低成本室分VoLTE高丟包問題優(yōu)化方案概論

覃淑梅 何景波 李祥泉

摘 要 為改善LTE FDD低成本住宅小區(qū)室內分布系統(tǒng)中比較普遍出現(xiàn)的VoLTE高丟包問題，介紹了丟包對VoLTE語音質量MOS的影響、VoLTE語音丟包率與FDD載波噪聲的定量關系、載波平均噪聲功率與RSSI的區(qū)別與聯(lián)系，通過深入分析發(fā)現(xiàn)室分系統(tǒng)引入的直放站輸入、輸出功率配置問題對信源基站底噪的抬升，提出了一套標準的直放站調試解決方案，并在實踐運用中進行了印證。

關鍵詞 低成本;室分;丟包;直放站

Abstract In order to improve the problem of VoLTE high packet loss in LTE-FDD indoor distribution system， this paper introduces the impact of packet loss on MOS of VoLTE voice quality， the quantitative relationship between VoLTE voice packet loss rate and FDD carrier noise， and the difference and connection between carrier average noise power and RSSI. Through in-depth analysis， it is found that the input and output power allocation of repeater introduced by indoor distribution system In this paper， we use a set of standards to solve the problem of base station elevation.

Key words Low cost; Indoor distribution system; Packet loss; Repeater

前言

中國電信某公司2019-2020年期間大量鋪開建設低成本住宅小區(qū)室分。低成本室分以pRRU作為信號源，通過下帶多個光纖直放站保證覆蓋功率。站點開通入網(wǎng)后，經(jīng)后臺指標觀測及現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)較普遍存在信源底噪高、VoLTE丟包率高、用戶體驗不佳的問題。基站側的丟包率對于語音質量MOS評分的影響接近線性，降低丟包率是提升VoLTE網(wǎng)絡質量迫在眉睫的課題。本次課題主要研究低成本住宅小區(qū)室分項目信源的底噪與業(yè)務影響的定量關系，并嘗試探索解決方案。

1丟包對VoLTE語音通話的影響

VoLTE網(wǎng)絡中，空口丟包會帶來RTP包丟失問題，導致VoLTE業(yè)務出現(xiàn)吞字、斷續(xù)、雜音等降低用戶感知的問題。通過對吞字斷續(xù)的量化分析，可以直觀反映出用戶感知變差的情況：

在3GPP LTE中，VoLTE采用的AMR-WB語音編碼方式，其編碼速率有8個碼率（6.6、8.85、12.65、14.25、15.85、18.25、19.85、23.05、23.85kbps），最大編碼速率=23.85kbps，VoLTE語音包的傳送周期是20ms，CodeC=23.85*1000*20/1000=477bits，AMR數(shù)據(jù)幀需要是Byte（8bits）的整數(shù)倍，不足整數(shù)倍的在末尾進行bit填充，最終CodeC=480bits，所以一個RTP包最大為480bits，同樣可以算得一個RTP包最小為136bits。

1個字約占用8至10個RTP包，如果丟10個RTP包，用戶將有一個字聽不到，不考慮其他因素，如果用戶通話1分鐘，RTP數(shù)等于60*1000/20為3000個RTP包，假設丟包率為1%，會丟棄30個RTP包，就會大約有4個字聽不清。

2NI平均噪聲功率與VoLTE語音上/下行丟包率的關系

MOS值（Mean Opinion Score），即語音質量的平均意見值，是衡量通信系統(tǒng)語言質量的重要指標。一般情況下，MOS值≥3.8被認為是較優(yōu)的語音質量，MOS值≥3.0被認為是可以接受的語音質量，MOS值<3.0被認為是難以接受的語音質量。有研究證明VoLTE在丟包率達到1%的時候，MOS值會開始下降至3以下。

采集中國電信某市所有丟包率≥1%的丟包小區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)NI平均噪聲功率在-95dBm左右，上行丟包率≥1%的概率開始突增;NI平均噪聲功率大于-88dBm后，下行丟包率≥1%的概率開始突增。所以，可以認為，平均底噪在-95dBm左右是pRRU設備噪聲干擾的底線值，pRRU的NI值控制在-95dBm以下可以較好控制VoLTE的丟包率。

3低成本室分現(xiàn)狀調查

目前低成本住宅小區(qū)室分系統(tǒng)典型的組網(wǎng)方式：一臺pRRU帶兩臺光纖直放站近端機，一臺近端機下帶三臺遠端機，1臺pRRU總共可帶6臺遠端機，設計時直放站輸出功率定為25W（大于43dBm）。直放站再通過同軸電纜連接到吸頂型、對數(shù)周期型、射燈型等各類型天線，實現(xiàn)電梯、地下室的室內天線均勻覆蓋，樓宇高低層的室外天線往業(yè)主房間室內覆蓋。

評判室分底噪是否在合理區(qū)間，涉及RSSI及NI兩個評估維度。

RSSI（Received Signal Strength Indication），上行接收電平強度，一般反映了扇區(qū)的負載大小和干擾的強度。計算規(guī)則如下：

RSSI（dBm）=10Log（180*RB數(shù)*（NI+S）*1000）

NI（Noise interfere），載波平均噪聲干擾，統(tǒng)計在測量周期內小區(qū)每個RB的平均噪聲干擾值。LTE子載波間是完全正交的，不會引入干擾，所以NI在業(yè)務滿調度的時候抬升并不明顯。

3.1 NI與RSSI的區(qū)別與聯(lián)系

（1）空載時RSSI與NI的互算關系

空載的條件：以20MHz帶寬100RB情況，小區(qū)最大連接用戶數(shù)為0，且無prach相關資源調度時的互算關系如下：

RB NI = 10Log（180*RB數(shù)*（NI）*1000）

RSSI（dBm） = 10Log（180*RB0 NI（mw）+S（mw））*1000）+…+10Log（180*RB99 NI（mw）+S（mw））*1000）

故在空載時，RSSI = 20 + 小區(qū)平均NI。

（2）有業(yè)務時RSSI與NI的關系

LTE子載波間是完全正交的，不會引入干擾。所以NI在業(yè)務滿調度的時候抬升并不明顯。

RB NI = 10Log（180*RB數(shù)*（NI）*1000）

RSSI（dBm） = 10Log（180*RB0 NI（mw）+S（mw））*1000）+…+10Log（180*RB99 NI（mw）+S（mw））*1000）

即有負載時，RSSI = NI + 上行功率。這里上行功率是指小區(qū)接收到的UE發(fā)射功率。

3.2 低成本室分底噪表征

該電信公司低成本住宅小區(qū)室分系統(tǒng)使用的pRRU信源設備廠家有中興、華為兩家。pRRU設備體積比宏RRU小很多，受限于設備體積，選擇的微小型雙工器等器件，相比宏RRU承載功率較低同時噪聲系數(shù)更高。一般宏RRU的設備噪聲系數(shù)為2～3dB，pRRU的設備噪聲系數(shù)可達5～11dB，因此空載情況下pRRU的底噪比宏RRU更高。

相比于宏站設備的NI，設備廠家也給出了pRRU設備NI不同取值范圍的干擾判斷標準。見下表：

綜上所述，RSSI受到業(yè)務負荷影響較大，因此室分系統(tǒng)是否存在系統(tǒng)外干擾，通常應以NI的值來判定會比較客觀準確，但需注意區(qū)分pRRU和常規(guī)宏RRU（雖然常規(guī)宏RRU也大量用作傳統(tǒng)室分的基站信源）的不同判斷標準。

3.3 光纖直放站影響

由于信源pRRU設置的發(fā)射功率不同，每臺直放站近端機的輸入功率可能都不一樣。一般情況下，當近遠端衰減值為0時，輸入功率最佳為–8～–12dBm，一般pRRU等信源設備的功率設置不會這么低，所以需要對直放站的輸入、輸出參數(shù)進行調試，否則可能出現(xiàn)直放站工作異常、嚴重抬升信源底噪的情況。

首先，當基站信源功率輸入直放站近端機過大后，近端機會ALC（自動電平控制）自動調整功率，確保遠端機被限定在最大輸出范圍內，保護遠端機功放不會過載燒毀以及避免波形變形。但近端機ALC存在范圍一般為最大15～20dB，因此最大不能超過要求輸入的最佳功率+20dB以內。

第二，如果直放站遠端機在無業(yè)務狀態(tài)時輸出滿功率46dBm，當承載業(yè)務后，LTE的峰均比最大為12dB，實際RRU作過削峰，一般是8dB，因此遠端機實際可能會輸出46dBm+8dB。當超過46+2dBm后，協(xié)議要求里并未定義，因此直放站廠家對于超出最大輸出功率的控制都不會做得很好。因此，調試直放站的時候必須考慮加載業(yè)務的影響，設備不能滿功率輸出?？紤]到實際網(wǎng)絡中100%負荷的概率不大，實際應用中空載輸出功率一般回退至40dBm左右。

第三，每當信源基站小區(qū)加了多臺有源設備，比如下帶光纖直放站2近端+6遠端，每臺有源設備都是有底噪的，而且都會從分布系統(tǒng)中匯聚噪聲，抬高pRRU的底噪。上行有用信號和上行干擾信號都是通過同條鏈路上傳，因此噪聲上傳控制就需要考慮前級耦合器大小。pRRU信源采用的耦合器大小需同時考慮在不同業(yè)務負荷狀態(tài)下pRRU實際的發(fā)射功率，在此前提下，盡可能用衰減值更大的耦合器來減少上行干擾。耦合器具體的選型，應結合pRRU廠家的空載、滿載發(fā)射功率單獨確定。在實踐中一般使用20dB耦合器更容易同時達到平均噪聲功率更低、覆蓋范圍更大的理想值。

4優(yōu)化直放站平衡底噪與覆蓋

4.1 實踐摸索得出的優(yōu)化方案

低成本住宅小區(qū)室分的目標是在降低建設成本的基礎上保證覆蓋最大化。目前系統(tǒng)中部分光纖直放站的實際輸出功率超出了設備廠商的建議值，天線輸出功率和信源基站底噪無法同時保證均處于最理想狀態(tài)，需要通過調節(jié)參數(shù)使直放站工作在覆蓋與干擾兩個指標的平衡點。大量實踐表明，調整目標為直放站遠端機輸出功率大于40dBm，信源pRRU平均噪聲功率NI值控制在-95dBm以下，可以在MR覆蓋率與NI平均噪聲功率之間獲得較優(yōu)的平衡點[1]。調試要點如下：

（1）將基站信源輸入的信號控制在直放站近端機輸入功率范圍內?？梢酝ㄟ^更換合適的耦合器或調整pRRU輸出功率實現(xiàn)。

（2）調整同一臺近端機下帶的各個遠端機的下行衰減，使各個遠端機下行輸出功率大致相等，并且位于設備產(chǎn)商建議值的范圍內。（信源基站底噪主要決定于輸出功率最大的一臺直放站遠端機）

（3）確認信源基站的底噪情況，若未超出-95dBm，則可逐步減小近端機下行衰減，使多臺遠端機下行輸出功率同步增加，并隨時與基站網(wǎng)管確認底噪情況，當?shù)自氡平?95dBm時停止（需注意預留其他近端機的裕量），確認遠端機下行輸出是否達到40dBm，若兩個條件不能同時滿足時，優(yōu)先保證底噪達標。

4.2 調整方案實施的實際效果

下表為針對中國電信某市分公司邕寧區(qū)龍崗某小區(qū)低成本住宅小區(qū)室分的直放站進行調試優(yōu)化前后的效果對比。平均噪聲功率NI由調整前的-71dBm下降到-96dBm，VoLTE上行丟包、下行丟包率均有明顯下降，同時LTE重建比例、CQI、用戶體驗上下行速率也有明顯提升，上行PRB利用率虛高問題解決，進一步釋放了LTE業(yè)務流量。雖然MR覆蓋率由95.6%變?yōu)?5.3%略有下降，但是小區(qū)下的用戶體驗感知是顯著提升的。

5結束語

隨著城市的快速擴張，大量室內分布系統(tǒng)需要建設，在住宅小區(qū)布置帶有大量直放站的室分系統(tǒng)，是降低建設成本、增加投入產(chǎn)出比的可行方案。隨著CDMA網(wǎng)絡逐步退出歷史舞臺，中國電信語音業(yè)務對VoLTE網(wǎng)絡的依賴性加大，提升VoLTE網(wǎng)絡用戶感知體驗勢在必行。本文結合理論研究與實踐案例，探索了低成本住宅小區(qū)室分信源底噪與覆蓋之間平衡的有效解決方案，得出了信源底噪值影響VoLTE業(yè)務質量的臨界經(jīng)驗值，希望可以對低成本住宅小區(qū)室分場景的直放站精細調測，提升LTE網(wǎng)絡業(yè)務感知提供一種優(yōu)化手段參考。

參考文獻

[1] （意）賽西亞，（摩洛哥）陶菲克，（英）貝科.LTE-UMTS長期演進理論與實踐[M].北京：人民郵電出版社，2012：58.