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HSUPA引爆移動(dòng)VoIP

2006/08/30

　　早在2004年12月，3GPP確定了AIPN(All IP Network)演進(jìn)路線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)側引入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)側引入IMS(Inter Multimedia Service)，實(shí)現全IP的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。

　　因此，WCDMA網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現VoIP技術(shù)具有重要意義。它順應了核心網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)向全IP化的演進(jìn)趨勢，使WCDMA的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )與朝著(zhù)全IP化方向演進(jìn)的核心網(wǎng)實(shí)現無(wú)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域的逐步強大，讓原來(lái)雙域的系統成為單一的PS域，運營(yíng)商維護成本降低，因此將使得運營(yíng)商在價(jià)格策略上更加靈活；同時(shí)VoIP也為運營(yíng)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)，為運營(yíng)商開(kāi)展融合數據增值業(yè)務(wù)帶來(lái)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(kāi)始，IMS就可以較好的支持VoIP業(yè)務(wù)了，關(guān)鍵問(wèn)題是在無(wú)線(xiàn)側。在無(wú)線(xiàn)側僅僅“實(shí)現”VoIP是沒(méi)有技術(shù)難度的，但要合理使用，保證用戶(hù)的QoS及網(wǎng)絡(luò )資源的使用效率，則需要優(yōu)化，不斷完善，才能真正達到增加系統的語(yǔ)音容量，降低單個(gè)用戶(hù)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的系統中，實(shí)現VoIP是沒(méi)有意義的，因為語(yǔ)音是對稱(chēng)業(yè)務(wù)，單獨增加下行的容量不會(huì )增加系統的語(yǔ)音容量。在系統同時(shí)支持HSDPA和HSUPA后，再去討論VoIP才具有一定的基礎。

　　眾所周知，HSDPA下行可達14.4Mbps的速率，據GSA調查，截至2006年8月2日，已有48個(gè)HSDPA商用網(wǎng)絡(luò )，到今年年底，預計會(huì )有80個(gè)。HSUPA的發(fā)展也在積極醞釀中，受視頻會(huì )議、視頻監控等上行寬帶數據業(yè)務(wù)需求增強的影響，運營(yíng)商也在積極探討HSUPA的技術(shù)方案及應用。此外高通對外宣稱(chēng)，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(shí)支持HSDPA/HSUPA的系統就一定能夠實(shí)現VoIP呢？完全不是這樣，根據3GPPR5/R6的標準，WCDMA的上下行的增強是分別在前面的兩個(gè)標準中單獨考慮，也就是說(shuō)考慮HSDPA時(shí)沒(méi)有考慮HSUPA，而考慮HSUPA時(shí)也沒(méi)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VoIP的關(guān)鍵技術(shù)

　　HSDPA/HSUPA是針對高速數據業(yè)務(wù)設計的，對VoIP這樣用戶(hù)數多，數據率低的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，需要在設計上進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)引入新的技術(shù)。

　　ROHC

　　采用VoIP方案，AMR語(yǔ)音需封裝RTP/UDP/IP包頭，采用IPv4方式，有40字節，采用IPv6方式，則有60字節，造成很大的VoIP開(kāi)銷(xiāo)，而通過(guò)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，即UE與RNC間的反饋，這樣造成較大時(shí)延。引入VoIP后，則需要采用UM(Unacknowledged Mode)的模式，即RLC層采用非確認的方式。

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

　　快速小區變更

　　HSDPA采用硬切換，終端將接收到的下行無(wú)線(xiàn)信號上報RNC，RNC從而決定選用哪個(gè)小區。由RNC指示的切換大約有200ms左右的延時(shí)，這對于一般的besteffort業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大關(guān)系，但是對VoIP則會(huì )產(chǎn)生很大的影響，用戶(hù)感受差。因此，必須如CDMA20001xEV-DORevA(DSC信道實(shí)現小區間快速切換)一樣，解決由于切換而造成的延時(shí)，實(shí)現快速(100ms左右)的小區變更，從而保證VoIP的質(zhì)量。

　　F-DPCH

　　就HSDPA而言，除了傳輸數據的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(hù)個(gè)數相關(guān)，每用戶(hù)一條，SF=256。從測試及仿真的過(guò)程中，這些信道占用了系統很大的功率比例。

　　F-DPCH(Fractional-Dedicated Physical Control Channel)綜合考慮擴頻因子SF、壓縮模式、發(fā)射分集以及波束賦形等技術(shù)的應用。仿真數據表明，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標準而言，一共定義了254種TB(TransportBlock)，最小的是137bit，最大的是27952bit。TB與PDU有一一對應關(guān)系，TB大，則PDU大，TB小，PDU則小。現有的TB對于語(yǔ)音來(lái)說(shuō)過(guò)長(cháng)，用它承載，會(huì )造成系統容量降低(低于CS)。

　　gatingpatterns

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

　　此外，采用針對高速數據業(yè)務(wù)設計的HSDPA/HSUPA承載話(huà)音，需要進(jìn)一步優(yōu)化的內容如：丟包計時(shí)器、RLC/MAC-hs幀長(cháng)、MAC-hs調度器。

　　移動(dòng)VoIP的驅動(dòng)力

　　提高資源利用效率/降低成本

　　根據網(wǎng)絡(luò )規劃的經(jīng)驗及全球的WCDMA網(wǎng)絡(luò )的商用指標，采用CS承載話(huà)音時(shí)，每扇區(Sector)容量為50.8愛(ài)爾蘭(Erlang)，但是根據3GPP的仿真結果，在采用F-DPCH，接收分集終端，優(yōu)化的調度算法的情況下，VoIP每扇區(Sector)的容量可達到70-80愛(ài)爾蘭(Erlang)，VoIP提供的用戶(hù)數是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(huì )將網(wǎng)絡(luò )升級到CDMA2000EV-DORevA，他們希望通過(guò)RevA將網(wǎng)絡(luò )的容量提高35～40%，并部署VoIP。雖然不可否認的是運營(yíng)商的1x網(wǎng)絡(luò )在語(yǔ)音通話(huà)依舊十分優(yōu)秀，并且會(huì )在未來(lái)幾年內保持不變，目前他們還不需要VoIP，但是卻希望網(wǎng)絡(luò )能擁有此項能力，以便有一天這項需求出現的時(shí)候，能立即滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。日本的KDDI和韓國的SK電訊也有同樣的計劃。

　　業(yè)務(wù)融合的需要

　　BT(英國電信)從去年開(kāi)始就提供了類(lèi)似VoIP的業(yè)務(wù)，他將移動(dòng)通信業(yè)務(wù)以MVNO(虛擬移動(dòng)運營(yíng)商)的形式批發(fā)出去，并使得移動(dòng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過(guò)VoIP與Wi-Fi或者固定網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行融合。

　　“虛擬運營(yíng)商”進(jìn)軍電信業(yè)的跳板

　　移動(dòng)Internet解決方案供應商iSkoot公司近期與知名VoIP供應商Skype公司簽署了一項將共同營(yíng)銷(xiāo)可使Java與高端智能手機直接通過(guò)Skype軟件進(jìn)行Internet呼叫的iSkoot解決方案的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)合作協(xié)議。這項服務(wù)可使移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)如同PC機用戶(hù)一樣使用包括通訊錄、VoIP通話(huà)與即時(shí)信息服務(wù)等在內多種Skype服務(wù)性能。

　　全球的發(fā)展趨勢

　　市場(chǎng)調研機構ONWorld最近發(fā)布的一份研究報告稱(chēng)，隨著(zhù)VoIP在家庭和企業(yè)的普及，移動(dòng)設備(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(wú)所不在的寬帶網(wǎng)絡(luò )，這一切將使移動(dòng)VoIP用戶(hù)數大幅增加，預計到2011年將有1億消費者使用移動(dòng)VoIP服務(wù)。

　　基于HSPA網(wǎng)絡(luò )的VoIP

　　VoIP時(shí)代已經(jīng)來(lái)到，挑戰在于如何不斷向用戶(hù)推出新的服務(wù)新功能和新特色。將VoIP電話(huà)和各類(lèi)數據增值業(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(yǔ)音、數據和視頻的方案。傳統電信運營(yíng)商也只有推出融合性的業(yè)務(wù)方可制敵。

　　從WCDMA陣營(yíng)來(lái)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(jiǎn)化信道結構，在5Mhz的帶寬內實(shí)現下行40Mbps，上行10Mbps的峰值速率，達到在與LTE相同的頻譜效率。就VoIP的標準而言，3GPP目前只完成了50%左右的工作，標準在進(jìn)一步的制訂中，預計相應的VoIP產(chǎn)品最早可能在2008年出現，而至少在2009年才會(huì )成熟。

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