好的，这是深度解析3GPP TR 21.914系列文章的第十四篇。在前几篇文章中，我们已经深入探讨了Rel-14在关键任务通信、车联网和物联网三大领域的宏伟蓝图。现在，我们将回归移动通信最核心、最基础的领域——语音和多媒体通信，看看Rel-14如何在这里精雕细琢，追求极致的用户体验。

深度解析 3GPP TR 21.914：9.1 VoLTE related items (VoLTE的“强筋健骨”之路)

本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.914 V14.0.0 (2018-05) Release 14规范中，关于“9.1 VoLTE related items”的核心章节，旨在为读者深入剖析3GPP Rel-14是如何通过引入S8HR漫游架构、优化弱覆盖下的呼叫建立流程、以及增强RAN侧的音视频处理能力，为VoLTE（Voice over LTE）进行了一次全方位的“强筋健骨”，显著提升了其在全球漫游场景下的服务能力和在网络边缘的通话体验。

前言：当“高清语音”成为标配，新的挑战浮出水面

随着4G网络的普及，VoLTE以其高清、低时延的通话体验，逐渐取代了回落到2G/3G的CSFB，成为了运营商语音业务的“标配”。然而，当数以亿计的用户开始依赖VoLTE进行日常沟通时，新的挑战也接踵而至。

资深工程师李工的团队最近就接到了几个棘手的投诉：

• 有商务用户反映，在国外漫游时，虽然能上网，但VoLTE电话时常无法接通，也无法拨打当地的紧急电话。

• 有用户抱怨，在电梯、地下车库等信号不佳的地方，数据业务还能勉强使用，但VoLTE电话却总是建立失败，体验甚至不如以前的2G/3G。

“小王，”李工在会议上严肃地指出，“这些问题，暴露了VoLTE在走向‘无处不在’的过程中，面临的两大核心挑战：复杂的全球漫游和网络边缘的稳健性。”

“3GPP Rel-14在第9章中，就针对这些痛点，对VoLTE进行了一次深刻的‘强筋健骨’。它既要为VoLTE搭建一套更适合全球漫游的‘骨架’（S8HR架构），又要为它在网络边缘增强‘肌肉’（稳健呼叫建立），还要优化它的‘呼吸系统’（RAN侧编解码适配）。今天，我们就来深入VoLTE的‘健身房’，看看Rel-14是如何通过这些系统性的增强，让VoLTE真正成为一个全球通达、体验卓越的语音解决方案的。”

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1. 全球漫游的新选择：S8HR架构的引入 (Section 9.1.1)

“首先，我们来解决最复杂的漫游问题。”李工在白板上画出了用户漫游时的网络拓扑。

在Rel-14之前，VoLTE漫游主要采用**本地疏坡（Local Breakout, LBO）**架构。在这种模式下，当归属地为A运营商的用户漫游到B运营商的网络时，其IMS（IP多媒体子系统）相关的信令和媒体流，会通过B运营商的P-GW（分组数据网关）和IMS网络进行处理，然后再路由回A运营商的核心IMS网络。这种架构虽然能让用户使用漫游地的IMS资源，但也带来了复杂性高、网间结算困难、业务体验不一致等问题。

1.1 S8HR：一场回归“本源”的架构革命

为了简化漫游架构并保证业务体验的一致性，GSMA和3GPP在Rel-14中引入了一种全新的VoLTE漫游架构——S8 Home Routed (S8HR)。

This Work Item supports the new GSMA’s VoLTE architecture option called “S8 Home Routed (S8HR)“. S8HR is an architecture for IMS voice roaming where, even though the UE is roaming in a VPLMN, all the following entities are located in the HPLMN: PGW, PCRF, ATCF, ATGW, P-CSCF, S-CSCF and TAS.

“S8HR的核心思想，可以用四个字概括：‘流量回家’。”李工解释道。

• 架构核心：在S8HR模式下，漫游用户的IMS APN（接入点名称）会被解析到其归属地网络（HPLMN）的P-GW。这意味着，无论用户身在何处，他所有的IMS信令和媒体流量，都会通过S8接口（S-GW与P-GW之间的接口）“回家”，由归属地网络的IMS全套设备（P-CSCF, S-CSCF等）来提供服务。

• 比喻：LBO就像你在国外旅游时，去当地的餐馆吃饭，口味可能不习惯。而S8HR就像你随身带了一个能随时连接到“家乡厨房”的神奇设备，无论走到哪里，吃的都是地道的家乡菜。

1.2 S8HR带来的挑战与解决方案

“‘流量回家’虽然好，但也带来了新的问题。”李工指出了S8HR架构需要解决的三大挑战，这也是Rel-14在9.1.1节中花费大量篇幅定义的内容。

1. 紧急呼叫 (Emergency call)：当用户在漫游地拨打紧急电话（如119, 911）时，呼叫必须被接入到漫游地的紧急救援中心（PSAP），而不是路由回遥远的归属地。

   • Rel-14方案：规范定义了一套复杂的机制，要求漫游地的MME能够识别出这是一通紧急呼叫，并为其选择一个漫游地的P-GW（即使对于普通业务采用S8HR），从而确保紧急呼叫能够在本地落地。这需要归属地和漫游地网络进行复杂的信令交互来传递位置和路由信息。

2. 位置确定 (Location determination)：归属地的IMS网络，需要知道用户在漫游地的确切位置，以便进行计费（如漫游分区计费）和业务限制（如某些业务在特定国家不可用）。

   • Rel-14方案：增强了Diameter和GTP等核心网协议，允许漫游地的网络将用户的位置信息（如小区ID、地理坐标）通过S8接口，一路传递回归属地的PCRF（策略与计费规则功能）和IMS实体。

3. 本地号码翻译 (Local number translation)：当用户在漫游地拨打一个本地服务号码（如查号台、订餐电话）时，他习惯于只拨短号，而不加国家码。

   • Rel-14方案：由于呼叫在归属地IMS处理，归属地网络并不知道漫游地的本地短号规则。因此，规范引入了新的机制，要求UE或网络在呼叫建立过程中，附加上用户当前的漫游地信息，归属地的IMS AS（应用服务器）再根据这些信息，将短号“翻译”成完整的、可全球路由的E.164号码。

“S8HR的引入，是VoLTE全球化进程中的一个里程碑，”李工总结道，“它通过‘流量回家’的模式，极大地简化了运营商间的网络互通，保证了用户在全球漫蒙时能够获得与在家时一致的业务体验。而Rel-14的工作，就是为这套新架构，配齐了处理紧急呼叫、位置服务和本地号码等复杂问题的‘补丁’，使其真正具备了商用部署的能力。”

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2. 弱信号下的“生存法则”：稳健的呼叫建立 (Section 9.1.2)

“解决了漫游的‘广度’问题，我们再来解决网络边缘的‘深度’问题。”李工将话题切换到了用户投诉的第二个痛点。

VoLTE may require better LTE RSRP compared to data service… When radio network is configured in such a manner, eNB may trigger SRVCC handover as soon as EPS bearer with QCI-1 is setup… As a result, call drop rate is increased due to call setup failure.

2.1 痛点：VoLTE的“玻璃心”

规范一针见血地指出了问题所在：VoLTE业务（承载于QCI=1的专用承载）对无线信号质量的要求，通常比普通上网业务（如QCI=9）要高。这就导致了一个尴尬的局面：在信号临界区域，用户的手机可能显示有4G信号，上网也没问题，但一旦发起VoLTE呼叫，网络会立即认为无线质量不足以支持高质量通话，从而触发SRVCC（单一无线语音呼叫连续性）切换流程，试图将呼叫转到2G/3G网络。然而，在呼叫尚未完全建立的情况下触发SRVCC，很容易导致流程失败，最终用户感知到的就是“呼叫建立失败”。VoLTE因此显得像有一颗“玻璃心”，一到信号不好的地方就“碎”了。

2.2 Rel-14的“回退”智慧：RobVoLTE

为了治愈VoLTE的“玻璃心”，Rel-14引入了**稳健的VoLTE呼叫建立（Robust Call Setup for VoLTE, RobVoLTE）**机制。其核心思想，就是为VoLTE呼叫的建立过程，增加一个智能的“Plan B”。

规范中的Figure 9.1.2-2（主叫流程）和Figure 9.1.2-3（被叫流程）清晰地展示了这套“Plan B”机制。

• 主叫流程 (Mobile Originating)：

  1. UE尝试发起VoLTE呼叫，请求建立QCI=1的专用承载。

  2. E-UTRAN（LTE无线网络）因为无线信号质量差，拒绝了该承载建立请求。

  3. 核心网（P-CSCF）在收到承载建立失败的信令后，不再是直接宣告呼叫失败，而是向UE回送一个特殊的原因值，指示UE“此路不通，请走Plan B”。

  4. UE收到该指示后，会自动放弃VoLTE，转而发起一次CSFB（电路域回退），将呼叫在2G/3G的CS网络上建立。

• 被叫流程 (Mobile Terminating)：

  1. 网络向UE发起VoLTE呼叫，尝试为其建立QCI=1的承载。

  2. 同样，E-UTRAN因信号差而拒绝。

  3. 核心网的SCC AS（业务连续性应用服务器）在得知承载建立失败后，会智能地重新发起一次呼叫尝试，但这次是直接将呼叫路由到CS域，通过传统的方式寻呼用户。

“RobVoLTE的智慧，就在于这个‘回退’机制。”李工总结道，“它在IMS域建立了一个‘二次决策’点。当VoLTE这条路走不通时，系统不再是粗暴地结束，而是优雅地转身，引导呼叫走向传统的、覆盖更深更广的CS网络。这极大地提升了用户在网络边缘区域的通话接通率，让VoLTE变得更加‘坚韧’。”

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3. RAN侧的“精益求精”：音视频体验增强

“除了核心网的架构和流程优化，Rel-14还在RAN侧，也就是离用户最近的无线接入网，进行了一系列精细化的增强，旨在进一步提升VoLTE/ViLTE（视频通话）的质量和效率。”

3.1 RAN辅助的编解码适配 (RAN-assisted codec adaptation)

RAN-assisted codec adaptation provides a means for the eNB to send codec adaptation indication with recommended bitrate to assist the UE to select or adapt to a codec rate for MMTEL voice or MMTEL video.

• 机制：eNB（基站）作为最了解当前空口无线信道质量的实体，可以通过MAC CE（控制单元）消息，主动向UE建议一个合适的语音/视频编码比特率。

• 价值：

  • 信号好时，提升质量：eNB可以建议使用更高的码率，让用户享受到更清晰的音视频体验。

  • 信号差时，保障流畅：eNB可以建议降低码率，牺牲部分清晰度，以换取更强的抗误码能力，避免通话出现卡顿和马赛克。

  • 端到端协同：UE在收到eNB的建议后，还可以通过应用层消息（如RTCP）与对端用户协商，最终共同决定一个双方都能接受的编码速率。

“这种由RAN‘吹哨’，终端和应用层‘执行’的协同机制，使得音视频通话的质量能够像汽车的自动变速箱一样，根据‘路况’（无线信道）的变化，动态、平滑地调整‘档位’（编码速率），始终保持在最优的运行状态。”

3.2 针对VoLTE的空口增强

Rel-14还引入了上行异步HARQ、增强的TTI Bundling等物理层技术，这些技术主要是为了在半双工FDD和TDD等上下行时隙不对称的场景下，为VoLTE这种对时延和上下行双向传输都有严格要求的业务，提供更灵活、更高效的调度能力，进一步提升覆盖和容量。

总结：内外兼修，VoLTE的成熟之路

“通过今天的学习，我们看到了VoLTE在Rel-14中的一次‘内外兼修’的全面升级。”李工最后总结道。

“对外，它通过引入革命性的S8HR架构，解决了全球漫游的核心痛点，扫清了VoLTE成为全球通用语音解决方案的障碍，这是它的‘筋’；对内，它通过RobVoLTE机制，极大地增强了在弱信号环境下的呼叫建立成功率，让VoLTE不再‘脆弱’，这是它的‘骨’。同时，RAN侧的音视频体验增强，则让它的‘血肉’（媒体流）更加充满活力。”

“Rel-14对VoLTE的这些增强，看似不如V2X、CIoT那样开天辟地，但它们招招都打在用户体验的痛点上，是VoLTE从‘能用’走向‘好用’、从‘区域方案’走向‘全球标准’的关键一步。它充分体现了3GPP在打磨核心业务时，那种精益求精、追求极致的工匠精神。”

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FAQ环节

Q1：什么是VoLTE漫游的S8HR架构？它与传统的LBO架构有何核心区别？

A1：S8HR（S8 Home Routed）是一种VoLTE漫游架构，其核心思想是让漫游用户的IMS业务流量全部通过S8接口“回家”，由其归属地网络（HPLMN）的IMS系统提供服务。它与LBO（Local Breakout，本地疏坡）的核心区别在于业务锚点不同：LBO的业务锚点在漫游地网络（VPLMN），而S8HR的业务锚点在归属地网络（HPLMN）。

Q2：S8HR架构为用户和运营商分别带来了什么好处？

A2：

• 对用户：可以获得与在归属地时完全一致的业务体验，例如使用相同的补充业务（呼叫转移、彩铃等），享受统一的业务策略。

• 对运营商：简化了网间互通和结算，归属地运营商可以更好地控制其用户的业务策略和计费，漫游地运营商则无需部署复杂的IMS互通网关。

Q3：RobVoLTE（稳健的VoLTE呼叫建立）机制是如何解决弱信号下VoLTE呼叫失败问题的？

A3：RobVoLTE的核心是一个智能回退机制。当UE在弱信号区域发起VoLTE呼叫，而无线网络拒绝为其建立高质量的QCI=1专用承载时，核心网不再直接判为呼叫失败，而是会指示UE放弃VoLTE，自动转而发起一次CSFB（电路域回退），将呼叫在覆盖更好的2G/3G CS网络上建立起来。这相当于为VoLTE呼叫提供了“Plan B”，从而显著提高了在网络边缘的通话接通率。

Q4：什么是“RAN辅助的编解码适配”？它如何提升VoLTE/ViLTE的通话体验？

A4：这是一种RAN与终端协同优化音视频质量的机制。由最了解无线信道质量的基站（eNB），根据实时“路况”向UE建议一个最优的编码比特率。当信号好时，建议高码率以提升清晰度；当信号差时，建议低码率以保障流畅、避免卡顿。这种动态适配能力，使得通话体验能更好地适应不断变化的无线环境。

Q5：Rel-14在S8HR架构下，是如何解决漫游用户拨打本地紧急电话这一难题的？

A5：这是一个关键且复杂的问题。Rel-14为此设计了专门的流程：即使普通业务采用S8HR模式，当漫游地的MME识别到这是一通紧急呼叫时，它会为这次特殊的呼叫选择一个漫游地本地的P-GW来接入。同时，通过增强的核心网信令，确保用户的精确位置信息能够传递给漫游地的紧急救援中心（PSAP）。这保证了紧急呼叫的“本地化”处理，是S8HR架构能够商用的前提条件之一。