báo cáo nghiên cứu công nghệ mã hóa thoại chất lượng cao LTE

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ MÃ HĨA THOẠI CHẤT LƯỢNG CAO HD VOICE VÀ ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG QUA MẠNG 4G LTE ( Voice over LTE) I, HD VOICE LÀ GÌ? HD Voice cơng nghệ âm băng rộng: Thông thường, gọi truyền tải tần số giới hạn từ 300 Hz đến 3,4 kHz Tuy nhiên, HD Voice công nghệ âm băng rộng, tần số mở rộng từ 50 Hz đến kHz Tần số lớn có nghĩa có nhiều sóng âm liệu giọng nói nén vào kênh đơn Khi thơng tin giải phóng (truyền sang đầu dây bên kia), âm gọi có chất lượng tốt Tiêu chuẩn cho âm băng rộng - thiết lập Tổ chức viễn thông quốc tế thuộc Liên hợp quốc (International Telecommunications Union - ITU) vào năm 1988, G.722 Đây tiêu chuẩn có thơng qua thuật toán nén âm AMR-WB thuật toán giúp mở rộng tần số gọi Chuẩn mã hóa âm gọi phát triển Nokia Voice Age HD Voice ban đầu sử dụng gọi hội nghị: Nếu bạn tham dự gọi hội nghị, bạn cảm thấy khó khăn nhân nói chuyện tiếng ồn xung quanh Thơng tin bị hiểu sai thất lạc chất lượng âm không đảm bảo Tuy nhiên, công nghệ âm băng rộng khiến âm gọi rõ ràng Bạn nhận tiếng người nói, nội dung nhấn mạnh truyền đạt tốt hơn, tạp âm dư thừa cắt giảm dễ dàng biết nói chuyện với Khơng gọi điện thoại, HD Voice xuất loại hình VoIP kèm với video Một ví dụ, dịch vụ Skype khai thác HD Voice thơng qua dạng mã hóa âm có tên gọi Silk HD Voice xuất smartphone nhà mạng lớn triển khai: Hãng Sprint giới thiệu HTC Evo 4G LTE - điện thoại tương thích chuẩn âm hội thoại HD hãng Tuy nhiên, thời điểm Sprint chưa triển khai HD Voice mà khoảng năm 2012 người dùng sử dụng công nghệ người dùng đầu dây cần phải có điện thoại hỗ trợ HD Voice cảm nhận âm có độ trung thực cao Sprint lên kế hoạch mở rộng khu vực cung cấp dịch vụ HD Voice toàn nước Mỹ cuối năm 2012 Bên cạnh đó, nhà mạng Verizon cho biết sớm bổ sung HD Voice vào hạ tầng mạng năm 2012 Riêng châu Âu, người dùng trải nghiệm HD Voice từ lâu trước đây, điển Orange - nhà mạng Anh nâng cấp chất lượng gọi từ tháng năm 2010 HD Voice bước cải tiến lớn chất lượng âm thanh: Công nghệ âm băng rộng mang lại khác biệt lớn chất lượng hội thoại gọi thông thường HD Voice Với HD Voice, âm lớn thực tế tiếng ồn xung quanh giảm thiểu Để dễ hình dung hơn, so sánh việc xem truyền hình TV đời cũ TV HD TV HD cho chất lượng hình ảnh sắc nét đẹp hơn, mang lại trải nghiệm tốt cho người xem HD Voice thực chức tương tự với âm thay hình ảnh Hy vọng sớm trải nghiệm chất lượng gọi HD nhiều nơi khác giới với nhiều nhà mạng năm tới.m với video Một ví dụ, dịch vụ Skype khai thác HD Voice thơng qua dạng mã hóa âm có tên gọi Silk II, Công nghệ nén thoại HD Voice thơng qua thuật tốn nén âm AMR-WB (Adaptive Multi-Rate – Wideband) Để vận hành tính HD Voice thoại, cơng nghệ sử dụng HD Voice sử dụng mã âm cải tiến (so với chất lượng âm thường) mang tên Adaptive Multi-Rate - Wideband (AMR-WB), cải tiến thiết kế mặt âm học khả xử lý tín hiệu Ba cơng nghệ ngày mô tả chi tiết bên Trước tiên tìm hiểu AMR-WB chuẩn mã hóa giọng nói phát minh dựa mã hóa tốc độ thích ứng , sử dụng phương pháp tương tự dự đốn tuyến tính đại số mã kích thích (ACELP) AMR-WB cung cấp chất lượng lời nói cải tiến băng thơng giọng nói rộng 50-7000 Hz so với mã hố giọng nói hẹp mà nói chung tối ưu hóa cho chất lượng đường dây POTS 300-3400 Hz AMR-WB phát triển Nokia VoiceAge 3GPP xác định lần đầu AMR-WB mã hoá dạng G.722.2 , chuẩn mã hóa ngơn ngữ chuẩn ITU-T , thức biết đến với tên mã Wideband phát biểu khoảng 16 kbit / giây sử dụng Đa băng tần Đa tốc Thích ứng (AMR-WB) G.722.2 AMR-WB codec giống 3GPP AMR-WB Định dạng AMR-WB có thơng số sau:  Dải tần số xử lý: 50-6400 Hz (tất chế độ) cộng với 6400-7000 Hz (chỉ chế độ 23,85 kbit / s)  Kích thước khung trễ: 20 ms  Nhìn phía trước: ms  Bộ giải mã AMR-WB sử dụng lọc dải; chậm trễ chiều lọc 0,9375 ms  Độ phức tạp: 38 WMOPS , RAM 5.3Kài báo  Phát hoạt động thoại , truyền không liên tục , tạo tiếng ồn thoải mái  Điểm cố định: Bit xác C  Điểm nổi: cơng việc NHÂN ĐƠI BĂNG THƠNG DÀNH CHO ÂM THANH VỚI BỘ MÃ AMR-WB Công nghệ cốt lõi đằng sau HD Voice khả truyền giọng nói băng thông rộng nhờ vào mã AMR-WB Nhờ vào mã này, chất lượng âm cải thiện đáng kể so với thoại thường Nếu so sánh với thoại truyền thống, mã nhân đôi lương băng thông dành cho việc truyền tải âm (sử dụng ~7 kHz thay ~3.5 kHz) Bên cạnh đó, mã thêm vào âm cần thiết để tránh âm tiết bị nghẹt lại, điều thường xảy với di động trước NHỮNG CẢI TIẾN TRONG CÁC THIẾT KẾ ÂM HỌC Bên cạnh hỗ trợ mã AMR-WB, cải tiến quan trọng HD Voice so với thoại thường nằm chỗ thiết kế âm học thiết kế để phù hợp việc sử dụng băng thông rộng mà mã AMR-WB mang lại Điều đồng nghĩa với việc microphone loa phải sử dụng loại chất lượng; phận tích hợp di động cách tối ưu để tận dụng tối đa dải băng thông rộng THIẾT KẾ LẠI THUẬT TỐN XỬ LÝ TÍN HIỆU Thuật tốn xử lý âm thiết kế lại để làm việc tốt với số lần lấy mẫu giây (sampling rate) cao so với thoại thường Số lần lấy mẫu giây HD Voice 16 kHz, so với kHz công nghệ thường Một thuật toán phần triệt tiếng ồn Một di động theo chuẩn GSMA HD Voice phải bảo đảm người dùng thực gọi, người nhận phải nghe giọng nói cách tự nhiên cường độ tiếng ồn giảm Tiêu chuẩn cho âm băng rộng - thiết lập Tổ chức viễn thông quốc tế thuộc Liên hợp quốc (International Telecommunications Union - ITU) vào năm 1988, G.722 G.722 - Mã hóa audio kHz thành luồng 48, 56 64 kbps Chất lượng cao chiếm nhiều băng thông G.722 chuẩn codec âm dải rộng ITU-T hoạt động tốc độ 48, 56 bà 64 Kbit/s Chuẩn công bố ITU-T năm 1988 Công nghệ codec dựa subband ADPCM(SB-ADCPM) Trong mã hóa băng (subband), tín hiệu chia thành băng tần số sử dụng lọc Quadrature Mirror Filter (QMF) Bộ mã hóa băng (SBC) khai thác số liệu thống kê tín hiệu và/hoặc tiêu chí nhận thức để mã hóa tín hiệu băng tần sử dụng số lượng khác bit Ví dụ, băng tần số thấp thường phân bổ nhiều bit băng tần số cao để bảo tồn cao độ quan trọng giọng nói Thiết kế lọc coi quan trọng SBC Trong trường hợp khơng có tiếng ồn lượng tử hóa, việc tái dựng tiếng nói cách hồn hảo đạt cách sử dụng QMF Tiêu chuẩn ITU G.722 tốc độ kHz cho audio băng rộng 64 Kbit/s dựa SBC băng tần sử dụng chủ yếu cho hội nghị qua điện thoại ISDN (Integrated Services Digital Network) Các băng tần số thấp lượng tử hóa với tốc độ 48 Kbit/s, băng tần số cao mã hóa mức 16 Kbit/s Quy định cho tốc độ thấp thực cách lượng tử hóa băng tần số thấp 40 32 Kbit/s Các lượng tử hóa G.722 tương tự lượng tử hóa ADPCM quy định G.726 Điểm MOS tốc độ 64 Kbit/s lớn cho tiếng nói cho âm nhạc, độ trễ G.722 khoảng 1,5 ms Sự phức tạp G.722 ước tính MIPS Hiện ITU nỗ lực phát triển mã hóa tiếng nói băng rộng hoạt động tốc độ 16, 24, 32 Kbit/s Hình 2.1 Bộ mã hóa chuẩn ITU G.722 G.722 cung cấp chất lượng âm tốt nhờ phổ âm rộng 50-7000 Hz G.722 có tốc độ lấy mẫu 16 kHz, 14 bit mẫu, gấp đôi giao diện điện thoại truyền thống, cho chất lượng âm vượt trội III ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI VOICE OVER LTE Voice Over LTE gì? Voice Over LTE (VoLTE) - giải pháp công nghệ để cung cấp thoại tin nhắn SMS qua mạng LTE Đây kỹ thuật giúp thực gọi thông qua mạng LTE (thay sử dụng mạng 2G hay 3G) Ở mức độ nhất, giọng nói xem liệu VoLTE công nghệ giúp truyền dạng liệu thực gọi Nó khơng liên tục truyền nhận gọi thoại mà cải thiện chất lượng gọi thoại mà không làm phát sinh thêm khoản phí (Gần giống việc gọi thoại qua ứng dụng OTT thông qua mạng WiFi) Đây giải pháp cho phép nhà khai thác hợp chi phí, sử dụng phổ tần hiệu cung cấp dịch vụ phong phú cho khách hàng VoLTE bước đột phá công nghệ mới, ứng dụng truyền thông phổ biến Skype, Whatsapp, Viber… cung cấp gọi "cuộc gọi miễn phí" dựa hệ thống sử dụng công nghệ VoLTE Chỉ có điều ứng dụng khơng hồn miễn phí, khấu trừ băng thơng gói cước bạn Nhìn chung, internet ảnh hưởng đến tồn ngành công nghiệp truyền thông (dựa vào công nghệ 4G LTE VoLTE) Khơng nói q có thời điểm chi phối hình thức truyền thông kỹ thuật số Tiền thân VoLTE giải pháp One Voice phát triển với hợp tác 40 nhà khai thác mạng nhà sản xuất thiết bị viễn thông lớn giới AT&T, Verizon Wireless, Nokia hay Alcatel-Lucent Giải pháp VoLTE bổ sung cho mạng LTE với việc cung cấp dịch vụ thoại SMS hạ tầng mạng LTE Dựa IMS (Ip Multimedia Subsystem), giải pháp VoLTE cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp nhiều dịch vụ hơn, video dịch vụ truyền thông phong phú (rich communication) VoLTE hứa hẹn giúp nhà khai thác di động cạnh tranh với nhà cung cấp dịch vụ OTT Từ đó, nhà khai thác dịch vụ đổi dịch vụ phong phú hơn, tinh tế mang đến trải nghiệm người dùng tương thích với hệ thiết bị di động Triển khai VoLTE VoLTE mang giá trị đến cho nhà khai thác, nhà cung cấp mạng, đối tá người tiêu dùng Việc thực VoLTE mang lại nhiều lợi ích: - Nó cung cấp cách sử dụng dải tần hiệu so với dịch vụ thaioj truyền thống - Đáp ứng nhu cầu ngày tăng dịch vụ phong phú, tin cậy - Loại bỏ việc thoại mạng liệu mạng khác - Mở tiềm doanh thu mới, sử dụng công nghệ IMS làm tảng dịch vụ chung - VoLTE triển khai song song với gọi video qua dịch vụ đa phương tiện LTE RCS, bao gồm việc chia sẻ video, nhắn tin đa phương tiện, chat chuyển file - Nó đảm bảo cho dịch vụ video tương tác tồn hệ điều hành, dịch vụ thoại - Giúp tăng thời lượng Pin máy lên tới 40% so với VoIP - Cung cấp trải nghiệm gọi điện thoại rõ ràng, thời gian thiết lập gọi nhanh chóng Lịch sử triển khai VoLTE cụ thể sau: Vào tháng năm 2014, Singtel giới thiệu dịch vụ VoLTE "đầy đủ tính thương mại" giới, kết hợp với Galaxy Note , sau mở rộng sang dịch vụ khác Tháng năm 2014, Công ty KT giới thiệu dịch vụ chuyển vùng qua biên giới giới dựa Voice over LTE Nhà khai thác Hàn Quốc hợp tác với China Mobile để phát triển dịch vụ chuyển vùng VoLTE Vào tháng 10 năm 2014, nhà khai thác dựa kiến trúc phá vỡ địa phương IMS với hệ thống định tuyến Vào tháng 11 năm 2014, Verizon Wireless AT&T Mobility tuyên bố cho phép kết nối VoLTE-to-VoLTE khách hàng tương ứng Khả tương tác VoLTE khách hàng Verizon AT&T bắt đầu vào năm 2015 Ngày 11/7/2015, SEATEL Cambodia công bố dịch vụ VoLTE 100% thương mại giới mà 2G/3G Campuchia Vào ngày 14/9/2015, Orange Romania đưa dịch vụ VoLTE cho người dùng Samsung Romania Vào ngày 16/9/2015, Telstra thơng báo bắt đầu cho phép VoLTE mạng mình, bao gồm gọi đến mạng băng thông rộng quốc gia dịch vụ kinh doanh doanh nghiệp với thiết bị cầm tay HD Vào ngày 30/11/2015, Telenor Đan Mạch tung VoLTE cho tất điện thoại Samsung Galaxy S6 Và bổ sung cho mẫu Samsung, Apple Năm 2016, Vodafone Hà Lan đưa hỗ trợ VoLTE, với gọi Wi-Fi Tháng năm 2016, PT Smartfren Telecom mắt dịch vụ VoLTE làm việc với Mitel, trở thành nhà cung cấp dịch vụ VoLTE Indonesia 30/ / 2016, YES YTL mắt dịch vụ 4G LTE để trở thành nhà cung cấp dịch vụ VINLTE Malaysia Tháng 6/2016 Movistar Peru mắt dịch vụ VoLTE thương mại Peru, Lima Callao cho Samsung Galaxy S6, S6 Edge LG G4 Dịch vụ kích hoạt phòng ban thiết bị cầm tay khác Movistar Peru nhà khai thác nước cung cấp dịch vụ 5/9/2016, mạng lưới 4G Ấn Độ Jio tung dịch vụ VoLTE thương mại mà khơng có dịch vụ dựa 2G/3G Tháng 10/2016, Orange Polska mắt dịch vụ VoLTE thương mại Ba Lan Tháng 11/2016, T-Mobile (Ba Lan) khai trương dịch vụ VoLTE thương mại Ba Lan 7/12/2016, Telenor Đan Mạch phát hành VoLTE cho tất điện thoại có hỗ trợ VoLTE 8/3/ 2017, Cosmote nhà khai thác khai thác dịch vụ VoLTE (và VoWiFi) Hy Lạp 24/4/2017, TIM đưa VoLTE cho tất điện thoại có hỗ trợ VoLTE Ý Tháng 6/2017, nhà khai thác viễn thông lớn Pakistan thử nghiệm VoLTE qua mạng họ Tháng 6/2017, nhà khai thác viễn thông lớn Bahrain Batelco bán dịch vụ cho người dùng IOS Tháng 7/017, Digi.Mobil (RCS & RDS) hãng thứ hai triển khai dịch vụ VoLTE thương mại Rumani Tháng 7/2017, TIM Brasil hãng cung cấp VoLTE Brazil Tháng 8/2017, Proximus người kích hoạt VoLTE Bỉ Khách hàng thông báo SMS dịch vụ có sẵn Theo số liệu thống kê Hiệp hội nhà cung cấp dịch vụ di động toàn cầu (GSA), VoLTE ngày nhiều nhà mạng triển khai Tính đến ngày 25/01/2016, cơng nghệ thoại chất lượng cao qua mạng LTE (VoLTE) tổng cộng 118 nhà mạng đầu tư triển khai, nghiên cứu, thử nghiệm 56 quốc gia Trong bao gồm 46 mạng VoLTE thương mại 29 quốc gia Một số thị trường 4G phát triển sớm Đức, Hồng Kông, Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc Mỹ tiếp tục dẫn đầu thị trường cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao quốc gia có từ đến nhà mạng triển khai thương mại hóa cơng nghệ Đặc biệt, nhà mạng Vodafone Anh cung cấp dịch vụ VoLTE thương mại quốc gia nước (Australia, Đức, Italy, Bồ Đào Nha Tây Ban Nha) lại nhường hội khai thác thị trường nước cho nhà mạng UK Trung Quốc, thị trường 4G LTE lớn giới khơng nằm ngồi đua số nhà mạng nước China Mobile thương mại hóa VoLTE China Unicom triển khai China Telecom thử nghiệm Thị trường di động lớn thứ hai giới, Ấn Độ, đánh giá thị trường phát triển có tới nhà mạng (Bharti Airtel, RIL, Videocon) thử nghiệm công nghệ Hiện dịch vụ LTE thương mại có mặt 145 quốc gia chủ yếu dành riêng cho dịch vụ liệu Các gọi thực mạng 3G 2G Chính việc triển khai thương mại hóa VoLTE mở kỉ nguyên cho ngành công nghệ không dây Các nhà mạng di động hi vọng chất lượng VoLTE giúp họ thu hút giành lại khách hàng từ dịch vụ VoIP có Theo dự báo GSA, với 39 mạng trình triển khai, 25 mạng thử nghiệm mạng quy hoạch, số mạng VoLTE thương mại tăng lên thành 80 mạng năm 2016 Nếu số trở thành thực với việc nâng cấp LTE lên LTE-Advanced, triển khai thương mại hóa VoLTE sớm trở thành xu hướng công nghệ phạm vi toàn cầu Song song với tăng trưởng đầu tư triển khai VoLTE, số lượng mạng LTE thương mại hóa ngày nhiều Chỉ tính năm 2015 có khoảng 65 mạng LTE thương mại hóa Trên tồn cầu, vùng phủ sóng LTE tiếp tục mở rộng Hiện có 112 quốc gia phủ sóng LTE băng tần 1GHz bắt đầu triển khai, đặc biệt băng 800MHz sử dụng cho kết nối môi trường nhà (indoor) châu Âu Băng tần APT700 triển khai cho khu vực châu Á, tiếp Mỹ Latinh châu Âu Cùng với đó, mạng LTE quy mô lớn đầu tư Trung Quốc chứng minh cho phát triển công nghệ LTE Đặc điểm kỹ thuật VoLTE Vì VoLTE dựa IMS, việc triển khai tạo sở cho dịch vụ truyền thông tiên tiến VoWiFi, RCS hỗ trợ nhiều thiết bị Sự tích hợp truyền thông IP điện thoại thông minh tiến triển nhanh chóng, với 221 mẫu điện thoại VoLTE có, cung cấp khả truy cập vào tính truyền thông phong phú thoại, video nhắn tin Tuy nhiên, với gia tăng nhanh chóng triển khai VoLTE, khác biệt nhỏ thực mạng gây vấn đề đáng kể cho khả tương tác kết nối Các phiên trước rõ IRRS VoLTE cho phép lựa chọn loạt tham số để áp dụng cho điều kiện mạng khác Do đó, mạng bắt đầu kết nối dịch vụ VoLTE họ, lựa chọn khác lựa chọn mạng khác gây chậm trễ lớn để làm cho mạng làm việc Hơn nữa, khác biệt gây vấn đề cho nhà sản xuất thiết bị, đòi hỏi họ thêm nguồn lực tùy biến thiết bị họ cho mạng Điều dẫn đến chi phí cao hơn, thiết bị hơn, khả tương tác tăng thời gian đưa thị trường Để giải vấn đề này, GSMA phát hành IIR.92 Version 10, phiên cập nhật VoLTE cung cấp tùy chọn mặc định giá trị tham số chức tối thiểu cho tất truyền thông thoại tin nhắn qua IP LTE Các đặc điểm kỹ thuật cập nhật dựa nỗ lực toàn ngành GSMA dẫn đầu để giải tùy chọn đặc điểm kỹ thuật khác biệt dẫn đến kết nối vấn đề Nó ghi lại học thu từ 70 triển khai VoLTE phản hồi từ nhà khai thác di động, OEM nhà cung cấp khác Hơn 550 vấn đề thu thập tổ chức thành Hệ thống Đăng ký Giải pháp Chia sẻ Thông tin IP (IPSSR) Mạng GSMA năm 2020 truy cập thơng qua Hỗ trợ Kỹ thuật Các đặc điểm kỹ thuật cập nhật tối ưu hóa VoLTE cung cấp mức độ phổ biến cao khả tương tác, tạo linh hoạt cho MNOs để giải nhu cầu độc đáo khu vực Nó bao gồm Open Market Devices, chiếm khoảng 60% thị trường thiết bị cầm tay Một số thị trường bao gồm Trung Quốc, Hàn Quốc, Nga, Đức cam kết hỗ trợ đặc điểm phát triển profiles khu vực cho giao diện thiết bị (UNI) kết nối nhà điều hành (NNI) GSMA phát triển danh sách thông số cấu hình phổ biến cho phép OEM điều chỉnh thiết bị họ với MNO cụ thể cấu hình khu vực Cơng việc tiến hành sở liệu tập trung cài đặt cấu hình cụ thể nhà điều hành chế cấu hình thiết bị tiêu chuẩn cho phép nhà sản xuất thiết bị điều khiển từ xa cấu hình từ xa với thiết lập thích hợp cho mạng, lần thẻ SIM đưa vào thiết bị Điều cho phép nhà sản xuất cung cấp VoLTE Open Market Devices  ... TRIỂN KHAI VOICE OVER LTE Voice Over LTE gì? Voice Over LTE (VoLTE) - giải pháp cơng nghệ để cung cấp thoại tin nhắn SMS qua mạng LTE Đây kỹ thuật giúp thực gọi thơng qua mạng LTE (thay sử dụng mạng... phát hành VoLTE cho tất điện thoại có hỗ trợ VoLTE 8/3/ 2017, Cosmote nhà khai thác khai thác dịch vụ VoLTE (và VoWiFi) Hy Lạp 24/4/2017, TIM đưa VoLTE cho tất điện thoại có hỗ trợ VoLTE Ý Tháng... việc nâng cấp LTE lên LTE- Advanced, triển khai thương mại hóa VoLTE sớm trở thành xu hướng công nghệ phạm vi toàn cầu Song song với tăng trưởng đầu tư triển khai VoLTE, số lượng mạng LTE thương