VoLTE無線網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方案研究

程日濤+汪穎+王韜+孟繁麗+李天璞

【摘 要】為了研究VoLTE無線網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方案，首先分析了VoLTE的基本特性及對網(wǎng)絡(luò)的要求，提出連續(xù)覆蓋是保證VoLTE業(yè)務(wù)性能的基本要求，隨后基于保證VoLTE業(yè)務(wù)性能所需要的規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行了理論與現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析，確定了規(guī)劃指標(biāo)要求，最后，對提升VoLTE業(yè)務(wù)性能的建設(shè)方案和軟件功能進(jìn)行了分析，并提出了應(yīng)用建議。

【關(guān)鍵詞】VoLTE 規(guī)劃指標(biāo) 異構(gòu)網(wǎng)

Research on VoLTE Wireless Network Planning Metrics and Implementation Scheme

[Abstract]In order to investigating VoLTE wireless network planning metrics and implementation scheme， the basic characteristics and the requirements of VoLTE were analyzed firstly with the conclusion that the continuous coverage is the premise to guarantee VoLTE service performance. Then， the theoretical and existing network data analyses were carried out based on the planning metrics to guarantee VoLTE service performance， and the planning metrics specifications were confirmed. Finally， the construction scheme and the software function were analyzed with aim to enhance VoLTE performance， and the application recommendation was presented.

[Key words]VoLTE planning metrics heterogeneous networks

1 VoLTE業(yè)務(wù)概述

1.1 VoLTE業(yè)務(wù)特性

VoLTE是GSMA定義的標(biāo)準(zhǔn)LTE語音解決方案，IMS網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)，配合LTE和EPC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)端到端的基于分組域的語音、視頻通信業(yè)務(wù)。通過IMS系統(tǒng)的控制，VoLTE解決方案可以提供和電路域性能相當(dāng)?shù)恼Z音業(yè)務(wù)及其補(bǔ)充業(yè)務(wù)，包括號碼顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、會議電話等。

在無線網(wǎng)中，通過采用RoHC、RLC分段與TTI綁定、半持續(xù)調(diào)度、xSRVCC技術(shù)等確保VoLTE業(yè)務(wù)性能。

對于VoLTE語音業(yè)務(wù)，質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)包括接續(xù)性指標(biāo)（接通率、接通時延、掉話率）、移動性指標(biāo)（切換成功率、切換中斷時延等）、語音質(zhì)量（MOS，VoLTE主要使用POLQA進(jìn)行評分）等。

1.2 VoLTE業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)絡(luò)的要求

VoLTE業(yè)務(wù)在無線網(wǎng)傳輸上主要對丟包率、端到端時延及抖動有要求。理想的RTP丟包率是1%，從鏈路級分析看，低于1%的丟包率可以保證MOS分值在3.5分以上，能夠保證較好的語音業(yè)務(wù)感知。

3GPP TS 23.203給出了標(biāo)準(zhǔn)QCI（QoS Class Identifier，QoS等級標(biāo)識）的特性，對QCI為1的VoIP語音和QCI為5的IMS信令的時延需求，PDB（Packet Delay Budget，包遲延預(yù)算）均為100 ms，也就是對UE到PGW（PDN Gate Way，PDN網(wǎng)關(guān)）之間的時延要求為100 ms，為具有98%滿意度的最大時延。其中，空口時延要求為100-20=80 ms。

從現(xiàn)網(wǎng)無線網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)層面影響VoLTE業(yè)務(wù)的主要表現(xiàn)看，弱覆蓋、高干擾是影響VoLTE業(yè)務(wù)性能的主要因素。

2 VoLTE無線網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)

2.1 影響VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量的現(xiàn)網(wǎng)因素分析

無線網(wǎng)對VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）bSRVCC流程導(dǎo)致呼叫失敗

因起呼點(diǎn)覆蓋電平低發(fā)生bSRVCC，同時由于端到端不支持bSRVCC流程導(dǎo)致呼叫失敗。室外場景問題發(fā)生概率低，但當(dāng)VoLTE用戶處于室內(nèi)時，因覆蓋電平相對低導(dǎo)致易發(fā)生。

需要從無線網(wǎng)角度研究VoLTE覆蓋范圍外的用戶因bSRVCC導(dǎo)致呼叫失敗的解決方案，方案一：呼叫過程中延遲切換：若在呼叫過程觸發(fā)SRVCC切換，則推遲切換；方案二：基于信道質(zhì)量選擇PS/CS呼叫：若信道質(zhì)量差，采用CSFB呼叫。

（2）SIP信令丟失導(dǎo)致呼叫失敗

SIP信令中大數(shù)據(jù)量信令接收失敗。SIP信令中INVITE及180RingRing的信令包體最大，IPv6 INVITE消息根據(jù)抓包分析大小約為2.5 kB，180RingRing

約為1.5 kB。

按信令發(fā)送時延要求為100 ms核算，INVITE和180RingRing消息對應(yīng)的傳輸速率要求為200 kbps和120 kbps。在弱覆蓋和上行高干擾場景，上行速率無法滿足上述速率要求。

該問題的解決方案包括：提升上行覆蓋能力、降低SIP信令信息量、延長SIP信令到期定時器。

（3）弱覆蓋、高質(zhì)差導(dǎo)致的語音質(zhì)差

MOS與覆蓋質(zhì)量有較強(qiáng)的相關(guān)性，在弱覆蓋區(qū)域MOS的方差明顯變大，語音質(zhì)量穩(wěn)定性差。對路測采樣點(diǎn)的RSRP、RS-SINR與MOS繪制散點(diǎn)圖，并通過趨勢線分析可見，MOS均值高于3.5分對應(yīng)的RSRP門限約-113 dBm，RS-SINR門限約-2 dB。在上述門限點(diǎn)及更低的區(qū)域，MOS分振蕩劇烈，意味著VoLTE用戶的感知波動較大。

2.2 理論分析與測試驗證

對于VoLTE語音業(yè)務(wù)，鏈路預(yù)算和測試驗證數(shù)據(jù)均表明，在滿足基本的KPI指標(biāo)及MOS質(zhì)量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB滿足VoLTE高清語音業(yè)務(wù)要求。

VoLTE業(yè)務(wù)覆蓋能力預(yù)算。

2.3 現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

（1）覆蓋指標(biāo)與語音業(yè)務(wù)KPI關(guān)聯(lián)分析

對小區(qū)級邊緣RSRP與VoLTE eRAB建立成功率與掉線率進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。接通率99%對應(yīng)的邊緣RSRP為-110 dBm，掉線率1%對應(yīng)的邊緣RSRP要求為-112 dBm。接通率98%對應(yīng)的邊緣RSRP約為-115 dBm，掉線率2%對應(yīng)的邊緣RSRP要求約為-116 dBm。

（2）覆蓋指標(biāo)與MOS關(guān)聯(lián)分析

對路測數(shù)據(jù)RSRP/RS-SINR與MOS進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。滿足MOS 3.5分對應(yīng)的覆蓋要求：RSRP：-113～-110 dBm，RS-SINR：-3～0 dB。滿足MOS 3分對應(yīng)的覆蓋要求：RSRP：-116～-113 dBm，RS-SINR：-8～-5 dB。

對路測數(shù)據(jù)RSRP/RS-SINR與MOS進(jìn)行二維關(guān)聯(lián)分析。滿足MOS 3.5分對應(yīng)的覆蓋要求：RSRP： -112 dBm，RS-SINR：-2 dB。滿足MOS 3分對應(yīng)的覆蓋要求：RSRP：-116 dBm，RS-SINR：-5 dB。

深度覆蓋場景是VoLTE業(yè)務(wù)感知較差的場景，因此深度覆蓋水平影響VoLTE業(yè)務(wù)感知，提升深度覆蓋率是保證VoLTE感知的主要手段。當(dāng)RSRP低于-113 dBm，MOS平均值迅速下降，且低于3分。

（3）VoLTE對網(wǎng)絡(luò)容量的影響

通過VoLTE業(yè)務(wù)占用TBS情況的理論分析及測試驗證可以得到VoLTE業(yè)務(wù)速率情況，在語音編碼速率的基礎(chǔ)上，綜合考慮包頭開銷（IP包頭、L2包頭）、語音激活比、數(shù)據(jù)重傳等開銷，VoLTE業(yè)務(wù)PDCP層速率分別約為13.5 kbps和23 kbps。為便于計算，按25 kbps估算VoLTE業(yè)務(wù)速率要求，VoLTE業(yè)務(wù)流量占比分析。

VoLTE高清語音業(yè)務(wù)的PDCP層綜合速率約25 kbps（開啟RoHC），根據(jù)規(guī)劃數(shù)據(jù)，2016年/2017年/2018年VoLTE終端滲透率為5.4%/25%/45%，4G VoLTE用戶MOU為537分鐘/467分鐘/424分鐘，4G用戶DOU為1 GB/1.4 GB/2.1 GB計算，2016年/2017年/2018年VoLTE語音業(yè)務(wù)流量占比為1%/3%/3%。在整體流量比例中，VoLTE業(yè)務(wù)流量占比較低，對網(wǎng)絡(luò)容量不會帶來明顯壓力。

VoLTE業(yè)務(wù)在上行流量占比達(dá)到4%/11%/12%，因此對于上行負(fù)荷影響更為明顯。

考慮到VoLTE忙時集中系數(shù)高于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因保障質(zhì)量要求會占用較多PRB資源等情況，實(shí)際流量占比可能略高于上述預(yù)估值。近期出現(xiàn)部分場景PDCCH上行調(diào)度能力限制了上行業(yè)務(wù)性能等問題，還需要繼續(xù)分析對網(wǎng)絡(luò)容量的影響。

2.4 指標(biāo)總結(jié)

VoLTE語音業(yè)務(wù)需求為在滿足基本的業(yè)務(wù)質(zhì)量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB可以滿足需求。在滿足較高的業(yè)務(wù)質(zhì)量要求下，RSRP≥-110 dBm，RS-SINR≥0 dB是最低覆蓋要求。

質(zhì)量要求 RSRP門限/dBm RS-SINR門限/dB

接通率≥98%、

掉話率≤2%、

MOS≥3 -113 -3

接通率≥99%、

掉話率≤1%、

MOS≥3.5 -110 0

3 VoLTE網(wǎng)絡(luò)性能提升方案

3.1 建設(shè)方案

VoLTE業(yè)務(wù)要求連續(xù)的、深度的覆蓋。連續(xù)覆蓋要求在路面及淺層覆蓋區(qū)域提升覆蓋率；深度覆蓋要求在室內(nèi)深層區(qū)域?qū)崿F(xiàn)覆蓋。

考慮利用宏基站實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)連續(xù)深度覆蓋不具備可實(shí)施性，因此應(yīng)基于異構(gòu)網(wǎng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)VoLTE網(wǎng)絡(luò)性能提升。

HetNet（Heterogeneous Network，異構(gòu)網(wǎng)）由多種不同特性小區(qū)（例如：對于4G網(wǎng)絡(luò)，包括各種eNB、HeNB、Relay等）組成的3GPP接入網(wǎng)（《3GPP TR 21.905 Vocabulary for 3GPP Specifications》）。

基于異構(gòu)網(wǎng)技術(shù)特性及建設(shè)管理要求，4G異構(gòu)網(wǎng)可分為覆蓋層和容量層。

覆蓋層包括廣域覆蓋層、深度覆蓋層（室外站）、深度覆蓋層（室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)）。廣域覆蓋層：在廣域范圍實(shí)現(xiàn)室外及部分室內(nèi)區(qū)域連續(xù)覆蓋、滿足基本容量需求的網(wǎng)絡(luò)層。單發(fā)射點(diǎn)覆蓋距離在數(shù)百米以上；深度覆蓋層（室外站）：在室外建設(shè)基站，針對局部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)深度覆蓋或滿足容量需求的網(wǎng)絡(luò)層，單發(fā)射點(diǎn)覆蓋距離低于同區(qū)域廣域覆蓋層，一般為數(shù)十至數(shù)百米；深度覆蓋層（室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)）：在室內(nèi)區(qū)域建設(shè)基站，針對特定建筑物實(shí)現(xiàn)深度覆蓋或容量需求的網(wǎng)絡(luò)層，單發(fā)射點(diǎn)覆蓋距離為數(shù)十米以下；容量站（層）：在覆蓋層基礎(chǔ)上，用于容量補(bǔ)充的站點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)VoLTE性能要求的無線網(wǎng)覆蓋主要可總結(jié)為三個方案：

（1）方案一：利用局部增加站址的方式提升廣域覆蓋層的覆蓋率。

理論上區(qū)域覆蓋率從95%提升到99%，需要在覆蓋預(yù)算中多考慮6 dB的衰落余量。該方法可以有效提升區(qū)域整體覆蓋率。但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及性能、工程建設(shè)等方面存在較多問題。

（2）方案二：利用小基站實(shí)現(xiàn)路面連續(xù)覆蓋和建筑物深度覆蓋。在不改變廣域覆蓋層規(guī)劃目標(biāo)的前提下，通過小基站部署實(shí)現(xiàn)路面連續(xù)覆蓋。通過DT數(shù)據(jù)分析對連續(xù)30 m弱覆蓋進(jìn)行小基站建設(shè)。根據(jù)建筑物覆蓋需求及價值，建設(shè)小基站實(shí)現(xiàn)室內(nèi)深度覆蓋，要求覆蓋質(zhì)量滿足（-113 dBm、-3 dB）的目標(biāo)。

（3）方案三：利用低頻段系統(tǒng)的部署低成本、高效率實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、深度的覆蓋。

VoLTE性能提升方案比較如表4所示。

3.2 功能應(yīng)用建議

在進(jìn)行覆蓋方案調(diào)整的同時，還應(yīng)重視利用軟件功能提升VoLTE業(yè)務(wù)性能。

（1）EVS編碼

EVS編碼相比AMR-WB編碼，具有更高效的語音壓縮算法、更寬的語音帶寬和更強(qiáng)的魯棒性，從而以更低的速率提供更高音質(zhì)。EVS已于2014年9月在3GPP完成標(biāo)準(zhǔn)化，并于2015年3月并入GSMA的VoLTE規(guī)范，主流設(shè)備廠家均已支持EVS。

EVS現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果表明，在相同語音質(zhì)量要求下，EVS編碼方式可提高覆蓋能力2～3 dB，理論上可以實(shí)現(xiàn)約15%的覆蓋距離延伸。

（2）eSRVCC演進(jìn)

駐留在VoLTE覆蓋范圍外的用戶發(fā)起VoLTE呼叫時，可能發(fā)生bSRVCC切換導(dǎo)致呼叫失?。ó?dāng)前核心網(wǎng)不支持bSRVCC功能）。在bSRVCC暫不具備現(xiàn)網(wǎng)支持能力的情況下，為解決VoLTE覆蓋范圍外的用戶因bSRVCC導(dǎo)致呼叫失敗，可以采用呼叫過程中延遲切換、基于信道質(zhì)量進(jìn)行VoLTE/CSFB呼叫等方式提升性能。

后續(xù)還需繼續(xù)推動bSRVCC/aSRVCC的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用驗證，徹底解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)覆蓋邊緣區(qū)域的語音呼叫接通率。

4 結(jié)論

圖6為VoLTE性能提升方案應(yīng)用建議，VoLTE業(yè)務(wù)應(yīng)用對于推廣“三新”計劃，進(jìn)而保持中國移動的網(wǎng)絡(luò)競爭優(yōu)勢具有重要的戰(zhàn)略意義。隨著VoLTE業(yè)務(wù)商用用戶量迅速提升，VoLTE對連續(xù)覆蓋、深度覆蓋的要求將越來越明顯，因此應(yīng)基于現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)體系，在規(guī)劃指標(biāo)、規(guī)劃方法、建設(shè)方案、功能與新技術(shù)引入等方面全方位完善與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)VoLTE業(yè)務(wù)更高用戶感知的部署目標(biāo)。

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