01 VoLTE与IMS技术背景VoLTE技术概述随着4G LTE网络的规模化部署移动通信网络逐渐由传统的电路交换CS向全IP化的分组交换PS架构演进。与2G、3G网络不同LTE网络本身并未提供传统意义上的CS语音通道因此如何在LTE网络上实现高质量的语音通信成为LTE商用过程中需要解决的重要问题。VoLTEVoice over LTE即基于LTE网络的语音通信技术其核心思路是利用LTE提供的高速IP数据连接承载语音业务并通过IMSIP Multimedia SubsystemIP多媒体子系统完成用户注册、会话建立、业务控制等功能。与传统CS语音相比VoLTE将语音业务纳入全IP通信体系使语音、视频、短信等业务能够在统一的IP网络架构下实现。从技术架构来看VoLTE并不是单纯依靠LTE无线接入即可实现而是由LTE无线接入网、EPC核心网和IMS业务网络共同协作完成。其中LTE接入网负责终端与网络之间的无线连接EPC负责数据连接和业务承载而IMS则负责VoLTE业务的注册、会话控制及相关业务逻辑。终端完成LTE网络接入后还需要进一步完成IMS注册才能建立VoLTE语音会话。因此一次完整的VoLTE通信涉及从无线接入、核心网连接到IMS业务控制的多层网络协同。后续本文将进一步介绍IMS在VoLTE中的具体作用以及终端如何通过IMS完成一次完整的VoLTE语音通话。IMS技术概述IMSIP Multimedia SubsystemIP多媒体子系统是一套基于IP网络的多媒体业务控制架构最初由3GPP提出并持续演进。它并不直接替代LTE无线接入网或EPC核心网而是在IP连接的基础上为语音、视频、短信等多媒体业务提供统一的用户注册、身份鉴权、会话控制和业务管理能力。对于VoLTE而言LTE网络主要负责解决“终端如何接入网络并建立IP连接”的问题而IMS则进一步解决“终端如何通过IP网络建立和管理语音通信”的问题。因此IMS可以理解为连接LTE网络与VoLTE业务之间的核心业务控制层。典型IMS网络主要由呼叫会话控制功能、用户数据库以及应用服务器等组成各功能模块相互协作共同完成用户注册、身份鉴权、会话建立及业务控制。以下是各功能模块主要作用说明在实际的VoLTE业务中各功能模块并不是独立工作的。终端接入LTE网络并建立IP连接后通过P-CSCF进入IMS网络I-CSCF和S-CSCF负责完成用户注册及会话控制HSS提供用户签约和鉴权信息而应用服务器则根据具体业务需求提供相应的业务逻辑。各功能模块通过SIP等协议进行协同共同完成从IMS注册、呼叫建立到通话释放的完整业务流程。VoLTE语音通话基本实现流程在终端完成LTE网络接入后需要先通过IMS完成业务注册随后才能建立VoLTE语音会话。整个VoLTE通话过程涉及LTE接入、IMS注册、SIP会话控制以及RTP媒体传输等多个环节其基本流程如下整个VoLTE通话可以概括为“网络接入与IMS注册—呼叫建立—语音传输—通话释放”四个阶段。首先终端通过LTE无线接入网络完成Attach/Registration并通过EPC建立数据连接随后终端获取IMS相关网络配置通过SIP REGISTER向IMS发起注册完成身份鉴权后具备VoLTE业务能力。当主叫终端发起语音呼叫时IMS通过SIP信令完成主被叫之间的会话建立包括INVITE、180 Ringing、200 OK和ACK等关键消息。会话建立后双方通过RTP承载实际的语音媒体数据通话结束时通过SIP BYE完成会话释放。由此形成从LTE无线接入、EPC数据承载、IMS会话控制到RTP语音传输的完整VoLTE业务流程。02 基于德思特ALifecom基站模拟器构建VoLTE测试环境VoLTE测试系统架构在该测试架构中两部终端如手机分别接入德思特ALifecom基站模拟器由模拟器提供LTE无线接入及EPC核心网功能完成终端的小区搜索、网络接入、注册鉴权和IP连接建立。在此基础上终端进一步接入IMS网络通过SIP协议完成IMS注册及VoLTE会话控制并通过RTP实现实际语音媒体传输。从网络接入到业务验证的完整测试能力在测试过程中终端首先通过模拟无线网络完成小区搜索和网络接入随后在核心网中完成注册与鉴权并进一步建立IMS连接。在此基础上测试人员可以对NAS、SIP等关键协议进行观察和分析同时验证VoLTE、VoNR及SMS等实际业务是否能够正常建立和运行。主要测试内容如下所示通过将无线接入网、核心网与IMS业务功能集成于同一测试平台德思特ALifecom基站模拟器能够为终端提供完整、可控的端到端网络环境。测试不再局限于终端能否成功接入网络而是可以进一步延伸至IMS注册、SIP会话控制以及实际语音和短信业务的验证使研发和测试人员能够在实验室环境中完成从底层网络连接到上层通信业务的全流程测试。03 VoLTE语音通话实操演示实验环境搭建系统架构图VoLTE语音通话演示SMS短信收发演示如上图所示基于德思特ALifecom基站模拟器内置的SMS短信业务功能可实现基站模拟器下发短信至每一部手机以及两部手机之间的短信互相发送。04 总结VoLTE作为LTE网络中的重要语音业务其实现涉及无线接入、核心网以及IMS业务网络等多个网络层级需要终端完成从LTE网络接入、注册鉴权到IMS会话建立的完整流程。相比依赖运营商公网进行测试基于基站模拟器构建独立的测试环境可以为研发和测试人员提供更加可控、可重复的验证条件。德思特ALifecom基站模拟器通过集成无线接入网、核心网及IMS等网络功能为终端提供从网络接入、注册鉴权、信令交互到业务验证的完整测试闭环。在此基础上不仅可以开展VoLTE语音通话测试还能够进一步支持VoNR、SMS等IMS相关业务的验证并结合协议分析能力对关键网络信令进行观察和定位。通过构建完整的端到端网络仿真环境ALifecom基站模拟器能够帮助研发和测试人员更加直观地验证终端的网络连接与业务通信能力为VoLTE及其他IMS业务的研发测试提供灵活、可控的测试平台。