VoLTE. Как он работает?

VoLTE. Как он работает?

Семён сохраняет полезное_)

Данную тему мне подсказал вопрос на работе от коллег что такое VoLTE.

Давайте разберемся что такое VoLTE?

VoLTE

VoLTE — это технология передачи голосовых вызовов через сеть LTE (то есть полностью «пакетная» передача голоса), без необходимости переходить на 2G/3G радиосеть (если не требуется для совместимости).

В отличие от предыдущих поколений (2G/3G), где голос передавался в circuit-switched (CS) домене, VoLTE использует только packet-switched (PS) домен.

Для реализации VoLTE задействуется архитектура IMS (IP Multimedia Subsystem), которая обеспечивает управление сигнализацией, сессиями, контроль вызовов и пр.

Также важны механизмы качества обслуживания (QoS), маршрутизации медиа-потоков (RTP/UDP), кодеки, надёжность и управление ресурсами (PCC, policy & charging).

Поэтапно звонок с помощью VoLTE

VoLTE-вызов — это взаимодействие трёх больших подсистем:

  1. UE (User Equipment) — телефон/модем с IMS-клиентом (SIP-агент).
  2. LTE / EPC — транспортная подсеть, обеспечивающая IP-доступ и QoS.
  3. IMS Core — подсеть сигнализации, где управляется вызов (SIP-протокол).

1. Подключение к LTE и IP-регистрация

Цель: получить IP-доступ и зарегистрироваться в IMS.

  1. Телефон подключается к eNodeB → MME → SGW/PGW.
  2. EPC назначает IP-адрес и создаёт default bearer (QCI = 9, best-effort).
  3. UE получает DNS-настройки и находит адрес P-CSCF (через DHCP-Option 120 или DNS NAPTR/SRV).
  4. Создаётся IPSec-туннель между UE и P-CSCF (TS 33.203).
  5. IMS-клиент отправляет SIP REGISTER → IMS-Core (через P-CSCF, I-CSCF, S-CSCF).
  6. IMS аутентифицирует UE через IMS-AKA и регистрирует его как активного абонента.

[3GPP TS 24.229 §5.1] — IMS registration procedure.

2. Инициация вызова (SIP INVITE)

Цель: установить сессию и договориться о параметрах кодека/медиа.

  1. Пользователь нажимает «Позвонить».
  2. UE формирует SIP INVITE с телом SDP, где указывает:
  3. поддерживаемые кодеки (AMR-WB, EVS);
  4. IP/порт для RTP;
  5. параметры QoS (bandwidth, ptime и др.).
  6. INVITE идёт по цепочке:
UE → P-CSCF → I-CSCF → S-CSCF → TAS/HSS → вызываемый абонент
  1. IMS-ядро проверяет политику (через PCRF по Rx-интерфейсу)
  2. и при необходимости создаёт dedicated bearer (QCI = 1) через EPC.

[3GPP TS 23.203 §6.1] — PCC interaction during session establishment.

3. Ответ вызываемого абонента

  1. У второго UE выполняется та же регистрация.
  2. IMS доставляет INVITE → вызываемому устройству.
  3. Вызываемый UE отправляет:
  4. 180 Ringing (звонок идёт);
  5. 200 OK с SDP-ответом (выбранный кодек, IP/порт).
  6. Первый UE подтверждает ACK — вызов установлен логически.

[3GPP TS 24.229 §5.2] — SIP call establishment sequence.

4. Создание выделенного LTE-канала (bearer)

Цель: гарантировать низкую задержку и стабильность звука.

  1. P-CSCF уведомляет PCRF о требуемом QoS (Rx interface).
  2. PCRF посылает P-GW команду по Gx-интерфейсу → создать bearer с
  3. QCI = 1,
  4. GBR (Guaranteed Bit Rate) ~ 12.2 кбит/с,
  5. ARP (Allocation/Retention Priority) высокий.
  6. UE получает NAS-сообщение о создании нового bearer и связывает его с RTP-потоком.

[3GPP TS 23.401 §5.4.2] — EPS dedicated bearer activation.

5. Передача речи (RTP)

(3GPP TS 26.114)

  1. После подтверждения вызова обе стороны начинают обмен RTP-пакетами (UDP).
  2. Используется выбранный кодек — обычно AMR-WB, реже EVS.
  3. Применяются:
  4. RTCP — контроль качества (delay, jitter);
  5. ROHC — сжатие заголовков;
  6. SRTP (опционально) — шифрование аудио.
  7. Передача идёт в реальном времени по выделенному bearer.

[3GPP TS 26.114 §7] — RTP media transport.

6. Управление вызовом и завершение

  1. При завершении любой UE посылает SIP BYE.
  2. IMS подтверждает 200 OK, освобождает ресурсы.
  3. EPC деактивирует dedicated bearer.
  4. PCRF и PGW снимают политику QoS.
  5. IMS обновляет состояние регистрации.

Дополнительные сценарии

  • SR-VCC (Single Radio Voice Call Continuity) — переход VoLTE→3G/GSM, если LTE-покрытие теряется.
  • SMS over IMS (SMSoIP) — SMS через SIP MESSAGE (IR.92).
  • RCS/Video over LTE (ViLTE) — VoLTE + видео (IR.94).

 Ключевые протоколы VoLTE подробно

1. SIP (Session Initiation Protocol)

Основной сигнальный протокол VoLTE.(Установка, изменение и завершение вызовов). Содержит SDP (Session Description Protocol), который описывает параметры медиа-потока: кодек, IP, порт, транспорт и т. д. Определён в 3GPP TS 24.229 и базируется на IETF RFC 3261.

3GPP источник:

3GPP TS 24.229 — IP Multimedia Call Control Protocol (SIP)

2. RTP / RTCP (Real-time Transport Protocol)

Используется для передачи самих голосовых данных в реальном времени. RTP — для трафика речи. RTCP — для отчётов о качестве (задержка, потери и т. д.). Работает поверх UDP, в рамках IP-сессии, выделенной через LTE bearer с QCI=1. Определён в 3GPP TS 26.114 (с отсылками на IETF RFC 3550).

3GPP источник:

3GPP TS 26.114 — IMS Media handling and RTP usage

3. AMR-WB / EVS (кодеки речи). VoLTE использует AMR-WB (Adaptive Multi-Rate Wideband) как базовый кодек (обязательно). Новые реализации поддерживают EVS (Enhanced Voice Services) — улучшенный кодек с поддержкой узко- и сверхширокополосного звука. Кодеки описаны в 3GPP TS 26.101, 26.445, 26.451 и др.

3GPP источник:

3GPP TS 26.445 — EVS Codec Specification

4. RRC / NAS / EPS Bearer Management

Протоколы уровня LTE, которые обеспечивают установку QoS-канала (EPS bearer) для голоса. Для VoLTE создаётся dedicated bearer с QCI=1 (low latency, guaranteed bit rate). Управляется через MME, SGW, PGW (EPC).

3GPP источник:

3GPP TS 23.401 — Evolved Packet System Architecture

5. Policy / Charging (PCC)

Протоколы Diameter (Gx, Rx, Gy) между IMS, PCRF, и P-GW. Управляют выделением полосы, приоритетами, тарификацией вызовов. Пример: IMS сообщает PCRF о необходимости выделить bearer с QCI=1.

3GPP источник:

3GPP TS 29.212 — Policy and Charging Control over Gx interface

Какие кодеки используются?

В стандартах 3GPP точно определено, какие кодеки должны или могут использоваться для голосовой связи по LTE.

AMR-NB - Используется для совместимости с 2G/3G (GSM/UMTS). 3GPP TS 26.071. Обязателен для поддержки.

AMR-WB (Adaptive Multi-Rate Wideband). Основной кодек VoLTE; обеспечивает HD-Voice. 3GPP TS 26.171.

EVS (Enhanced Voice Services). Поддерживает широкий и супер-широкий диапазон, повышенную устойчивость.  .Рекомендуемый как наиболее современный.

Тестирование VoLTE

Цели тестирования это проверить, что:

  • Звонки устанавливаются через IMS по SIP (а не CSFB).
  • Качество речи соответствует стандарту (AMR-WB/EVS).
  • Работает QoS и bearer management.
  • Поддерживаются функции вроде SRVCC, SMS over IMS, emergency call.
  • Сеть корректно обрабатывает handover, роуминг, деградации.

Основные этапы тестирования

Этап 1. Подключение к LTE и IMS

  1. UE регистрируется в EPC (Attach).
  2. Затем выполняет IMS registration через SIP REGISTER.
  3. Проверяется IPsec и IMS AKA (TS 33.203).
  4. Проверяется успешный ответ 200 OK REGISTER.

3GPP TS 24.229, раздел 5.1 — SIP signaling in IMS.

Этап 2. Установление VoLTE-вызова

  1. UE-A посылает INVITE через P-CSCF → S-CSCF → UE-B.
  2. Проводится SDP negotiation (AMR-WB/EVS).
  3. Проверяется, что создаётся dedicated bearer с QCI=1, ARP high, GBR.
  4. Принимается ответ 200 OK INVITE, ACK.
  5. Поток RTP начинается.

3GPP TS 23.228, раздел 4.2 — IMS call control.

3GPP TS 26.114, раздел 7 — Codec negotiation.

Этап 3. Мониторинг параметров QoS

  • Проверяется:
  • QCI=1 bearer активен;
  • GBR соответствует выбранному битрейту кодека;
  • Jitter, delay, packet loss в норме.
  • На уровне EPC отслеживаются:
  • PCRF rules, bearer binding, flow control.

3GPP TS 23.203 — Policy and Charging Control (QoS).

Этап 4. Завершение и устойчивость

  • Проверка корректности SIP BYE/200 OK.
  • Проверка сброса bearer на PGW/MME.
  • Проверка, что QoS восстанавливается после деградации сети.




Report content on this page

Report Page

Please submit your DMCA takedown request to dmca@telegram.org