论文部分内容阅读
【摘要】 本文重点介绍了在LTE时代基于VoLTE技术的高清音视频彩铃的业务特点，基于VoLTE彩铃技术特性，演进路线，如何构建新一代彩铃系统等。最后通过和OTT推出移动社交的类似应用做了对比，分析出VoLTE的独特价值。
【关检词】 VoLTE彩铃 OTT
今天你想吃泰国菜了，用手机拨打餐厅电话订座，直接从手机屏幕中看到餐厅的环境和菜品，手机振铃期间播放一段餐厅介绍视频：“萨瓦迪卡！欢迎光临大象花园泰式海鲜料理！ 明星主厨坐镇，私配独家冬阴功汤，呈现浓郁汤本味……”，这种场景将在不就的将来来到你我身边，这就是运营商即将推出的VoLTE彩铃业务。在2016中国国际信息通信展览会（俗称北展）上，咪咕公司携手华为首次展示了VoLTE彩铃业务，得到参展观众的一致好评，获得运营商高层的高度重视，寄语要加快研究、加快商用。
一、彩铃发展历程
传统的彩铃技术是一种个性化的多彩回铃音业务，一般是依赖于交换机或智能网技术实现的。2002年韩国运营商SK率先引入彩铃业务，在2003年引入中国市场后迅猛发展，是运营商最有价值的增值业务，但伴随智能机在2010年后的普及、多种基于互联网的OTT业务蓬勃发展，运营商的传统彩铃业务逐渐萎缩。
电信彩铃业务是伴随着移动语音业务发展起来的，移动语音经历了从TDM到IP、从传统交换机到软交换的发展后，未来将走向移动宽带语音。在网络演进上，无线侧体现为从GSM/CDMA/UMTS等向LTE发展，核心网侧则体现为从电路交换（Circuit Switch， CS）向IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS）发展。过去几年，围绕LTE语音曾经出现过多种观点、技术和演进路线，最终选择了基于IMS的VoLTE。
二、什么是VoLTE彩铃
2G/3G时代的彩铃业务是通话前一段15秒声音，是通话前给主叫用户听的声音，展现形式的单一，缺乏富媒体呈现，被叫用户虽然付费却不能感受到彩铃业务，这些成为传统彩铃发展的瓶颈和困惑。在VoLTE时代，传统彩铃将演变成为VoLTE彩铃。VoLTE彩铃呈现为富媒体化形式的创新，用户听到的是高清音乐，用户可以看到文字、图片、HTML5、短视频等多种媒体呈现形式；此外彩铃体验方式也变革成为彩振合一，被叫用户设置的彩铃在通话前的振铃时间会被主被叫用户同时听到。
VoLTE彩铃网络建设需要结合现网的网络情况和终端情况统一考虑，从可行度上，首先完成高清音频方案，提升客户体验，然后根据网络能力和终端情况，逐步叠加多媒体功能。
三、VoLTE彩铃的价值
VoLTE的体验明显优于传统电路交换网络中的语音，主要表现在如下几个方面。
首先，高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量。贝尔1875年发明的电话采用的就是300-3400Hz的语音编码，到现在141年后语音编码没有变，VoLTE使用AMRWB编解码，相对于AMR-NB，新编解码特点是频率更广（从300～3400Hz到50～7000Hz）、采样率更大（从8 kHz到16 kHz）、比特率更高（从12.2Kbps到23.85Kbps）。VoLTE比CS呼叫缩短一半以上，在采用端到端全VoLTE的情况下，接入时延在2秒左右，而2G的接续时延可能是6秒，CSFB接续可能是8～10秒，VoLTE下接续时延要远远小于其他方案。采用宽带语音编解码使语音质量更加自然、产生层次感，可以媲美普通mp3音频效果。
彩铃业务是音质直接相关的增值业务，传统彩铃噪音大、音质差一直是用户反馈而难以有效解决的最大问题，用户诉求多，高清彩铃可以更直观的提升用户体验，促进运营商发展高品质和低时延的VoLTE彩铃。
其次，VoLTE还支持高清视频彩铃，相对于3G时代的视频业务分辨率： 176*144 （QCIF），VoLTE下的彩铃将支持的典型分辨率： 480*640 （VGA） ，最高支持720P/1080P。
第三、VoLTE彩铃将集成即时消息、文件传输、内容共享、位置服务等多种通信方式于一体的富媒体通信，把传统的话音系统构建成为丰富的、高质量的、多媒体的通话系统。
第四，VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短，测试表明VoLTE比CS呼叫缩短一半以上，将大大提升通话体验。
VoLTE彩铃的如上特点将大大提升彩铃的体验，丰富人们沟通生活的同时，也给运营商和周边厂家带来新契机。对运营商而言：
差异化竞争：以通话业务为入口和锚点，使用电信信令、弱终端依赖，实现多种业务的融合，可以拉开和OTT厂家差异化竞争；
业务标准化：依托标准电信协议、规范基础，解决多运营商之间的业务互通性，利用移动在行业的领导力，促进业务在整个电信领域的普及；
业务灵活：通过开放富媒体能力，形成业务形态多样性，为用户提供定制化和多样化的服务。
四、VoLTE彩铃系统的实现
整體而言业务升级改造工作量不大，成本也不高。
2G/3G网络下，主叫呼叫被叫，核心网根据被叫用户的签约信息，被叫是彩铃用户，核心网MSC寻呼被叫，并触发彩铃放音，彩铃平台通过URP部件向主叫播放彩铃音，被叫摘机后，核心网MSC通知URP中止放音； VoLTE场景下，彩铃需部署升级AS（Application Server）服务器，用于处理彩铃SIP呼叫信令，在HSS上配置iFC规则（对应2G/3G网络下HLR上的SS_code）。主叫呼叫被叫时，IMS核心网触发彩铃业务，彩铃AS通知URP部件向主叫终端播放彩铃音。其余业务流程与2/3G一样。
五、VoLTE彩铃技术和OTT消息类业务对比
这是一个无法回避的话题。从3G时代开始，OTT厂家就以排山倒海的势头迅速占领了流量高地，以微信、iMessage和Facetime为代表的产品，对运营商的传统业务进行了分流。其中受影响最大的就是消息类业务，传统电信增值业务下滑严重。
那么随着4G时代的到来，运营商建设了网络更宽、速度更快的网络，岂不是给OTT厂家做嫁衣？在3G时代，消息类业务已经不保，是不是4G时代连语音业务也要丢掉？答案是否定的，正式由于4G VoLTE的到来，给运营商带来了机会，使得运营商可以和传统OTT展开竞争。
大家知道，在3G时代，传统的消息和语音业务其实还是附着在2G网络上，这些业务相比2G时代基本没有变化，最终用户对这些业务的体验也没有变化，这对运营商是不利的。而3G的数据网络提高了带宽，降低了资费，却给OTT厂家带来了契机，他们推出的OTT产品，不用付出任何代价，就可以早期互联网上积累的人气来迅速推广应用，手机终端被OTT应用占领，原来1毛钱一条的短信，现在用微信只要几个字节的流量，甚至不花钱，自然越来越多的人投入到微信的怀抱，不再用短信。可以看出来，3G网络是给OTT互联网厂家建设的，运营商用传统的2G产品和3G的OTT产品进行竞争，自然处于下风。
那么在4G时代，真正演进到VoLTE之后，VoLTE使得业务也真正的进入了流量时代，VoLTE终于要和OTT进行一决高下了。
比技术，VoLTE更有保障。有人问：“VoLTE和OTT语音应用有什么区别？看起来，都是用流量打电话啊？”其实，两者基本原理相似，都是将声音进行编码压缩，然后将语音数据包通过网络来传输。但若你认为，Facetime是基于VoIP技术，VoLTE就是4G网络版本的VoIP，那就错了。
VoLTE即Voice over LTE，是通过LTE网络作为业务接入、IP多媒体子系统（IMS）网络实现业务控制的语音解决方案，可实现数据与语言业务在同一网络下的统一，可实现与现网2G/3G的语音互通和无缝切换。VoLTE用的网络是运营商的IMS专网，而传统的VOIP业务还是基于互联网。IMS专网是专门为语音通信设计的，其设计规格和指标都高于互联网，自然为VoLTE语音打下了良好的基础。而且，VoLTE有4大技术保障其语音业务提供高标准的QoS（服务质量）：
SPS半持续调度，减少控制信令开销，提高控制信道可调度用户数；
TTI bundling，可以提升上行覆盖性能；
RoHC包头压缩，减少数据包头开销，从而对 VoLTE业务信道覆盖和容量有显著增益；
DRX非连续接收，允许UE不再一直监视PDCCH信道，从而达到终端省电的目的。
OTT语音应用都是基于VoIP技术，包括微信、QQ、Facetime等都具有VoIP特性。所谓VoIP，即Voice over Internet Protocol，是将模拟声音信号（Voice）以数据封包（Data Packet）的形式在互联网上做实时传递。
由于 OTT没有QoS端到端保障，体验受网络波动影响很大，所以VoLTE体验无论质量和稳定性都要优于OTT同类应用。还有测试显示，VoLTE比OTT应用省电30%以上；而VoLTE视频和语音占用网络带宽只有OTT应用的将近50%。
比通话，VoLTE时延少质量高。与传统通信相比，VoLTE的语音更清晰。VoLTE采用50～7000Hz的AMRWB 23.85Kbps解编码。而传统语音通话一直采用300Hz至3400Hz的语音编码。由于音域更广，同样的语音通话，自然是VoLTE的语音清晰、效果更逼真。
此外，与传统通信相比，VoLTE的接通时间更短，呼叫时延是2G/3G通话的1/10。通常，2G/3G通话从客户开始拨打到返回彩铃音平均约需6～9秒，而基于VoLTE技术的4G高清通话平均等待时间仅需2秒左右，未来可以控制在1S以内。
那么，在VoLTE与OTT应用之间，两者的对比情况又如何呢？据中国移动对VoLTE和OTT进行网络实测：VoLTE的MOS值为3.6～3.8，时延为2.2～2.5s；OTT用于的MOS值为2.1～3.5，时延为2.5～7.5s。MOS值是衡量通信系统语音质量的重要指标，0分代表最差的质量，5分为最高分。其主要反映的是用户的感知度，一般和语音编码方案、信号强度、干扰情况、切换情况等有关。
此外，OTT语音还会与其他业务抢占公共带宽资源，体验受网络波动影响大。在网络带宽压力较大的时候，OTT语音易出现误码、丢包、时延大等一系列服务质量问题。而VoLTE拥有QoS保障，语音业务QCI=1，满足语音高优先级需求，掉话率为零。
即便是在4G信号较弱的地方，VoLTE也能实现与现网2G/3G的语音互通和无缝切换。通过eSRVCC，VoLTE的切换时延已降低至300ms以内，人耳基本无法感知。而OTT应用一旦从4G网络掉到2G网络，语音通话就会中断。
比安全，VoLTE业务网更可靠。VoIP建立在Internet基础之上，继承了IP网络易受攻击的先天不足。VoIP有不少弱点和安全隐患，比如，其服务器容易遭受病毒、网上黑客等的攻击。但其中，最为人所担忧的就是——VoIP与传统通信相比更容易被窃听。由于VoIP技术的常用协议本身是开放的，一些窃听方式能将在数据网络上的语音数据加以重放，就会造成用户通信信息的泄露，就连用户的IP电话的登录密码也会被窃取。所以，安全性问题一直制约VoIP的进一步发展
而VoLTE业务走的是中国移动具有高可靠性及安全性的内部网络。通过IMS域、EPS域及PCC架构的联合保障，语音业务端到端时延、误码率等服务质量也都获得严格保证，这些都是OTT语音业务无法做到的。
另一方面，VoLTE也是以真实手机号和实名制为前提的，信息安全更有保障。
六、结束语
4G时代给OTT厂家带来机会的同时，最重要的是给了运营商机遇，运营商可以把老的2G、3G网络改造掉，使得传统业务可以从老旧的CS域转换到PS域，給运营商能和OTT互联网进行竞争的机会，而且运营商有先天的技术优势，各项技术成熟度高，有各种电信标准组织和电信设备厂家的直接支持，相信会在4G时代结出硕果。彩铃作为语音的一部分，受益于VoLTE技术，必将大放异彩。
参 考 文 献
[1]王丽秋.VoLTE中彩铃平台改造研究[J].电信技术.（1）：44-47
【关检词】 VoLTE彩铃 OTT
今天你想吃泰国菜了，用手机拨打餐厅电话订座，直接从手机屏幕中看到餐厅的环境和菜品，手机振铃期间播放一段餐厅介绍视频：“萨瓦迪卡！欢迎光临大象花园泰式海鲜料理！ 明星主厨坐镇，私配独家冬阴功汤，呈现浓郁汤本味……”，这种场景将在不就的将来来到你我身边，这就是运营商即将推出的VoLTE彩铃业务。在2016中国国际信息通信展览会（俗称北展）上，咪咕公司携手华为首次展示了VoLTE彩铃业务，得到参展观众的一致好评，获得运营商高层的高度重视，寄语要加快研究、加快商用。
一、彩铃发展历程
传统的彩铃技术是一种个性化的多彩回铃音业务，一般是依赖于交换机或智能网技术实现的。2002年韩国运营商SK率先引入彩铃业务，在2003年引入中国市场后迅猛发展，是运营商最有价值的增值业务，但伴随智能机在2010年后的普及、多种基于互联网的OTT业务蓬勃发展，运营商的传统彩铃业务逐渐萎缩。
电信彩铃业务是伴随着移动语音业务发展起来的，移动语音经历了从TDM到IP、从传统交换机到软交换的发展后，未来将走向移动宽带语音。在网络演进上，无线侧体现为从GSM/CDMA/UMTS等向LTE发展，核心网侧则体现为从电路交换（Circuit Switch， CS）向IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS）发展。过去几年，围绕LTE语音曾经出现过多种观点、技术和演进路线，最终选择了基于IMS的VoLTE。
二、什么是VoLTE彩铃
2G/3G时代的彩铃业务是通话前一段15秒声音，是通话前给主叫用户听的声音，展现形式的单一，缺乏富媒体呈现，被叫用户虽然付费却不能感受到彩铃业务，这些成为传统彩铃发展的瓶颈和困惑。在VoLTE时代，传统彩铃将演变成为VoLTE彩铃。VoLTE彩铃呈现为富媒体化形式的创新，用户听到的是高清音乐，用户可以看到文字、图片、HTML5、短视频等多种媒体呈现形式；此外彩铃体验方式也变革成为彩振合一，被叫用户设置的彩铃在通话前的振铃时间会被主被叫用户同时听到。
VoLTE彩铃网络建设需要结合现网的网络情况和终端情况统一考虑，从可行度上，首先完成高清音频方案，提升客户体验，然后根据网络能力和终端情况，逐步叠加多媒体功能。
三、VoLTE彩铃的价值
VoLTE的体验明显优于传统电路交换网络中的语音，主要表现在如下几个方面。
首先，高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量。贝尔1875年发明的电话采用的就是300-3400Hz的语音编码，到现在141年后语音编码没有变，VoLTE使用AMRWB编解码，相对于AMR-NB，新编解码特点是频率更广（从300～3400Hz到50～7000Hz）、采样率更大（从8 kHz到16 kHz）、比特率更高（从12.2Kbps到23.85Kbps）。VoLTE比CS呼叫缩短一半以上，在采用端到端全VoLTE的情况下，接入时延在2秒左右，而2G的接续时延可能是6秒，CSFB接续可能是8～10秒，VoLTE下接续时延要远远小于其他方案。采用宽带语音编解码使语音质量更加自然、产生层次感，可以媲美普通mp3音频效果。
彩铃业务是音质直接相关的增值业务，传统彩铃噪音大、音质差一直是用户反馈而难以有效解决的最大问题，用户诉求多，高清彩铃可以更直观的提升用户体验，促进运营商发展高品质和低时延的VoLTE彩铃。
其次，VoLTE还支持高清视频彩铃，相对于3G时代的视频业务分辨率： 176*144 （QCIF），VoLTE下的彩铃将支持的典型分辨率： 480*640 （VGA） ，最高支持720P/1080P。
第三、VoLTE彩铃将集成即时消息、文件传输、内容共享、位置服务等多种通信方式于一体的富媒体通信，把传统的话音系统构建成为丰富的、高质量的、多媒体的通话系统。
第四，VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短，测试表明VoLTE比CS呼叫缩短一半以上，将大大提升通话体验。
VoLTE彩铃的如上特点将大大提升彩铃的体验，丰富人们沟通生活的同时，也给运营商和周边厂家带来新契机。对运营商而言：
差异化竞争：以通话业务为入口和锚点，使用电信信令、弱终端依赖，实现多种业务的融合，可以拉开和OTT厂家差异化竞争；
业务标准化：依托标准电信协议、规范基础，解决多运营商之间的业务互通性，利用移动在行业的领导力，促进业务在整个电信领域的普及；
业务灵活：通过开放富媒体能力，形成业务形态多样性，为用户提供定制化和多样化的服务。
四、VoLTE彩铃系统的实现
整體而言业务升级改造工作量不大，成本也不高。
2G/3G网络下，主叫呼叫被叫，核心网根据被叫用户的签约信息，被叫是彩铃用户，核心网MSC寻呼被叫，并触发彩铃放音，彩铃平台通过URP部件向主叫播放彩铃音，被叫摘机后，核心网MSC通知URP中止放音； VoLTE场景下，彩铃需部署升级AS（Application Server）服务器，用于处理彩铃SIP呼叫信令，在HSS上配置iFC规则（对应2G/3G网络下HLR上的SS_code）。主叫呼叫被叫时，IMS核心网触发彩铃业务，彩铃AS通知URP部件向主叫终端播放彩铃音。其余业务流程与2/3G一样。
五、VoLTE彩铃技术和OTT消息类业务对比
这是一个无法回避的话题。从3G时代开始，OTT厂家就以排山倒海的势头迅速占领了流量高地，以微信、iMessage和Facetime为代表的产品，对运营商的传统业务进行了分流。其中受影响最大的就是消息类业务，传统电信增值业务下滑严重。
那么随着4G时代的到来，运营商建设了网络更宽、速度更快的网络，岂不是给OTT厂家做嫁衣？在3G时代，消息类业务已经不保，是不是4G时代连语音业务也要丢掉？答案是否定的，正式由于4G VoLTE的到来，给运营商带来了机会，使得运营商可以和传统OTT展开竞争。
大家知道，在3G时代，传统的消息和语音业务其实还是附着在2G网络上，这些业务相比2G时代基本没有变化，最终用户对这些业务的体验也没有变化，这对运营商是不利的。而3G的数据网络提高了带宽，降低了资费，却给OTT厂家带来了契机，他们推出的OTT产品，不用付出任何代价，就可以早期互联网上积累的人气来迅速推广应用，手机终端被OTT应用占领，原来1毛钱一条的短信，现在用微信只要几个字节的流量，甚至不花钱，自然越来越多的人投入到微信的怀抱，不再用短信。可以看出来，3G网络是给OTT互联网厂家建设的，运营商用传统的2G产品和3G的OTT产品进行竞争，自然处于下风。
那么在4G时代，真正演进到VoLTE之后，VoLTE使得业务也真正的进入了流量时代，VoLTE终于要和OTT进行一决高下了。
比技术，VoLTE更有保障。有人问：“VoLTE和OTT语音应用有什么区别？看起来，都是用流量打电话啊？”其实，两者基本原理相似，都是将声音进行编码压缩，然后将语音数据包通过网络来传输。但若你认为，Facetime是基于VoIP技术，VoLTE就是4G网络版本的VoIP，那就错了。
VoLTE即Voice over LTE，是通过LTE网络作为业务接入、IP多媒体子系统（IMS）网络实现业务控制的语音解决方案，可实现数据与语言业务在同一网络下的统一，可实现与现网2G/3G的语音互通和无缝切换。VoLTE用的网络是运营商的IMS专网，而传统的VOIP业务还是基于互联网。IMS专网是专门为语音通信设计的，其设计规格和指标都高于互联网，自然为VoLTE语音打下了良好的基础。而且，VoLTE有4大技术保障其语音业务提供高标准的QoS（服务质量）：
SPS半持续调度，减少控制信令开销，提高控制信道可调度用户数；
TTI bundling，可以提升上行覆盖性能；
RoHC包头压缩，减少数据包头开销，从而对 VoLTE业务信道覆盖和容量有显著增益；
DRX非连续接收，允许UE不再一直监视PDCCH信道，从而达到终端省电的目的。
OTT语音应用都是基于VoIP技术，包括微信、QQ、Facetime等都具有VoIP特性。所谓VoIP，即Voice over Internet Protocol，是将模拟声音信号（Voice）以数据封包（Data Packet）的形式在互联网上做实时传递。
由于 OTT没有QoS端到端保障，体验受网络波动影响很大，所以VoLTE体验无论质量和稳定性都要优于OTT同类应用。还有测试显示，VoLTE比OTT应用省电30%以上；而VoLTE视频和语音占用网络带宽只有OTT应用的将近50%。
比通话，VoLTE时延少质量高。与传统通信相比，VoLTE的语音更清晰。VoLTE采用50～7000Hz的AMRWB 23.85Kbps解编码。而传统语音通话一直采用300Hz至3400Hz的语音编码。由于音域更广，同样的语音通话，自然是VoLTE的语音清晰、效果更逼真。
此外，与传统通信相比，VoLTE的接通时间更短，呼叫时延是2G/3G通话的1/10。通常，2G/3G通话从客户开始拨打到返回彩铃音平均约需6～9秒，而基于VoLTE技术的4G高清通话平均等待时间仅需2秒左右，未来可以控制在1S以内。
那么，在VoLTE与OTT应用之间，两者的对比情况又如何呢？据中国移动对VoLTE和OTT进行网络实测：VoLTE的MOS值为3.6～3.8，时延为2.2～2.5s；OTT用于的MOS值为2.1～3.5，时延为2.5～7.5s。MOS值是衡量通信系统语音质量的重要指标，0分代表最差的质量，5分为最高分。其主要反映的是用户的感知度，一般和语音编码方案、信号强度、干扰情况、切换情况等有关。
此外，OTT语音还会与其他业务抢占公共带宽资源，体验受网络波动影响大。在网络带宽压力较大的时候，OTT语音易出现误码、丢包、时延大等一系列服务质量问题。而VoLTE拥有QoS保障，语音业务QCI=1，满足语音高优先级需求，掉话率为零。
即便是在4G信号较弱的地方，VoLTE也能实现与现网2G/3G的语音互通和无缝切换。通过eSRVCC，VoLTE的切换时延已降低至300ms以内，人耳基本无法感知。而OTT应用一旦从4G网络掉到2G网络，语音通话就会中断。
比安全，VoLTE业务网更可靠。VoIP建立在Internet基础之上，继承了IP网络易受攻击的先天不足。VoIP有不少弱点和安全隐患，比如，其服务器容易遭受病毒、网上黑客等的攻击。但其中，最为人所担忧的就是——VoIP与传统通信相比更容易被窃听。由于VoIP技术的常用协议本身是开放的，一些窃听方式能将在数据网络上的语音数据加以重放，就会造成用户通信信息的泄露，就连用户的IP电话的登录密码也会被窃取。所以，安全性问题一直制约VoIP的进一步发展
而VoLTE业务走的是中国移动具有高可靠性及安全性的内部网络。通过IMS域、EPS域及PCC架构的联合保障，语音业务端到端时延、误码率等服务质量也都获得严格保证，这些都是OTT语音业务无法做到的。
另一方面，VoLTE也是以真实手机号和实名制为前提的，信息安全更有保障。
六、结束语
4G时代给OTT厂家带来机会的同时，最重要的是给了运营商机遇，运营商可以把老的2G、3G网络改造掉，使得传统业务可以从老旧的CS域转换到PS域，給运营商能和OTT互联网进行竞争的机会，而且运营商有先天的技术优势，各项技术成熟度高，有各种电信标准组织和电信设备厂家的直接支持，相信会在4G时代结出硕果。彩铃作为语音的一部分，受益于VoLTE技术，必将大放异彩。
参 考 文 献
[1]王丽秋.VoLTE中彩铃平台改造研究[J].电信技术.（1）：44-47