試論VoLTE關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)化對策

麥遠江

（廣東省電信工程有限公司 廣東惠州 516000）

試論VoLTE關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)化對策

麥遠江

（廣東省電信工程有限公司 廣東惠州 516000）

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，僅僅提供分組域業(yè)務(wù)的這個特性已經(jīng)遠遠不能滿足人們的需求了，所以想要使LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提供傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)就成為了學者們新的研究問題和研究方向。本文就對VoLTE關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)化措施進行了深入的研究。

VoLTE；關(guān)鍵技術(shù)；優(yōu)化對策

引言

LTE網(wǎng)絡(luò)是一個全IP網(wǎng)絡(luò)，在建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)的初期，LTE網(wǎng)絡(luò)的語音控制和承載沒有其專有的機制，而是借助相對穩(wěn)定的2G和3G網(wǎng)絡(luò)，采用的是CSFB和SRVCC以及雙待機終端等技術(shù)實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)。然而這種過渡的解決方案都存在著很多的問題和缺陷，很難成為最終的解決方案，所以當LTE網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性不斷上升甚至可以達到全覆蓋的時候，基于LTE網(wǎng)絡(luò)的語音VoLTE的解決方案就顯得尤為重要。

1 VoLTE關(guān)鍵技術(shù)

VoLTE作為下一代話音技術(shù)，其實也是可以理解為一種VoIP技術(shù)。但是它與OTT（OverTheTop）提供的VoIP話音服務(wù)（如Skype）也有一定的區(qū)別。VoLTE是基于IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）的話音業(yè)務(wù)，它不是承載在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)，而是架構(gòu)于4G網(wǎng)絡(luò)之上。OTT的VoIP的話音服務(wù)，只是盡最大能力傳輸，存在誤碼率高、時延大等缺點，不能保證流暢的語音體驗，在這點上還不如運營商2G/3G的語音效果。VoLTE提供了高水準的控制和管理機制，保證了良好的QoS（服務(wù)質(zhì)量），使得語音傳輸?shù)倪B續(xù)性及實時性得以提升，極大地改善了用戶感知。要實現(xiàn)高標準的QoS，VoLTE離不開以下關(guān)鍵技術(shù)：

1.1 TTIBundling

TTI（傳輸時間間隔）是LTE在時域上最小的調(diào)度單位，為1ms。這也意味著HARQ（混合自動重傳請求）每1ms要確認一次傳輸。LTE網(wǎng)絡(luò)，不管是FDD（頻分雙工）還是TDD（時分雙工）模式，每個扇區(qū)可以支持不低于200個VoLTE用戶進行語音通話。然而，在小區(qū)的邊緣地區(qū)，受限于基站的發(fā)射功率以及移動終端的上行發(fā)送/接收功率，無法保證VoLTE的數(shù)據(jù)包有效傳輸。

RLC（無線鏈路控制）數(shù)據(jù)包分割是一種基本的小區(qū)邊緣覆蓋增強方法，簡稱L2分割。L2分割使得數(shù)據(jù)包占用更多的信道資源，消耗更多的調(diào)度信令，使得HARQ的重傳次數(shù)更多，降低了時延。因此需要一種有效的RLC分段方法，在既可以保證網(wǎng)絡(luò)容量的基礎(chǔ)上盡可能提升小區(qū)的邊緣覆蓋。

當小區(qū)邊緣UE功率受限時，由于資源受限，丟包率會增加。使用TTIBundling，四個連續(xù)子幀中的立刻重傳，能積累能量，增大傳輸成功率，從而提高接收成功率，避免過多的HARQ重傳。如圖1所示，正常情況下，當手機（UE）收到eNB（演進型基站）發(fā)來的一個授權(quán)（DCI0）后，UE就會在一個特定的子幀發(fā)送PUSCH（物理上行共享信道）（接收到這個授權(quán)后的4ms），也就是4個連續(xù)、不同冗余的版本（RV）數(shù)據(jù)包。假設(shè)每次傳輸?shù)某鲥e概率為50%，使用TTI綁定后連續(xù)4個TTI出錯的概率為6.25%，大大降低了出錯率，同時也降低了延遲。

圖1 TTIBundling流程圖

TTIBundling不可用于TDD系統(tǒng)中3DL：1UL時隙配比中，且不與SPS（半靜態(tài)調(diào)度）同時開啟。

1.2 SPS

LTE系統(tǒng)MAC（媒體接入控制）層調(diào)度一般分為動態(tài)調(diào)度和靜態(tài)調(diào)度。LTE系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大多是突發(fā)業(yè)務(wù)，且具有自相似性。動態(tài)調(diào)度比較靈活，可以根據(jù)需要分配資源，經(jīng)常與自適應(yīng)算法配合（比如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時間序列等），每次調(diào)度都需要調(diào)度信令的交互，消耗信令比較多，特別適合突發(fā)特征明顯的業(yè)務(wù)。所謂SPS就是一種提高資源配置的途徑，結(jié)合持續(xù)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度的優(yōu)點完成運作，如VoIP業(yè)務(wù)。

以VoIP為例，如圖2所示，VoIP新傳的數(shù)據(jù)包由于其到達間隔是20ms，所以可以由一條PDCCH（物理下行控制信道）信令分配頻域資源，以后每隔20ms就自動用分配的頻域資源傳輸新來的包。半持續(xù)調(diào)度是LTE中為了節(jié)省PDCCH數(shù)量而提出的一種新的調(diào)度方法，最初主要是針對VoIP業(yè)務(wù)，其可大大降低信令開銷，使信令開銷資源最低僅為業(yè)務(wù)的1.3%。

圖2 VoIP數(shù)據(jù)包到達過程圖

SPS可減少控制信令開銷，節(jié)省PDCCH資源，在控制信道受限的情況下提高系統(tǒng)容量；但在TDD系統(tǒng)中的3DL：1UL時隙配比中，因SPS采用保守調(diào)度算法，可能導致系統(tǒng)容量因受限于PUSCH而有所下降。

1.3 健壯性包頭壓縮協(xié)議

按照3GPP組織的要求，LTE系統(tǒng)要全面退出CS域，只支持PS域。這就要求PS域提供的語音質(zhì)量達到或者超過CS域的效率，那么必然要對IP包頭進行壓縮。VoIP業(yè)務(wù)是基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音業(yè)務(wù)，包頭開銷占整個數(shù)據(jù)包的比例較大，為了節(jié)省傳輸資源，LTE系統(tǒng)給出了一種IP包頭壓縮方法：ROHC（健壯性包頭壓縮協(xié)議），并且同時支持IPv4和IPv6。

ROHC協(xié)議要求僅在初次傳輸時發(fā)送數(shù)據(jù)包頭的靜態(tài)信息（如IP地址等），后續(xù)不再重復發(fā)送；通過一定信息可推知數(shù)據(jù)流中其他信息時，可僅發(fā)送必須的信息，其他信息可由上下文推算。典型的VoLTE數(shù)據(jù)包凈荷為32B，IP頭開銷明顯比凈荷本身的要大的多。IPv6的包頭為60B，IP頭開銷是有效載荷的1.88倍；IPv4的包頭為40B，IP頭開銷是有效載荷的1.25倍。IPV4的ROHC壓縮如圖3所示。

圖3 IPV4的ROHC壓縮圖

經(jīng)過ROHC壓縮后，IP包頭開銷從40～60B降為4～6B，10倍的包頭壓縮率對VoLTE業(yè)務(wù)信道覆蓋和容量有顯著增益。ROHC協(xié)議對VoLTE數(shù)據(jù)包的IP包頭壓縮方法是仁者見仁智者見智，大多在LSB（最低有效位）算法上進行改進。ROHC壓縮也要考慮到無線和有線信道情況對編碼的影響，這方面可以繼續(xù)深入探討。

2 VoLTE優(yōu)化

無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目的主要是為了達到無線網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)負載均衡，優(yōu)化資源配置，保證優(yōu)質(zhì)服務(wù)質(zhì)量，提高用戶的出行感知度。VoLTE的優(yōu)化方法同其他無線網(wǎng)絡(luò)如CDMA等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的方法是相似的，包括干擾、覆蓋、參數(shù)、切換等方面的優(yōu)化。VoLTE面臨著大規(guī)模商用，它的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是步步為營、循序漸進的過程。本文以中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)、GSM網(wǎng)絡(luò)為例，闡述VoLTE優(yōu)化方法，主要是分三步走方案。

2.1 4G～2G鄰區(qū)配置

VoLTE初步商用時，由于4G還沒有規(guī)模覆蓋，手機需要通過SRVCC（單一無線語音呼叫連續(xù)性）方式至GSM系統(tǒng)。這樣一來，必須制定4G～2G鄰區(qū)配置方法。

（1）如果4G與2G小區(qū)共站（包括室分站點），4G首先需要配置所有共站的2G小區(qū)，同時室外站需要繼承配置其中同方向角的2G共站小區(qū)（4G與原有2G的方位角的偏差在45°范圍內(nèi)）的2G鄰區(qū)。

（2）如果4G站點為新建站，優(yōu)先考慮添加第一圈2G鄰區(qū)頻點。與此同時，應(yīng)重點檢查以下兩類2G小區(qū)：①距離4G站點最近的N個2G站址中（方圓2km范圍內(nèi)），如果存在室外小區(qū)，則選擇天線方向指向本小區(qū)的2G小區(qū)（建議是法線正負60°之內(nèi)）；如果存在室分小區(qū)，則無需考慮方向角。滿足上述條件室內(nèi)、外小區(qū)共M個（這里M

2.2 VoLTE三步走優(yōu)化方法

VoLTE的優(yōu)化是一個繁瑣且長期的過程，同時也是循序漸進、按部就班、分段實施的過程。

第一步，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)初始化，實現(xiàn)VoLTE的信號從無到有。配置ROHC壓縮算法，將核心網(wǎng)和UE之間的數(shù)據(jù)報文的報文頭，如IP頭、UDP頭、RTP頭進行壓縮后，再進行傳輸，起到節(jié)省空口帶寬資源的作用，這里只針對QCI=1的業(yè)務(wù)。設(shè)置PDCP（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）SDU（服務(wù)數(shù)據(jù)包）的丟棄時間，這里只針對QCI=5的業(yè)務(wù)，優(yōu)化其丟包率。配置EMLP（調(diào)度優(yōu)先選擇）算法，針對QCI調(diào)度優(yōu)先級進行優(yōu)化。開啟eSRVCC切換，弱覆蓋地區(qū)執(zhí)行eSRVCC切換到GSM鄰區(qū)，保障VoLTE通話的持續(xù)性。

第二步，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)稽查調(diào)整，實現(xiàn)VoLTE信號的廣覆蓋。調(diào)整內(nèi)容：大規(guī)模減少eSRVCC切換功能開關(guān)數(shù)量；PDCPSDU的丟棄時間數(shù)量減少；EMLPS的數(shù)量進一步減少；配置ROHC不變。具體的一些參數(shù)數(shù)量要根據(jù)各地區(qū)的實際情況進行匹配。廣覆蓋的過程中，涉及到干擾優(yōu)化、切換優(yōu)化等，具體表現(xiàn)為一些方位角調(diào)整、發(fā)射功率調(diào)整等，這里不一一說明，都是常規(guī)的優(yōu)化方式。

第三步，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)深度優(yōu)化，實現(xiàn)VoLTE信號深度覆蓋，提升容量。配置PDCPSDU的丟棄時間：優(yōu)化QCI=1、QCI=2、QCI=5三種業(yè)務(wù)的丟包率，適應(yīng)多業(yè)務(wù)。啟動DRX機制：降低VoLTE時延、節(jié)約手機用電，增強手機續(xù)航能力。

三步走的優(yōu)化流程，是從局部到整體、從覆蓋需求到容量需求的一個規(guī)劃過程，也是廣大通信人辛勤汗水澆灌的結(jié)果。

3 結(jié)束語

綜上所述，在移動網(wǎng)絡(luò)中，LTE網(wǎng)絡(luò)憑借數(shù)據(jù)的高效傳輸?shù)葍?yōu)勢將會成為移動通信網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的必然趨勢，同時語音業(yè)務(wù)必將實現(xiàn)全IP化，但是無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全覆蓋的情況也將是一個漫長的過程，IMS系統(tǒng)語音業(yè)務(wù)的控制的穩(wěn)定性和可靠性也在逐步的完善和提高。

[1]張志，寧志勇，謝靜姝，等.電子式電流互感器在線校驗關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)理論研究[D].華中科技大學，2013.

[2]徐德平，程日濤，張新程，等.VoLTE關(guān)鍵技術(shù)及部署策略研究[J].電信工程技術(shù)與標準化，2014，02（10）：175～179.

[3]李軼群，李永清，任東宇，等.單片集成光接收機前端關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)新型光電子器件的研究[J].北京郵電大學（社會科學學報），2012，03（10）：146～149.

TN929.5

A

1004-7344（2016）09-0278-02

2016-3-12

麥遠江（1982-），男，漢族，本科，主要從事移動核心網(wǎng)維護工作。