中国电信广州研究院HSUPA引爆移动VoIP
时间：2006-09-04 08:35:26
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[导读]早在2004年12月，3GPP确定了AIPN(AllIPNetwork)演进路线，无线侧引入HSPA(HighSpeedPacketAccess)提高空口吞吐量，下行峰值速率14.4-100Mbps，上行峰值速率5.76-50Mbps，核心网侧引入IMS(InterMultimediaService)，实
早在2004年12月，3GPP确定了AIPN(AllIPNetwork)演进路线，无线侧引入HSPA(HighSpeedPacketAccess)提高空口吞吐量，下行峰值速率14.4-100Mbps，上行峰值速率5.76-50Mbps，核心网侧引入IMS(InterMultimediaService)，实现全IP的移动网络。
因此，WCDMA网络中实现VoIP技术具有重要意义。它顺应了核心网络和业务向全IP化的演进趋势，使WCDMA的无线接入网络与朝着全IP化方向演进的核心网实现无缝连接，符合3GPP在2004年制定的发展策略。
HSPA让VoIP成为可能
VoIP的引入宣布CS域的逐步衰退，PS域的逐步强大，让原来双域的系统成为单一的PS域，运营商维护成本降低，因此将使得运营商在价格策略上更加灵活；同时VoIP也为运营商提供了多业务融合，业务提供方式灵活和高可靠性等特点，为运营商开展融合数据增值业务带来可能
；此外VoIP的发展也对网络质量、带宽和安全性提出了更高的要求，核心网方面，从R6开始，IMS就可以较好的支持VoIP业务了，关键问题是在无线侧。在无线侧仅仅“实现”VoIP是没有技术难度的，但要合理使用，保证用户的QoS及网络资源的使用效率，则需要优化，不断完善，才能真正达到增加系统的语音容量，降低单个用户的成本，取得比原有CS更好的质量保证的目的。
此外在只支持HSDPA但不支持HSUPA的系统中，实现VoIP是没有意义的，因为语音是对称业务，单独增加下行的容量不会增加系统的语音容量。在系统同时支持HSDPA和HSUPA后，再去讨论VoIP才具有一定的基础。
众所周知，HSDPA下行可达14.4Mbps的速率，据GSA调查，截至2006年8月2日，已有48个HSDPA商用网络，到今年年底，预计会有80个。HSUPA的发展也在积极酝酿中，受视频会议、视频监控等上行宽带数据业务需求增强的影响，运营商也在积极探讨HSUPA的技术方案及应用。此外高通对外宣称，今年上半年已推出首款支持HSUPA功能的芯片MSM7200，该芯片后向兼容UMTS/HSDPA/GSM/GPRS/EDGE，上下行峰值速率分别为2Mbps/3.6Mbps。
但是否同时支持HSDPA/HSUPA的系统就一定能够实现VoIP呢？完全不是这样，根据3GPPR5/R6的标准，WCDMA的上下行的增强是分别在前面的两个标准中单独考虑，也就是说考虑HSDPA时没有考虑HSUPA，而考虑HSUPA时也没有考虑HSDPA，因此它们虽然速率提高了，但是对于支持VoIP确还存在一定的差距。
实现VoIP的关键技术
HSDPA/HSUPA是针对高速数据业务设计的，对VoIP这样用户数多，数据率低的实时业务，需要在设计上进行改进，同时引入新的技术。
ROHC
采用VoIP方案，AMR语音需封装RTP/UDP/IP包头，采用IPv4方式，有40字节，采用IPv6方式，则有60字节，造成很大的VoIP开销，而通过使用RoHC(RobustHeaderCompression-RFC3095)可以把RTP/UDP/IP包头压缩到1byte(IPv4)或3byte(IPv6)。
RLCUM模式
RLC层不采用传统的AM(AcknowledgedMode)模式，这种模式的每次重传都需要RLC层进行确认，即UE与RNC间的反馈，这样造成较大时延。引入VoIP后，则需要采用UM(UnacknowledgedMode)的模式，即RLC层采用非确认的方式。
HSUPA，ROHC，RLC层针对HSDPA/HSUPA的实时业务进行UMD包头优化，都是R6中的内容，因此引入R6的版本，IP包头的问题可解决。
快速小区变更
HSDPA采用硬切换，终端将接收到的下行无线信号上报RNC，RNC从而决定选用哪个小区。由RNC指示的切换大约有200ms左右的延时，这对于一般的besteffort业务来说没有太大关系，但是对VoIP则会产生很大的影响，用户感受差。因此，必须如CDMA20001xEV-DORevA(DSC信道实现小区间快速切换)一样，解决由于切换而造成的延时，实现快速(100ms左右)的小区变更，从而保证VoIP的质量。
F-DPCH
就HSDPA而言，除了传输数据的HS-PDSCH外，还有如HS-SCCH、A-DPCH这样的信令信道。在网络中HS-SCCH的SF=128，最大可配置4条，A-DPCH与用户个数相关，每用户一条，SF=256。从测试及仿真的过程中，这些信道占用了系统很大的功率比例。
F-DPCH(Fractional-DedicatedPhysicalControlChannel)综合考虑扩频因子SF、压缩模式、发射分集以及波束赋形等技术的应用。仿真数据表明，采用F-DPCH代替A-DPCH，可让网络增加15%的容量，提高信道码的利用率。
合理的PDU
就R5标准而言，一共定义了254种TB(TransportBlock)，最小的是137bit，最大的是27952bit。TB与PDU有一一对应关系，TB大，则PDU大，TB小，PDU则小。现有的TB对于语音来说过长，用它承载，会造成系统容量降低(低于CS)。
gatingpatterns
对HSUPA，需要引入DPCCH的gatingpatterns，在没有语音的时候，不发送上行的DPCCH，这样上行的干扰大大减少。
此外，采用针对高速数据业务设计的HSDPA/HSUPA承载话音，需要进一步优化的内容如：丢包计时器、RLC/MAC-hs帧长、MAC-hs调度器。
移动VoIP的驱动力
提高资源利用效率/降低成本
根据网络规划的经验及全球的WCDMA网络的商用指标，采用CS承载话音时，每扇区(Sector)容量为50.8爱尔兰(Erlang)，但是根据3GPP的仿真结果，在采用F-DPCH，接收分集终端，优化的调度算法的情况下，VoIP每扇区(Sector)的容量可达到70-80爱尔兰(Erlang)，VoIP提供的用户数是CS承载可提供的1.05-1.4倍。
竞争的需要
众所周知，CDMA20001xEV-DORevA已经能够支持VoIP的功能，VerizonWireless和SprintNextel已经宣布会将网络升级到CDMA2000EV-DORevA，他们希望通过RevA将网络的容量提高35～40%，并部署VoIP。虽然不可否认的是运营商的1x网络在语音通话依旧十分优秀，并且会在未来几年内保持不变，目前他们还不需要VoIP，但是却希望网络能拥有此项能力，以便有一天这项需求出现的时候，能立即满足用户的需要。日本的KDDI和韩国的SK电讯也有同样的计划。
业务融合的需要
BT(英国电信)从去年开始就提供了类似VoIP的业务，他将移动通信业务以MVNO(虚拟移动运营商)的形式批发出去，并使得移动语音业务通过VoIP与Wi-Fi或者固定网络进行融合。
“虚拟运营商”进军电信业的跳板
移动Internet解决方案供应商iSkoot公司近期与知名VoIP供应商Skype公司签署了一项将共同营销可使Java与高端智能手机直接通过Skype软件进行Internet呼叫的iSkoot解决方案的市场营销合作协议。这项服务可使移动电话用户如同PC机用户一样使用包括[!--empirenews.page--]通讯录、VoIP通话与即时信息服务等在内多种Skype服务性能。
全球的发展趋势
市场调研机构ONWorld最近发布的一份研究报告称，随着VoIP在家庭和企业的普及，移动设备(例如支持Wi-Fi功能的便携播放器iPod，WiFi/GSM双模终端)的多样化，再加上无所不在的宽带网络，这一切将使移动VoIP用户数大幅增加，预计到2011年将有1亿消费者使用移动VoIP服务。
基于HSPA网络的VoIP
VoIP时代已经来到，挑战在于如何不断向用户推出新的服务新功能和新特色。将VoIP电话和各类数据增值业务绑定(融合)将是很好的选择，在这方面Cable公司已走在了前面，他们纷纷推出了捆绑语音、数据和视频的方案。传统电信运营商也只有推出融合性的业务方可制敌。
从WCDMA阵营来看，在支持HSDPA/HSUPA的网络提供VoIP的业务，还存在很大的困难，相关新技术的引入及系统优化工作在3GPPR7中制定，即与LTE(LongTermEvolution)齐肩并进的E-HSPA(EvolvedHighSpeedPacketAc-cess)方案。该方案只采用共享信道，综合考虑WCDMA的上下行链路，简化信道结构，在5Mhz的带宽内实现下行40Mbps，上行10Mbps的峰值速率，达到在与LTE相同的频谱效率。就VoIP的标准而言，3GPP目前只完成了50%左右的工作，标准在进一步的制订中，预计相应的VoIP产品最早可能在2008年出现，而至少在2009年才会成熟。
因此，WCDMA网络中实现VoIP技术具有重要意义。它顺应了核心网络和业务向全IP化的演进趋势，使WCDMA的无线接入网络与朝着全IP化方向演进的核心网实现无缝连接，符合3GPP在2004年制定的发展策略。
HSPA让VoIP成为可能
VoIP的引入宣布CS域的逐步衰退，PS域的逐步强大，让原来双域的系统成为单一的PS域，运营商维护成本降低，因此将使得运营商在价格策略上更加灵活；同时VoIP也为运营商提供了多业务融合，业务提供方式灵活和高可靠性等特点，为运营商开展融合数据增值业务带来可能
；此外VoIP的发展也对网络质量、带宽和安全性提出了更高的要求，核心网方面，从R6开始，IMS就可以较好的支持VoIP业务了，关键问题是在无线侧。在无线侧仅仅“实现”VoIP是没有技术难度的，但要合理使用，保证用户的QoS及网络资源的使用效率，则需要优化，不断完善，才能真正达到增加系统的语音容量，降低单个用户的成本，取得比原有CS更好的质量保证的目的。
此外在只支持HSDPA但不支持HSUPA的系统中，实现VoIP是没有意义的，因为语音是对称业务，单独增加下行的容量不会增加系统的语音容量。在系统同时支持HSDPA和HSUPA后，再去讨论VoIP才具有一定的基础。
众所周知，HSDPA下行可达14.4Mbps的速率，据GSA调查，截至2006年8月2日，已有48个HSDPA商用网络，到今年年底，预计会有80个。HSUPA的发展也在积极酝酿中，受视频会议、视频监控等上行宽带数据业务需求增强的影响，运营商也在积极探讨HSUPA的技术方案及应用。此外高通对外宣称，今年上半年已推出首款支持HSUPA功能的芯片MSM7200，该芯片后向兼容UMTS/HSDPA/GSM/GPRS/EDGE，上下行峰值速率分别为2Mbps/3.6Mbps。
但是否同时支持HSDPA/HSUPA的系统就一定能够实现VoIP呢？完全不是这样，根据3GPPR5/R6的标准，WCDMA的上下行的增强是分别在前面的两个标准中单独考虑，也就是说考虑HSDPA时没有考虑HSUPA，而考虑HSUPA时也没有考虑HSDPA，因此它们虽然速率提高了，但是对于支持VoIP确还存在一定的差距。
实现VoIP的关键技术
HSDPA/HSUPA是针对高速数据业务设计的，对VoIP这样用户数多，数据率低的实时业务，需要在设计上进行改进，同时引入新的技术。
ROHC
采用VoIP方案，AMR语音需封装RTP/UDP/IP包头，采用IPv4方式，有40字节，采用IPv6方式，则有60字节，造成很大的VoIP开销，而通过使用RoHC(RobustHeaderCompression-RFC3095)可以把RTP/UDP/IP包头压缩到1byte(IPv4)或3byte(IPv6)。
RLCUM模式
RLC层不采用传统的AM(AcknowledgedMode)模式，这种模式的每次重传都需要RLC层进行确认，即UE与RNC间的反馈，这样造成较大时延。引入VoIP后，则需要采用UM(UnacknowledgedMode)的模式，即RLC层采用非确认的方式。
HSUPA，ROHC，RLC层针对HSDPA/HSUPA的实时业务进行UMD包头优化，都是R6中的内容，因此引入R6的版本，IP包头的问题可解决。
快速小区变更
HSDPA采用硬切换，终端将接收到的下行无线信号上报RNC，RNC从而决定选用哪个小区。由RNC指示的切换大约有200ms左右的延时，这对于一般的besteffort业务来说没有太大关系，但是对VoIP则会产生很大的影响，用户感受差。因此，必须如CDMA20001xEV-DORevA(DSC信道实现小区间快速切换)一样，解决由于切换而造成的延时，实现快速(100ms左右)的小区变更，从而保证VoIP的质量。
F-DPCH
就HSDPA而言，除了传输数据的HS-PDSCH外，还有如HS-SCCH、A-DPCH这样的信令信道。在网络中HS-SCCH的SF=128，最大可配置4条，A-DPCH与用户个数相关，每用户一条，SF=256。从测试及仿真的过程中，这些信道占用了系统很大的功率比例。
F-DPCH(Fractional-DedicatedPhysicalControlChannel)综合考虑扩频因子SF、压缩模式、发射分集以及波束赋形等技术的应用。仿真数据表明，采用F-DPCH代替A-DPCH，可让网络增加15%的容量，提高信道码的利用率。
合理的PDU
就R5标准而言，一共定义了254种TB(TransportBlock)，最小的是137bit，最大的是27952bit。TB与PDU有一一对应关系，TB大，则PDU大，TB小，PDU则小。现有的TB对于语音来说过长，用它承载，会造成系统容量降低(低于CS)。
gatingpatterns
对HSUPA，需要引入DPCCH的gatingpatterns，在没有语音的时候，不发送上行的DPCCH，这样上行的干扰大大减少。
此外，采用针对高速数据业务设计的HSDPA/HSUPA承载话音，需要进一步优化的内容如：丢包计时器、RLC/MAC-hs帧长、MAC-hs调度器。
移动VoIP的驱动力
提高资源利用效率/降低成本
根据网络规划的经验及全球的WCDMA网络的商用指标，采用CS承载话音时，每扇区(Sector)容量为50.8爱尔兰(Erlang)，但是根据3GPP的仿真结果，在采用F-DPCH，接收分集终端，优化的调度算法的情况下，VoIP每扇区(Sector)的容量可达到70-80爱尔兰(Erlang)，VoIP提供的用户数是CS承载可提供的1.05-1.4倍。
竞争的需要
众所周知，CDMA20001xEV-DORevA已经能够支持VoIP的功能，VerizonWireless和SprintNextel已经宣布会将网络升级到CDMA2000EV-DORevA，他们希望通过RevA将网络的容量提高35～40%，并部署VoIP。虽然不可否认的是运营商的1x网络在语音通话依旧十分优秀，并且会在未来几年内保持不变，目前他们还不需要VoIP，但是却希望网络能拥有此项能力，以便有一天这项需求出现的时候，能立即满足用户的需要。日本的KDDI和韩国的SK电讯也有同样的计划。
业务融合的需要
BT(英国电信)从去年开始就提供了类似VoIP的业务，他将移动通信业务以MVNO(虚拟移动运营商)的形式批发出去，并使得移动语音业务通过VoIP与Wi-Fi或者固定网络进行融合。
“虚拟运营商”进军电信业的跳板
移动Internet解决方案供应商iSkoot公司近期与知名VoIP供应商Skype公司签署了一项将共同营销可使Java与高端智能手机直接通过Skype软件进行Internet呼叫的iSkoot解决方案的市场营销合作协议。这项服务可使移动电话用户如同PC机用户一样使用包括[!--empirenews.page--]通讯录、VoIP通话与即时信息服务等在内多种Skype服务性能。
全球的发展趋势
市场调研机构ONWorld最近发布的一份研究报告称，随着VoIP在家庭和企业的普及，移动设备(例如支持Wi-Fi功能的便携播放器iPod，WiFi/GSM双模终端)的多样化，再加上无所不在的宽带网络，这一切将使移动VoIP用户数大幅增加，预计到2011年将有1亿消费者使用移动VoIP服务。
基于HSPA网络的VoIP
VoIP时代已经来到，挑战在于如何不断向用户推出新的服务新功能和新特色。将VoIP电话和各类数据增值业务绑定(融合)将是很好的选择，在这方面Cable公司已走在了前面，他们纷纷推出了捆绑语音、数据和视频的方案。传统电信运营商也只有推出融合性的业务方可制敌。
从WCDMA阵营来看，在支持HSDPA/HSUPA的网络提供VoIP的业务，还存在很大的困难，相关新技术的引入及系统优化工作在3GPPR7中制定，即与LTE(LongTermEvolution)齐肩并进的E-HSPA(EvolvedHighSpeedPacketAc-cess)方案。该方案只采用共享信道，综合考虑WCDMA的上下行链路，简化信道结构，在5Mhz的带宽内实现下行40Mbps，上行10Mbps的峰值速率，达到在与LTE相同的频谱效率。就VoIP的标准而言，3GPP目前只完成了50%左右的工作，标准在进一步的制订中，预计相应的VoIP产品最早可能在2008年出现，而至少在2009年才会成熟。
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