2G/3G網絡IP化語音編解碼協商策略部署研究

馬洪源，于娟娟，卜忠貴

(1 中國移動通信集團設計院有限公司, 北京 100080；2 中國移動通信集團河南有限公司,鄭州 450008）

2G/3G網絡IP化語音編解碼協商策略部署研究

馬洪源1，于娟娟2，卜忠貴1

(1 中國移動通信集團設計院有限公司, 北京 100080；2 中國移動通信集團河南有限公司,鄭州 450008）

A接口IP化改造的規模部署，使2G/3G網絡電路域具備了IP化語音實現TrFO的條件。本文針對A接口IP化后實現TrFO中遇到的問題，分析了統一編解碼策略（GCP）部署的必要性。同時結合GCP測試中出現的問題，重點研究基于A接口IP化的GCP部署中面臨的一些問題，并給出了相應的解決方案。

A接口；IP；GCP；TrFO

1 背景

移動通信網絡IP化不僅是業務融合、網絡發展的必然需求，也是運營商解決生存、發展問題，實現業務轉型的必然選擇。實現2G/3G網絡中IP化語音端到端語音編解碼協商，將有效提升移動語音質量、節省話路網各節點設備的編解碼網絡資源。隨著核心網電路域網元間以及核心網與3G無線側Iu-CS接口全面完成IP化改造，A 接口作為2G網絡中核心網與無線網的重要接口，其IP化改造成為整個移動通信網網絡語音IP化進程中的重要內容。目前各運營商已經開始規模推進GSM網絡A接口IP化改造，采用A接口IP的BSC原則上不再配置TC設備，并啟用TrFO功能，支持端到端的編解碼協商。

近兩年測試和現網改造過程中，出現了因多廠家核心網設備Nb接口編解碼不一致而引起不同程度的呼叫雜音問題。A接口IP化后，核心網編解碼類型數量明顯增多，出現了編解碼協商成功概率低、A接口IP化效率不高等問題。本文對統一編解碼策略（GCP）實施中的一些問題進行深入研究和分析，旨在實現A接口IP化后端到端語音傳輸免編解碼解決方案，對2G/3G網絡中實現全IP化語音通信、提升語音質量和網絡資源配置效率具有重要意義。

2 IP化語音編解碼協商技術原理

2.1 A接口IP化技術

3GPP R7和R8分別對A接口信令面和用戶面IP化的構架進行了詳細的定義。A接口IP改造，信令面將通過IP承載網直接與MSC Server相連，不再通過SG轉接；用戶面也通過IP承載網與MGW疏通業務。

3GPP定義的AoIP包括兩種基本場景：

場景1：TC位于BSS，IP承載G.711；

場景2：TC位于Core/MGW，IP承載壓縮編碼。

為保證A接口IP改造平滑過渡，上述兩種場景均需支持。但考慮到BSS側設置TC資源對機房空間以及電源功耗需求較大，而且與G.711編碼方式相比，IP承載壓縮編碼具有更高的傳輸效率，現網在大規模部署AoIP時，新建及改造網元優選場景2的方案，即TC位于Core/MGW，BSC側無需再保留單獨的TC設備。

A接口IP化前，A接口采用PCM編碼，局間編解碼僅能優選UMTS AMR2 12.2 k，端到端需要經過4次編解碼轉換，對無線壓縮編解碼語音質量存在一定影響。A接口IP化后，A接口具備GSM編解碼傳送能力。理論上，IP化完成之后原本端到端呼叫需要進行的4次編解碼轉換只需要進行2次便可完成等效轉換，這大大減少了有損編碼對語音質量的影響。

2.2 TrFO技術與GCP

TrFO（Transcoder Free Operation）是一種帶外的協商機制，可通過MSC Server之間的信令進行協商，使得網絡可以在呼叫建立前就對Codec的類型和模式進行協商，經協商后，移動用戶之間的呼叫可以完全不經過編解碼器，從而提高語音質量。實驗測試顯示，針對同一種語音編解碼，TrFO與非TrFO相比可以提高語音MOS值0.2～0.4。

以某廠家設備實驗室測試為例，基于A接口IP化的TrFO可以有效地提升MGW語音處理能力，如圖1所示。

3GPP定義的TrFO主要分為以下幾類情況：

(1) 端到端TrFO（網內）： 手機到手機呼叫全程都沒有TC設備介入；

(2) 分段/邊界TrFO（網內/網間）： 手機到手機呼叫有一段沒有TC設備介入，或者手機到他網呼叫在網內傳輸通道上實現免TC；

(3) 網元TrFO：呼叫經過的MGW節點實現免TC。

目前端到端TrFO實現主要針對A接口IP化改造完成的端局之間，分段/邊界TrFO主要針對A接口IP化端局與A接口TDM端局/業務平臺/關口局/國際局，現網條件下，TrFO的應用場景匯總如表1所示。

表1 現階段A接口IP化后，GCP主要應用場景

A接口IP化之后具備無線壓縮編解碼語音傳送能力，如端到端協商采用相同或兼容編解碼，可以實現全程免TC，有助于提升語音質量，但目前實際網絡實現端到端TrFO仍面臨諸多問題：

(1) 端局未實現端到端編解碼協商，局間編解碼協商只攜帶UMTS AMR2 12.2 k和G，711兩個編解碼，核心網局間語音呼叫強選UMTS AMR2 12.2 k，未考慮主叫無線側、被叫無線側編解碼，A接口IP化后MGW仍然需要進行編解碼轉換。

圖1 不同呼叫場景下諾西端局語音處理能力對比圖

(2) 不同廠家端局打開端到端編解碼協商存在問題，部分廠家之間協商失敗導致呼叫無法建立；部分廠家之間協商后只能選擇G.711，無法選擇壓縮編碼。

(3) 局間協商攜帶編解碼不統一，被叫局選擇策略不唯一，主、被叫無線側、核心網側難以選擇相同/兼容編解碼。

(4) 部分廠家無線側指配流程未考慮與協商流程相配合，無線側和核心網側難以選擇相同/兼容編解碼。

(5) 部分廠家MGW之間傳送GSM編解碼存在兼容性問題。

(6) 非A接口IP化端局、業務平臺、關口局等軟交換局不支持GSM編解碼，與A接口IP化端局之間編解碼協商可能存在兼容性問題。

為實現TrFO，還需要引入端到端編解碼協商機制及統一的編解碼選擇策略，即GCP（General Codec Policy）。

GCP是中國移動企業內部為提升現網內部網絡質量而制定的企業標準，旨在規范各廠家編解碼選擇策略，實現免編解碼語音通信。GCP最終就是要實現統一的編解碼格式，統一的編解碼選擇策略，統一的編解碼協商策略。A接口IP化后引入GCP，理想情況下端到端呼叫無需經過TC編解碼轉換，GSM語音編碼直接透傳軟交換網絡，這不僅有效提升了語音質量，還節省了TC設備資源。

3 基于A接口IP化的GCP部署研究

目前A接口IP化改造作為中國移動現網改造的一種新技術已經開始大規模推廣應用，GCP也已完成實驗室測試并進入現網試點測試階段?；贏接口IP化的GCP已初步具備部署實施條件，在GCP部署中建議參考以下原則：

(1) 基于A接口IP化改造完成的軟交換端局；

(2) 先單廠家，后多廠家；

(3) 先局內，后局間；

(4) 先省內，后省間（CMN）；

(5) 先獨立局，后MSC Pool；

(6) 先端局，后關口局；

(7) 改造過程中優先保持現網端局的穩定性。

與A接口IP化改造對網元軟硬件均有要求不同，GCP實施主要側重于對網絡的軟件改造，它對網元配置及信令流程提出了新的要求。以GSM網絡為例，基于AoIP的GCP實施過程如圖2所示。

從圖中我們可以看到，在Nb接口上引入GSM的語音編解碼，使得原來編解碼協商機制變得復雜起來。通過測試發現，基于A接口IP化的GCP在實施過程中需要考慮以下幾個關鍵問題。

3.1 AMR編解碼的速率集需要全網統一

國際標準定義了多種AMR編解碼（FR_AMR， HR_ AMR， UMTS_AMR2，UMTS_AMR），每種AMR編解碼有16種速率集，且每種速率集在Nc接口協商時需一個codec信元標識，僅速率集相同的AMR 編解碼互相兼容。

圖2 GSM網絡TrFO實現流程

目前現網中，部分設備廠家只支持一部分速率集，而且速率集配置不統一。而局間帶外協商最多只能攜帶8種編解碼，無法攜帶全部編解碼，協商復雜，成功率低。因此考慮到BSC/MGW/終端支持情況，建議統一配置AMR速率集，降低協商難度，提升TrFO成功率。AMR編碼采用的速率集建議如表2。

表2 AMR速率集統一配置建議

其中由于UMTS_AMR2 set7速率與EFR相同，均為12.2 k，且不能進行速率調整，對無線環境適應能力不如set1，在現網BSC網元中暫不配置。無線側設備無法選擇AMR編解碼且同時支持set1或set7也導致了2G與3G網絡之間暫時無法實現TrFO。

3.2 編解碼協商列表（SCL）需要統一順序

在測試環境下，打開TrFO功能后，各廠家局間編解碼列表順序不一致，主要有以下兩種情況：

(1) 部分廠家將G.711位置提前，分隔DCL（Direct Codec List，TrFO兼容編解碼列表）和ICL（Indirect Codec List ，TrFO不兼容編解碼列表）；部分廠家未分隔DCL和ICL， 將G.711放在末尾。

G.711位置提前，當AoIP局與AoTDM局互通時，如收到的編解碼列表中G.711在AMR2 set7之前，局間按順序會選擇G.711。當主叫側采用G.711分隔DCL和ICL；被叫側優先從主叫DCL+被叫DCL交集中選擇語音質量最好編解碼建立TrFO，此時同廠家局間互通TrFO成功率不受影響。

(2) 部分廠商設備未完全按照編解碼語音質量排序。廠商設備未按照語音質量排序，與AoIP局互通可能選擇非最優編解碼。若端局認為G.711之前都是主叫DCL，從主叫DCL+被叫DCL交集中選擇語音質量最好的編解碼作為局間的編解碼，無法實現TrFO，此時作為終止局與其他廠家互通TrFO成功率將會受到影響。

針對上述情況，建議部署時不同廠家軟交換網元設備統一按照DCL，ICL，G.711順序，保證與AoTDM局間使用壓縮編解碼。DCL和ICL中編解碼分別按照語音質量排序，保證最優語音質量，優先級順序為AMR_WB(可選），FR-AMR (se1)，GSM-EFR，UMTS-AMR2（set7），HR-AMR (set1)，GSM-FR，GSM-HR。

3.3 現網“早指配”端局需修改為“晚指配”

指配流程是通信網絡為用戶分配信道資源的一個過程，涉及多個網元的不同參數。根據核心網發送的指配請求消息與振鈴消息先后順序不同，指配流程分為早指配和晚指配，如圖3所示。

圖3 早指配與晚指配信令流程對比圖

表3 A接口IP化及GCP對現網設備的影響

在早指配流程中，主叫側在編解碼協商流程之前指配編解碼，可能與被叫側選擇的編解碼不一致。并且由于2G沒有修改流程，這就容易降低TrFO的成功率。而晚指配流程中，主叫側在編解碼協商流程之后指配編解碼，可盡量與被叫側選擇的編解碼一致，保證TrFO。目前現網中部分廠商設備采用早指配流程，在部署GCP時需要將“早指配”改為“晚指配”。此外，呼叫建立流程和切換流程還需要增加“編解碼能力”等消息。

3.4 A接口IP化及GCP對現網設備的影響

A接口IP化以及GCP的實施同樣會對現網設備，尤其是業務處理單元性能產生一些影響。以某廠家為例，A接口IP化及GCP對現網設備的影響如表3。

從表3中我們可以看出在A接口IP化改造完成之后，尚未開啟GCP實現TrFO時，不同硬件版本的話務處理單元均會出現較大程度的性能下降；而在啟用TrFO之后話務處理單元處理能力又會出現一個更大幅度的提升。

4 小結

綜上所述，A接口IP化改造后，網絡具備TrFO的條件。但要真正實現TrFO，還要對網絡部署GCP功能。

引入GCP可以發揮A接口IP化優勢，在呼叫、切換、呼轉等過程中盡量實現免TC，并選擇語音質量較優的編解碼，進一步提升語音質量。實際網絡改造中需結合各廠家設備情況，差異化提供建設方案，不斷推動技術成熟，完善2G/3G網絡中的IP化語音編解碼協商策略。

[1] 中國移動通信有限公司，中國移動2G BSS IP化A接口技術規范[S]. 2010,12.

[2] 中國移動通信有限公司，GCP試點總體技術要求[S]. 2011,11.

[3] 王紅線，李泳，趙杰. TFO、TrFO技術應用研究[J]. 電信工程技術與標準化, 2011,(7).

Study of speech codec strategy over IP in 2G/3G network

MA Hong-yuan1, YU Juan-juan2, BU Zhong-gui1
(1 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China; 2 China Mobile Group Henan Co., Ltd., Zhengzhou 450008, China)

With the scale deployment of A interface transformed from TDM to IP, the transcoder free operation (TrFO) in circuit domain of 2G/3G network can make possible. By discussing problems in the TrFO, this paper analyzes the necessity of implementing GCP after AoIP. Combined with the GCP test in labs, this paper researches the diffculties of GCP during the implementation and proposes solutions against these problems.

A interface; IP; GCP; TrFO

TN929.5

A

1008-5599（2014）01-0069-05

2013-05-19