基于3GPP R7 HSPA的VoIP技術

基于高速分組接入(HSPA)的VoIP技術是目前3G研究的熱點問題，文章詳細探討了在3GPPR7HSPA支持下的VoIP技術。研究結果表明，在同樣端到端質量前提下，基于3GPPHSPA的VoIP頻譜效率要高于基于電路交換的語音呼叫的頻譜效率。這個較高的VoIP頻譜效率主要是因為3GPP在R5/R6/R7規(guī)范中對高級移動接收機算法和VoIP優(yōu)化無線網(wǎng)絡算法進行了優(yōu)化。研究還表明即使高速下行分組接入(HSDPA)沒有軟切換，HSPA的移動性解決方案仍然可以滿足VoIP的需求。

　　0、引言

　　在蜂窩網(wǎng)絡中，通常電路交換是提供語音業(yè)務的唯一方式。隨著3G網(wǎng)絡的引入，從WCDMA的R99開始，便可通過蜂窩網(wǎng)絡提供通話質量可接受的VoIP業(yè)務，其頻譜效率要低于基于電路交換的VoIP。3GPP在R5和R6中分別引入了高速下行分組接入(HSDPA)和高速上行分組接入(HSUPA)，統(tǒng)稱為高速分組接入(HSPA)技術，起初其目的是為了承載對延時不敏感的高速數(shù)據(jù)業(yè)務。隨著技術的發(fā)展，3GPP在R6和R7中對技術進行了改進，減小了比特傳輸時延，從而可以在HSPA上實現(xiàn)VoIP業(yè)務。本文將詳細說明R6和R7的技術改善對VoIP性能的影響。

　　1、3GPPR4中IP包頭的壓縮

　　典型的語音分組30字節(jié)，具有RTP/UDP包頭的IPv6包頭為60字節(jié)。因此，在沒有包頭壓縮前提下，分組傳輸中的2/3都是包頭開銷。在HSPA中，壓縮IP包頭能顯著改善VoIP的業(yè)務效率。在R4中定義了魯棒包頭壓縮(ROHC)，ROHC可以將數(shù)據(jù)包頭壓縮到幾個字節(jié)。具有完全數(shù)據(jù)包頭與壓縮數(shù)據(jù)包頭條件下所需的數(shù)據(jù)速率不同的特點，壓縮數(shù)據(jù)包頭條件下所需的數(shù)據(jù)速率有所下降。

　　HSPA的包頭壓縮在終端UE和無線網(wǎng)絡控制器(RNC)的第二層分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)中進行，因此這種壓縮方式不僅能節(jié)省空中接口的容量，還能節(jié)省Iub接口上的傳輸容量。數(shù)據(jù)包頭的壓縮位置如圖1所示。

　　

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201706/353647.htm
　　 圖1 PDCP層IP包頭的壓縮

　　2、3GPPR5/R6/R7中的增強技術

　　1)3GPPR5中的增強技術

　　3GPPR5中與VoIP相關的增強技術有：a)HSDPA技術，提供高速下行的數(shù)據(jù)傳輸速率。b)幾個并行用戶的碼字復用技術，能同時支持多個低速連接。c)從用戶設備(UE)到NodeB的信道質量指示符(CQI)，CQI可以用于增強的NodeB分組調度。d)服務質量(QoS)差別參數(shù)。

　　2)3GPPR6中的增強技術

　　3GPPR6中與VoIP相關的增強技術有：a)HSUPA技術，提供高速上行的數(shù)據(jù)傳輸速率。b)非調度的HSUPA傳輸，實現(xiàn)保證的比特速率，減少信令的分配。c)高級HSDPA接收機：2天線Rake與1天線均衡器。d)用于HSDPA的部分專用物理控制信道(DPCH)，可以減小低速率下行L1的控制開銷。e)在上行高速專用物理控制信道(HS-DPCCH)中增加了前置碼和后置碼，可以改善HSDPA分組確認的可靠性。

　　3)3GPPR7中的增強技術

　　3GPPR7中與VoIP相關的增強技術有：a)HSUPA中的上行門(uplinkgating)，用于減小低速數(shù)據(jù)L1的控制開銷，上行門還可以節(jié)省UE終端的功耗。b)高級HSDPA接收機：2天線均衡器。c)上行分組捆綁技術，當一起發(fā)送兩個VoIP分組時，可以將其進行捆綁，從而減小控制開銷，提高VoIP分組的傳輸效率。d)HSDPA的不連續(xù)接收，能降低移動終端的功耗。

　　3、R7中的HSPA的移動性

　　HSDPA的切換過程如圖2所示。

　　

　　 圖2 高速下行共享信道(HS-DSCH)切換過程

　　對于下面的延時分析，我們假設信令無線承載(SRB)在下行映射到HS-DSCH信道上，在上行映射到增強上行鏈路專用信道(E-DCH)上，且TTI均為10ms。HS-DSCH是HSDPA的傳輸信道，E-DCH是HSUPA的傳輸信道。首先，當滿足測量觸發(fā)事件1d(最優(yōu)小區(qū)改變)時，UE在信令無線承載上發(fā)送測量報告。傳輸從t1開始，RNC在t2時刻接收到消息。服務RNC將為目標NodeB保留基站資源和Iub資源。該資源的預留通過使用預配置可以完成得非?？?。一旦資源在t3時刻準備好，RNC將向UE發(fā)送無線承載重配置消息，此時UE還是從源NodeB中接收數(shù)據(jù)。當UE對重配置消息進行解碼，并且在有效時刻t4到期前，UE接收數(shù)據(jù)將從源小區(qū)切換到目標小區(qū)。UE開始監(jiān)聽目標小區(qū)的高速共享控制信道(HS-SCCH)，HS-SCCH是HSDPA下行的共享控制信道。UE也會測量目標小區(qū)的信道質量，并發(fā)送目標小區(qū)的CQI報告。源小區(qū)該用戶的MAC-hs在小區(qū)切換后將重置，并將緩存的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)刪除。同時目標小區(qū)MAC-hs中的流控單元開始從服務RNC中請求PDU，這樣便可以通過HS-DSCH向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。在小區(qū)切換過程中，RNC可以同時向兩個Node B發(fā)送數(shù)據(jù)。當RNC從UE接收到重配置完成消息后，它便可以釋放源小區(qū)的資源。