VoLTE背景下的无线网络容量能力分析

刘娜

LTE背景下数据业务快速发展，同时语音业务的重要性也不可忽视，VoLTE就是基于LTE背景下的一种重要语音解决方案。VoLTE虽然采用了和数据业务一样的共享信道来传输数据，但它在业务特性和调度方法方面与数据业务有很大差别，所以在系统容量方面和单纯数据业务系统区别很大，现在来对VoLTE背景下的无线网络容量能力进行分析。

VoLTE关键技术中，ROHC技术是对VoLTE容量影响比较大的技术之一。传统的IPv6包头占60字节，而VoLTE数据包中有效数据仅32字节，可以看到包头开销非常大，所以在VoLTE提出ROHC头压缩技术。在不采用头压缩技术时包头有40—60字节的开销，采用ROHC技术后这一开销可被压缩成4—6字节，提高了信道的利用率和分组数据的有效性，进而从业务信道开销方面提高了系统容量。

另外一项关键技术是SPS技术。SPS在控制信道方面有效地节约了开销，因为VoLTE的数据包通常有3个状态：临时态、激活态和静默态。激活期的数据包具有周期性到达的特点，因为语音包到达的规律性，调度时可以使用一次授权、周期使用的方法，有效节省控制信令开销，在不影响通话质量和系统性能的同时支持更多的用户。也就是说，SPS技术从控制信令开销方面提高了系统容量。

VoLTE业务数据包的特点，这一部分的分析是VoLTE容量理论计算的基础，也是VoLTE业务容量仿真中进行建模的基础。首先，在建模时需要清楚VoLTE数据包的大小，明确语音数据包编码方式和大小。对激活态和静默态两种状态之间互相转移概率进行建模，在建模时通常选择A=C=0.01，转换间隔也是20ms。

关于VoLTE容量可能的几种受限因素。第一种是业务信道，因为VoLTE上下行业务量基本对称，上、下行物理共享信道都可能成为系统容量的瓶颈。第二种是控制信道，PDCCH控制信令开销很大，有可能成为系统容量的瓶颈。第三种是设备调度能力，设备能支持的每TTI的调度能力是一定的，这也可能成为制约系统容量的因素。

通过几种可能受限信道的容量计算方法和示例，可知在动态调度机制下，VoLTE容量更容易受限于PDCCH信道以及设备每TTI调度能力；在SPS调度机制下，VoLTE容量更容易受限于业务信道。另外由于VoLTE系统的实际容量与网络配置、无线环境、用户分布、设备能力紧密相关，因此网络容量的受限因素难以一概而论，需要根据具体情况进行具体分析。

前面分析的是VoLTE单业务条件下的容量计算及仿真方法，在VoLTE与多种数据业务共存的网络中，由于数据业务的种类多且数据包大小差异大，要想预估网络的容量，只能通过容量仿真的方式进行。中国移动设计院自主研发的LTE网络规划工具集成了多业务模型的建模和仿真功能，可以对系统的多业务容量进行定量分析及预估。下面介绍这个工具对多业务模型是怎样做仿真建模的。首先仿真工具可以体现不同业务的特点，包括分组、页面、会话间隔、时长、大小等；然后，仿真工具通过随机分布模块模拟了每个用户的实际到达和发包；另外，仿真工具与调度算法结合有效模拟了资源调度。在考虑多业务模型参数时，仿真工具集成了ITU业务经验模型以及实测方法模型2种方式。完成了上述建模以及参数选择后，通过多业务仿真流程完成仿真。

从多业务模型仿真结果可看出，仿真能够体现出各种业务的特性：不同优先级业务的调度比例不同，如VoLTE优先级最高，调度比例也最高，达59.43%；业务包大小不同导致不同业务平均每UE获得的吞吐量不同，如FTP业务包最大，虽然调度比例最低，但是平均每UE获得的吞吐量最大，为1.068Mbps；业务所能承受的最大包时延不同，导致不同业务最终的平均包时延不同，如FTP业务能承受的最大包时延最大，最终的平均包时延也最大，为198ms。也就是说通过该工具进行的多业务仿真，对规划设计网络的综合容量承载能力可以有定量的分析。endprint