝置也必須支援RTCP(RTP Control Protocol)。

IP資料在行動(dòng)網(wǎng)路進(jìn)行傳輸時(shí)，因?yàn)閭鬏數(shù)沫h(huán)境跟頻寬都較有線網(wǎng)路嚴(yán)苛，故須用不同的機(jī)制來進(jìn)行最佳化。由于LTE是以IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)路，并大量使用網(wǎng)際網(wǎng)路通訊協(xié)定第六版(IPv6)來因應(yīng)IP位址的不足，但I(xiàn)Pv6應(yīng)用于長時(shí)間小資料的語音通訊上會(huì)有表頭資料大小占整體資料比率太高的問題，故IR92 也定義裝置必須支援RoHC(Robust Header Compression)對IP表頭進(jìn)行壓縮，以傳送差異化的資料替代整個(gè)表頭的傳送，此方法可有效降低傳輸IP表頭所占用的資料量(圖1)。

圖1 VoLTE信令子層

值得一提的是IR92是一份概略的文件，詳細(xì)的流程以及技術(shù)細(xì)節(jié)主要仍須參考RFC以及第叁代合作伙伴計(jì)畫(3GPP)內(nèi)的文件，其中3GPP TS24.229 IP Multimedia Call Control Based on Session Initiation Protocol(SIP) and Session Description Protocol(SDP)這份文件定義了VoLTE的詳細(xì)信令流程。當(dāng)行動(dòng)裝置連上LTE網(wǎng)路后，會(huì)進(jìn)行P-CSCF(Proxy Call Session Control Function)找尋，待獲得P-CSCF的IP位址后就會(huì)發(fā)送REGISTER訊息進(jìn)行註冊，P-CSCF會(huì)檢查行動(dòng)裝置的REGISTER訊息找到對應(yīng)的S-CSCF(Serving Call Session Control Function)將訊息轉(zhuǎn)送，此時(shí)S-CSCF會(huì)要求行動(dòng)裝置進(jìn)行認(rèn)證，將認(rèn)證須要使用的參數(shù)夾帶在Unauthorized訊息裡，透過P-CSCF 轉(zhuǎn)送此訊息以對行動(dòng)裝置要求進(jìn)行驗(yàn)證，待行動(dòng)裝置將認(rèn)證參數(shù)和本身有的金鑰進(jìn)行演算后，再將演算結(jié)果透過P-CSCF回傳至S-CSCF，S-CSCF收到訊息后進(jìn)行驗(yàn)證，若驗(yàn)證成功則會(huì)發(fā)送OK的訊息至行動(dòng)裝置以完成註冊程序。

當(dāng)行動(dòng)裝置要進(jìn)行通話時(shí)，會(huì)發(fā)送INVITE的訊息給CSCF，此訊息包含欲進(jìn)行通訊的行動(dòng)裝置SIP位置、本身支援的語音編碼格式以及想要的服務(wù)品質(zhì) (Quality of Service， QoS)等參數(shù)，CSCF收到后會(huì)回應(yīng)Trying訊息，并將INVITE訊息轉(zhuǎn)至收話的行動(dòng)裝置，而收話的行動(dòng)裝置即會(huì)回覆內(nèi)含其支援的語音編碼格式的 Session Progress訊息，并開始要求網(wǎng)路進(jìn)行VoLTE通話專屬通道的建立，待發(fā)話端行動(dòng)裝置收到Session Progress訊息后，將依據(jù)雙方支援的語音編碼格式選擇一個(gè)適用的編碼，透過PRACK訊息傳送至收話端行動(dòng)裝置，同時(shí)間也開始進(jìn)行VoLTE通話專屬通道的建立，若收話端同意此設(shè)定，則會(huì)回應(yīng)OK訊息，并同時(shí)向發(fā)話端發(fā)送響鈴的Ringing訊息，當(dāng)發(fā)話端收到Ringing訊息后，會(huì)回應(yīng) PRACH訊息表示收到響鈴，此時(shí)收話端也會(huì)回應(yīng)OK訊息，待收話端接起電話后，會(huì)發(fā)送另一道OK訊息來回應(yīng)最一開始的INVITE訊息，待發(fā)話端回應(yīng) ACK后即表示此通VoLTE通話成功建立;若任何一端結(jié)束通話后，將發(fā)送BYE的訊息給對方，并開始釋放VoLTE通話專屬通道，而對方則會(huì)回應(yīng)OK訊息以同意結(jié)束通話，這樣的一套流程即為VoLTE通話時(shí)所須經(jīng)歷的標(biāo)準(zhǔn)流程(圖2)。

圖2 VoLTE裝置語音通訊信令流程圖

行動(dòng)裝置在附屬應(yīng)用服務(wù)相關(guān)的設(shè)定會(huì)存在XCAP Server(eXtensible Markup Language Configuration Access Protocol Server)，相關(guān)的技術(shù)文件為3GPP 24.623。XCAP Server提供HTTP(HyperText Transfer Protocol)介面，讓行動(dòng)裝置上的XCAP使用者介面可以依使用者需求更改附屬應(yīng)用服務(wù)相關(guān)設(shè)定，而每個(gè)行動(dòng)裝置都有其專屬的設(shè)定檔，裡面記載如來電忙碌時(shí)轉(zhuǎn)接的號碼、來電未接時(shí)轉(zhuǎn)接的號碼，以及去電時(shí)是否要顯示號碼等設(shè)定參數(shù)。例如，當(dāng)使用者撥打VoLTE語音電話但對方?jīng)]有回應(yīng)時(shí)，CSCF會(huì)去 XCAP Server查詢對方的XCAP設(shè)定檔，若發(fā)現(xiàn)裡面有設(shè)定來電未接的轉(zhuǎn)接號碼時(shí)，則會(huì)將此通電話轉(zhuǎn)到設(shè)定的號碼去。三大技術(shù)實(shí)現(xiàn)VoLTE測試

在LTE網(wǎng)路剛布建涵蓋率還不高的時(shí)期，系統(tǒng)業(yè)者通常會(huì)沿用舊有的第二代或者是第叁代行動(dòng)網(wǎng)路進(jìn)行語音服務(wù)，通常會(huì)採用的技術(shù)有兩種--電路交換回煺 (Circuit Switched Fallback， CSFB)以及同步語音與LTE(Simultaneous Voice and LTE， SVLTE)。

CSFB的塬理是當(dāng)行動(dòng)裝置須要進(jìn)行語音通訊時(shí)，網(wǎng)路會(huì)讓裝置釋放掉LTE連線轉(zhuǎn)連(Fallback)到指定的第二代或第叁代通訊系統(tǒng)來進(jìn)行語音通訊，好處是系統(tǒng)業(yè)者不用針對現(xiàn)有的網(wǎng)路硬體設(shè)備做任何的更改，缺點(diǎn)是若在不支援從LTE資料換手到第叁代通訊系統(tǒng)的網(wǎng)路上，塬本在LTE網(wǎng)路上進(jìn)行的資料傳輸將會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)連到第二代或第叁代通訊系統(tǒng)而造成傳輸速度變慢或者短暫的中斷，加上必須從LTE網(wǎng)路中斷再對指定的第二代或第叁代通訊系統(tǒng)進(jìn)行註冊，故使用者會(huì)感受到一小段的延遲;SVLTE則是因?yàn)樾袆?dòng)通訊裝置同時(shí)連接LTE以及第二或第叁代通訊系統(tǒng)，須以語音通訊時(shí)則使用第二或第叁代通訊系統(tǒng)，須要傳輸資料時(shí)則使用LTE網(wǎng)路，故不會(huì)有資料傳輸中斷的問題發(fā)生，但由于SVLTE技術(shù)須同時(shí)連線到兩種通訊系統(tǒng)，故行動(dòng)裝置所須消耗的電量會(huì)較使用CSFB技術(shù)的行動(dòng)裝置還要多。

當(dāng)LTE網(wǎng)路布建範(fàn)圍比較普及且VoLTE服務(wù)已在LTE網(wǎng)路上運(yùn)作時(shí)，系統(tǒng)業(yè)者可將使用者的語音通訊服務(wù)整合到VoLTE這個(gè)以IP多媒體子系統(tǒng) (IMS)為基礎(chǔ)的網(wǎng)路上，透過使用VoLTE技術(shù)，使用者可以基于LTE網(wǎng)路來進(jìn)行語音通訊;不過由于LTE網(wǎng)路涵蓋範(fàn)圍還尚未和第二代或第叁代通訊系統(tǒng)一樣全面，故可能會(huì)碰到在VoLTE通話中移動(dòng)到LTE網(wǎng)路涵蓋的邊緣，此時(shí)單一無線語音唿叫連續(xù)性(Single Radio， Voice Call Continuity， SRVCC)技術(shù)可提供從VoLTE換手到第二代或第叁代通訊系統(tǒng)塬有的電路交換語音通訊服務(wù)。

VoLTE須通過GCF/PTCRB測試

VoLTE的測試可以分為叁個(gè)種類--歐洲全球認(rèn)證論壇(Global Certification Forum， GCF)與北美PCS型號認(rèn)證委員會(huì)(PTCRB)的一致性測試、電信系統(tǒng)業(yè)者測試項(xiàng)目，以及IMS應(yīng)用程式與通話品質(zhì)測試;3GPP標(biāo)準(zhǔn)文件 TS34.229定義有關(guān)P-CSCF找尋、註冊及認(rèn)證、緊急服務(wù)、附屬應(yīng)用服務(wù)、編碼選擇、信令壓縮以及IP網(wǎng)路下的簡訊服務(wù)等測試章節(jié)，透過全球認(rèn)證論壇以及PCS型號認(rèn)證委員會(huì)來對具有VoLTE的行動(dòng)通訊裝置作認(rèn)證，此種依據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的認(rèn)證，業(yè)界通稱為一致性認(rèn)證，其測試比較偏向于 VoLTE信令部分;但由于電信系統(tǒng)業(yè)者的網(wǎng)路環(huán)境以及特性的不同，一致性測試并無法完全涵蓋所有電信系統(tǒng)業(yè)者所需要的測試要求，故電信系統(tǒng)業(yè)者會(huì)自行定義一份可以滿足其網(wǎng)路條件以及系統(tǒng)特性的測試項(xiàng)目。在IMS應(yīng)用程式與通話品質(zhì)測試部分，會(huì)比較偏向于在不同的網(wǎng)路和無線環(huán)境上行透過行動(dòng)通訊裝置使用不同VoLTE的服務(wù)，來驗(yàn)證各個(gè)功能的正確性以及效能，比如對XCAP伺服器的連線以及對應(yīng)的裝置文檔內(nèi)容更新，或者在不同QoS參數(shù)下同時(shí)進(jìn)行語音通話資料傳輸?shù)鹊?，除此之外，VoLTE的通話品質(zhì)測試也是目前大家非常關(guān)注的一個(gè)測試重點(diǎn)。

目前，儀器商已可提供無線通訊系統(tǒng)測試平臺(tái)，能滿足美國電信業(yè)者Verizon以及未來AT&T以及T-Mobile所需的VoLTE測項(xiàng);透過和電信系統(tǒng)業(yè)者的合作，該測試平臺(tái)針對其網(wǎng)路環(huán)境及所需要的測試條件來滿足電信系統(tǒng)業(yè)者和行動(dòng)通訊裝置的測試要求，另外該臺(tái)儀器亦支持TS34.229 GCF/PTCRB一致性測試。

以安立知(Anritsu)的MD8475信令測試儀為例，其內(nèi)建IMS Server，并提供一套簡易的圖形化介面軟體SmartStudio，讓使用者可以在不用編寫任何測試案例的狀況下，進(jìn)行VoLTE信令以及實(shí)際通話測試;此外，該信令測試儀由于同時(shí)支援第二代、第叁代以及LTE行動(dòng)通訊系統(tǒng)