VoLTE

Téléphonie (voix) sur réseau mobile LTE

La VoLTE (acronyme de Voice over LTE, voix sur LTE), parfois dénommée Appels 4G, désigne la technique de transport de la voix et des messages courts (SMS/MMS) sur les réseaux de téléphonie mobile 4G LTE et 5G NR-NSA. Le codage de la voix est de type « voix sur IP » (VoIP), mais il est optimisé pour la téléphonie mobile ; celui des messages est de type « SMS sur IP » (SMSoIP). VoLTE et SMSoIP sont normalisés par le consortium GSMA dans la norme PRD IR.92 [1] intitulée « Profil IMS pour la voix et les SMS ».

La VoLTE ne nécessite pas l'installation d'une application spécifique, elle est prise en charge (ou non) par le firmware du mobile. Elle utilise l’architecture IP Multimedia Subsystem (IMS) et le protocole SIP[2] pour l’établissement des appels et le transport de la voix et des messages dans les cœurs de réseau. L’établissement des appels (numérotation), le transport de la voix et le transport des messages courts sur le réseau LTE utilisent un profil IMS spécifique qui garantit une priorité plus élevée (une meilleure qualité de service) pour les flux vocaux et les messages courts. Cette architecture permet le transport des communications vocales (plan de contrôle et voix) et des SMS sous forme de flux IP semblables aux autres flux de données (Internet, vidéos, images…) déjà transportés sur les réseaux LTE et NR.

La voix sur LTE bénéficie des performances élevées du LTE qui offre environ trois à cinq fois plus de bande passante que les réseaux 3G UMTS ; elle permet d'établir et de recevoir des appels téléphoniques plus rapidement (2 à 3 s) qu'avec les techniques précédentes. La VoLTE permet aussi de préserver la bande passante radio et de diminuer la latence par rapport aux autres techniques de « voix sur IP » car les en-têtes des paquets VoLTE sont, grâce à la technique de compression RoHC, considérablement plus petits (2 à 3 octets contre 40) que les en-têtes IP standards utilisés par les solutions concurrentes et moins optimisées de VoIP (ex : Skype, Viber, Libon…)[3].

Le numéro utilisé pour les appels émis et reçus ou les messages est le numéro de téléphone standard attribué à l'abonné par son opérateur mobile. La facturation des appels est la même que pour les appels sur circuit commuté (2G/3G). La facturation des messages est la même que sur circuit commuté si le terminal n’utilise pas la messagerie enrichie RCS. Dans le cas contraire, les messages enrichis sont facturés comme des données.

HistoriqueModifier

En 2010, le nouveau réseau 4G défini par les normes 3GPP LTE et LTE Advanced releases 10 et 11 est entièrement basé sur la commutation par paquet, comme Internet, alors que la voix sur mobile et les SMS reposent toujours sur des circuits commutés à l’instar de la téléphonie fixe traditionnelle. Cela a obligé le 3GPP à créer une technique de repli des terminaux mobiles vers les réseaux 2G/3G appelée CSFB (Circuit Switch FallBack). Pour éviter cela, le GSMA bâtit donc à partir de 2010 une norme IR.92 qui permet de transporter la voix et les messages courts sous IP. La norme sera finalisée en 2019 sous le nom de « IMS Profile for Voice and SMS » et reste optionnelle pour les opérateurs et les fabricants de terminaux.

En , l’opérateur singapourien Singapore Telecommunications a lancé la première offre commerciale au monde d’un service VoLTE à Singapour[4], dans un premier temps uniquement disponible avec les Samsung Galaxy Note 3. Également en , aux États-Unis, l’opérateur AT&T annonce l’ouverture d’un service expérimental de VoLTE sur son réseau 4G/LTE, le , dans 4 villes américaines dont Chicago[5]. Ce service était disponible lors de son démarrage sur les smartphones Galaxy S4 Mini, il a ensuite été étendu à d'autres modèles et à l'ensemble du réseau mobile d'AT&T ; le service VoLTE a, fin 2015, 27 millions d'utilisateurs aux États-Unis[6].

En , l’opérateur coréen KT a présenté le premier service d'itinérance transfrontalière, basé sur la voix sur LTE. L'opérateur sud-coréen travaille en partenariat avec China Mobile pour développer l’itinérance des services VoLTE.

En , China Mobile, KPN et iBasis ont annoncé qu'ils ont mis en œuvre avec succès la première itinérance internationale VoLTE entre des opérateurs mobiles ; l’interconnexion des réseaux est basée sur l’architecture IMS avec un système de routage IP entre les réseaux des 3 opérateurs.

En Suisse, Swisscom lance en un service VoLTE sous le nom Advanced Calling[7].

En , 30 opérateurs mobiles dans le monde ont ouvert un service de voix sur LTE[8]. Trois opérateurs mobiles français avaient annoncé vouloir ouvrir un service VoLTE[9],[10] au deuxième semestre 2015.

Le , Bouygues Telecom annonce le lancement de son service VoLTE, dans un premier temps réservé aux clients possédant un Samsung Galaxy S6 ou S6 edge, devenant ainsi le premier opérateur français à proposer ce service[11]. Le , Bouygues Telecom étend son service VoLTE aux iPhone 6 et 6 Plus d'Apple équipés de iOS 9.2 ou de versions ultérieures.

Le , Orange annonce le début du déploiement progressif de la VoLTE associé à la voix sur Wi-Fi (VoWiFi) sur les réseaux mobiles 4G de ses filiales européennes[12].

FonctionnementModifier

La VoLTE et la messagerie RCS sont des services optionnels. Ni les opérateurs, ni les fabricants de terminaux ne sont obligés de les implémenter et l’utilisateur du terminal peut les désactiver.

La voix sur IPModifier

Lorsque la norme VoLTE n’est pas compatible avec le réseau LTE ou le téléphone, les appels vocaux basculent sur le réseau 3G (ou 2G) de l'opérateur mobile, en utilisant la technique « CSFB » (Circuit Switch FallBack) qui implique une interruption temporaire de la connexion 4G pendant la durée de l’appel vocal[9] ; la VoLTE permet de garder active la connexion au réseau 4G ou 5G et les flux de données associés, pendant la communication téléphonique ; elle permet aussi un établissement d’appel plus rapide et la réception plus rapide d'un appel téléphonique entrant (le terminal n'a pas besoin de se connecter au réseau 2G ou 3G de l'opérateur).

La généralisation de la voix sur LTE permettra à terme de supprimer la dépendance des réseaux 4G et 5G aux réseaux mobiles historiques à commutation de circuits 2G/3G qui sont actuellement (en 2021) encore largement utilisés pour les appels vocaux sur les réseaux mobiles.

Dans la phase intermédiaire, dans laquelle 2 ou 3 générations de réseaux mobiles cohabitent, une fonction dite SRVCC (Single Radio Voice Continuity Call) doit être utilisée par les eNode B et les terminaux mobiles pour que la communication voix ne soit pas interrompue en cas de handover[13]. Quand un abonné communicant en VoLTE se déplace vers une cellule radio non couverte en 4G, le protocole SRVCC permet de continuer l’appel sur un réseau 2G ou 3G sans interruption de la communication vocale.

Lorsque le téléphone est compatible et lorsque le réseau LTE dispose d'une architecture IMS incluant le profil IMS pour la voix et les SMS, la voix est transportée via les protocoles IP, SIP et RTP/RTCP.

Les codecsModifier

Pour assurer la compatibilité avec les autres réseaux mobiles et les téléphones plus anciens, la norme VoLTE impose que les terminaux mobiles soient compatibles avec le codec AMR-NB (à bande étroite) déjà utilisé dans les réseaux GSM et UMTS, mais le codec vocal préconisé pour la VoLTE est le codec large bande « Adaptive Multi-Rate Wideband » (AMR-WB), également connu sous le nom HD Voice. Ce codec est défini par la norme G722.2 de l'UIT. Alors que les téléphones cellulaires plus anciens utilisaient des codecs vocaux AMR FR ou EFR (enhanced full rate) qui prenaient en compte uniquement les fréquences vocales allant de 300 Hz à 3,4 kHz, le codec AMR-WB quand il est utilisé de « bout-en-bout » permet une bande passante vocale qui s'étend de 50 Hz à 7 kHz (la fréquence d'échantillonnage est de 16 kHz) ; les 2 terminaux qui communiquent doivent être équipés de ce codec pour garantir cette qualité vocale.

D'autres codecs peuvent aussi être utilisés ; par exemple, le laboratoire Fraunhofer IIS a proposé et fait une démonstration, dès 2012, de voix « Full-HD » (très haute définition) basée sur la mise en œuvre du codec AAC-ELD (Advanced Audio Coding - Enhanced Low Delay) dans des terminaux LTE[14]. Alors que les services à large bande audio (AMR-WB), proposés sous le nom « HD Voice » dans certains réseaux 3G ou 4G permettent une bande passante de 7 kHz, les codecs VoLTE « AAC-ELD » (Full-HD voice) restituent l'ensemble de la bande passante vocale de 20 Hz à 20 kHz. Le 3GPP qui est à l’origine des normes LTE a aussi défini en 2014[15] un codec « Full-HD » permettant une bande passante de 16 à 20 kHz : le codec EVS (Enhanced Voice Services)[16] qui est aussi connu sous le nom de Ultra HD Voice (voix ultra haute définition)[17].

Pour permettre des appels vocaux en qualité HD voice, Full-HD ou Ultra HD, les téléphones de l'appelant et du destinataire de l’appel doivent contenir les mêmes codecs conformes à ces standards[18]. Les réseaux mobiles ou se situent les 2 téléphones mobiles[19] doivent être, tous les deux, compatibles avec la technique VoLTE et être interconnectés par des ‘’gateways’’ IP qui ne transcodent pas la voix et qui préservent l'intégrité des flux IP contenant les paquets VoLTE.

Comparée à la voix HD proposée sur certains réseaux mobiles 3G et à certaines technologies propriétaires de voix sur IP (ex: Skype) qui supportent déjà des codecs « HD voice », la technique VoLTE apporte une faible latence, une gigue limitée et une garantie de débit (QoS) offertes par le LTE et par son cœur de réseau IMS[20], ce qui contribue à améliorer la qualité perçue et la stabilité des communications vocales VoLTE.

La messagerieModifier

La norme PRD IR.92 n’impose aucune nouvelle fonctionnalité mais seulement le transport des SMS/MMS sous IP via le protocole SIP vers la passerelle IP-SM-GW, toujours dans le but d’éviter le repli sur les réseaux 2G/3G à commutation de circuits. La passerelle IP-SM-GW de l’IMS permet de transférer les messages aux mobiles non compatibles VoLTE en utilisant le réseau UMTS ou GSM et les anciens protocoles SMS et MMS [21].

Cependant, l’adoption du protocole RCS de messagerie enrichie par les smartphones Android laisse présager la disparition à terme du transport des messages courts via la VoLTE. En effet, le protocole RCS n’utilise ni les anciens protocoles SMS et MMS de la 2G/3G, ni le protocole SMSoIP de la 4G/5G, mais le transport de données sous IP.

Notes et référencesModifier

  1. (en) « IR.92 IMS Profile for Voice and SMS », sur GSMA, (consulté le )
  2. La téléphonie sur IP via le LTE univ-poitiers.fr, le 12 avril 2013
  3. Cette forte optimisation de la taille des headers (en-têtes) des paquets IP VoLTE est possible car ces paquets ne circulent que sur le réseau radio (eUTRAN), ils sont ensuite reconnus par l'eNode B (antenne-relais) et convertis en trames IP standards pour traverser le cœur de réseau EPC/IMS ; ceci n'est pas possible avec les techniques plus anciennes de VoIP mobile, telle Skype, car les paquets IP contenant les échantillons de voix sont alors transférés sans modification, via Internet, entre le smartphone appelant qui héberge l'application Skype et le smartphone appelé, ou vers les gateways de la société Skype (cas du "skype out") ; ils doivent donc rester conformes de bout-en-bout aux standards Internet IPv4 ou IPv6.
  4. (en) « SingTel, Samsung and Ericsson unveil world's first full-featured Voice over LTE service », SingTel, (consulté le )
  5. (en) AT&T Introduces High-Definition Voice in Initial Markets AT&T.com, le 15 mai 2014
  6. (en) AT&T Turns Up 27M VoLTE Users lightreading.com, le 29 décembre 2015
  7. Swisscom donne le coup d’envoi à la téléphonie 4G/LTE bluewin.ch, le 10 juin 2015
  8. 2 milliards de connexions VoLTE en 2020 silicon.fr, le 5 novembre 2015
  9. a et b VoLTE : des appels via 4G améliorés, le point chez les 4 opérateurs clubic.com, le 4 juillet 2014
  10. BouyguesTel, la voix passera par la 4G zdnet.fr, le 5 février 2015
  11. « Bouygues Telecom lance la VoLTE : les appels voix sur le réseau 4G », sur www.journaldunet.com (consulté le )
  12. Orange lance à son tour la voix sur 4G zdnet.fr, le 23 février 2016
  13. (en) SRVCC Single Radio Voice Call Continuity radio-electronics.com, consulté le 29 octobre 2015
  14. « Fraunhofer IIS Presents the World’s First Full-HD Voice Calls on Android Phones over LTE at Mobile World Congress 2012 » [PDF], Fraunhofer IIS, (consulté le )
  15. codec EVS : défini dans les normes LTE Release 12
  16. (en) Enhanced Voice Services Codec for LTE (20 kHz) 3gpp.org, consulté le 13 décembre 2014
  17. Ultra HD Voice : vers des appels plus vrais que nature clubic.com, le 23 février 2016
  18. Un smartphone peut contenir plusieurs codecs.
  19. Dans le cas où les 2 utilisateurs utilisent des opérateurs différents.
  20. VoLTE : Voice Over LTE images-et-reseaux.com, le 8 novembre 2012.
  21. (en) « 3GPP TS 23.204 V16.0.0 (2019-12) », sur ETSI, décembre 2019 par le 3gpp (consulté le )

Voir aussiModifier

Articles connexesModifier