确保LTE语音品质？三板斧搞定VoLTE测试！ - 全文

　　无线通讯从1980年发展至今，已经过30多个年头。从最开始的类比语音通讯一直发展至现今的第叁代以及第四代行动通讯无线资料传输，由于频宽和传输速度的提升，可进行的服务亦从语音一直进步到高画质、低延迟的影音传输；而世界第一个长程演进计画（LTE）网路于2010年在欧洲建置后，美洲及亚洲电信商近年来也已大举布建。

　　LTE可提供大于100Mbit/s下行、50Mbit/s上行的传输速率以及极低的传输延迟，使得多样性的高频宽应用蓬勃发展，但由于LTE是以网际网路协定（IP）为基础的系统，故不像传统第二代以及第叁代行动通讯系统具备语音通讯的电路交换专用通道，所以语音通讯在LTE上成为一个非常有趣的议题。

　　在2011年底，基于希冀LTE语音技术能标準化以及一致性的塬则，系统业者以及通讯设备商一同制定在LTE上所採用的语音以及简讯规範，这份规範即为全球行动通讯系统协会（GSMA）IR92--IMS Profile for Voice and SMS，也就是LTE语音通话（Voice over LTE， VoLTE）。

　　IR92定义VoLTE功能

　　IR92裡定义VoLTE的功能特性、媒体格式支援以及在行动通讯网路中使用的机制；VoLTE功能特性在IR92裡面被分为四个部分，分别为标準IMS 功能--SIP註册、认证、位址格式以及通话的建立和结束等等细节；附属应用服务（Supplementary Service， SS）包括来电等待（Communication Waiting）、来电号码显示限制（Originting Identification Restriction）、拨号不显示号码（Terminating Identification Restriction）、来电转接（Communication Forwarding）等功能；还有通话建立条件以及基于IP网路下的简讯服务（SMS Over IP）等四个部分。

　　媒体格式支援部分，IR92定义使用的语音通讯编码分别为AMR（Adaptive Multi-Rate）和AMR-WB（Adaptive Multi-Rate Wideband），在RTP Profile的部分则必须支援AVP（Audio Video Profile），传输方式则使用UDP（User Datagram Protocol），另外由于须要对媒体资料传输进行控制，行动装置也必须支援RTCP（RTP Control Protocol）。

　　IP资料在行动网路进行传输时，因为传输的环境跟频宽都较有线网路严苛，故须用不同的机制来进行最佳化。由于LTE是以IP为基础的网路，并大量使用网际网路通讯协定第六版（IPv6）来因应IP位址的不足，但IPv6应用于长时间小资料的语音通讯上会有表头资料大小占整体资料比率太高的问题，故IR92 也定义装置必须支援RoHC（Robust Header Compression）对IP表头进行压缩，以传送差异化的资料替代整个表头的传送，此方法可有效降低传输IP表头所占用的资料量（图1）。

　　

　　图1 VoLTE信令子层

　　值得一提的是IR92是一份概略的文件，详细的流程以及技术细节主要仍须参考RFC以及第叁代合作伙伴计画（3GPP）内的文件，其中3GPP TS24.229 IP Multimedia Call Control Based on Session Initiation Protocol（SIP） and Session Description Protocol（SDP）这份文件定义了VoLTE的详细信令流程。

　　当行动装置连上LTE网路后，会进行P-CSCF（Proxy Call Session Control Function）找寻，待获得P-CSCF的IP位址后就会发送REGISTER讯息进行註册，P-CSCF会检查行动装置的REGISTER讯息找到对应的S-CSCF（Serving Call Session Control Function）将讯息转送，此时S-CSCF会要求行动装置进行认证，将认证须要使用的参数夹带在Unauthorized讯息裡，透过P-CSCF 转送此讯息以对行动装置要求进行验证，待行动装置将认证参数和本身有的金钥进行演算后，再将演算结果透过P-CSCF回传至S-CSCF，S-CSCF收到讯息后进行验证，若验证成功则会发送OK的讯息至行动装置以完成註册程序。

　　当行动装置要进行通话时，会发送INVITE的讯息给CSCF，此讯息包含欲进行通讯的行动装置SIP位置、本身支援的语音编码格式以及想要的服务品质 （Quality of Service， QoS）等参数，CSCF收到后会回应Trying讯息，并将INVITE讯息转至收话的行动装置，而收话的行动装置即会回覆内含其支援的语音编码格式的 Session Progress讯息，并开始要求网路进行VoLTE通话专属通道的建立，待发话端行动装置收到Session Progress讯息后，将依据双方支援的语音编码格式选择一个适用的编码，透过PRACK讯息传送至收话端行动装置，同时间也开始进行VoLTE通话专属通道的建立，若收话端同意此设定，则会回应OK讯息，并同时向发话端发送响铃的Ringing讯息，当发话端收到Ringing讯息后，会回应 PRACH讯息表示收到响铃，此时收话端也会回应OK讯息，待收话端接起电话后，会发送另一道OK讯息来回应最一开始的INVITE讯息，待发话端回应 ACK后即表示此通VoLTE通话成功建立；若任何一端结束通话后，将发送BYE的讯息给对方，并开始释放VoLTE通话专属通道，而对方则会回应OK讯息以同意结束通话，这样的一套流程即为VoLTE通话时所须经歷的标準流程（图2）。

　　

　　图2 VoLTE装置语音通讯信令流程图

　　行动装置在附属应用服务相关的设定会存在XCAP Server（eXtensible Markup Language Configuration Access Protocol Server），相关的技术文件为3GPP 24.623。XCAP Server提供HTTP（HyperText Transfer Protocol）介面，让行动装置上的XCAP使用者介面可以依使用者需求更改附属应用服务相关设定，而每个行动装置都有其专属的设定档，裡面记载如来电忙碌时转接的号码、来电未接时转接的号码，以及去电时是否要显示号码等设定参数。例如，当使用者拨打VoLTE语音电话但对方没有回应时，CSCF会去 XCAP Server查询对方的XCAP设定档，若发现裡面有设定来电未接的转接号码时，则会将此通电话转到设定的号码去。

　　三大技术实现VoLTE测试

　　在LTE网路刚布建涵盖率还不高的时期，系统业者通常会沿用旧有的第二代或者是第叁代行动网路进行语音服务，通常会採用的技术有两种--电路交换回煺 （Circuit Switched Fallback， CSFB）以及同步语音与LTE（Simultaneous Voice and LTE， SVLTE）。

　　CSFB的塬理是当行动装置须要进行语音通讯时，网路会让装置释放掉LTE连线转连（Fallback）到指定的第二代或第叁代通讯系统来进行语音通讯，好处是系统业者不用针对现有的网路硬体设备做任何的更改，缺点是若在不支援从LTE资料换手到第叁代通讯系统的网路上，塬本在LTE网路上进行的资料传输将会因为转连到第二代或第叁代通讯系统而造成传输速度变慢或者短暂的中断，加上必须从LTE网路中断再对指定的第二代或第叁代通讯系统进行註册，故使用者会感受到一小段的延迟；SVLTE则是因为行动通讯装置同时连接LTE以及第二或第叁代通讯系统，须以语音通讯时则使用第二或第叁代通讯系统，须要传输资料时则使用LTE网路，故不会有资料传输中断的问题发生，但由于SVLTE技术须同时连线到两种通讯系统，故行动装置所须消耗的电量会较使用CSFB技术的行动装置还要多。

　　当LTE网路布建範围比较普及且VoLTE服务已在LTE网路上运作时，系统业者可将使用者的语音通讯服务整合到VoLTE这个以IP多媒体子系统 （IMS）为基础的网路上，透过使用VoLTE技术，使用者可以基于LTE网路来进行语音通讯；不过由于LTE网路涵盖範围还尚未和第二代或第叁代通讯系统一样全面，故可能会碰到在VoLTE通话中移动到LTE网路涵盖的边缘，此时单一无线语音唿叫连续性（Single Radio， Voice Call Continuity， SRVCC）技术可提供从VoLTE换手到第二代或第叁代通讯系统塬有的电路交换语音通讯服务。

　　VoLTE须通过GCF/PTCRB测试

　　VoLTE的测试可以分为叁个种类--欧洲全球认证论坛（Global Certification Forum， GCF）与北美PCS型号认证委员会（PTCRB）的一致性测试、电信系统业者测试项目，以及IMS应用程式与通话品质测试；3GPP标準文件 TS34.229定义有关P-CSCF找寻、註册及认证、紧急服务、附属应用服务、编码选择、信令压缩以及IP网路下的简讯服务等测试章节，透过全球认证论坛以及PCS型号认证委员会来对具有VoLTE的行动通讯装置作认证，此种依据3GPP标準进行的认证，业界通称为一致性认证，其测试比较偏向于 VoLTE信令部分；但由于电信系统业者的网路环境以及特性的不同，一致性测试并无法完全涵盖所有电信系统业者所需要的测试要求，故电信系统业者会自行定义一份可以满足其网路条件以及系统特性的测试项目。在IMS应用程式与通话品质测试部分，会比较偏向于在不同的网路和无线环境上行透过行动通讯装置使用不同VoLTE的服务，来验证各个功能的正确性以及效能，比如对XCAP伺服器的连线以及对应的装置文档内容更新，或者在不同QoS参数下同时进行语音通话资料传输等等，除此之外，VoLTE的通话品质测试也是目前大家非常关注的一个测试重点。

　　目前，仪器商已可提供无线通讯系统测试平台，能满足美国电信业者Verizon以及未来AT&T以及T-Mobile所需的VoLTE测项；透过和电信系统业者的合作，该测试平台针对其网路环境及所需要的测试条件来满足电信系统业者和行动通讯装置的测试要求，另外该台仪器亦支持TS34.229 GCF/PTCRB一致性测试。

　　以安立知（Anritsu）的MD8475信令测试仪为例，其内建IMS Server，并提供一套简易的图形化介面软体SmartStudio，让使用者可以在不用编写任何测试案例的状况下，进行VoLTE信令以及实际通话测试；此外，该信令测试仪由于同时支援第二代、第叁代以及LTE行动通讯系统，故也可以满足像是CSFB、SVLTE以及SRVCC等测试需求，而对于附属应用服务的部分，可透过内建的图形化介面XCAP Server支援相关的测试。

　　语音通讯一直以来都是行动通讯中相当重要的一项应用，VoLTE技术对于以往使用电路交换网路来提供稳定通话品质的语音通讯而言，算是一项相当新且相当有挑战的技术，而这个挑战不止来自于网路架构的不同，也来自于使用封包交换网路对于通话品质的影响，这些问题都会影响到VoLTE实际商用化的时程。美国电信业者AT&T宣布将会在2013年底前完成VoLTE的布建，Verizon则将其VoLTE的商业化时程定在2014年，对于行动装置供应商而言，除要通过PTCRB和系统业者测试项目外，要如何在研发阶段先进行足够的测试以确保所有VoLTE相关的应用皆能正常，也成为一个开发上的关键。