如何確保LTE語音品質？三板斧搞定VoLTE測試！

無線通訊從1980年發(fā)展至今，已經過30多個年頭。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通訊無線資料傳輸，由于頻寬和傳輸速度的提升，可進行的服務亦從語音一直進步到高畫質、低延遲的影音傳輸；而世界第一個長程演進計畫(LTE)網路于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用蓬勃發(fā)展，但由于LTE是以網際網路協(xié)定(IP)為基礎的系統(tǒng)，故不像傳統(tǒng)第二代以及第叁代行動通訊系統(tǒng)具備語音通訊的電路交換專用通道，所以語音通訊在LTE上成為一個非常有趣的議題。

在2011年底，基于希冀LTE語音技術能標準化以及一致性的塬則，系統(tǒng)業(yè)者以及通訊設備商一同制定在LTE上所採用的語音以及簡訊規(guī)範，這份規(guī)範即為全球行動通訊系統(tǒng)協(xié)會(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通訊網路中使用的機制;VoLTE功能特性在IR92裡面被分為四個部分，分別為標準IMS 功能--SIP註冊、認證、位址格式以及通話的建立和結束等等細節(jié)；附屬應用服務(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)、來電轉接(Communication Forwarding)等功能;還有通話建立條件以及基于IP網路下的簡訊服務(SMS Over IP)等四個部分。

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行控制，行動裝置也必須支援RTCP(RTP Control Protocol)。

IP資料在行動網路進行傳輸時，因為傳輸?shù)沫h(huán)境跟頻寬都較有線網路嚴苛，故須用不同的機制來進行最佳化。由于LTE是以IP為基礎的網路，并大量使用網際網路通訊協(xié)定第六版(IPv6)來因應IP位址的不足，但IPv6應用于長時間小資料的語音通訊上會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表頭進行壓縮，以傳送差異化的資料替代整個表頭的傳送，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，詳細的流程以及技術細節(jié)主要仍須參考RFC以及第叁代合作伙伴計畫(3GPP)內的文件，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的詳細信令流程。當行動裝置連上LTE網路后，會進行P-CSCF(Proxy Call Session Control Function)找尋，待獲得P-CSCF的IP位址后就會發(fā)送REGISTER訊息進行註冊，P-CSCF會檢查行動裝置的REGISTER訊息找到對應的S-CSCF(Serving Call Session Control Function)將訊息轉送，此時S-CSCF會要求行動裝置進行認證，將認證須要使用的參數(shù)夾帶在Unauthorized訊息裡，透過P-CSCF 轉送此訊息以對行動裝置要求進行驗證，待行動裝置將認證參數(shù)和本身有的金鑰進行演算后，再將演算結果透過P-CSCF回傳至S-CSCF，S-CSCF收到訊息后進行驗證，若驗證成功則會發(fā)送OK的訊息至行動裝置以完成註冊程序。

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

圖2 VoLTE裝置語音通訊信令流程圖

行動裝置在附屬應用服務相關的設定會存在XCAP Server(eXtensible Markup Language Configuration Access Protocol Server)，相關的技術文件為3GPP 24.623。XCAP Server提供HTTP(HyperText Transfer Protocol)介面，讓行動裝置上的XCAP使用者介面可以依使用者需求更改附屬應用服務相關設定，而每個行動裝置都有其專屬的設定檔，裡面記載如來電忙碌時轉接的號碼、來電未接時轉接的號碼，以及去電時是否要顯示號碼等設定參數(shù)。例如，當使用者撥打VoLTE語音電話但對方沒有回應時，CSCF會去 XCAP Server查詢對方的XCAP設定檔，若發(fā)現(xiàn)裡面有設定來電未接的轉接號碼時，則會將此通電話轉到設定的號碼去。三大技術實現(xiàn)VoLTE測試

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

CSFB的塬理是當行動裝置須要進行語音通訊時，網路會讓裝置釋放掉LTE連線轉連(Fallback)到指定的第二代或第叁代通訊系統(tǒng)來進行語音通訊，好處是系統(tǒng)業(yè)者不用針對現(xiàn)有的網路硬體設備做任何的更改，缺點是若在不支援從LTE資料換手到第叁代通訊系統(tǒng)的網路上，塬本在LTE網路上進行的資料傳輸將會因為轉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網路中斷再對指定的第二代或第叁代通訊系統(tǒng)進行註冊，故使用者會感受到一小段的延遲;SVLTE則是因為行動通訊裝置同時連接LTE以及第二或第叁代通訊系統(tǒng)，須以語音通訊時則使用第二或第叁代通訊系統(tǒng)，須要傳輸資料時則使用LTE網路，故不會有資料傳輸中斷的問題發(fā)生，但由于SVLTE技術須同時連線到兩種通訊系統(tǒng)，故行動裝置所須消耗的電量會較使用CSFB技術的行動裝置還要多。

當LTE網路布建範圍比較普及且VoLTE服務已在LTE網路上運作時，系統(tǒng)業(yè)者可將使用者的語音通訊服務整合到VoLTE這個以IP多媒體子系統(tǒng) (IMS)為基礎的網路上，透過使用VoLTE技術，使用者可以基于LTE網路來進行語音通訊;不過由于LTE網路涵蓋範圍還尚未和第二代或第叁代通訊系統(tǒng)一樣全面，故可能會碰到在VoLTE通話中移動到LTE網路涵蓋的邊緣，此時單一無線語音唿叫連續(xù)性(Single Radio， Voice Call Continuity， SRVCC)技術可提供從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。

VoLTE須通過GCF/PTCRB測試

VoLTE的測試可以分為叁個種類--歐洲全球認證論壇(Global Certification Forum， GCF)與北美PCS型號認證委員會(PTCRB)的一致性測試、電信系統(tǒng)業(yè)者測試項目，以及IMS應用程式與通話品質測試;3GPP標準文件 TS34.229定義有關P-CSCF找尋、註冊及認證、緊急服務、附屬應用服務、編碼選擇、信令壓縮以及IP網路下的簡訊服務等測試章節(jié)，透過全球認證論壇以及PCS型號認證委員會來對具有VoLTE的行動通訊裝置作認證，此種依據3GPP標準進行的認證，業(yè)界通稱為一致性認證，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)者會自行定義一份可以滿足其網路條件以及系統(tǒng)特性的測試項目。在IMS應用程式與通話品質測試部分，會比較偏向于在不同的網路和無線環(huán)境上行透過行動通訊裝置使用不同VoLTE的服務，來驗證各個功能的正確性以及效能，比如對XCAP伺服器的連線以及對應的裝置文檔內容更新，或者在不同QoS參數(shù)下同時進行語音通話資料傳輸?shù)鹊?，除此之外，VoLTE的通話品質測試也是目前大家非常關注的一個測試重點。

目前，儀器商已可提供無線通訊系統(tǒng)測試平臺，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;透過和電信系統(tǒng)業(yè)者的合作，該測試平臺針對其網路環(huán)境及所需要的測試條件來滿足電信系統(tǒng)業(yè)者和行動通訊裝置的測試要求，另外該臺儀器亦支持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，進行VoLTE信令以及實際通話測試;此外，該信令測試儀由于同時支援第二代、第叁代以及LTE行動通訊系統(tǒng)