第14卷第6期 • 中華民國109年12月出刊
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第14卷第6期
中華民國109年12月出刊
長期演進語音承載服務(Voice over LTE, VoLTE)是指透過第四代行動通訊技術(The fourth generation of mobile phone mobile communication technology standards, 4G)進行傳輸之高品質語音通話服務。VoLTE語音服務由全球行動通信系統協會(Group Special Mobile Association, GSMA)於2012年在系統規格書(標號IR.92)中提出，VoLTE語音服務是由IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem, IMS)提供之IP語音服務，透過4G網路傳輸語音可大幅提升傳輸效率、接通速度及語音品質，並更有效地利用頻寬。
4G LTE採用IP網路的分封交換(packet switched)完成數據傳輸，對於2G或3G網路所採之電路交換(circuit switched)語音傳輸架構並無法相容，因此，在不使用VoLTE技術情況下，我國5家行動寬頻(4G)業者網外語音服務均採用電路切換退回(Circuit Switched Fallback, CSFB)技術提供行動語音。CSFB是由4G LTE網路退回到2G或3G網路之機制，當4G LTE非VoLTE用戶欲進行語音通話，則需退回至2G或3G網路，原4G網路上網訊務將中斷，其語音話務經由4G網路退回到2G或3G網路，通話連接時間將因此延長，所以4G LTE用戶如未開通成為VoLTE用戶，則無法獲得使用4G網路通話之良好體驗。VoLTE語音服務雖具有相當多優勢，但礙於系統架構較為複雜，且電信業者各自使用不同的解決方案，跨業者整合顯窒礙難行。直到2019年6月為止，國際間僅韓國與科威特兩國之電信業者，願意進行VoLTE語音網路互連，使用戶在網外通話時，可以享受高品質VoLTE語音服務。
以下將介紹VoLTE語音通話服務之網路架構及3個標竿國家發展VoLTE語音網路互連之情形。
由GSMA主導之VoLTE語音網路架構如圖1所示，依循第三代合作夥伴計畫(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)所制定的4G網路架構，其中必要元件包含：無線接取網路(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN)、行動管理實體(Mobility Management Entity, MME)、服務閘道器(Serving Gateway, SGW)、數據網路閘道器(Packet Data Network Gateway, PGW)、本籍用戶伺服器(Home Subscriber Server, HSS)、政策與計費控制規則功能(Policy and Charging Rules Function, PCRF)，以及多媒體子系統IMS與電話號碼映射伺服器(E.164 Number URI Mapping, ENUM)網路互連所需之邊界管理服務(Interconnect Border Control Function, IBCF)及傳輸通信閘道器(Transition Gateway, TrGW)。
資料來源：GSMA1
雙方業者在進行VoLTE語音網路互連時是透過網網直連介面(Network-to-Network Interface, NNI)進行互連，然不同電信業者之間如要實現VoLTE語音網路互連，就必須協調網路間互連介面之規格，由於各方採用之4G網路建設方案不盡相同，在設備供應商、解決方案互有所差異情況下，需要建立起一定的互連規格，才能夠達成不同電信業者之間VoLTE語音跨網互連。其中GSMA提出兩種NNI解決方案：
GSMA最初提出透過NNI進行VoLTE互連之方案如圖2所示，互連雙方各自透過IBCF進行訊號控制，並透過TrGW傳輸語音封包。NNI連接方法可透過原有IMS系統迅速進行升級以及對接，對電信業者之建設負擔較小，維運成本也較低，目前韓國、科威特與日本都採用此互連方式，NNI網網直連介面架構請參考圖2所示。
另一種互連模式如圖3所示，則是通過一個第三方IP位址交換中心(IP Exchange, IPX)作為NNI之互連模式，其中IMS NNI中需透過Mw及Mb協定(protocol)完成信號傳遞及語音傳輸。此法可類比網際網路交換中心(Internet Exchange, IX)，由IPX業者提供電信業者一公開平臺進行VoLTE語音服務的訊務交換，可更加流暢的處理電信業者間VoLTE語音服務之流量。IPX相較NNI直連方案，還可以提供其他公共化加值服務，如：緊急呼叫、公益服務、監聽、號碼查詢、報時等功能外，同時也可作為電信業者之備援服務，以防止電信業者互連介面之故障，導致無法進行VoLTE網外通話之情形。
資料來源：GSMA
資料來源：GSMA
VoLTE語音服務採用封包方式進行網路傳輸，傳輸時需遵守IP協議，以一個IP位址作為傳輸標的，方可傳遞封包訊息。在VoLTE的規範中，採用對話啟動協定(Session Initiation Protocol, SIP)作為VoLTE網路的通信協定，但行動電話號碼使用的是電話編碼格式E.164，因此需要一個服務將用戶輸入的E.164電話號碼格式轉換為VoLTE語音網路服務可辨識的網路位址SIP格式。如圖4所示，該任務交由E.164電話號碼映射伺服器(ENUM)來進行處理，透過ENUM轉換為SIP之後，傳送給DNS伺服器轉換為IP位址，最終方能傳遞封包給受話方之VoLTE語音網路。
資料來源：GSMA
ENUM功能主要是進行E.164到SIP的轉換，由於ENUM作用類似DNS，需在一網域當中指定明確的路由，若流量過大，ENUM接受大量的SIP請求時，單一ENUM恐怕無法負載，因此GSMA也提出樹狀(Hierarchy)ENUM架構，如圖5所示，將ENUM按照容量及負載量進行分級，最上層為全球等級ENUM伺服器具有處裡全球訊務之容量，一旦解析出所屬國家，便送至第二層級國家等級ENUM進行第二次解析，最終傳遞給最下層電信業者之單一ENUM等，對應不同性質的業務需求，進行SIP的轉換、建立VoLTE語音通話。
資料來源：GSMA
電話號碼可攜服務(Number Portability, NP，簡稱號碼可攜服務)指電話用戶更換所屬之電信業者時，可以保留原有的號碼，不必重新申請一組電話號碼的服務。為提供號碼可攜服務，電信業者需設置一套號碼可攜資料庫(Number Portability Database, NPDB)，存放電信用戶電話號碼以及所屬之電信業者，當用戶撥打電話時，通常由發話方電信業者進行NPDB檢索，以便系統可以向受話方電信業者之網路系統進行發話。以我國電話號碼可攜服務之運作方式，並參考日本電信業者由號碼攜出端進行攜碼查詢動作同時進行ENUM轉譯之做法，未來在我國VoLTE互連架構中，NPDB將與ENUM整合，如此可以在查詢攜碼資訊的同時查詢受話方的IP位址。另目前集中式攜碼伺服器的經營單位為財團法人電信技術中心2，其可協助電信業者分辨受話方是否為VoLTE服務用戶，對於業者來說可以減少查詢用戶的資料負擔。
當前3個VoLTE語音服務互連標竿國家分別為韓國、科威特及日本，比較各國間推動VoLTE語音互連的互連架構及環境背景。先談網路互連架構部份，韓國、科威特及日本均採用NNI網網互連架構模式，並未有經由第三方IPX設施進行互連的實際案例。以GSMA之論述看來，第三方IPX設施在未來4G網路互連發展上，為重要的轉訊樞紐中心，且可以搭載智慧應用如緊急救災、漫遊服務等等，然電信業者在網路互連協商、標準制定時，還是以NNI架構為主。
次談各國互連過程，影響電信業者推動VoLTE語音互連動機的主要因素為國家整體網路政策發展、管制及推動，例如韓國是為解開電信用戶認證UICC(Universal Integrated Circuit Card)系統，提供用戶更多選擇電信業者的彈性，因此推動VoLTE語音網路互連。另以日本來說，推動VoLTE語音網路互連則是電信業者為了配合國家電信網路IP化所為必要改革。而以我國電信網路環境來說，4G網路主要作為數據傳輸之功能，3G網路則持續提供語音通話服務，未來若要推動VoLTE語音網路互連，可藉由我國整體網路演進規劃，促使電信業者思考VoLTE語音互連之需求。
然而，如同表1所列標竿國家VoLTE語音網路互連案例，其中MNP(Mobile NP)／ENUM查詢單位彙整MNP與ENUM轉譯程序，基於國內現況，需將攜碼查詢服務及ENUM服務的責任分配及兩系統連動納入考慮。由於進行資料庫檢索以及位址轉譯，會增加電信網路之負擔，若兩家電信業者之間流量差距過大，使其中一方負擔過大，可能降低兩者之互連意願。觀察三個國家之標竿案例可以發現，攜碼查詢服務與ENUM服務目前為各自提供服務之系統，應尚有整合之空間，雖ENUM服務並不限於由發話方完成，但整合攜碼查詢服務後，整體來說可以提升互連之效率。因此，電信業者間在研擬VoLTE互連時，應思考攜碼查詢服務及ENUM之間的協調、規劃與整合。
在VoLTE互連後對接續費計算方式的調研上來說，韓國與日本在接續費管制上並未改變，韓國監理機關在計算接續費時候已經考慮VoLTE甚至是5G網路投資之影響。公告行動通信語音接續費時不分技術，並維持以分鐘為計價單位。有關三個標竿國家VoLTE語音互連整理如表1所示：
| 韓國 | 科威特 | 日本 |
|---|---|---|
| VoLTE語音服互連現況 | ||
| 2015年7月完全互連 | 2017年3月完全互連 | 2018年10月部分互連 |
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| 網路架構 | ||
| NNI網網互連 | NNI網網互連 | NNI網網互連 |
| MNP／ENUM查詢單位 | ||
| 發話方／受話方 | 發話方／發話方 | 攜出端／攜出端 |
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| 環境背景 | ||
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| 接續費計算方式 | ||
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資料來源：各國公開資料
由韓國、科威特及日本三個標竿案例可知，監理機關大多扮演協調之角色。韓國電信業者為了推動VoLTE之網路標準一致化，同時4G網路的先進技術可以增加資料傳輸時的效率，以VoLTE互連來降低3G網路的龐大維運成本，同時減少維運人力成本。故即使4G網路建設成本高昂，仍願意推動VoLTE網路互連。以我國電信環境而言，電信業者於VoLTE互連座談會中提到，為了維持3G語音網路覆蓋，電信業者持續維運3G基地台並維持訊號穩定，帶來龐大的不小財務負擔。電信業者也預期在結束5G的初期建設之後，會有意願推行VoLTE網路互連來降低3G網路的龐大維運成本，但能否成功仍然需要電信業者的主動參與，才能有互連的協商與討論的機會。
目前在國內販售之手機支援VoLTE服務情形如圖6所示，多數品牌均有推出支援VoLTE服務之機種。如圖7所示，從108年起至109年第2季為止，國內VoLTE手機滲透率(即終端設備支援VoTLE服務之用戶數佔LTE總用戶數比率)逐年增加，並於109年第2季超過5成，且實際VoLTE服務滲透率(實際開通VoLTE服務用戶數佔LTE總用戶數比率)部份亦從2.46%增加至3.13%，如圖8所示。鑒於上述，儘管多數知名品牌均有推出支援VoLTE服務機種，惟各電信業者仍有一定比例之用戶手機尚未支援VoLTE語音服務，此乃是電信業者目前所面臨的難題，又國內3G網路業者研議於2024年關閉3G服務，因此電信業者應竭力在未來4年內推動各種促銷優惠方案鼓勵其用戶汰換舊有手機，階段性扶植用戶升級成支援VoLTE語音服務手機且開通VoLTE語音服務。
資料來源：公開資料
資料來源：NCC，各業者提報資料
資料來源：NCC，各業者提報資料
VoLTE語音服務，用戶手機須支援VoLTE且須向其行動業者申請VoLTE服務，由前段論述可知，國人VoLTE手機持有比例才過半數，實際使用VoLTE服務的用戶僅約0.3成，若要推動國內VoLTE服務，仍需行動業者透過相關資費或優惠方案鼓勵用戶使用，適時再以政策導引，業者即可關閉3G UMTS網路，提升頻譜使用效率，不僅我國電信用戶可享受VoLTE語音服務所帶來的便利性，對電信業者來說，同時可省下原維持3G網路之維運成本，藉此共創雙贏局面。
從標竿國家推動VoLTE語音互連推動案之例中可得知，推動VoLTE互連之重要關鍵在於強化4G LTE用戶開通VoLTE語音服務之誘因，並由電信業者主動參與推動VoLTE網路互連，方能逐步提升VoLTE語音服務滲透率，引領我國4G語音通訊服務朝向更高層次的邁進。
