LTE-5G学习笔记14--VoLTE常用12大知识点
1 VOLTE概述和基本特征
VOLTE是什么？最直接简单的理解就是VOIP，因为LTE没有电路域，需要基于分组域提供IP语音业务，即VoLTE(Voice over LTE)。
网络结构：
CSCF（Call Session Control Function）：多媒体呼叫会话过程中的信令控制
MGCF（Media Gateway Control Function）：执行IMS与CS域的互通；不同域间协议转换
MGW（Media Gateway）：连接不同域的用户面；不同网络之间的编解码转换
特征1：VoLTE由IMS提供呼叫控制和业务逻辑。VoLTE的信令和媒体经EPC路由至IMS网络，由IMS提供会话控制和业务逻辑。
特征2：VoLTE由EPC提供高质量的分组域承载。在VoLTE中EPC作为IMS的接入网，通过全球统一的专用APN(‘IMS’ APN) 及独立承载为用户提供区别于普通数据业务的QoS保障。
特征3：连续覆盖前VoLTE可通过eSRVCC保障呼叫连续性。VoLTE终端在通话过程中漫游至无LTE覆盖的区域时，通过eSRVCC将当前呼叫切换至2G/3G电路域，此时2G/3G网络作为IMS的接入网。
2 VoLTE竞争力
3 终端开机的IMS注册过程
为什么要注册：
- 用户使用IMPU（IP Multimedia Public Identity）通信
- 建立用户当前的IP与其IMPU的对应关系
- 掌握用户当前的位置信息及业务能力
- 注册过程的鉴权与认证保证了网络的安全性
用户开机以后，首先完成EPC附着过程，建立QCI=9默认承载，附着完成以后，发起IMS注册过程和鉴权。在IMS注册流程中，先建立QCI=5的SIP信令承载。然后进行SIP的注册过程，当完成注册过程以后，就可以进行VoLTE呼叫了。SIP信令的注册过程如下图所示。
SIP注册过程：
1）用户首次试呼时，终端向代理服务器发送REGISTER注册请求
2）IMS认证/计费中心获知用户信息不在数据库中，向终端回401 Unauthorized质询信息，其中包含安全认证所需的令牌
3）终端将用户标识和密码根据安全认证令牌加密后，再次用REGISTER消息报告给IMS服务器
4）IMS服务器将REGISTER消息中的用户信息解密，认证合法后，将该用户信息登记到数据库中，并向终端返回 响应消息200 OK。
5）用户订阅注册事件包，
6）服务器应答订阅成功。
7）IMS服务器发送notify消息，由于订阅的用户已经注册，所以IMS服务器回应Notify消息中，状态为active，同事携带XML信息。
8）终端发送Notify 200表示接收成功。
4 VoLTE呼叫VoLTE的信令呼叫流程
对关键流程的解释如下表所示：
1）主叫发INVITE消息，触发主叫RRC建立过程，INVITE消息中包含被叫方的号码，主叫方支持的媒体类型和编码等。
2）主叫建立SRB2信令无线承载，QCI9默认承载和QCI5 SIP信令无线承载。例如在本例中，信令无线承载SRB-ID=2;QCI=9的默认承载的eps-BearerID=5,DRB-ID=3;QCI=5的SIP信令承载的eps-BearerID=6,DRB-ID=4
3）核心网侧收到主叫的INVITE消息以后，给主叫发送INVITE的应答消息，INVITE 100.表示正在处理中。
4）核心网向处于空闲态的被叫发INVITE消息，由于被叫处于空闲态，所以核心网侧触发寻呼消息，寻呼处于空闲态的被叫用户
5）被叫建立SRB2信令无线承载，QCI9默认承载和QCI5 SIP信令无线承载
6）核心网在QCI5 RB承载上，给被叫用户发送INVITE消息
7）被叫对INVITE消息的响应
8）被叫方通知主叫方，自己所支持的媒体类型和编码。
9）主叫建立QCI1的数据无线承载，用于承载语音数据，使用UM方式。例如本例中，eps-BearerID=7，DRB-ID=5。关键参数包括头压缩参数，TTI Bundling，SPS。DRX参数也会按照语音业务的要求进行重新配置。
10）被叫建立QCI1的数据无线承载。例如本例中QCI1承载的eps-BearerID=7，DRB-ID=5。
11）核心网通知主叫终端的SM层，建立qci=1的承载,例如：eps-BearerID=7
12）主叫收到被叫的INVITE 183消息
13）核心网通知被叫终端的SM层，建立qci=1的承载
14）主叫收到INVITE 183消息以后，发送确认消息PRACK，启动资源预留过程，
15）被叫收到主叫的PRACK以后，返回PRACK 200响应，启动资源预留过程，
16）主叫收到被叫的PRACK 200以后，发送UPDATE消息，标明资源预留成功。
17）被叫收到主叫的UPDATE消息后，得知主叫UE的资源预留成功。被叫发送UPDATE 200，标明被叫资源预留成功，
18）被叫发送INVITE 180，被叫振铃，主叫放回铃音
19）被叫摘机，被叫向主叫发送INVITE 200.
20）主叫给IMS服务器发ACK，证实已经收到IMS对于INVITE请求的最终响应。核心网IMS服务器发ACK消息给被叫，证实对于INVITE请求的最终响应。
21）主叫挂机，发BYE,请求结束本次会话。IMS服务器给被叫发送BYE,请求结束本次会话。
22）被叫挂机，回BYE 200消息，核心网IMS服务器给主叫发BYE 200，标明会话结束。
23）通过RRCConntctionReconfiguration消息和去激活EPS专用承载消息，主叫删除QCI=1的数据无线承载。
24）被叫删除QCI=1的数据无线承载。
5 Volte呼叫volte的AMR-WB 12.65K的确定
AMR=Adaptive Multi-Rate ，“自适应多速率编码”，主要用于移动设备的音频
AMR又称为AMR-NB，抽样频率为8KHz，语音带宽范围为300－3400Hz
AMR-NB 共有16种编码方式，0-7对应8种不同的编码方式，8-15用于噪音或者保留用
AMR-WB=Adaptive Multi-rate-Wideband，“自适应多速率宽带编码”，抽样频率为16KHz，语音带宽范围为50－7000Hz
AMR-WB是一种同时被国际标准化组织ITU-T和3GPP采用的宽带语音编码标准，也称为G722.2标准
1）AMR-WB的9种速率索引表
2）volte呼叫过程中，Invite消息中携带的媒体类型和编码格式
3）主被叫协商以后，在UPDATE消息中确定的媒体类型和编码格式
AMR-WB采样频率为16kHz，AMR的采用频率为8kHZ。AMR-WB总共支持8种模式，在上图中就是mode-set=2，表示AMR-WB只适应12.65kbps编码方式。
6 Volte呼叫volte的AMR-WB 23.85k的确定
1）Invite消息中的AMR-23.85k的编码方法
2）update 消息中协商以后的媒体类型和编码方式
下图中：媒体类型为AMR-WB，采样频率为16k，单通道。采用的模式为AMR-WB的mode 8。mode8对应的编码速率为23.85kbps。
7 Volte语音呼叫2G
上图是VoLTE呼叫2G信令流程。流程和VoLTE呼叫VoLTE是相同的。区别是如果VoLTE使用AMR-WB语音，在协商之后，会变为AMR12.2。
下图中，主要使用AMR-WB语音，被叫为GSM语音是的语音编码协商结果。语音采用采样频率为8k的AMR语音，mode-set=7，表示使用AMR 12.2 kbit/s (GSM-EFR)。
INVITE消息中，VoLTE终端支持的语音编码方案：
协商后的语音编码方案：
8 Volte视频呼叫2G
流程如下所示：
1）主叫发INVITE消息，触发主叫RRC建立过程，INVITE消息中包含被叫方的号码，主叫方支持的媒体类型和编码等。例如支持的音频和视频等。
2）核心网侧收到主叫的INVITE消息以后，给主叫发送INVITE的应答消息，INVITE 100.表示正在处理中。
3）核心网向处于空闲态的被叫发送寻呼消息。
4）核心网向被叫GSM手机发送setup消息，消息中包含语音承载能力和主叫号码
5）GSM被叫给核心网发送call confirmed消息，包含语音编码能力相关信息。
6）主叫LTE手机，建立qci=1的语音承载。由于被叫不支持视频，所以没有建立qci=2的承载。
7）核心网IMS服务器发送INVITE 183，表示会话正在处理中，其中包含了被叫支持的语音编码类型和媒体格式等信息。
8~11）进行媒体格式协商和资源预留。由于被叫为GSM手机，所以只支持12.2语音
12）被叫GSM建立业务承载
13）核心网发送INVITE 183，表示会话在处理中
14）被叫振铃
15）核心网发送INVITE 180，主叫放回铃音。
16）被叫摘机
17）核心网给主叫发送Invite 200，表示ok
18）主叫发ACK，表示呼叫建立成功，
19）被叫收到connect acknowledge，表示呼叫连接建立成功
20）主叫挂机，发BYE消息,删除建立的语音业务承载。
21）核心网给GSM被叫发送disconnect消息
22）gsm被叫收到后，发送RELEASE
23）核心网删除建立的语音业务承载，同时给主叫发BYE 200，表示成功
24）核心网收到被叫的RELEASE消息以后，发送release complete，表示释放成功
9 eSRVCC
SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）存在切换性能问题，无法达到语音中断时长小于300ms的部署要求，会严重影响VoLTE用户体验
1. SRVCC终端发起向另一IMS终端的语音呼叫
2. 呼叫成功，媒体连接建立，双方进行通话
3. 用户离开LTE覆盖，eNodeB触发SRVCC切换,MME通知SRVCC MSC准备切换，MSC完成预留资源
4. MME通知终端切换到2G/TD，切换过程中语音发生中断，中断时间T1约为200ms
5. SRVCC MSC发起远端媒体更新，通知远端IMS终端通过SRVCC MSC接收和发送语音
6. 远端IMS终端将媒体连接切换至SRVCC MSC
7. 从SRVCC终端切换到2G/TD到远端IMS终端切换媒体连接完成，这段时间语音将发生中断，中断时间T2约为800ms左右（如果远端终端处于漫游中，这段时间还会更长）
eSRVCC：在SRVCC基础上，通过在拜访地引入ATCF作为媒体锚定点，节省远端媒体更新时间，可将切换时延减低至300ms以内。（注：ATCF功能集成在SBC内实现）
一．终端不区分SRVCC和eSRVCC，均看做SRVCC，附着过程中终端上报SRVCC能力，并存储在HSS中；
二．是否支持eSRVCC是由拜访地和归属地的网络部署决定的，只有当拜访地和归属地均支持eSRVCC时，终端才能进行eSRVCC切换，否则执行SRVCC切换：
eSRVCC与SRVCC方案区别点在于前者 在 IMS 系 统 中 新 增 了 一 对 功 能 实 体 ：ATCF（Acess Transfer Control Functionality，接入 转 移 控制 功 能 ）和 ATGW（Access Transfer Gateway，接 入 转 移网关），分别作为 VoIP 呼叫 在控制平面和用户平面的锚定点。两者对比如下图所示：
10 头压缩RoHC
1）减少报头开销
●语音包头开销：RTP开销占12Byte，UDP头开销占8Byte，IP层的IP头开销占20Byte（IPv4）/40Byte （IPv6）。
●ROHC头压缩后IP+UDP+RTP 头开销4Byte左右。
●以12.2k语音为例，头压缩前60+32=92字节，压缩后4+32=36字节，压缩率为60%。
2）实现策略
●只对用户面的数据执行头压缩；
●可以分承载配置是否打开头压缩：
■默认头压缩仅针对QCI=1语音承载开启；
■对于视频通话业务中QCI=2的视频承载默认不开启；
确认头压缩打开，通过查看RRCConnectionReconfiguration消息确认。
11 TTI捆绑说明
TTI bundling就是把上行的连续TTI进行绑定，在多个连续的子帧上多次发送同一个TB（Transport Block）。
●提高数据解码成功的概率，提高上行3~4dB的SINR
●提升30%上行覆盖范围
TD-LTE的TTI Bundling仅适用于子帧配置0、1、6，中移动使用子帧配置2，所以TTI Bundling为关闭状态，同时TTI Bundling和SPS不能同时配置。
使用8天线可以有效提升上行性能，可以满足VoLTE的要求，因此基本不需要开启TTI bundling。主要应用于FDD 2天线。
参数位置：TD-LTE业务→TD-LTE小区→信道及过程配置→PUSCH信道
12 9种QCI值索引
VoLTE使用QCI=5、QCI=1、QCI=2这三种！
语音业务：QCI=5 +QCI=1
视频电话：QCI=5+QCI=1+QCI=2