通信M班长：最近电信宣布商用VoLTE了，移动也早已商用。那么这个VoLTE到底是个什么东东，有什么优势，在这里与大家聊聊。
高清语音
在此之前，我们电话是如何实现的？就是建立链接，有两种方式：
CS与PS这里的CS与PS不是你想的那样，游戏与美图。而是Circuit Switched和Packet Switched，电路交换与分组交换。电路交换是指两个网络节点在通信之前通过网络建立专用通信信道（电路）。该电路保证了信道的全部带宽，并在通信会话期间保持连接。而分组交换将要发送的数据分成独立发送的数据包。数据包由标头和有效负载组成。网络硬件使用标头中的数据将数据包定向到其目的地，其中有效负载被应用软件提取和使用。分组交换是全世界计算机网络中数据通信的主要基础。
CS电路提前建立好，PS分组打包传递
简单的理解：假设张三和李四要进行通信，么一种方法是提前拉好一根电线，然后相互通信；还有一种方法是把张三发的数据进行分组打包，利用现有的电线，走一步算一步，最终也能找到李四。很显然，第一种是CS域的方法，可以保证成功率，但是浪费了一根电线。如果张三和李四不通信了，这根电线就会闲置；第二种是PS域方法，优点是资源利用率高，但是也存在通信失败，数据包丢失的风险。
Host1发送的数据包，被拆分成红蓝绿分组，从不同节点node达到Host2
CSFB我们从下图中可以看出，在2/3G时代，语音的通信链路与数据的通信链路走的是不同的道路，各有各的设备与传输，互不干扰。那么到4G时代，我们是不是要继续沿用这种模式呢？
23G时代语音与数据的两条路
4G时代没有采用这种模式。一是因为分组交换技术的发展，数据设备的不断升级，分组交换开始显现优势（加速了数据传输、简化了存储管理、减少了出错几率和重发数据量）。二是因为在3G时代，CS和PS共存的，其设备也共存。显然我们要维护两套系统，更多的维护人力，更复杂的网络，就是更多的钱。。。
所以，往4G时代发展的时候，各位通信学霸就把CS域给干掉了！
那么，怎么打电话？一种方法是CSFB
CSFB的过程
CSFB(CircuitSwitchedFallback，电路域回落)是基于电路域网络提供语音业务的通信技术。LTE网络覆盖下的手机（我们有时也会用UE，User Equipment代表终端设备）在处理语音业务时，终端先回退到CS(CircuitSwitchedDomain，电路域)网络，在CS网络处理语音业务，这样就达到了重用现有CS域的设备来为LTE网络中的用户提供传统语音业务的目的。
为了支持CSFB，需引入一个新的网络接口：SGs，该接口连接MME和2/3G网络的MSC
具体过程如下：UE先通过LTE网络在EPC进行联合附着，并且通过EPC(EvolvedPacketCore，演进分组核心网)的MME(MobilityManagementEntity，移动管理实体)通知交换侧的MSC(MobileSwitchingCenter，移动交换中心)，UE起呼时MME指引UE回落到GSM(GlobalSystemforMobileCommunication，全球移动通信系统)与MSC建立话音。
嘿嘿，各位通信前辈是不是很聪明，4G不是没有CS域呢吗？那么我就用23G现成的。但是这样也带来了问题：
- 本来好好的在4G高速公路上奔跑着，突然一个电话来了，我得回到龟速的2G上。上网与电话不能同时进行。
- 从4G回到2G有延迟，再从2G回到4G也有延迟。
所以，出现了VoLTE。
VoIP(Voice over IP网络)在介绍VoLTE之前，我们先看看VoIP。大家用过QQ、微信电话没有？这个就是承载在IP网络上的电话，VoIP。 到了4G时代，4G所有的资源都用来跑数据，也就是说LTE只支持PS（分组交换），这时候必须将电话语音也变成数据，大家“共享”网络带宽速率，于是就引入了VoLTE。VoLTE本质上是承载于LTE网络上的VoIP，但也有很多区别。
VoIP软件
VoIP是如何建立双方通话的呢？现实生活中，我们想找别人谈话，通常分为：对话建立— 对话 — 对话结束，三个步骤。我们以最经典的老王和小明的对话为例：
老王与小明对话
首先，两位同学的对话由老王发起，然后两人进入实质的对话内容，然后两人对话结束。如果要实现VoIP，那么我们肯定要制定一定的标准，大家都遵循这个标准，才能找到合适的人。如果老王和小明的对话，通过模拟/数字转换、编码、封装后打包成IP数据包后，再通过IP网络传送，这就叫VoIP。老王和小明的对话实际上会打包成两种类型的数据包： 信令包和媒体包。
VoIP网络
IP网络中建立对话比现实生活要复杂得多，要在IP网络建立对话，通话双方必须知道对方地址，怎样编码，如何封装数据包...等等，所以大家必须遵守一个统一的规则，这就引入了SIP协议。
IP网络
SIP，Session Initiation Protocol，会话发起协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方的多媒体会话，类似于HTTP的基于文本的协议。VoIP的信令包就是根据SIP协议封装的。
SIP消息分两种：请求消息（比如INVITE）和响应消息，响应包括一个最终响应及可能的多个临时响应。
SIP协议
其实为了实现VoIP，还需要很多的网络功能设备哦。我们可以大胆想一想，老王怎么找到小明啊？双方是不是都要到某个地方先登记下哈。老王与小明的位置也不断变化，要不要有记录位置的服务器呢？具体就不多说了，大家有空自行学习。
SIP功能实体
Voice over LTE给4G也建立一个语音网络，叫做IMS（IP Multimedia Subsystem），即IP多媒体子系统，它提供多媒体IP服务，包括VoIP。 VoLTE，相当于在使用LTE数据通道的基础上，给电话语音业务开辟了一条高优先级的VIP通道。从此，上网的时候，再也不用担心来电话时网络中断了！
看看上图的IMS，为了支持4G通话，网络看起来又被搞复杂了。没办法，因为VoLTE确实能够带来很多好处啊。
IMS子系统
同样，IMS子系统就像上面说SIP系统一样，均需要很多设备来管理用户的语音质量、接入、鉴权、位置登记，这个涉及内容较多，可以写一本书了，这里抛砖引玉。
这里要说下VoLTE与VoIP的区别。
IMS 给我们每个用户发起的数据连接都标记了一个优先等级，叫做QoS (quality-of-service) class identifier。如果你是视频电话，那么等级为1，无论网络是否拥挤，都能保证你99.99%的数据包在100ms内到达目的地；而普通的数据业务，等级就比较低了，等级为8或9。我们的网络根据等级对数据包序列排队，这样就防止了VoLTE 数据包卡在交通堵塞的道路上。
不同的服务等级
而VoIP，是眉毛胡子一把抓，关于VoIP，遵循分组交换“谁先到，谁先服务”的原则，语音包和数据包混在一起传输，不能保证语音包的优先级别，这就会引起丢包和时延问题，无法确保语音质量。由于语音包并没有受到更好的保护，它们和其它数据包一样，遵循着“尽力而为”的原则在网络里传输，所以VoIP无法保证通话质量的稳定性，这也是VoIP电话的语音质量时好时坏的原因。不过，随着这几年宽带的提速，VoIP的通话质量也在逐渐改善。
不同的QoS
VoLTE的优势：
1、语音清晰：VoLTE升级了编码，声音码率翻了一倍，可以获取的频率范围也大了。总之就是升级了，所以语音更清晰。
正常人类的发声频率范围：100Hz(男低音)~10000Hz(女高音)，正常人类的听声频率范围：20Hz ~ 20000Hz。以前，2G/3G时代，因为技术限制和带宽限制，双方通话时，语音的取声频率范围是300-3400Hz。 显然，有一大部分频率的声音被排除在外了。
到了4G LTE时代，数据带宽大大增加，VoLTE将以前的AMR编码变成了AMR-WB编码，声音码率从12.2kbps提升到23.85kbps（翻了一倍），语音的取声频率也扩大到50-7000Hz。
VoLTE增加出来的3400-7000Hz这个频率范围，刚好是唇齿音所在的区域，会影响语音中辅音的清晰度。VoLTE增加这个范围后，用户明显会感觉到VoLTE通话比2G/3G通话清晰很多！
而且，女性声音频率较高，女性声音的质量提升非常明显。
2、可视电话，而且视频更清晰：大家可以自己去体验下哦。有着QoS与4G高速网络的保证，视频电话更酷。
高清视频电话
3、接续时间（拨号后的等待时间）短：就是很快就能接通。正常情况下，VoLTE电话的接通时间，一般是0.5-2秒。普通电话的接通时间，在5-8秒。
总结VoLTE的原理如果要深入理解，需要一本书的容量来介绍。本文就是从历史、发展角度浅显的介绍了一下，旨在激发学习兴趣，让我们在通信技术学习的道路上不断前行。
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