中國電信廣州研究院：HSUPA引爆移動VoIP

 　早在2004年12月，3GPP確定了AIPN(All IP Network)演進(jìn)路線，無線側(cè)引入HSPA(High Speed Packet Access)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，核心網(wǎng)側(cè)引入IMS(Inter Multimedia Service)，實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P的移動網(wǎng)絡(luò)。 

　　因此，WCDMA網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)VoIP技術(shù)具有重要意義。它順應(yīng)了核心網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)向全I(xiàn)P化的演進(jìn)趨勢，使WCDMA的無線接入網(wǎng)絡(luò)與朝著全I(xiàn)P化方向演進(jìn)的核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，符合3GPP在2004年制定的發(fā)展策略。 

　　HSPA讓VoIP成為可能 

　　VoIP的引入宣布CS域的逐步衰退，PS域的逐步強(qiáng)大，讓原來雙域的系統(tǒng)成為單一的PS域，運(yùn)營商維護(hù)成本降低，因此將使得運(yùn)營商在價格策略上更加靈活；同時VoIP也為運(yùn)營商提供了多業(yè)務(wù)融合，業(yè)務(wù)提供方式靈活和高可靠性等特點(diǎn)，為運(yùn)營商開展融合數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)帶來可能；此外VoIP的發(fā)展也對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、帶寬和安全性提出了更高的要求，核心網(wǎng)方面，從R6開始，IMS就可以較好的支持VoIP業(yè)務(wù)了，關(guān)鍵問題是在無線側(cè)。在無線側(cè)僅僅“實(shí)現(xiàn)”VoIP是沒有技術(shù)難度的，但要合理使用，保證用戶的QoS及網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率，則需要優(yōu)化，不斷完善，才能真正達(dá)到增加系統(tǒng)的語音容量，降低單個用戶的成本，取得比原有CS更好的質(zhì)量保證的目的。 

　　此外在只支持HSDPA但不支持HSUPA的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)VoIP是沒有意義的，因?yàn)檎Z音是對稱業(yè)務(wù)，單獨(dú)增加下行的容量不會增加系統(tǒng)的語音容量。在系統(tǒng)同時支持HSDPA和HSUPA后，再去討論VoIP才具有一定的基礎(chǔ)。 

　　眾所周知，HSDPA下行可達(dá)14.4Mbps的速率，據(jù)GSA調(diào)查，截至2006年8月2日，已有48個HSDPA商用網(wǎng)絡(luò)，到今年年底，預(yù)計(jì)會有80個。HSUPA的發(fā)展也在積極醞釀中，受視頻會議、視頻監(jiān)控等上行寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求增強(qiáng)的影響，運(yùn)營商也在積極探討HSUPA的技術(shù)方案及應(yīng)用。此外高通對外宣稱，今年上半年已推出首款支持HSUPA功能的芯片MSM7200，該芯片后向兼容UMTS/HSDPA/GSM/GPRS/EDGE，上下行峰值速率分別為2Mbps/3.6Mbps。 

　　但是否同時支持HSDPA/HSUPA的系統(tǒng)就一定能夠?qū)崿F(xiàn)VoIP呢？完全不是這樣，根據(jù)3GPPR5/R6的標(biāo)準(zhǔn)，WCDMA的上下行的增強(qiáng)是分別在前面的兩個標(biāo)準(zhǔn)中單獨(dú)考慮，也就是說考慮HSDPA時沒有考慮HSUPA，而考慮HSUPA時也沒有考慮HSDPA，因此它們雖然速率提高了，但是對于支持VoIP確還存在一定的差距。 

　　實(shí)現(xiàn)VoIP的關(guān)鍵技術(shù) 

　　HSDPA/HSUPA是針對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，對VoIP這樣用戶數(shù)多，數(shù)據(jù)率低的實(shí)時業(yè)務(wù)，需要在設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)，同時引入新的技術(shù)。 

　　ROHC 

　　采用VoIP方案，AMR語音需封裝RTP/UDP/IP包頭，采用IPv4方式，有40字節(jié)，采用IPv6方式，則有60字節(jié)，造成很大的VoIP開銷，而通過使用RoHC(Robust Header Compression-RFC3095)可以把RTP/UDP/IP包頭壓縮到1byte(IPv4)或3byte(IPv6)。 

　　RLCUM模式 

　　RLC層不采用傳統(tǒng)的AM(Acknowledged Mode)模式，這種模式的每次重傳都需要RLC層進(jìn)行確認(rèn)，即UE與RNC間的反饋，這樣造成較大時延。引入VoIP后，則需要采用UM(Unacknowledged Mode)的模式，即RLC層采用非確認(rèn)的方式。 

　　HSUPA，ROHC，RLC層針對HSDPA/HSUPA的實(shí)時業(yè)務(wù)進(jìn)行UMD包頭優(yōu)化，都是R6中的內(nèi)容，因此引入R6的版本，IP包頭的問題可解決。 

　　快速小區(qū)變更 

　　HSDPA采用硬切換，終端將接收到的下行無線信號上報RNC，RNC從而決定選用哪個小區(qū)。由RNC指示的切換大約有200ms左右的延時，這對于一般的besteffort業(yè)務(wù)來說沒有太大關(guān)系，但是對VoIP則會產(chǎn)生很大的影響，用戶感受差。因此，必須如CDMA20001xEV-DORevA(DSC信道實(shí)現(xiàn)小區(qū)間快速切換)一樣，解決由于切換而造成的延時，實(shí)現(xiàn)快速(100ms左右)的小區(qū)變更，從而保證VoIP的質(zhì)量。 

　　F-DPCH 

　　就HSDPA而言，除了傳輸數(shù)據(jù)的HS-PDSCH外，還有如HS-SCCH、A-DPCH這樣的信令信道。在網(wǎng)絡(luò)中HS-SCCH的SF=128，最大可配置4條，A-DPCH與用戶個數(shù)相關(guān)，每用戶一條，SF=256。從測試及仿真的過程中，這些信道占用了系統(tǒng)很大的功率比例。 

　　F-DPCH(Fractional-Dedicated Physical Control Channel)綜合考慮擴(kuò)頻因子SF、壓縮模式、發(fā)射分集以及波束賦形等技術(shù)的應(yīng)用。仿真數(shù)據(jù)表明，采用F-DPCH代替A-DPCH，可讓網(wǎng)絡(luò)增加15%的容量，提高信道碼的利用率。 

　　合理的PDU 

　　就R5標(biāo)準(zhǔn)而言，一共定義了254種TB(TransportBlock)，最小的是137bit，最大的是27952bit。TB與PDU有一一對應(yīng)關(guān)系，TB大，則PDU大，TB小，PDU則小?，F(xiàn)有的TB對于語音來說過長，用它承載，會造成系統(tǒng)容量降低(低于CS)。 

　　gatingpatterns 

　　對HSUPA，需要引入DPCCH的gatingpatterns，在沒有語音的時候，不發(fā)送上行的DPCCH，這樣上行的干擾大大減少。 

　　此外，采用針對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的HSDPA/HSUPA承載話音，需要進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容如：丟包計(jì)時器、RLC/MAC-hs幀長、MAC-hs調(diào)度器。 

　　移動VoIP的驅(qū)動力 

　　提高資源利用效率/降低成本 

　　根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn)及全球的WCDMA網(wǎng)絡(luò)的商用指標(biāo)，采用CS承載話音時，每扇區(qū)(Sector)容量為50.8愛爾蘭(Erlang)，但是根據(jù)3GPP的仿真結(jié)果，在采用F-DPCH，接收分集終端，優(yōu)化的調(diào)度算法的情況下，VoIP每扇區(qū)(Sector)的容量可達(dá)到70-80愛爾蘭(Erlang)，VoIP提供的用戶數(shù)是CS承載可提供的1.05-1.4倍。 

　　競爭的需要 

　　眾所周知，CDMA20001xEV-DORevA已經(jīng)能夠支持VoIP的功能，VerizonWireless和SprintNextel已經(jīng)宣布會將網(wǎng)絡(luò)升級到CDMA2000EV-DORevA，他們希望通過RevA將網(wǎng)絡(luò)的容量提高35～40%，并部署VoIP。雖然不可否認(rèn)的是運(yùn)營商的1x網(wǎng)絡(luò)在語音通話依舊十分優(yōu)秀，并且會在未來幾年內(nèi)保持不變，目前他們還不需要VoIP，但是卻希望網(wǎng)絡(luò)能擁有此項(xiàng)能力，以便有一天這項(xiàng)需求出現(xiàn)的時候，能立即滿足用戶的需要。日本的KDDI和韓國的SK電訊也有同樣的計(jì)劃。 

　　業(yè)務(wù)融合的需要 

　　BT(英國電信)從去年開始就提供了類似VoIP的業(yè)務(wù)，他將移動通信業(yè)務(wù)以MVNO(虛擬移動運(yùn)營商)的形式批發(fā)出去，并使得移動語音業(yè)務(wù)通過VoIP與Wi-Fi或者固定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合。 

　　“虛擬運(yùn)營商”進(jìn)軍電信業(yè)的跳板 

　　移動Internet解決方案供應(yīng)商iSkoot公司近期與知名VoIP供應(yīng)商Skype公司簽署了一項(xiàng)將共同營銷可使Java與高端智能手機(jī)直接通過Skype軟件進(jìn)行Internet呼叫的iSkoot解決方案的市場營銷合作協(xié)議。這項(xiàng)服務(wù)可使移動電話用戶如同PC機(jī)用戶一樣使用包括通訊錄、VoIP通話與即時信息服務(wù)等在內(nèi)多種Skype服務(wù)性能。 

　　全球的發(fā)展趨勢 

　　市場調(diào)研機(jī)構(gòu)ONWorld最近發(fā)布的一份研究報告稱，隨著VoIP在家庭和企業(yè)的普及，移動設(shè)備(例如支持Wi-Fi功能的便攜播放器iPod，WiFi/GSM雙模終端)的多樣化，再加上無所不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)，這一切將使移動VoIP用戶數(shù)大幅增加，預(yù)計(jì)到2011年將有1億消費(fèi)者使用移動VoIP服務(wù)。 

　　基于HSPA網(wǎng)絡(luò)的VoIP 

　　VoIP時代已經(jīng)來到，挑戰(zhàn)在于如何不斷向用戶推出新的服務(wù)新功能和新特色。將VoIP電話和各類數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)綁定(融合)將是很好的選擇，在這方面Cable公司已走在了前面，他們紛紛推出了捆綁語音、數(shù)據(jù)和視頻的方案。傳統(tǒng)電信運(yùn)營商也只有推出融合性的業(yè)務(wù)方可制敵。 

　　從WCDMA陣營來看，在支持HSDPA/HSUPA的網(wǎng)絡(luò)提供VoIP的業(yè)務(wù)，還存在很大的困難，相關(guān)新技術(shù)的引入及系統(tǒng)優(yōu)化工作在3GPPR7中制定，即與LTE(LongTermEvolution)齊肩并進(jìn)的E-HSPA(EvolvedHighSpeedPacketAc-cess)方案。該方案只采用共享信道，綜合考慮WCDMA的上下行鏈路，簡化信道結(jié)構(gòu)，在5Mhz的帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)下行40Mbps，上行10Mbps的峰值速率，達(dá)到在與LTE相同的頻譜效率。就VoIP的標(biāo)準(zhǔn)而言，3GPP目前只完成了50%左右的工作，標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)一步的制訂中，預(yù)計(jì)相應(yīng)的VoIP產(chǎn)品最早可能在2008年出現(xiàn)，而至少在2009年才會成熟。