高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋對VoLTE語音感知影響研究

李含華 黎越 余泓娜

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

1 高鐵VoLTE業(yè)務(wù)

1.1 高鐵VoLTE業(yè)務(wù)特點(diǎn)和優(yōu)化難點(diǎn)

在進(jìn)行VoLTE業(yè)務(wù)（語音通話）過程中，高鐵速度快、頻移大、衰落快、穿損大的特點(diǎn)，要求在完善高鐵覆蓋方面比普通場景付出更大的努力，同時用戶對語音業(yè)務(wù)的高度敏感性，也對VoLTE業(yè)務(wù)的優(yōu)化提出了更高的要求。

現(xiàn)網(wǎng)高鐵網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化存在的痛點(diǎn)：

（1）在高鐵線型場景的特點(diǎn)下，個別站點(diǎn)的故障（如拆站退服）、部分建站困難的弱覆蓋區(qū)域（如高鐵隧道），會造成信號衰落嚴(yán)重，導(dǎo)致通話過程發(fā)生丟包現(xiàn)象，或者切換至高鐵專網(wǎng)外的小區(qū)，最終導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量和用戶感知下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致掉話。

（2）目前高鐵覆蓋一般采用專網(wǎng)形式，專網(wǎng)基站天線均沿高鐵線路方向發(fā)射信號，但由于專網(wǎng)附近大網(wǎng)信號交疊覆蓋、模三干擾等因素，以及專網(wǎng)相鄰小區(qū)之間重疊覆蓋、越區(qū)覆蓋等潛在影響，容易造成SINR質(zhì)差，進(jìn)而造成VoLTE業(yè)務(wù)感知下降。

（3）高鐵高速移動時切換頻率快，當(dāng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或切換帶設(shè)置不合理時，會導(dǎo)致切換難度增加、切換失敗、鏈路重建等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致VoLTE業(yè)務(wù)出現(xiàn)語音不清晰、斷續(xù)、吞字、掉話現(xiàn)象。

基于高鐵場景的特殊性，無線參數(shù)配置必須獨(dú)立設(shè)計(jì)和規(guī)劃，并配合多次測試校正，達(dá)到較優(yōu)配置。

1.2 高鐵測試

DT測試是反映網(wǎng)絡(luò)問題的最直接手段，為分析網(wǎng)絡(luò)問題提供了最真實(shí)的感知數(shù)據(jù)。為提升高鐵VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量，打造高鐵精品網(wǎng)絡(luò)，江蘇聯(lián)通多次組織省內(nèi)京滬、滬寧、寧杭等高鐵線路的VoLTE業(yè)務(wù)路測工作，測試數(shù)據(jù)（LOG）涵蓋了高鐵線路VoLTE業(yè)務(wù)的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，如RSRP、SINR、MOS、丟包、重建等重要信息，這些路測數(shù)據(jù)提供了大量分析樣本，對研究高鐵VoLTE用戶感知提供了詳盡數(shù)據(jù)支撐。

2 高鐵覆蓋對VoLTE感知的影響分析

2.1 VoLTE感知評價方法和數(shù)據(jù)分析工具

語音質(zhì)量的評判一般基于MOS（Mean Opinion Score，平均主觀意見分）測試方法實(shí)現(xiàn)，VoLTE作為一種高清語音業(yè)務(wù)同樣適用MOS評測方法，只是算法異于傳統(tǒng)2/3G窄帶語音算法。VoLTE語音業(yè)務(wù)感知可通過MOS值衡量，MOS值在3.5以上時通話清晰、感知優(yōu)良；MOS值在3.0以上時語音略有失真，內(nèi)容基本完整，可正常溝通；MOS值在2.5以上時可以勉強(qiáng)通話，但已出現(xiàn)吞字、雜音、斷續(xù)等問題；MOS值在2.5以下時感知已經(jīng)嚴(yán)重下降。

基于以上述評，本文希望在以下方面尋求拓展：第一，在已有的文本分析及效果評價研究之間，探索針對政策文本的效力評估，以建立政策文本與政策效果間的對話機(jī)制。第二，在現(xiàn)有國家層面上、宏觀和中觀政策領(lǐng)域研究基礎(chǔ)上，著力進(jìn)行地方層面上、機(jī)動車污染防治這一具體政策的效力評估，這也與機(jī)動車污染防治及其政策的地方性特征有關(guān)。第三，與已有截面數(shù)據(jù)為主的研究相比，文本選取2013-2017年機(jī)動車污染防治政策進(jìn)行歷時性分析，并進(jìn)一步考察機(jī)動車污染防治政策歷時性變化軌跡背后的情境因素。

語音通話的質(zhì)量取決于語音傳送的完整性和保真性，因此傳輸時延小、丟包率低是VoLTE語音通話質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，VoLTE感知影響分析采用RSRP、SINR兩項(xiàng)密切聯(lián)系的信號質(zhì)量指標(biāo)，分析兩項(xiàng)指標(biāo)對VoLTE業(yè)務(wù)感知指標(biāo)MOS值、丟包率的影響。所有原始數(shù)據(jù)據(jù)來自高鐵VoLTE路測數(shù)據(jù)，采用鼎利路測軟件數(shù)據(jù)提取，借助Python編制小程序進(jìn)行計(jì)算分析。

2.2 信號覆蓋對MOS值的影響

通過對實(shí)際路測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)和分析，得到高鐵線路覆蓋信號水平RSRP、信號質(zhì)量SINR和MOS采樣點(diǎn)的關(guān)聯(lián)分布情況。

由圖1可見，由于高鐵場景高速移動、高穿損等特點(diǎn)，要保證MOS值大于3.0的質(zhì)量要求，高鐵沿線網(wǎng)絡(luò)RSRP值需要大于-105dBm，才有可能更好地滿足要求；如要保證更高的語音感知質(zhì)量，MOS值要大于3.5，則RSRP值需高于-96dBm（結(jié)合平均曲線-橙線），這充分說明相較于普通場景，VoLTE業(yè)務(wù)感知對高鐵場景的覆蓋要求更加嚴(yán)格。

圖1 MOS與RSRP的關(guān)系

由圖2可以看出（結(jié)合平均曲線-橙線），如要保證高鐵場景MOS值大于3.0，SINR值要大于-1以上，但SINR小于5以后MOS值開始大幅下滑，SINR值大于5時MOS值保持平穩(wěn)且接近或超過3.5，因此如要語音感知質(zhì)量優(yōu)良，SINR值要大于5以上，這對高鐵VoLTE優(yōu)化提出了較高的要求。

圖2 MOS與SINR的關(guān)系

由圖3可看出，RSRP和SINR有關(guān)聯(lián)性，覆蓋水平越高，RSRP值越高，則SINR值小的概率越低，SINR值大于5以上要求RSRP值大于-100dBm，且覆蓋水平越高對改善信號質(zhì)量越有利。

圖3 RSRP與SINR的關(guān)系

為進(jìn)一步研究高鐵線路覆蓋（RSRP）對語音感知質(zhì)量的影響程度，盡量排除RSRP指標(biāo)和SINR指標(biāo)間的相互干擾，我們對不同SINR值區(qū)間（分別選取SINR>15、5

由圖4、圖5可見，SINR值越高，MOS值的聚集性越高，表明覆蓋水平RSRP和MOS值的關(guān)聯(lián)性越直接和線性。SINR值差的站點(diǎn)，MOS值散布較大，不能直接確定MOS差點(diǎn)和覆蓋的直接關(guān)系，需進(jìn)行詳細(xì)分析，判斷質(zhì)差原因并首先進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后再進(jìn)行增補(bǔ)覆蓋或新建站點(diǎn)決策。

圖4 RSRP與MOS關(guān)系（SINR>15）

圖5 RSRP與MOS關(guān)系（15>SINR>5）

2.3 信號覆蓋對丟包率的影響

VoLTE高清語音編碼速率為23.85kbps，終端每20ms生成一個VoLTE語音包（使用RTP實(shí)時流媒體協(xié)議傳輸），再加上UDP包頭、IP包頭，在應(yīng)用層最終打包成IP包進(jìn)行傳輸。在無線空口，按照協(xié)議IP包被轉(zhuǎn)換成PDCP包，PDCP包就是空口傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)。PDCP包在終端和基站間傳輸異常會導(dǎo)致應(yīng)用層RTP包的丟失，從而引起語音感知差。

丟包原因有兩種：一類是基站（或終端）丟棄PDCP包，業(yè)務(wù)高負(fù)荷、質(zhì)差引發(fā)重傳都會大量消耗無線資源，當(dāng)基站因?yàn)槿狈τ行У臒o線資源而無法對PDCP包及時調(diào)度時，基站（或終端）會主動丟棄VoLTE語音包；第二類是空口丟失PDCP包，弱覆蓋、系統(tǒng)內(nèi)干擾、系統(tǒng)外干擾都會引發(fā)無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差，會直接導(dǎo)致VoLTE語音包在無線空口傳輸過程中出現(xiàn)丟失。無論空口丟包還是基站棄包，都會直接影響VoLTE用戶的實(shí)際語音感知。

為分析高鐵線路覆蓋信號水平RSRP對丟包率的影響程度，對不同SINR值區(qū)間（分別選取SINR>15、5

如圖6、圖7和圖8所示，RSRP值越高，SINR值越高，丟包率越低。RSRP值小于-100dBm后，丟包率顯著上升，RSRP值小于-105dBm后，丟包率已經(jīng)上升至接近或超過5%。因此，要保證較低的丟包率，高鐵沿線網(wǎng)絡(luò)覆蓋RSRP值應(yīng)大于-100dBm，這樣才能保證用戶良好的語音感知質(zhì)量。

圖6 RSRP與丟包率關(guān)系（SINR＞15）

圖7 RSRP與丟包率關(guān)系（15>SINR>5）

圖8 RSRP與丟包率關(guān)系（SINR<5）

3 路測案例分析

為保障高鐵用戶VoLTE語音業(yè)務(wù)感知，根據(jù)上述分析，需保證高鐵網(wǎng)絡(luò)良好的信號覆蓋水平RSRP和信號質(zhì)量SINR，通過增補(bǔ)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等手段實(shí)現(xiàn)MOS值和丟包率等感知指標(biāo)達(dá)到目標(biāo)值。下面提供一些實(shí)際案例加以說明。

3.1 寧啟線弱覆蓋致占用大網(wǎng)小區(qū)掉話

寧啟線動車自南向北行駛，由于相鄰高鐵專網(wǎng)站點(diǎn)NT_RG_ZX_如皋文峰北_FL_AB_1與NT_RG_ZX_寧啟鐵路8_FLW_AB_1站間距較大（1.88km），中間部分弱覆蓋導(dǎo)致終端占用NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1大網(wǎng)小區(qū)，隨著列車?yán)^續(xù)向北行駛，NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1信號劣化，但因與高鐵專網(wǎng)無鄰區(qū)未成功切換，最終導(dǎo)致RRC掉鏈。

根據(jù)以上研究和分析，我們的優(yōu)化方案為：首先核查NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1與NT_RG_ZX_寧啟鐵路8_FLW_AB_1的鄰區(qū)關(guān)系，優(yōu)先添加鄰區(qū)關(guān)系防止掉話，同時勘查NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1的覆蓋范圍及相關(guān)參數(shù)，避免鐵路用戶接入，由于該區(qū)間相鄰高鐵專網(wǎng)站點(diǎn)間距較大，前期已更換高增益天線但中間路段仍有小段弱覆蓋，所以若要完全解決問題需要加站。

3.2 京滬線南京段PDCP丟包定時器參數(shù)修改

對京滬高鐵VoLTE業(yè)務(wù)摸底測試指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)VoLTE業(yè)務(wù)上下行丟包率明顯較數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)丟包率高，部分覆蓋差的TOP小區(qū)QCI=1甚至達(dá)到25%以上丟包率，因此決定在對京滬高鐵南京段相關(guān)TOP小區(qū)進(jìn)行覆蓋RF優(yōu)化調(diào)整的同時，對QCI=1的PDCP層丟包定時器參數(shù)進(jìn)行修改，參考總部指導(dǎo)意見建議及友商參數(shù)設(shè)置，將該參數(shù)從100ms改為750ms，觀察整體VoLTE上下行丟包率情況，發(fā)現(xiàn)丟包現(xiàn)象存在較大改善，原先VoLTE丟包高的TOP小區(qū)丟包率下降明顯。

圖9 PDCP優(yōu)化前后對比圖

3.3 滬寧線正盤山隧道重建參數(shù)優(yōu)化

高鐵隧道場景通常會因?yàn)樗淼纼?nèi)無覆蓋或開斷區(qū)間過大，導(dǎo)致部分路段弱覆蓋甚至無覆蓋，通常持續(xù)時間較長，VoLTE業(yè)務(wù)必然存在吞字、斷續(xù)甚至掉話現(xiàn)象。但實(shí)際用戶理解程度高，根據(jù)客服回訪和心理分析，普遍認(rèn)為該類型場景下，語音接續(xù)要高于重建造成的感知質(zhì)差。因此在完善覆蓋的同時，可同步適當(dāng)增加VoLTE業(yè)務(wù)的N311、T311及TraきcRelDelay定時器長度，保證終端在該類場景下僅出現(xiàn)吞字、斷續(xù)、重建，避免發(fā)生掉話，離開隧道/弱覆蓋區(qū)間后快速恢復(fù)通話，避免用戶再次撥打的操作，可有效提升隧道段VoLTE用戶感知。

滬寧線鎮(zhèn)江境內(nèi)正盤山隧道全長1484m，目前因設(shè)備故障和鐵路協(xié)調(diào)問題，隧道中間約1km覆蓋空洞。考慮滬寧線時速250km/h，通過隧道無覆蓋區(qū)間時長約14s，與網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)置的相關(guān)定時器接近（T311和TraきcRelDelay定時器長度均為10s），VoLTE有重建失敗及掉話風(fēng)險。通過拉長T311定時器和TraきcRelDelay至15s，對后續(xù)測試指標(biāo)和話統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，覆蓋正盤山隧道的兩側(cè)小區(qū)重建次數(shù)提升41.7%，掉話次數(shù)下降56%。

4 結(jié)束語

本文依據(jù)實(shí)際路測數(shù)據(jù)分析研究了高鐵沿線網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平和覆蓋質(zhì)量對VoLTE業(yè)務(wù)感知指標(biāo)的影響，并運(yùn)用實(shí)際案例就高鐵覆蓋情況對VoLTE業(yè)務(wù)的影響做了詳細(xì)闡述。為保證高鐵用戶VoLTE業(yè)務(wù)感知，必須持續(xù)完善高鐵場景覆蓋，保證高鐵覆蓋的連續(xù)性和完整性，并要持續(xù)做好基礎(chǔ)優(yōu)化，通過RF優(yōu)化、切換參數(shù)調(diào)整等手段不斷提升高鐵沿線覆蓋的質(zhì)量，同時還要針對高鐵VoLTE各層無線參數(shù)做好優(yōu)化工作，不斷根據(jù)MR、KPI指標(biāo)和路測結(jié)果對參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高鐵VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。