中國(guó)聯(lián)通VoLTE部署條件及解決方案研究

景洪水，龍青良，劉光海（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

0 前言

VoLTE 作為L(zhǎng)TE 語(yǔ)音的最終解決方案，友商2016年已經(jīng)商用VoLTE，中國(guó)聯(lián)通在8 個(gè)城市進(jìn)行了VoLTE 試點(diǎn)，因此在中國(guó)聯(lián)通大規(guī)模部署商用前，需要深入分析VoLTE 各業(yè)務(wù)性能保障所需的網(wǎng)絡(luò)覆蓋條件及中國(guó)聯(lián)通L1800現(xiàn)網(wǎng)距離VoLTE部署存在的差距，從而確定中國(guó)聯(lián)通VoLTE部署和優(yōu)化策略。

1 VoLTE部署條件研究

RSRP 和SINR 是LTE 網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的體現(xiàn)，是決定網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵，也是確保通話質(zhì)量的前提。為了更好地研究VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量與RSRP、SINR的相關(guān)性，本文基于中國(guó)聯(lián)通VoLTE 試驗(yàn)網(wǎng)大量測(cè)試數(shù)據(jù)，分析不同無(wú)線信號(hào)條件下（RSRP、SINR）各VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量（MOS）的差異，以及同樣無(wú)線信號(hào)條件下（RSRP、SINR）不同VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)的質(zhì)量（MOS）的差異，并最終獲得滿足不同語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量（MOS）要求下所對(duì)應(yīng)的RSRP、SINR的邊界條件。

下面以VoLTE 高清語(yǔ)音業(yè)務(wù)（23.85k）測(cè)試數(shù)據(jù)為例，從VoLTE 高清語(yǔ)音業(yè)務(wù)（23.85k）質(zhì)量的MOS 均值、MOS 中值、MOS CDF=85%、MOS CDF=90%值等指標(biāo)分析其與RSRP 的相關(guān)性，以確定滿足一定語(yǔ)音質(zhì)量要求下RSRP 的邊界值，通過(guò)大量測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖1 和圖2 所示。其中，MOS CDF=90%值是指在某一信號(hào)統(tǒng)計(jì)區(qū)間，MOS 分值以90%的概率大于該值（即在此曲線以上），因此從用戶感知角度出發(fā)，確定邊界值時(shí)，需保證90%以上用戶能達(dá)到該語(yǔ)音質(zhì)量。分析前提是下行不受限，即排除干擾的影響，從而更好地分析語(yǔ)音質(zhì)量與RSRP的相關(guān)性。

圖1 VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量MOS與RSRP相關(guān)性

圖2 VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量MOS與SINR相關(guān)性

從圖1 和圖2 可以看出，在下行不受限的前提下，當(dāng)RSRP＜-100 dBm 時(shí)，MOS 值隨著RSRP 的下降開(kāi)始降低，且RSRP 越低，MOS 值下降越明顯，波動(dòng)越大，當(dāng)RSRP＜-108 dBm 時(shí)，MOS CDF=90%的值低于3.0。上行不受限的前提下，當(dāng)SINR＜-1 dB 時(shí)，MOS CDF=90%的值低于3.0。即要滿足90%邊緣概率MOS≥3.0 則要求RSRP≥-108 dBm，SINR≥-1 dB；85%邊緣概率MOS≥3.0則要求RSRP≥-112 dBm，SINR≥-5 dB。

采用同樣方法，分析了VoLTE 各語(yǔ)音業(yè)務(wù)在不同移動(dòng)速度下，為滿足邊界用戶VoLTE 語(yǔ)音MOS 值＞3.0比例超過(guò)90%要求，所需的無(wú)線信號(hào)條件如表1所示。

考慮到VoLTE 網(wǎng)絡(luò)部署初期，VoLTE 終端用戶占比不會(huì)太高，也就是說(shuō)將存在較大比例的VoLTE 和現(xiàn)網(wǎng)2G/3G 語(yǔ)音互通，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)或終端碼率協(xié)商的結(jié)果為采用12.2k 標(biāo)清語(yǔ)音。因此，VoLTE 部署初期以滿足12.2k 標(biāo)清語(yǔ)音業(yè)務(wù)要求作為規(guī)劃優(yōu)化目標(biāo)，從表1的分析結(jié)果可知，要求RSRP≥-112 dBm，此時(shí)也能滿足中低速移動(dòng)場(chǎng)景下12.65k 高清語(yǔ)音和23.85k 高清語(yǔ)音的業(yè)務(wù)要求，如表1中深色區(qū)域。到了商用中期，隨著用戶和負(fù)荷的提升，網(wǎng)絡(luò)底噪也相應(yīng)抬高，因此，需考慮一定的余量。綜合網(wǎng)絡(luò)部署成本及業(yè)務(wù)需求，推薦VoLTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化指標(biāo)為：

表1 VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量與信號(hào)條件相關(guān)性

a）網(wǎng)絡(luò)部署初期，要求RSRP≥-112 dBm 且SINR≥0 dB。

b）網(wǎng)絡(luò)商用中期，要求RSRP≥-108 dBm 且SINR≥0 dB。

需要說(shuō)明的是，該指標(biāo)對(duì)RS Power=15.2 dBm、網(wǎng)絡(luò)采用2T2R 的情況的要求，初期目標(biāo)為VoLTE 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基本目標(biāo)，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和成熟，可通過(guò)優(yōu)化、覆蓋補(bǔ)盲等手段逐步實(shí)現(xiàn)中期目標(biāo)。

2 中國(guó)聯(lián)通VoLTE部署條件評(píng)估及解決方案

隨著VoLTE 商用的臨近，需快速評(píng)估中國(guó)聯(lián)通L1800 現(xiàn)網(wǎng)是否滿足VoLTE 的部署條件，存在多大的覆蓋差距及如何解決。本文采用現(xiàn)網(wǎng)MR 數(shù)據(jù)，對(duì)部署4G 網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域進(jìn)行分析，基于4G MR 統(tǒng)計(jì)情況，結(jié)合VoLTE 業(yè)務(wù)性能所需門(mén)限，估算4G 現(xiàn)網(wǎng)距離VoLTE商用的差距。

2.1 基于MR評(píng)估L1800現(xiàn)網(wǎng)距離VoLTE部署差距

2.1.1 現(xiàn)網(wǎng)L1800小區(qū)滿足VoLTE部署情況評(píng)估分析

整體評(píng)估分析思路如下。

首先，確定為滿足VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)要求所需要的無(wú)線條件。結(jié)合上面的分析結(jié)論，為滿足VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量要求，需保證每個(gè)小區(qū)的RSRP≥-112 dBm 占比達(dá)到90%。

其次，采集現(xiàn)網(wǎng)4G 的MR 數(shù)據(jù)，基于沃網(wǎng)絡(luò)和分公司上報(bào)的MR 數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計(jì)。為保證數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)MR 統(tǒng)計(jì)周期要求為：建議7×24 h，最低要求每小區(qū)有效數(shù)據(jù)不小于48 h。

最后，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)4G 的室分小區(qū)和宏小區(qū)分別統(tǒng)計(jì)RSRP≥-112 dBm 占比達(dá)到90%的小區(qū)數(shù)及占比，并將宏小區(qū)按市區(qū)和非市區(qū)2種場(chǎng)景分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)以上步驟，對(duì)全國(guó)4G MR 進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 全國(guó)4G小區(qū)VoLTE覆蓋指標(biāo)門(mén)限滿足情況統(tǒng)計(jì)表

從表2 可以看出，4G 覆蓋區(qū)域要達(dá)到VoLTE 的部署條件，室分及市區(qū)宏站小區(qū)達(dá)標(biāo)率約為86%，差距較??；非市區(qū)小區(qū)達(dá)標(biāo)率約為48%，差距較大。因此，廣覆蓋、深覆蓋待提升。

2.1.2 需增補(bǔ)小區(qū)數(shù)評(píng)估

基于上述分析，獲得滿足VoLTE 部署條件的小區(qū)情況，對(duì)于不滿足VoLTE 的情況，需通過(guò)增加LTE 覆蓋或開(kāi)通eSRVCC 來(lái)解決，因此有必要估算用于增強(qiáng)覆蓋所需增加的小區(qū)數(shù)量。由于城區(qū)深度覆蓋主要通過(guò)室分、微基站、小區(qū)分布系統(tǒng)等手段解決，因此，本文只考慮非城區(qū)部分增加建設(shè)宏站。具體評(píng)估方法如下：

a）計(jì)算宏小區(qū)覆蓋面積S本宏小區(qū)。對(duì)于不滿足條件的弱覆蓋小區(qū)，基于MR 數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)值MR.Tadv 估算小區(qū)半徑。基于宏小區(qū)半徑值R計(jì)算本宏小區(qū)面積

b）基于所屬區(qū)域類型的所有宏小區(qū)，計(jì)算本區(qū)域類型下單宏小區(qū)平均覆蓋面積S本區(qū)域類型平均。

c）對(duì)于“非城區(qū)”區(qū)域的各宏小區(qū)，計(jì)算本宏小區(qū)需要增加覆蓋的面積，ΔS本宏小區(qū)=S本宏小區(qū)×本宏小區(qū)MR中RSRP＜-112 dBm的樣本占比。

d）計(jì)算本區(qū)域類型下，所有宏小區(qū)需增加覆蓋的面積ΔS本宏小區(qū)之和。

e）計(jì)算需新增的小區(qū)數(shù)：預(yù)期新增宏小區(qū)數(shù)=新增宏小區(qū)基準(zhǔn)數(shù)×新增宏小區(qū)覆蓋效率折算系數(shù)，其中，新增宏小區(qū)基準(zhǔn)數(shù)=ΔS本區(qū)域類型/S本區(qū)域類型平均，折算系數(shù)主要考慮弱覆蓋點(diǎn)事離散的。

通過(guò)以上計(jì)算，可以估算出本地網(wǎng)為滿足VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)需求所需增加覆蓋的小區(qū)數(shù)，為投資估算提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 覆蓋解決方案

為滿足VoLTE 語(yǔ)音業(yè)務(wù)需求，中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)存在的覆蓋差距，可通過(guò)以下手段來(lái)解決。

a）3G/4G 網(wǎng)絡(luò)側(cè)開(kāi)通eSRVCC 功能，即在VoLTE業(yè)務(wù)區(qū)邊界通過(guò)eSRVCC 功能完成VoLTE 業(yè)務(wù)向3G切換，保證語(yǔ)音連續(xù)性。

b）改善4G 覆蓋，市區(qū)可通過(guò)新增室分與小微基站相結(jié)合完成深度覆蓋，非市區(qū)以新增宏小區(qū)為主，優(yōu)先推薦采用L900。

下面將分析這2 種解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)及部署策略。

2.2.1 eSRVCC解決方案

eSRVCC 方案與擴(kuò)大完善4G 覆蓋方案相比較，eSRVCC 方案更簡(jiǎn)單、迅速，可大大降低VoLTE 業(yè)務(wù)部署門(mén)檻。但也存在以下缺點(diǎn)：3G/4G 網(wǎng)絡(luò)側(cè)需開(kāi)通eSRVCC 功能，3G 需要額外投資用于購(gòu)買License，需完善3G 覆蓋確保3G 的語(yǔ)音托底能力，且需大量的數(shù)據(jù)配置，才能保證eSRVCC 的質(zhì)量，而3G 網(wǎng)絡(luò)終將退網(wǎng)，用于eSRVCC 的投資，長(zhǎng)遠(yuǎn)看可能不如直接投在擴(kuò)大4G覆蓋上（取決于3G網(wǎng)絡(luò)后續(xù)存在時(shí)長(zhǎng)）。

因此，建議在4G 覆蓋區(qū)域盡量通過(guò)改善4G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)VoLTE 連續(xù)覆蓋，在4G 邊緣區(qū)域開(kāi)通eSRVCC→3G 功能；為保證用戶語(yǔ)音業(yè)務(wù)感知，VoLTE eSRVCC切換門(mén)限建議設(shè)置為：異頻搜索門(mén)限RSRP=-110 dBm，異頻切換門(mén)限RSRP=-115 dBm。

當(dāng)然并不是所有小區(qū)都需要開(kāi)通eSRVCC 功能，需要開(kāi)通eSRVCC功能的小區(qū)判決條件如下：

a）僅當(dāng)開(kāi)通VoLTE 的LTE 小區(qū)周邊有可用3G（或2G）小區(qū)。

b）僅當(dāng)VoLTE 業(yè)務(wù)難以繼續(xù)時(shí)，如LTE 覆蓋不足，使VoLTE 業(yè)務(wù)質(zhì)量下降至用戶難以接受，或者VoLTE開(kāi)通區(qū)域邊界。

c）根據(jù)MR 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，如果MR 樣本RSRP≤-112 dBm 占比小于2%、RSRP≤-120 dBm 的占比小于1% 且4G→3G 重選切換比率小于1%的小區(qū)，可不開(kāi)eSRVCC。

基于沃網(wǎng)絡(luò)MR 數(shù)據(jù)對(duì)需開(kāi)通eSRVCC 功能情況進(jìn)行了全國(guó)評(píng)估，約有50%的4G 小區(qū)需開(kāi)通eSRVCC。建議在3G 全網(wǎng)開(kāi)通eSRVCC 基礎(chǔ)上，通過(guò)精準(zhǔn)建設(shè)、優(yōu)化，逐步減至最少License數(shù)量。

2.2.2 L900解決方案

對(duì)于語(yǔ)音基本業(yè)務(wù)所需要的連續(xù)覆蓋來(lái)說(shuō)，一張滿足廣覆蓋和深度覆蓋的網(wǎng)最應(yīng)該在低頻部署，而中國(guó)聯(lián)通目前低頻資源是900 MHz。對(duì)于中國(guó)聯(lián)通來(lái)說(shuō)，900 MHz 的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)是逐步部署一張全國(guó)基本覆蓋的NL900 網(wǎng)絡(luò)，承載NB-IoT@200 kHz、eMTC900@1.4 MHz、L900@5 MHz（VoLTE+寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）以及未來(lái)的LTE-V@3 MHz。

a）L900 部署基本策略：農(nóng)村基本覆蓋/承載，市區(qū)托底。L900 部署于農(nóng)村地區(qū)用于廣覆蓋時(shí)，可以同時(shí)承擔(dān)語(yǔ)音及寬帶數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)；部署于市區(qū)時(shí)用于加強(qiáng)市區(qū)LTE 的深度覆蓋，考慮用戶業(yè)務(wù)感知，推薦L900 用于托底，承接L2100/L1800 弱覆蓋導(dǎo)致的切換（即深度覆蓋）。L900 用于托底時(shí)，建議如下網(wǎng)絡(luò)配置策略：

（a）配置頻率重選優(yōu)先級(jí)L2100/L1800＞L900。

（b）在L2100/L1800小區(qū)配置基于覆蓋強(qiáng)度RSRP觸發(fā)的A2+B1/B2 異頻切換策略，在弱覆蓋時(shí)切換至L900網(wǎng)絡(luò)。

（c）通過(guò)合理調(diào)整B1/B2 門(mén)限，靈活控制L900 承載的業(yè)務(wù)量。

b）L900 部署站密建議。若基于現(xiàn)有L1800 站址進(jìn)行L900部署選點(diǎn)，這就需要準(zhǔn)確評(píng)估L900與L1800覆蓋能力的差異，并以此為基準(zhǔn)，給出L900 站址的選擇指導(dǎo)原則。由于無(wú)線信號(hào)傳播損耗與環(huán)境和頻率相關(guān)，也就意味著即便是MAPL 相同，在不同覆蓋環(huán)境和不同工作頻率上所能傳播的距離也不同，常用經(jīng)典傳播模型進(jìn)行分析。此處基于Cost-231 模型分別評(píng)估900 MHz 和1 800 MHz 無(wú)線信號(hào)在密集城區(qū)、普通城區(qū)傳播的路徑損耗差異。圖3 給出了L900 與L1800傳播損耗對(duì)比分析。由圖3 可以看出，在普通城區(qū)室外，相同距離情況下L1800 傳播損耗比L900 高出7.4 dB；在密集城區(qū)室外，這一差異擴(kuò)大為9.6 dB。

圖3 L900與L1800傳播損耗對(duì)比分析

考慮900 MHz 和1 800 MHz 在空間傳播損耗MAPL、建筑物穿透損耗等方面的差異，再結(jié)合不同區(qū)域L1800 現(xiàn)網(wǎng)部署情況及900 MHz 系統(tǒng)干擾情況，可以進(jìn)一步核算出滿足VoLTE 業(yè)務(wù)所需的基站數(shù)比例?；阪溌奉A(yù)算及理論分析，得知：若L900采用2T2R 站型，則當(dāng)L900 和L1800 基站數(shù)比約1∶2 時(shí)L900 有托底效果；L900 和L1800 基站數(shù)比約1∶3 時(shí)L900 略優(yōu)，L900和L1800基站數(shù)比約1∶4時(shí)L 900略差。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)VoLTE 各語(yǔ)音業(yè)務(wù)質(zhì)量與4G 網(wǎng)絡(luò)無(wú)線環(huán)境的相關(guān)性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，基于此，給出4G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的VoLTE 部署條件指標(biāo)要求。基于現(xiàn)網(wǎng)4G MR數(shù)據(jù)，通過(guò)評(píng)估算法研究，分析現(xiàn)網(wǎng)L1800覆蓋是否能夠滿足VoLTE 部署，并估算需增補(bǔ)覆蓋的小區(qū)數(shù)量，最后，針對(duì)弱覆蓋區(qū)域，提出了eSRVCC+3G 解決方案和L900解決方案，供VoLTE的部署及優(yōu)化參考。