《AI時代系列(5)：掌握AI + 6G無線行動通訊網路 —— 超高速、零延遲、智慧城市全攻略 🌐》
44/100 📌 第 5 周：核心網設計 -行動網路的中樞大腦 。
44. IMS 📞
多媒體控制平台，支撐 VoLTE 與視訊！
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🎯 單元導讀
雖然 4G LTE 的 EPC 已經做到 全 IP 化，但它本身只處理「數據」傳輸，並不負責「語音呼叫」。
若沒有額外的架構，LTE 只能上網，打電話還要回落到 2G/3G（CSFB, Circuit Switched Fallback）。
為了解決這個問題，3GPP 引入了 IMS（IP Multimedia Subsystem，IP 多媒體子系統）。
👉 它是一個基於 SIP 協定 的控制平台，專門負責 語音、視訊、即時訊息、多媒體服務。
換句話說，IMS 是 4G/5G 語音的靈魂，沒有它，就沒有 VoLTE 與 VoWiFi。
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🧠 一、IMS 的核心功能
1️⃣ 呼叫與會話控制
• 基於 SIP（Session Initiation Protocol） 建立、維護、釋放語音/視訊通話。
• 確保不同設備/網路間的互通性。
2️⃣ 多媒體支援
• 不只語音，還支援視訊通話、即時訊息、會議。
3️⃣ 策略與計費
• 與 PCRF/OCS 互通，根據資費方案控制服務品質 (QoS)。
4️⃣ 跨網互通
• IMS 可與 CS Core（2G/3G）、PSTN 固網互通，確保「任何人都能打給任何人」。
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🧠 二、IMS 在 VoLTE 的角色
• VoLTE (Voice over LTE) → LTE 網路上的語音服務，全 IP 化。
• IMS = 呼叫控制中心：
o 負責 SIP 信令。
o 搭配 SBC（Session Border Controller） 提供安全。
o 搭配 Media Gateway 轉換不同媒體格式。
👉 沒有 IMS，就無法在 4G 上直接打電話。
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💻 三、ASCII 示意圖
LTE 語音架構 (IMS)
📱 UE --SIP--> eNodeB --S1--> EPC --→ IMS 📞 --→ 對方 UE
|
+--→ PSTN/2G/3G (互通)
這張示意圖描繪了 LTE 網路中的語音架構（IMS，IP Multimedia Subsystem）。
在 LTE 網路裡，語音通話不再像 2G/3G 使用電路交換（CS），而是透過 全 IP 的封包交換（PS）方式 進行。當用戶（UE）發起語音通話時，會先透過 SIP（Session Initiation Protocol）訊息經由 eNodeB 與 EPC 傳送至 IMS 核心。IMS 負責通話的建立、媒體協商與信令控制，最終將語音流導向對方用戶。若對方仍使用傳統 2G、3G 或 PSTN 電話網，IMS 也能透過互通閘道（Interworking Gateway）完成轉換，使 LTE 語音與舊式網路通話無縫接續。
簡而言之，IMS 讓 LTE 能以 VoLTE（Voice over LTE） 的形式提供高品質、全 IP 化的語音服務。
👉 說明：IMS 是 VoLTE 的「大腦」，負責呼叫建立與媒體控制。
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🧩 四、模擬題
1️⃣ 專業題
問題：
請解釋 IMS 與 EPC 的分工，為什麼 LTE 語音需要 IMS 才能實現？
說明：
在 LTE 網路中，EPC（Evolved Packet Core） 負責「傳輸層」的工作，而 IMS（IP Multimedia Subsystem） 負責「通話控制層」。
EPC 的職責是確保使用者封包能穩定、快速地在行動網路與外部網際網路之間傳送，它處理的是資料流與承載（Bearer）層級的 QoS 控制。
IMS 則運作在更上層，負責「語音通話與多媒體會話」的建立與管理，主要透過 SIP（Session Initiation Protocol）來控制誰呼叫誰、何時接通、何時結束、使用哪種編碼與媒體格式。
LTE 本身是一個純封包交換（Packet Switched） 網路，沒有像 2G/3G 那樣的電路交換（Circuit Switch）機制，無法原生支援語音通話。
因此，若要在 LTE 上實現語音（即 VoLTE），就必須由 IMS 負責提供通話信令與媒體控制功能。
簡言之：
EPC 負責「封包運輸」，IMS 負責「語音邏輯」。沒有 IMS，就無法讓 LTE 實現真正的語音通話。
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2️⃣ 應用題
問題：
假設要導入 VoWiFi（Wi-Fi 語音），IMS 在其中扮演什麼角色？
說明：
VoWiFi（Voice over Wi-Fi）是一種讓使用者在 Wi-Fi 環境下透過 IP 網路進行語音通話的技術，它與 VoLTE 共用同一個核心：IMS。
在這個架構中，IMS 的角色是統一語音服務控制平臺。
無論使用者是透過 LTE（VoLTE）還是 Wi-Fi（VoWiFi）上網，語音通話的建立與管理都由 IMS 處理。
具體來說，當用戶連上 Wi-Fi 並撥出電話時：
• 手機會使用 SIP 訊令連線至 IMS；
• IMS 驗證使用者的身分（例如 SIM 資訊或 EAP-AKA 驗證）；
• IMS 建立語音會話並選擇最佳媒體路徑；
• 若通話對方仍在 LTE 網路或 PSTN，IMS 會透過互通閘道將兩邊連起來。
換句話說，IMS 就像「語音服務的中樞」，讓 VoLTE 與 VoWiFi 共用相同的號碼、通話紀錄與語音品質標準，實現真正的「無縫通話體驗」。
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3️⃣ 情境題
問題：
若用戶抱怨 VoLTE 通話品質不穩定，你會如何從 IMS 架構出發，檢查可能的問題點？（提示：SIP 信令延遲、QoS 保證、互通問題）
說明：
當 VoLTE 通話品質不佳時，問題可能不是單純的網路訊號，而是出在 IMS 架構的不同層面。
可依下列三個方向檢查：
1. SIP 信令延遲或重傳
檢查 IMS 核心（特別是 CSCF 節點）之間的 SIP 訊息是否出現延遲、封包遺失或 DNS 解析問題。若 SIP 延遲過高，會導致撥號接通慢、語音建立時間長。
2. QoS 與承載配置問題
檢查 EPC（特別是 PGW + PCRF）是否正確下發 VoLTE 專用的 QCI=1 承載。
若 QoS 未被正確設置，語音封包可能與一般資料流共用頻寬，導致抖動（Jitter）與語音延遲。
3. 互通與編碼匹配問題
若對方是 2G/3G 或 PSTN 用戶，IMS 需透過互通閘道（MGCF/MGW）轉換語音格式與訊號。若互通配置錯誤、編碼器不匹配（如 AMR-NB / AMR-WB），可能出現雜音或語音斷續。
綜合來說，IMS 架構中通話品質不穩定通常可從 信令延遲、QoS 保證、互通轉換 三個層面逐步排查。
簡單一句話：IMS 決定「怎麼通」，EPC 決定「通得穩不穩」。
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✅ 五、小結與啟示
• IMS = IP 多媒體控制平台，基於 SIP 協定，提供語音、視訊、即時通訊。
• EPC 管數據，IMS 管語音/多媒體，兩者互補，才讓 4G 成熟。
• VoLTE 與 VoWiFi 都靠 IMS 運作，成為 LTE 語音服務的核心。
• 展望：在 5G/6G，IMS 仍是語音基礎，但會與 雲原生核心（5GC） 深度結合，支援 AR/VR 與新型多媒體通訊。
👉 一句話總結：IMS 是 4G/5G 語音的靈魂，讓 LTE 不只是「上網」，而是「能打電話的寬頻」。
