AccessCoreMedia 10 March 2015 Transition GSM GSM Phase

세대별 Access/Core/Media 기술 변천 ↓ 10 March 2015 Transition GSM → GSM Phase 2 New packet core (GPRS) Key elements (deployed) New voice codec (AMR) Joint source-channel coding IP support GSM Phase 2 → UTRAN (W-CDMA) → UTRAN (HSPA) → E-UTRAN (LTE) New access (W-CDMA) Modified access (HSPA) New access (LTE-A) Turbo code Scheduling New packet core (EPC) Video support (H. 263, MPEG-4) Hybrid ARQ New voice codec (EVS) CS multimedia protocol (H. 324) MIMO New video codec (H. 265) Wideband voice codec (AMR-WB) New video codec (H. 264) IP multimedia subsystem (IMS) 심사관 신기술 교육센터

주요 요소기술 및 개발주체 3 GPP TSG GERAN TSG CT TSG SA IETF GSM EDGE Radio Access Network Core Network & Terminals Service & Systems Aspects Internet Protocol GERAN WG 1 CT WG 1 SA WG 1 ITU-T/ISO/JVT Radio Aspects Radio Layer 1 spec MM/CC/SM (Iu) Services Video Codec GERAN WG 2 CT WG 3 SA WG 2 OMA Protocol Aspects Radio Layer 2 spec Radio Layer 3 RR spec Interworking with external networks Architecture Device Management Protocol GERAN WG 3 CT WG 4 SA WG 3 GSMA Terminal Testing Iub spec, Iur spec, Iu spec UTRAN O&M requirements MAP/GTP/BCH/SS Security Vo. LTE Feature Profiling RAN WG 4 CT WG 6 SA WG 4 Radio Performance Protocol Aspects Smart Card Application Aspects Codec RAN WG 5 SA WG 5 Mobile Terminal Conformance Testing Telecom Management Key Building Blocks RAN: PHY (BB, RF), MAC, RLC, PDCP, RRC SA WG 6 Mission-critical applications SA: IMS, EPC, AMR-WB, EVS, CSFB, SRVCC CT: NAS, MGW IETF: RTP/RTCP/UDP/IP, SIP/SDP JVT: H. 264, H. 265 OMA: OTA (Device Management) 심사관 신기술 교육센터

GSM→cdma 2000 1 X 신호처리 절차 (1) Analog to 13 -bit Uniform 104 kbps 16 -bit Uniform to Analog 4. 75~12. 2 kbps Network Control EVRC Speech Decoder 128 kbps GSM Radio Subsystem 4. 75~12. 2 kbps cdma 2000 Radio Subsystem 0. 8~8. 55 kbps AMR Speech Decoder 13 -bit Uniform to 8 -bit A-law 104 kbps EVRC Speech Encoder 0. 8~8. 55 kbps Network/Voice Control 64 kbps PSTN M 2 E Delay = 170~180 ms AMR Speech Encoder 8 -bit A-law to 16 -bit Uniform 128 kbps 64 kbps 20 ms 분량 (NB, 8000 samples/s) 의 음성 정보를 LPC/quantization 사용하여 10 kbps 전후로 압축 Toll quality 달성위해 mouth-to-ear (M 2 E) delay 280 ms 이내 유지, 무선구간에서 최소 bit-rate 유지 전력제어, 음성활동과 네트워크에 의한 음성 bit-rate 조절로 통화품질/용량 조절 同種 네트워크 間 통화에서는 TFO/Tr. FO로 transcoding 품질저하 회피 가능 (단일) 무선구간 및 (인접) cell 상황에 기반하여 call admission control, 통화품질 조절 심사관 신기술 교육센터

음성통화 품질/용량 관리주체 변천 MS Wireless BTS BSC MSC PSTN (a) GSM, cdma 2 k 1 X Speech encoding and decoding loop Bit-rate control (FR/HR, RATE_REDUC) UE Node. B RNC MSC PSTN (b) W-CDMA Speech encoding and decoding loop Bit-rate control (ACS, CMC) UE e. Node. B S-GW P-GW … (c) LTE Speech encoding and decoding loop ECN, scheduling GSM, cdma 2000 1 X, W-CDMA의 통화품질/망용량 효율적 관리요인 Ø (TFO/Tr. FO 적용하지 않을 경우) 음성의 압축, 복원구간과 무선구간이 대체로 중첩 Ø Vocoder bit-rate 조절권한의 일원화로 망 부하에 대해 직접적이고 신속한 조치 가능 Ø Peak capacity 시간대, 낮은 link quality 사용자의 bit-rate/power 감소시켜 일시적 용량 boost 가능 Vo. LTE 통화품질/망용량 관리 난이도 상승요인 Ø Media bit-rate는 단말 間 (media adaptation), e. Node. B (scheduling/ECN-marking), IMS (session (re -)negotiation) 의 상호작용에 의해 간접적으로 조절 심사관 신기술 교육센터

4 G 통화품질/용량관리 개요 UE Ø 2, 3 G 음성 통화품질/용량 관리 책임은 Radio Access Network에 귀속 (BSC, RNC) Session (Re-)Negotiation Media Adaptation Ø RAN 기반 무선 자원관리 (RRM): CAC, PC, FR/HR 분할, Inter/Intra-Cell HO JBM, Error Concealment e. Node. B Ø 4 G 통화품질/용량 관리 책임은 IMS, UE, e. Node. B로 균형 분산 Link Adaptation Scheduling (Dynamic, SP) Explicit Congestion Notification (ECN) IMS Network-Initiated Qo. S Packet/TTI Bundling Policy Control (PCC) OTA Device Management (DM) Server LTE Modem Speech Vo. LTE Client B EPC, CN Vo. LTE Client A Video PDCP ECN PDCP RLC MAC PHY ECN PDCP Speech Video RTCP RTP RLC UDP MAC IP PHY Scheduling RLC Scheduling Wireless Link Adaptation RTP MAC UDP PHY IP Media Adaptation, Session (Re-)Negotiation 심사관 신기술 교육센터

Vo. LTE 기본 기능 UE Features 4 G 통화품질/용량관리 기본 도구 Downlink Packet Bundling 3/4 G User-Plane RAN Architecture Robust Header Compression Vo. LTE Delay Partitioning Service-Specific Access Control Media Client Vo. LTE Capacity LTE Modem Processing Indirect Migration Paths to All-IP Wideband Speech Coding Adaptive Multi-Rate Wideband IMS Features AMR-WB Performance IP Multimedia Subsystem Qo. S Computation IMS Session Negotiation Jitter Buffer Management SIP Invite Message Example Network-Initiated Qo. S Reservation RAN Features SDP Offer/Answer Example IP/L 23 Protocol Header Processing 비디오 세션 교섭 개선 LTE PHY (PUSCH, PDSCH) 신호처리 절차 교섭 개선을 통한 망 용량 증가 Scheduling Enhancement Semi-Persistent Scheduling Uplink TTI Bundling Conclusions 표준화/상용화 현황 (2007 -2015) Summary 추천 도서 심사관 신기술 교육센터

4 G 통화품질/용량관리 기본 도구 LTE Modem SAE-GW, CN Vo. LTE Client Speech Video PDCP ECN PDCP RLC MAC PHY ECN PDCP Speech Video RTCP RTP RLC UDP MAC IP PHY Scheduling RLC Scheduling Wireless Link Adaptation RTP MAC UDP PHY IP Media Adaptation IMS, RRC Session (Re-)Negotiation Session (re-)negotiation: media 압축, 전송조건 초기화, 전송환경 변화에 대한 대응 Link adaptation: UE와 e. Node. B 間 link quality 적응을 통해 무선구간 상태변동에 고속 대응 Ø HSPA, EV-DO와 유사한 무선 전송기술 활용: HARQ, AMC, packet scheduling, Turbo code, MIMO Ø OFDMA, SC-FDMA에 특화된 frequency-domain scheduling, SPS, packet bundling 도입 Packet dropping: buffer level 과잉상승 時 packet 일부 제거 ECN (Explicit Congestion Notification): Internet에서 TCP flow control의 보조기능으로 개발 Ø e. Node. B (or intermediate router)에서 IP header marking을 통해 단말에 congestion 발생 임박 신호 Media adaptation: UE 間 음성과 영상의 bit-rate 상호 조절 Ø 전체 전송경로의 상태변동에 저속 대응→scheduler의 자원관리 부담 축소 심사관 신기술 교육센터

3/4 G User-Plane RAN Architecture (a) WCDMA/HSPA radio access network: nodes and interfaces (b) LTE radio access network: nodes and interfaces 3 G에서 vocoder는 UE, RNC와 CN 사이의 Mobile Switching Center (MSC) 에 위치 Ø RNC는 UE, MSC의 각 codec mode를 link quality, power, interference level 등 감안, 실시간 제어 Ø UE mobility는 soft(er) handover로 지원되며 경계지역에서 추가 용량소모를 통한 품질배려 가능 4 G에서 vocoder는 UE, MGW에 위치 Ø frequency-domain scheduling 통해 넓은 범위의 fading도 고속 회피 가능 Ø e. Node. B는 codec mode 직접 제어 불가 (packet dropping, ECN 통한 간접제어 가능) Ø HO 時 전송완료 되지않은 packet들을 X 2 interface 통해 (UE가 새로 attach된) e. Node. B로 forward Ø UE는 duplicated packet, jitter 등의 처리능력 (JBM) 필요 Remote radio head (RRH), digital unit (DU) 분리는 3 G 후반부터 확산 Ø ICIC 등에서 flat(er) architecture 약점 노출, (물리적으로) C-RAN 형태 옥상옥 구조 회귀 추세 심사관 신기술 교육센터

Vo. LTE Delay Partitioning LTE Modem SAE-GW, CN Vo. LTE Client Speech Video PDCP ECN PDCP RLC MAC PHY ECN PDCP Speech Video RTCP RTP RLC UDP MAC IP PHY Scheduling RLC Scheduling Wireless Link Adaptation RTP MAC UDP PHY IP Media Adaptation Operation Delay (ms) AMR Encoding 30 e. Node. B Processing 5 Downlink Transmission 50 UE Processing 5 CN 10 AMR Decoding 5 Uplink Transmission 50 SAE GW (S-GW, P-GW) 1 Total Delay 156 단말음향 규격상 Vo. LTE의 mouth-to-ear (M 2 E) delay는 약 150 -190 ms (3 G: 약 170~180 ms) Uplink HARQ, downlink scheduling에서 대부분의 delay 및 jitter 발생 이론적으로 서킷교환 네트워크 이하 M 2 E delay 가능하나 cell loading level에 따라 가변 HO 時 forward 된 packet들의 re-ordering 과정에서도 추가 delay 발생 가능하나 발생빈도 낮음 심사관 신기술 교육센터

Media Client (a) User-plane protocol stack (b) Functional components of Vo. LTE client Face Time, Skype 등 SIP/SDP 기반 m-Vo. IP와 유사한 구조 Ø Speech codec은 AMR/AMR-WB, video codec은 H. 264 L 1. 2 (~384 kbps), text는 ITU-T T. 140 Ø 각 media codec에 대해 (RTP와의 interface에 해당하는) payload type 정의 RTCP Sender Report (SR), Receiver Report (RR) Ø SR은 보통 전송하지 않으며 음성 mute 상태에서 link-aliveness 유지 위해 RR 전송 Ø RTCP AVPF 활용하여 상대 UE A/V codec의 bit-rate (packetization) 제어 가능 LTE, IMS 등 4 G 무선전송 및 자원관리 기술에 2, 3 G 음성압축 기술 (AMR (1999), AMR-WB (2001)) 적용 HO, jitter, coverage 등 패킷교환 네트워크의 고유 문제들을 극복할 경우 2, 3 G와 동등 수준 Ø AAC-ELD (2008), SILK (상시 갱신) 등 OTT m-Vo. IP 대비 전송효율 우수하나 통화품질 열세 심사관 신기술 교육센터

LTE Modem Processing (a) LTE modem header processing* (b) LTE downlink transport-channel processing Vo. LTE client에서 RTP/UDP/IP header로 포장된 packet들은 LTE modem에서 추가 redundancy 부착 Ø Minimum ROHC header 1 byte (UDP checksum 2 bytes in IPv 6), PDCP, RLC, MAC header 각 1 byte Ø (ROHC로 축소되는) RTP/UDP/IP header 감소 分 ≫ PDCP/RLC/MAC header 증가 分 동일 type 음성 frame에서도 ROHC status, 각종 header들의 크기 차이로 transport block 크기 차이 발생 Ø Buffer status report (BSR), scheduling request (SR) 등의 제어 정보도 함께 전송 Vo. LTE radio capabilities (UE, voice): SRB 1 + SRB 2 + 4 x AM DRB + 1 x UM DRB (QCI=1) Ø DRB: (user) Data Radio Bearer, SRB: Signalling Radio Bearer Ø AM: Acknowledged Mode (RLC-level re-transmission), UM: Unacknowledged Mode 심사관 신기술 교육센터

Adaptive Multi-Rate Wideband 4. 5 4 3. 5 3 2. 5 2 1. 5 1 0. 5 0 AMR-WB 12. 65 3. 852 3. 932 4. 078 4. 124999996 3. 796 4. 113999999 3. 13 3. 745 EVRC MOS PSEQ(P. 862. 1) AMR 12. 2 EVRC-WB (a) Quality comparison* (clean channel) (b) AMR-WB encoder structure** AMR 12. 2와 EVRC는 통화품질 유사, AMR-WB 12. 65는 다소 우위 Mean Opinion Score (MOS): 주관적 기준으로 통화품질 평가에 일반적으로 사용 (1~5) Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ) Ø MOS의 약점을 보충하기 위한 객관적 평가방법으로 1 (최저) ~ 4. 5 (최고) WB Vo. LTE에서 packet loss, jitter 등이 허용범위 내로 유지되면 현 수준 (NB 3 G) 이상 통화품질 달성 Ø NB Vo. LTE는 NB 3 G 대비 품질열위, WB Vo. LTE는 WB 3 G 대비 품질열위 (WB 3 G는 Tr. FO 필요) Ø (NB 대비 보강된) 고주파 대역 정보로 증가된 현장감을 (CS 대비 열악한) 전송경로로 인한 품질손실이 상쇄 심사관 신기술 교육센터

AMR-WB Performance 4. 8 4. 6 4. 4 4. 2 4 3. 8 3. 6 3. 4 3. 2 3 MOS 0 (6. 6) 3. 31 1 (8. 85) 3. 89 2 (12. 65) 4. 42 3 (14. 25) 4. 44 4 (15. 85) 4. 49 5 (18. 25) 4. 54 6 (19. 85) 4. 59 7 (23. 05) 4. 65 8 (23. 85) 4. 72 Algebraic Code-Excited Linear Prediction (ACELP) 기술에 기반 Ø ACELP는 Voice. Age (Université de Sherbrooke 부설 연구기관) 에서 개발 Ø 대부분의 2/3 G vocoder에서 채용 2세대 WB 압축기술 적용으로 12. 65 mode에서 quality saturation 발생 (clean channel) Ø 14. 25 mode 이상에서 bit-rate 상승 分 대비 품질향상 효과 적음 HSPA/LTE L 1/2 payload size가 AMR 4 codec modes, AMR-WB 3 codec modes에 최적화 Ø speech + payload header + RTP/UDP/IP headers (ROHC) + PDCP/RLC/MAC headers <= 328 bits GSM, W-CDMA에서 2009년 경부터 제한적 상용화 Ø WB 단말은 NB보다 高 수준 음향기준 (3 GPP TS 26. 131, 26. 132) 적용 Ø 디자인, 재질, 음향부품, noise cancellation algorithm에서도 품질격차 발생 심사관 신기술 교육센터

Qo. S Computation 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Mode Bits per speech frame RTP payload (bits) RTP header UDP header IPv 6 header Total bits per 20 ms 1 2 3 6. 6 8. 850000001 12. 65 132 177 253 152 200 272 96 96 96 64 64 64 320 320 632 680 752 4 14. 25 285 304 96 64 320 784 5 15. 85 317 336 96 64 320 816 6 18. 25 365 384 96 64 320 864 7 19. 85 397 416 96 64 320 896 8 23. 05 461 480 96 64 320 960 9 23. 85 477 496 96 64 320 976 Bit-rate expansion of AMR-WB in RTP/UDP/IP packetization (IPv 6) Application-specific maximum bandwidth (b=AS) 는 IP layer에서 측정된 순간 최대 bit-rate (RFC 3890) Ø 유선구간에서 측정되는 이론적 최대 순간 bit-rate (rounded up to a nearest integer) e. Node. B는 DTX, motion activity (영상), ROHC 등으로 인한 bit-rate variation 무시, 최대값 교섭 Ø RTP, UDP, IP의 최대 header size 가정 인터넷 streaming 등에서 b=AS는 임의 값 사용하나 3 GPP는 AMR/AMR-WB의 표준 계산방법 제공 Ø Vo. LTE의 평균 RTP/UDP/IP header length는 60 bytes (IPv 6), 40 bytes (IPv 4) IMS는 Maximum Bit-rate (MBR) 로 round[AS+RTCP bit-rate(RS+RR)] (kbps) 를 유무선 전송경로에 확보 심사관 신기술 교육센터

Jitter Buffer Management Speech Speech Clean Speech Speech BER/FER Speech Erasure Speech 3 Speech 6 (a) Jitter buffer architecture Speech 5 Speech 2 Speech 1 Jitter/ Out-of-order delivery (b) Received packet stream types AMR, AMR-WB이 개발되던 90년대 중, 후반에는 BER, FER, frame erasure 등에 대한 bit-stream 내성만 평가 Ø 2/3 G에서 음성 frame은 오염 혹은 손실될 수 있으나 time-aligned 상태로 speech decoder에 순차적으로 도착 LTE 무선구간에서 HO, HARQ failure, congestion으로 packet 손실, jitter 발생 Ø 유선구간 congestion이 jitter의 주 원인인 Internet과 달리 Vo. LTE 유선구간에서는 매우 낮은 delay/jitter 발생 Ø RTP S/N을 활용한 packet re-ordering 능력 필요 Jitter buffer management (JBM) 에서 jitter로 인한 음질손상을 청각적으로 축소 Ø frame copy, inter/extra-polation, stretching/compressing Vo. LTE (GSMA IR. 92 3. 2. 6) 에서 JBM 성능평가 (3 GPP TS 26. 114 8. 2) 의무화 EVS는 decoder에 JBM/PLC 내장 심사관 신기술 교육센터

RAN Features IP/L 2 Protocol Header Processing LTE PHY (PUSCH, PDSCH) 신호처리 절차 Scheduling Enhancement Semi-Persistent Scheduling Uplink TTI Bundling Downlink Packet Bundling Robust Header Compression Service-Specific Access Control Vo. LTE Capacity Migration Paths to All-IP 심사관 신기술 교육센터

Scheduling Enhancement Scheduling 기법 연구배경 Ø CDMA/W-CDMA에서는 음성전용 FA 지정, CAC/RRM으로 용량 최적화 Ø W-CDMA UL/DL dedicated → HSPA UL dedicated, DL shared → LTE UL/DL shared Ø HSDPA 대상으로 proportional-fair, delay-constraint 등 conversational services에 특화된 scheduling 연구 Ø UMB/Wi. MAX/LTE 등 OFDMA 기반 RAN 개발과 함께 time/frequency domain scheduling 연구 LTE 기본 resource allocation 전략: Dynamic Scheduling Ø UL/DL 음성 packet, HARQ RV, SID를 위한 무선자원을 일일이 e. Node. B가 할당 Ø 자원 할당에 소모되는 control channel (PDCCH) 용량이 음성용량 제약 Ø 단일 무선구간에서의 scheduling 기반 RRM 한계 인식 Ø 자원관리 책임의 분산으로 설계철학 변화, media adaptation, ECN 도입 심사관 신기술 교육센터

Semi-Persistent Scheduling LTE 채널구조와 vocoder bit-rate 특성 활용 전송기법 (UL/DL) Ø Silence period 이후 첫 음성 packet에 전송자원 할당하며 동일분량 자원 주기적으로 사전할당 Ø 음성 활동이 지속되는 한 PDCCH 소모 불필요 Ø Silence, retransmission, SID 등에 의해 SPS mode 해제 → dynamic scheduling 전환 Ø Frequency-domain scheduling으로 자원 선행할당에 의한 scheduling efficiency 감소 (HSPA 대비) 적음 Ø AMR, AMR-WB 등 CBR vocoder의 특성 이용 3 GPP 2 EVRC, EVRC-B (4 GV) 등 variable bit-rate (VBR) vocoder, 크기가 불균일한 영상 packet 등에는 효율 감소 Ø Subcarrier, MCS 변경이 필요한 이동상황 등에서도 SPS 해제 심사관 신기술 교육센터

Uplink TTI Bundling (Transmit power가 제한된) uplink coverage 확장을 위한 전송기법 Ø 동일 음성 packet을 4회까지 반복 전송함으로 추가 에너지 축적 (2~3 d. B) 통해 channel decoding 성능 향상 Ø IS-95/cdma 2000 1 X RL의 symbol repetition과 개념적으로 유사하나 transmit power가 감소하지 않음 Ø 각 bundle 內 마지막 subframe 수신 후 HARQ (N)ACK 생성 및 전송 Ø 추가 power 소모를 통해 부족한 coverage, 열악한 link quality 상황에 대응 음성 media adaptation 기법 중 redundancy와 유사 No TTI Delay budget (ms) 50 50 60 70 Capacity (12. 2, 5 MHz) 120 144 155 163 심사관 신기술 교육센터

Robust Header Compression (a) IPv 6 header field classification* (b) Header-size variation for IPv 6 profile 4 O-mode at BER=10 -2 채널 양단의 compressor, decompressor가 공유하는 context를 통해 header 압축 Header 內 각 field의 통계적 특성에 따라 static, inferred, changing 등으로 분류 (IETF RFC 3095, 2507) Ø 추론 가능한 field는 전송하지 않으며 변화하는 field도 effective dynamic range에 해당하는 최소 bit만 전송 Ø 압축이 진행됨에 따라 점차 header 크기 감소하여 이론적으로 1 byte 도달 Vo. LTE에서는 Bi-directional Optimistic mode (O-mode) 사용 Ø Error recovery request, significant context update에 대한 ACK를 decompressor에서 전송 Ø Header compression efficiency 유지하면서 간혈적으로 feedback channel 사용 Ø 60 bytes의 IPv 6 RTP/UDP/IP header가 초기화 기간 중 68 bytes까지 증가한 후 평균 5 bytes로 압축 심사관 신기술 교육센터

Vo. LTE Capacity Link Downlink Uplink Scheduling strategy (5 MHz) AMR 5. 9 AMR 7. 95 AMR 12. 2 Dynamic scheduling, 210 210 Dynamic scheduling, packet bundling 410 400 370 Semi-persistent scheduling 470 430 320 Dynamic scheduling 230 210 Semi-persistent scheduling 410 320 240* LTE, Wi. MAX 등에서 (link quality, buffer status 등의 정보를 scheduler가 활용 가능한) DL 용량 > UL 용량 Ø cdma 2000 1 X, W-CDMA에서는 DL이 bottleneck (power amplifier headroom이 먼저 소진) 음성 packet의 정확한 end-to-end 손실률은 (RTP header의 S/N을 통해) 수신 UE에서만 파악가능 Ø e. Node. B는 PDCP에서 RTP/UDP/IP header를 관찰할 수 있으며 ECN marking Ø e. Node. B의 MAC은 UL/DL flow 별 buffer depth, CQI, HARQ 등 제반 상태에 기반하여 packet scheduling System bandwidth가 증가할수록 MHz 당 음성용량 증가 Vo. LTE는 (AMR 12. 2 등) 동일 압축방식에서 3 G 대비 근소한 통화품질 열화 감수, 용량 대폭 (약 3 X) 증대 심사관 신기술 교육센터

Migration Paths to All-IP (b) CS fallback due to TA / LA mis-alignment (a) LTE -> 3 G Inter-RAT handover Circuit-switched Fallback (CSFB) Ø 음성/영상통화 송수신 위해 2/3 G로 전환 (LTE → GSM, W-CDMA, cdma 2000 1 X) Ø CS coverage가 보장될 경우 call setup delay 약간 증가하나 통화품질 관리 유리 Ø (대역 차로) LA, TA 크게 상이할 경우 (Roaming Retry 적용 時에도) delay 증가, 이동 중 통화시도 특히 불리 Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) Ø 통화 중 LTE → 2/3 G 변경, 복잡한 signaling으로 통화단절 (outage) 체감되거나 call drop 가능 Vo. HSPA (Voice and Video over HSPA) Ø HSPA ↔ LTE Inter-RAT PS handover가 사용되며 SRVCC 보다 약간 간소한 절차 가능 SVLTE (Simultaneous Voice and LTE) Ø cdma 2000 1 X, EV-DO 2 FA에서 음성과 데이터를 별도처리하는 SVD (Simultaneous Voice and Data) 에서 유래 Ø 1 X, LTE가 독립적으로 구동, 전력소모 측면에서 불리하나 CS 통화품질 당분간 유지하며 LTE coverage 완성 가능 심사관 신기술 교육센터

IMS Features & Conclusions IP Multimedia Subsystem IMS Session Negotiation SIP Invite Message Example Network-Initiated Qo. S Reservation SDP Offer/Answer Example 비디오 세션 교섭 개선을 통한 품질/용량 증가 표준화/상용화 현황 (2007 -2015) Summary 추천 도서 심사관 신기술 교육센터

IP Multimedia Subsystem Entity Description P-CSCF Proxy Call Session Control Function I-CSCF Interrogating Call Session Control Function S-CSCF Serving Call Session Control Function PCRF Policy and Charging Rules Function IMS Architecture IMS는 UE, RAN, EPC에 연결되어, (각 전송구간) 전송자원 예약, 유휴자원 반납, 보안, 과금 등 제반 관리 수행 타 사업자의 IMS와 IBCF를 통해 접속하여 각종 inbound/outbound 호 처리 UE는 Session Initiation Protocol (SIP) message 통해 IMS, 상대단말 등과 통화조건 교섭, 조정 심사관 신기술 교육센터

IMS Session Negotiation SDP offer … m=audio 49152 RTP/AVP 97 98 a=pcfg: 1 t=1 b=AS: 49 b=RS: 0 b=RR: 2000 a=rtpmap: 97 AMR-WB/16000/1 a=fmtp: 97 mode-change-capability=2; octet-align=1 a=rtpmap: 98 AMR/8000/1 a=fmtp: 98 mode-change-capability=2; octet-align=1 a=ptime: 20 … SDP answer … m=audio 49152 RTP/AVPF 97 a=pcfg: 1 t=1 b=AS: 38 b=RS: 0 b=RR: 2000 a=rtpmap: 97 AMR-WB/16000/1 a=fmtp: 97 mode-set=0, 1, 2; modechange-capability=2; octetalign=1 a=ptime: 20 … SIP/SDP message를 (IMS entity들을 경유해서) 상대단말과 교환하며 통화조건 결정 Ø Session Description Protocol (SDP) 는 SIP와 함께 multimedia session setup에 사용 Message 교환 과정에서 service policy 반영 (PCC), 사용자 인증, 유무선 구간 자원예약 Vo. LTE는 SIP, RTP에 모두 network-initiated Qo. S negotiation 사용 단말 間 SDP offer/answer의 작성, 처리절차가 일관되지 않을 경우 통화성립 지체/품질저하 Ø ASN. 1 -coded 2/3 G signaling에 비해 (융통성있는 IETF 문법으로 작성된) SDP 해석방법의 차이 발생 가능 b=AS, RR에 기반하여 MBR = Round[AS+RS+RR] 계산 심사관 신기술 교육센터

SIP Invite Message Example INVITE sip: +12244004258@[fd 01: 161: 31: 2 c 62: 0: 9: d 602: b 101]: 5060 SIP/2. 0 Via: SIP/2. 0/UDP [fd 01: : 172: 31: 117: 72]: 5060; branch=z 9 h. G 4 b. Kff 9 e 01 db 936 db 18 c 38 cfa 97 be 4 df 9 cdd; lskpmc=P 08 Record-Route: <sip: [fd 01: : 172: 31: 117: 72]; routing_id=pcscf_b_side; lskpmc=P 08; lr> Call-ID: LU-1316632986964989@stas-sdb 0. fsimsgroup 0000. mawtimscts 1. ims. lte. wal. verizon. com To: <sip: +12244004258@ims. lte. wal. verizon. com> From: "Unavailable" <sip: +12244004250@ims. lte. wal. lucent. com>; tag=4 dc 855691316632986964991 lucent. NGFS-056706 CSeq: 1 INVITE Max-Forwards: 68 Content-Type: application/sdp P-Asserted-Identity: "Unavailable" <tel: +12244004250> P-Asserted-Identity: "Unavailable" <sip: +12244004250@ims. lte. wal. verizon. com> Allow: INVITE, BYE, REGISTER, ACK, OPTIONS, CANCEL, SUBSCRIBE, NOTIFY, INF O, REFER, UPDATE User-Agent: SP VOIP IMS 2. 0 Privacy: none Accept-Contact: *; +g. 3 gpp. icsi-ref="urn%3 Aurn-7%3 A 3 gppservice. ims. icsi. mmtel" Contact: <sip: yyyyyy. NGFS-056706@stas-sdb 0. fsimsgroup 0000. mawtimscts 1. ims. lte. wal. verizon. com: 5060> Content-Length: 555 Request-Disposition: no-fork P-com. HDVVService. Type: VZW 2012 P-Called-Party-ID: <sip: +12244004258@ims. lte. wal. verizon. com> v=0 o=yyyyyy. FS 5000 1276179636 IN IP 6 fd 01: 161: 31: 2 c 61: 0: 3: 478 b: ec 01 s=i=A VT Session c=IN IP 6 fd 01: 161: 31: 2 c 61: 0: 3: 478 b: ec 01 t=0 0 m=audio 10060 RTP/AVP 107 97 b=AS: 49 b=RS: 800 b=RR: 2400 a=rtpmap: 107 AMR-WB/16000 a=fmtp: 107 octet-align=1 a=rtpmap: 97 AMR/8000 a=fmtp: 97 octet-align=1 a=sendrecv a=ptime: 20 a=maxptime: 20 a=mid: 0 m=video 15030 RTP/AVP 117 b=AS: 384 b=RS: 800 b=RR: 2400 a=rtpmap: 117 H 264/90000 a=fmtp: 117 profile-level-id=42 C 014; packetization-mode=1; sprop-parametersets=Z 0 LAFOk. Ficg=, a. M 4 C/A== a=imageattr: 117 send [x=480, y=640] recv [x=480, y=640] a=sendrecv a=mid: 0 심사관 신기술 교육센터

Network-Initiated Qo. S Reservation Vo. LTE UE A IMS Core A, e. Node. B A IMS Entities IMS Core B, e. Node. B B Vo. LTE UE B SDP Offer 1 … (1) SDP Offer Selection SDP INVITE SDP Offer M (2) SDP Answer Construction SIP 200 OK (4) Policy control, PDP Context Activation, RAB Establishment. (3) Policy control, PDP Context Activation, RAB Establishment. Adaptation State Machine 1 … Adaptation State Machine N (5) Adaptation Machine Selection SIP ACK Media Flow UE 間 일차적 합의를 의미하는 SIP message (200 OK) 를 감지하고 저장된 Qo. S IE 이용, 무선자원 교섭 Mobile-initiated Qo. S에서는 UE가 SDP offer/answer의 b=AS, RR 값에서 Qo. S IE 구축 후 IMS에 Qo. S 신청 타 사업자/제조사 UE와 SDP로 직접 교섭하므로 session negotiation 결과 보장, delay 관리 어려움 심사관 신기술 교육센터

SDP Offer/Answer Example SDP offer m=audio 49152 RTP/AVP 97 98 b=AS: 49 b=RS: 800 b=RR: 2400 a=rtpmap: 97 AMR-WB/16000/1 a=fmtp: 97 mode-change-capability=2 a=rtpmap: 98 AMR/8000/1 a=fmtp: 98 mode-change-capability=2 a=ptime: 20 a=maxptime: 240 SDP answer m=audio 49152 RTP/AVPF 97 b=AS: 38 b=RS: 800 b=RR: 2400 a=rtpmap: 97 AMR-WB/16000/1 a=fmtp: 97 mode-set=0, 1, 2; mode-changecapability=2 a=ptime: 20 a=maxptime: 240 SIP message에 포함된 SDP offer/answer 교환으로 UE 間 통화조건 교섭 복수의 media configuration이 제안된 경우 제안자가 선호하는 조건을 상단에 위치 Ø WB (option), NB (mandatory) vocoder가 모두 제공될 경우 WB가 상단 위치 (preferred) 2/3 G와의 음성 interworking에서 mode-change-period, mode-change-capability 지정 Ø AMR, AMR-WB는 2/3/4 G에서 각각 다른 방식으로 구동 Ø Vo. LTE는 ptime=20, maxptime=240 규정, RTP에 복수의 음성 frame 탑재 가능 Roaming, heavy loading 등 상황에 따른 SDP offer 선택 및 교섭방법은 구현 및 운용에 좌우 심사관 신기술 교육센터

비디오 세션 교섭 개선 m=audio 30000 RTP/AVP 96 98 b=AS: 25 b=TIAS: 8550 a=rtpmap: 96 EVRCB 0/8000 a=rtpmap: 98 telephone-event/8000 m=video 30000 RTP/AVP 99 b=AS: 58 b=TIAS: 48000 a=rtpmap: 99 H 263 -1998/90000 <SDP offer for PSVT (C. S 0055 -A v 1. 0)> EV-DO Re. A Modem 3 GPP 2 PSVT Client 3 GPP 3 G-324 M Client W-CDMA Modem Speech CCSRL /NSRP Delay WCDMA RLC H. 223 Adaptation Layer WCDMA MAC UDP EV-DO MAC H. 223 Multiplex Layer WCDMA PHY IP EV-DO PHY Video ROHC/ PPP/HDLC H. 245 RTCP RTP EV-DO RLP 3 G VT에는 bit-rate 증가, delay/error-rate 감소로 초월 불가한 영상품질 상한선 존재 Ø 송신단말의 영상압축 능력과 수신단말의 선호영상 size 정보교환 불가 3 G-324 M은 W-CDMA 64 kbps bearer에 음성 12. 2 kbps, 영상 176 x 144 (QCIF) 48 kbps 할당 Ø ITU-T H. 32 x series는 SQCIF, 4 CIF, 16 CIF 등 H. 245에 정의된 표준 image size만 사용가능 Ø Custom size 지원은 H 263 Video. Capability 등의 H. 245 message에 포함되어 상호 인지 필요 SDP는 media 처리/표시보다 전송이 bottleneck이던 90년대 PC-centric 인터넷 설계철학 반영 Ø (1차원 신호인 음성과 달리) 영상은 3차원 신호로 bit-rate (AS, TIAS) 만으로 완전한 품질서술 불가 심사관 신기술 교육센터

교섭 개선을 통한 품질/용량 증가 a=tcap: 1 RTP/AVPF m=video 49154 RTP/AVP 99 a=pcfg: 1 t=1 b=AS: 315 b=RS: 0 b=RR: 2500 a=rtpmap: 99 H 264/90000 a=fmtp: 99 packetization-mode=0; profile-level-id=42 e 00 c; sprop-parameter-sets=J 0 Lg. DJWg. UH 6 Af 1 A=, KM 46 g. A== a=imageattr: 99 send [x=240, y=320] [x=480, y=640] recv [x=240, y=320] [x=480, y=640, q=0. 6] SDP 內 codec level (profile-level-id) 에는 decoding 가능 최대 image size 정보만 포함 Ø IETF RFC 6236 (2011), http: //www. rfc-editor. org/rfc 6236. txt Vo. LTE는 bit-rate, display layout에 적합한 image size를 상대단말과 교섭 Ø 수신단말에서의 re-sizing으로 인한 전력소모, 화질열화, bit-rate 최소화 Ø RX, TX에 다른 영상 size 사용가능 Ø codec 종류와 상관없이 wide-screen 등 서비스 내용에 맞춘 임의 size 가능 Ø horizontal/vertical 전환에 따른 영상 압축방법 변경요청에 활용 Ø IETF 표준으로 (Vo. LTE와 상관없이) 유무선 영상통화 적용가능 Ø ASIC, IOT, IPR 등 추가비용 소요되는 새 video codec보다 경제적 Vo. LTE 이전에 OTT에 먼저 적용 후 video orientation 문제에도 적용 Ø http: //www. hirotakaster. com/technology/facetime-packet-capture/ Ø Coordination of Video Orientation (CVO) 대체 심사관 신기술 교육센터

표준화/상용화 현황 (2007 -2015) 2008 2007 Voice over HSPA 개발 2009 Vo. HSPA ↔ 2/3 G Interworking Access (HSPA), Core (GPRS), IMS, 3 G Media, IP로 기본 통화 시스템 (Vo. HSPA) 개발 Vo. HSPA와 2/3 G 회선교환 네트워크 간 음성, 영상통화 Interworking 절차 개발 2011 2010 2012 ↓ ’ 12. 8 세계최초 상용화 Voice over LTE 개발 통화품질, 망 용량 관리기술 개발 Vo. HSPA의 Access, Core를 LTE, EPC로 교체하여 Vo. LTE 개발 End-to-end 통화품질, 망 용량 관리기술 개발 2013 2014 ↓ ’ 14. 10 UICC 이동성 2015 ↓ ’ 15. 4 망 연동 ↓ ’ 15. x EVS / HEVC Vo. LTE ↔ Fixed Interworking, EVS → LTE/IMS ↑ ’ 14. 6 Enhanced Voice Service (EVS) 개발 (2007~2014) AMR (1998) 은 GSM, AMR-WB (2001) 는 W-CDMA를 위해 개발 Access 개선 (LTE → LTE-A), Core 구현 개선 (SDN, NFV), Media 개선 (EVS, HEVC) 을 통한 지속적 단말, 망 진화 심사관 신기술 교육센터

Summary 무선자원 관리주체가 UE, IMS, e. Node. B로 3원화되어 통화품질 및 용량관리 복잡 Scheduling에 의존한 네트워크 중심 RRM의 부담을 UE 間 media adaptation으로 경감 2/3 G, feature phone 시대 노후기술 잔존 2/3 G, CDMA의 무선전송 및 자원관리 기법 원용 Session negotiation 개선을 통한 교섭속도 향상, 미디어 압축 및 전송효율 향상 CA, Co. MP, Het. Net, Relay 등 복잡해진 무선환경에서 통화품질/용량 관리문제 대두 Bit-rate, complexity 증가 없이 통화품질 향상시키는 高 연비 미디어 처리기술 활용 CSFB, SRVCC, Vo. HSPA 등 다양한 transition path 제공 IMS 활용한 4 G+WIFI+유선 네트워크 통합으로 All-IP 네트워크로 진화하는 첫 단계 Organization Location for Technical Specifications 3 GPP http: //www. 3 gpp. org/specification-numbering 3 GPP 2 http: //www. 3 gpp 2. org/Public_html/specs/index. cfm IETF http: //www. ietf. org/rfc. html ITU-T http: //www. itu. int/pub/T-REC GSMA http: //www. gsma. com/newsroom/technical-documents/ 심사관 신기술 교육센터

추천 도서 Title Authors Publisher LTE for UMTS: Evolution to LTE-Advanced (2 nd Edition) Harri Holma and Antti Toskala Wiley 4 G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband Erik Dahlman, Stefan Parkvall and Johan Skold Academic Press Radio Protocols for LTE and LTE-Advanced Seungjun Yi et al. Wiley The IMS: IP Multimedia Concepts and Services Miikka Poikselkä and Georg Mayer Wiley The 3 G IP Multimedia Subsystem (IMS): Merging The Internet and the Cellular Worlds Gonzalo Camarillo and Miguel-Angel García-Martín Wiley SAE and the Evolved Packet Core: Driving the Mobile Broadband Revolution Magnus Olsson, Shabnam Sultana, Stefan Rommer and Lars Frid Academic Press IMS Multimedia Telephony over Cellular Systems: Vo. IP Evolution in a Converged Telecommunication World Shyam Chakraborty, Janne Peisa, Tomas Frankkila and Per Synnergren Wiley Mobile Video Telephony: for 3 G Wireless Networks David J. Myers Mc. Graw-Hill 심사관 신기술 교육센터

Vo. LTE 고급 기능 LTE-A Impact AMR/AMR-WB의 GSM 운용 Media Adaptation Speech Packetization Control 단말 간 음성압축 상호 제어 Explicit Congestion Notification State Machine for Rate Adaptation ETSI/3 GPP 표준 음성압축 기술 EVS 주요기능 및 지표 13. 2 kbps Channel Aware Mode High Efficiency Video Coding HEVC Performance 국내 Vo. LTE 연동 및 UICC 이동성 표준 심사관 신기술 교육센터

LTE-A Impact (c) Heterogeneous networks (Het. Net) (a) Carrier aggregation (CA) (b) Coordinated multipoint transmission (Co. MP) (d) Inter-cell interference coordination (ICIC) (e) Relay (Non-neighboring) 주파수 bundling은 cdma 2000 3 X, D(4)C-HSPA에서 이미 시도 Vo. LTE는 low bit/error-rate, highly delay-constraint인 기본 서비스로 Ø (1) no HO, (2) intra-frequency HO, (3) inter-frequency HO, (4) inter-RAT HO 순서로 선호 Ø Single lowest-frequency band, macro-cell, HO 최소화 통한 통화품질 관리 Ø Cell selection (UE는 macro/CSG cell 구분가능 수준)*, load balancing 등에 품질, 용량향상 기회 심사관 신기술 교육센터

AMR/AMR-WB의 GSM 운용 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Speech Quality AMR Redundancy CMI Speech 1 353 8 95 2 330 8 118 3 300 8 148 4 204 8 244 Channel Condition (C/I after SFH, filtering) Fixed bit-rate를 음성, redundancy에 동적 할당 대등한 위치에서 상호 압축방식 변경요청/존중 최대 4 mode (bit-rate) 까지 통화에 사용 CMI = 2 -bit codec mode + 6 -bit block code Vo. LTE 통화품질 관리체계는 GSM-AMR 응용 Ø Receiver가 수신상황 분석하여 선호 bit-rate 요청 Ø 품질조절 제한: neighbor-only transition, hysteresis Bit Value 34… 32 0 0 1 31 1 30 1 29 … 28 ICM 27 … 20 ACS 19 … 18 HYSTc 17 … 12 THRESH 3 11 … 6 THRESH 2 5… 0 THRESH 1 AMR_CONFIG_REQ message for four modes 심사관 신기술 교육센터

Media Adaptation LTE UL scheduling에서 UE는 buffer status report (BSR) 를 SR에 탑재하여 e. Node. B에 요청 Ø 최대 Qo. S 수준은 IMS가 결정하나 단일 무선구간의 short-term transmission policy는 e. Node. B 소관 Media adaptation은 교섭된 Qo. S가 유지되지 않는 상황에서 사용 Ø Decision logic의 위치 (media sender or receiver)에 따라 분류 Sender-driven media adaptation: APTO_ARR (Vo. RA) Ø Media receiver는 현재의 수신, playback 상황에 대한 정보를 sender에 (지속적으로) 전달 Ø 새 media bit-rate는 IMS에서 교섭했던 값 이하에서 media sender가 결정 Receiver-driven media adaptation: CMR (for AMR), TMMBR (Vo. LTE) Ø Media receiver가 현재의 수신, playback 상황에 기반하여 새 (최대) media bit-rate를 sender에 요청 Ø TMMBR는 Mantissa∗ 2 Exp (kbps) 이하 bit-rate로 영상을 압축하여 전송하도록 요청 Ø Media sender는 요청된 bit-rate를 grant, partially grant, or ignore 가능 Ø Bit-rate 감소요청은 신속히 처리, 증가요청은 보수적으로 수용 심사관 신기술 교육센터

Speech Packetization Control Redundant Original RTP Header CMR / TOC Frame N-2 No_DATA Frame N RTP Header CMR / TOC Frame N-1 No_DATA Frame N+1 RTP Header CMR / TOC Frame N No_DATA Frame N+2 Original Redundant Original RTP Header CMR / TOC Frame N-1 Frame N+1 RTP Header CMR / TOC Frame N+1 Frame N+2 Frame N+3 RTP Header CMR / TOC Frame N+2 RTP Header CMR / TOC Frame N+3 Frame N+4 Frame N+5 “Busy hour” 또는 과부하 상황에서 단일 무선구간 scheduling을 통한 E 2 E 품질보장에 한계 AVPF는 UE 間 bit-rate, packetization 방법 등의 상호 조절을 지원하는 RTCP profile Ø Session negotiation 단계에서 사용여부 UE 間 합의필요 Ø Codec mode, frame aggregation, redundancy level, redundancy offset 등 조절 Ø 1 speech frame 分 RTP/UDP/IP header를 여러 frame에 사용가능 TTI/packet bundling과 유사하나 link quality의 변화를 track 하는 고속 운용 어려움 음성 bit-rate 감소에 의한 통화품질 저하 vs. 최종 도달확률 향상에 의한 통화품질 증가 tradeoff Ø GSM-AMR의 joint source-channel coding과 유사, 압축과 전송에 의한 상대적 품질손상 고려 필요 Ø (동일 평균 bit-rate에서도) packet rate, size에 따라 전송효율 차이 가능 심사관 신기술 교육센터

단말 간 음성압축 상호 제어 Codec mode 및 packetization 방법을 RTCP_APP를 이용하여 상대 UE에 직접 요청 RTCP_APP_CMR은 0011+4 -bit으로 AMR mode 변경 요청 RTCP_APP_CMR, RTCP_APP_REQ_AGG, RTCP_APP_REQ_RED의 합은 4 -byte의 배수 Codec mode, frame aggregation, redundancy level, offset of redundancy 등 조절 단말끼리 상호 대등한 관계에서 요청하며 수신된 RTCP APP message 를 무시할 수 있음 GSM의 UE-BTS 간 AMR link adaptation 개념을 end-to-end로 옮기고 기능 확장한 형태 심사관 신기술 교육센터

Explicit Congestion Notification Time IP header에 2 -bit marking을 통해 예상되는 전송조건 악화를 단말에 미리 예고 IP header의 2 -bit field로 Non-ECT, ECT(0), ECT(1), CE 표시 Ø Non-ECT: “ECN-Capable Transport” (00, 단말 marking) Ø ECT(0), ECT(1): “ECN-Capable Transport” (10, 01, 단말 marking) Ø CE: “Congestion Experienced” (11, router 혹은 e. Node. B에서 ECT(0) 또는 ECT(1) overwrite) CE는 dropped packet과 동일한 의미로 해석되며 단말에 조치 요청 TCP flow control을 보조하기 위해 개발된 기능을 RTP, 이동통신 용도로 개량 단말에 대한 강제력 없으며 e. Node. B 권한은 전송경로 內 다른 router와 동일 Ø 각 router의 ECN 지원여부를 확인하는 mechanism 존재하나 HSPA/LTE에서는 제외 심사관 신기술 교육센터

State Machine for Media Adaptation Media adaptation 성능은 전송상황에 적합한 algorithm 선택 및 갱신에 좌우 Ø session negotiation에서 media bit-rate 상한선 결정 Ø roaming, heavy loading 등 상황에 따라 목표 통화품질 차이 Ø 목표 품질수준에 맞추어 media bit-rate 하한선, transition trajectory 조절 e. Node. B의 scheduling algorithm 일부를 UE에 이관한 형태 BTS에서 갱신가능한 GSM-AMR과 달리 e. Node. B 등 전송구간의 개별 node가 갱신할 수 없음 Ø bit-rate, packetization, bandwidth 등 복잡한 adaptation strategy 가능 3 GPP specification에서는 “fleet management” 문제소개 및 example update solution 제공 Ø 단말의 OTA parametric update에 사용되는 device management (DM) 기술 기반 심사관 신기술 교육센터

ETSI/3 GPP 표준 음성압축 기술 세대별 Vocoder 개발현황 Vocoder 개발완료 시기 (年) Source Bandwidth (Hz) Sampling Rate (samples/s) Bit-rate (kbps) Full Rate (FR) 1988 100 ~ 3, 500 8, 000 13 Half Rate (HR) 1995 100 ~ 3, 500 8, 000 5. 6 Enhanced Full Rate (EFR) 1995 100 ~ 3, 500 8, 000 12. 2 Adaptive Multi-Rate (AMR) 1999 100 ~ 3, 500 8, 000 4. 75 ~ 12. 2 (8) Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB) 2001 50 ~ 7, 000 16, 000 6. 6 ~ 23. 85 (9) Enhanced Voice Services (EVS) 2014 NB, WB, SWB, FB 8, 000, 16, 000 32, 000, 48, 000 7. 2 ~ 128 (11), 5. 9 VBR, AMR-WB IO EVS의 시대적 필요성 90년대의 노후 음성압축 알고리즘 사용 (AMR/AMR-WB) 서킷 네트워크의 BER/FER/erasure에 대한 내성만 고려 Speech Speech Clean Speech Speech BER/FER Speech Erasure Add-on JBM 사용한 AMR-WB 성능 개량에 한계 Speech Bit-rate를 현 수준으로 유지하고 bandwidth로 품질 개선 Fixed/broadband 연동을 위한 高 bit-rate 필요 Speech 3 Speech 6 Speech 5 Speech 2 Speech 1 Jitter/ Out-of-order delivery 음성 데이터 전송손실 유형 심사관 신기술 교육센터

EVS 주요기능 및 지표 Bit-rate: 5. 9 (VBR), 7. 2, 8, 9. 6, 13. 2, 16. 4, 24. 4, 32, 48, 64, 96, 128, AMR-WB Interoperability (IO) mode (기본) fixed bit-rate (FBR) 11 modes (7. 2 ~ 128 kbps) (기본) AMR-WB IO 9 modes (6. 6 ~ 23. 85 kbps) (옵션) variable bit-rate (VBR) mode 전송손실에 대한 내성 강화를 위한 Jitter buffer management (JBM), packet loss concealment (PLC) 내장 다양한 입력신호 처리를 위한 music 처리, dynamic rate / bandwidth switching Fully asymmetric session negotiation 지원 Codec Type Source Bandwidth (Hz) Sampling Rate (samples/s) Narrow Band (NB) 20 ~ 4, 000 8, 000 5. 9, 7. 2, 8. 0, 9. 6, 13. 2 Wide Band (WB) 20 ~ 8, 000 16, 000 5. 9, 7. 2, 8. 0, 9. 6, 13. 2, 16. 4, 24. 4, 32, 48, 64, 96, 128 Super Wide Band (SWB) 20 ~ 16, 000 (14, 000*) 32, 000 13. 2*, 13. 2 Channel Aware*, 16. 4, 24. 4, 32, 48, 64, 96, 128 Full Band (FB) 20 ~ 20, 000 48, 000 16. 4, 24. 4, 32, 48, 64, 96, 128 Bit-rate (kbps) 심사관 신기술 교육센터

High Efficiency Video Coding SDP Offer m=video 49154 RTP/AVP 98 97 100 99 a=tcap: 1 RTP/AVPF a=pcfg: 1 t=1 b=AS: 690 b=RS: 0 b=RR: 5000 a=rtpmap: 100 H 264/90000 a=fmtp: 100 packetization-mode=0; profile-level-id=42 e 01 f; sprop-parameter-sets=Z 0 KAHp. Wg. NQ 9 o. B/U=, a. M 46 g. A== a=imageattr: 100 send [x=848, y=480] recv [x=848, y=480] a=rtpmap: 99 H 264/90000 a=fmtp: 99 packetization-mode=0; profile-level-id=42 e 01 f; sprop-parameter-sets=Z 0 KADZWg. UH 6 Af 1 A=, a. M 46 g. A== a=imageattr: 99 send [x=320, y=240] recv [x=320, y=240] a=rtpmap: 98 H 265/90000 a=fmtp: 98 profile-id=1; level-id=93; sprop-vps=QAEMAf//AWAAAAMAg. AAAAw. Ba. LAUg; sprop-sps=Qg. EBAWAAAAMAg. AAAAw. Bao. Aai. Ae. Fl. Lkt. Iv. QB 3 CAQQ; sprop-pps=RAHAc. YDZIA== a=imageattr: 98 send [x=848, y=480] recv [x=848, y=480] a=rtpmap: 97 H 265/90000 a=fmtp: 97 profile-id=1; level-id=93; sprop-vps=QAEMAf//AWAAAAMAg. AAAAw. A 8 LAUg; sprop-sps=Qg. EBAWAAAAMAg. AAAAw. A 8 o. Ao. IDx. ZS 5 LSL 0 Adwg. EE=; sprop-pps=RAHAc. YDZIA== a=imageattr: 97 send [x=320, y=240] recv [x=320, y=240] a=rtcp-fb: * trr-int 5000 a=rtcp-fb: * nack pli a=rtcp-fb: * ccm fir a=rtcp-fb: * ccm tmmbr a=extmap: 4 urn: 3 gpp: video-orientation H. 264 Encoder 구조 (2003. 05) 3 GPP TS 26. 114 A. 4. 7. 1 H. 265 Encoder 구조 (2013. 01) 2013년 1월 JVT (MPEG/ITU-T) 에서 개발완료, 2014년 6월 3 GPP 표준 (TS 26. 114) 반영 H. 264와 전체적으로 비슷한 구조이나 4 K 이상 고해상도 영상압축에 최적화 심사관 신기술 교육센터

HEVC Performance Figure 6: Basketball. Drive 480 p sequence under MTSI test conditions and MTSI_1 prediction structure and AVC Constrained Baseline Profile Figure 7: Basketball. Drive 720 p sequence under MTSI test conditions and MTSI_1 prediction structure and AVC Constrained Baseline Profile (S 4 -131197) UHD (4 K/2160 p), 13 -15 Mbps, 50 -60 fps 처리에 특화 1 -2 Mbps 이하에서 H. 264 대비 압축성능 유사 (1 -2 d. B 수준) Low bit-rate, real-time, embedded system에서 성능향상 확인 필요 심사관 신기술 교육센터

부록: Mobile Media Signal Processing Linear Predictive Coding 음성통화 허용 End-to-End Delay Video Compression Concept 심사관 신기술 교육센터

Linear Predictive Coding Channel Quantizer Speech Encoder 104 kbps Speech Decoder 4. 75 ~ 12. 2 kbps D/A Converter 104 kbps Narrowband speech sampling rate = 8000 Hz 20 ms 분량 (160 smples) speech waveform을 approximate하는 all-pole model 구축 Ø 인체의 폐, 성대, 구강의 발성과정을 분석하여 FIR digital filter로 모델링 Time domain 변환 後 발성 유형에 따라 impulse/periodic sequence 등 상이한 input 사용 Original waveform - modeled waveform = residuals Model 계수와 residuals를 (bit-rate를 낮추고 오류내성을 높이도록) 처리하여 음성 frame 구성 서킷교환 네트워크에서는 단일 무선구간 특성 (link quality) 에 맞춘 압축/전송기법 적용 Ø Joint source-channel coding, unequal error detection & protection (GSM) 패킷교환 네트워크에서는 압축 후 복수 무선구간 통과 → 단일 구간에 맞춘 joint optimization 적용 不可 심사관 신기술 교육센터

음성통화 허용 End-to-End Delay Figure 1/G. 114 – Determination of the effects of absolute delay by the E-model 유/무선전화, GSM/CDMA/WCDMA 등 통화기술은 delay 기준으로 ITU-T G. 114 적용 허용범위는 일반적으로 User Satisfied 이상 (mouth-to-ear delay 280 ms 이내) 3 GPP 서킷교환 네트워크 (GSM/WCDMA) 에서 대부분 200 ms 이내 달성 MCPTT의 경우 uplink는 Vo. LTE, downlink는 MBMS로 전송되며 서버를 경유하므로 훨씬 큰 delay 발생 심사관 신기술 교육센터

Video Compression Concept Uncompressed Compressed W-CDMA 3 G-324 M에서 176× 144× 24 bits at 10 fps, 6. 1 Mbps (압축 前) → 48 kbps (압축 後) Independent frame (I-frame) 은 2 D transform 후 고주파 성분 filtering, quantization Predicted frame (P-frame) 은 (압축 후 복원된) 前 frame과 (digitized) 現 frame 차이 압축 Quantization & frame rate 조절 (rate control) 통해 목표 bit-rate 유지 前 frame 내 물체의 상대적 움직임을 표시하는 motion vector 활용으로 압축효율 증가 Luminance & chrominance 정보 별도 압축 압축된 영상 frame의 크기 및 압축비는 음성에 비해 훨씬 크고 영상 내용에 좌우 심사관 신기술 교육센터