试论VoLTE关键技术与优化对策

2016-08-10麦远江

大科技 2016年9期

关键词：邻区信令数据包

麦远江

（广东省电信工程有限公司广东惠州 516000）

试论VoLTE关键技术与优化对策

麦远江

（广东省电信工程有限公司广东惠州 516000）

随着LTE网络的不断发展和广泛应用，仅仅提供分组域业务的这个特性已经远远不能满足人们的需求了，所以想要使LTE网络基础上提供传统的语音业务就成为了学者们新的研究问题和研究方向。本文就对VoLTE关键技术和优化措施进行了深入的研究。

VoLTE；关键技术；优化对策

引言

LTE网络是一个全IP网络，在建设LTE网络的初期，LTE网络的语音控制和承载没有其专有的机制，而是借助相对稳定的2G和3G网络，采用的是CSFB和SRVCC以及双待机终端等技术实现语音业务。然而这种过渡的解决方案都存在着很多的问题和缺陷，很难成为最终的解决方案，所以当LTE网络的连续性不断上升甚至可以达到全覆盖的时候，基于LTE网络的语音VoLTE的解决方案就显得尤为重要。

1 VoLTE关键技术

VoLTE作为下一代话音技术，其实也是可以理解为一种VoIP技术。但是它与OTT（OverTheTop）提供的VoIP话音服务（如Skype）也有一定的区别。VoLTE是基于IMS（IP多媒体子系统）的话音业务，它不是承载在传统的IP网络，而是架构于4G网络之上。OTT的VoIP的话音服务，只是尽最大能力传输，存在误码率高、时延大等缺点，不能保证流畅的语音体验，在这点上还不如运营商2G/3G的语音效果。VoLTE提供了高水准的控制和管理机制，保证了良好的QoS（服务质量），使得语音传输的连续性及实时性得以提升，极大地改善了用户感知。要实现高标准的QoS，VoLTE离不开以下关键技术：

1.1 TTIBundling

TTI（传输时间间隔）是LTE在时域上最小的调度单位，为1ms。这也意味着HARQ（混合自动重传请求）每1ms要确认一次传输。LTE网络，不管是FDD（频分双工）还是TDD（时分双工）模式，每个扇区可以支持不低于200个VoLTE用户进行语音通话。然而，在小区的边缘地区，受限于基站的发射功率以及移动终端的上行发送/接收功率，无法保证VoLTE的数据包有效传输。

RLC（无线链路控制）数据包分割是一种基本的小区边缘覆盖增强方法，简称L2分割。L2分割使得数据包占用更多的信道资源，消耗更多的调度信令，使得HARQ的重传次数更多，降低了时延。因此需要一种有效的RLC分段方法，在既可以保证网络容量的基础上尽可能提升小区的边缘覆盖。

当小区边缘UE功率受限时，由于资源受限，丢包率会增加。使用TTIBundling，四个连续子帧中的立刻重传，能积累能量，增大传输成功率，从而提高接收成功率，避免过多的HARQ重传。如图1所示，正常情况下，当手机（UE）收到eNB（演进型基站）发来的一个授权（DCI0）后，UE就会在一个特定的子帧发送PUSCH（物理上行共享信道）（接收到这个授权后的4ms），也就是4个连续、不同冗余的版本（RV）数据包。假设每次传输的出错概率为50%，使用TTI绑定后连续4个TTI出错的概率为6.25%，大大降低了出错率，同时也降低了延迟。

图1 TTIBundling流程图

TTIBundling不可用于TDD系统中3DL：1UL时隙配比中，且不与SPS（半静态调度）同时开启。

1.2 SPS

LTE系统MAC（媒体接入控制）层调度一般分为动态调度和静态调度。LTE系统中的数据业务大多是突发业务，且具有自相似性。动态调度比较灵活，可以根据需要分配资源，经常与自适应算法配合（比如遗传算法、神经网络、时间序列等），每次调度都需要调度信令的交互，消耗信令比较多，特别适合突发特征明显的业务。所谓SPS就是一种提高资源配置的途径，结合持续调度和动态调度的优点完成运作，如VoIP业务。

以VoIP为例，如图2所示，VoIP新传的数据包由于其到达间隔是20ms，所以可以由一条PDCCH（物理下行控制信道）信令分配频域资源，以后每隔20ms就自动用分配的频域资源传输新来的包。半持续调度是LTE中为了节省PDCCH数量而提出的一种新的调度方法，最初主要是针对VoIP业务，其可大大降低信令开销，使信令开销资源最低仅为业务的1.3%。

图2 VoIP数据包到达过程图

SPS可减少控制信令开销，节省PDCCH资源，在控制信道受限的情况下提高系统容量；但在TDD系统中的3DL：1UL时隙配比中，因SPS采用保守调度算法，可能导致系统容量因受限于PUSCH而有所下降。

1.3 健壮性包头压缩协议

按照3GPP组织的要求，LTE系统要全面退出CS域，只支持PS域。这就要求PS域提供的语音质量达到或者超过CS域的效率，那么必然要对IP包头进行压缩。VoIP业务是基于IP网络传输的语音业务，包头开销占整个数据包的比例较大，为了节省传输资源，LTE系统给出了一种IP包头压缩方法：ROHC（健壮性包头压缩协议），并且同时支持IPv4和IPv6。

ROHC协议要求仅在初次传输时发送数据包头的静态信息（如IP地址等），后续不再重复发送；通过一定信息可推知数据流中其他信息时，可仅发送必须的信息，其他信息可由上下文推算。典型的VoLTE数据包净荷为32B，IP头开销明显比净荷本身的要大的多。IPv6的包头为60B，IP头开销是有效载荷的1.88倍；IPv4的包头为40B，IP头开销是有效载荷的1.25倍。IPV4的ROHC压缩如图3所示。

图3 IPV4的ROHC压缩图

经过ROHC压缩后，IP包头开销从40～60B降为4～6B，10倍的包头压缩率对VoLTE业务信道覆盖和容量有显著增益。ROHC协议对VoLTE数据包的IP包头压缩方法是仁者见仁智者见智，大多在LSB（最低有效位）算法上进行改进。ROHC压缩也要考虑到无线和有线信道情况对编码的影响，这方面可以继续深入探讨。

2 VoLTE优化

无线网络优化目的主要是为了达到无线网络的动态负载均衡，优化资源配置，保证优质服务质量，提高用户的出行感知度。VoLTE的优化方法同其他无线网络如CDMA等网络优化的方法是相似的，包括干扰、覆盖、参数、切换等方面的优化。VoLTE面临着大规模商用，它的网络优化是步步为营、循序渐进的过程。本文以中国移动TD-LTE网络、GSM网络为例，阐述VoLTE优化方法，主要是分三步走方案。

2.1 4G～2G邻区配置

VoLTE初步商用时，由于4G还没有规模覆盖，手机需要通过SRVCC（单一无线语音呼叫连续性）方式至GSM系统。这样一来，必须制定4G～2G邻区配置方法。

（1）如果4G与2G小区共站（包括室分站点），4G首先需要配置所有共站的2G小区，同时室外站需要继承配置其中同方向角的2G共站小区（4G与原有2G的方位角的偏差在45°范围内）的2G邻区。

（2）如果4G站点为新建站，优先考虑添加第一圈2G邻区频点。与此同时，应重点检查以下两类2G小区：①距离4G站点最近的N个2G站址中（方圆2km范围内），如果存在室外小区，则选择天线方向指向本小区的2G小区（建议是法线正负60°之内）；如果存在室分小区，则无需考虑方向角。满足上述条件室内、外小区共M个（这里M

2.2 VoLTE三步走优化方法

VoLTE的优化是一个繁琐且长期的过程，同时也是循序渐进、按部就班、分段实施的过程。

第一步，网络参数初始化，实现VoLTE的信号从无到有。配置ROHC压缩算法，将核心网和UE之间的数据报文的报文头，如IP头、UDP头、RTP头进行压缩后，再进行传输，起到节省空口带宽资源的作用，这里只针对QCI=1的业务。设置PDCP（分组数据汇聚协议）SDU（服务数据包）的丢弃时间，这里只针对QCI=5的业务，优化其丢包率。配置EMLP（调度优先选择）算法，针对QCI调度优先级进行优化。开启eSRVCC切换，弱覆盖地区执行eSRVCC切换到GSM邻区，保障VoLTE通话的持续性。

第二步，网络参数稽查调整，实现VoLTE信号的广覆盖。调整内容：大规模减少eSRVCC切换功能开关数量；PDCPSDU的丢弃时间数量减少；EMLPS的数量进一步减少；配置ROHC不变。具体的一些参数数量要根据各地区的实际情况进行匹配。广覆盖的过程中，涉及到干扰优化、切换优化等，具体表现为一些方位角调整、发射功率调整等，这里不一一说明，都是常规的优化方式。

第三步，网络参数深度优化，实现VoLTE信号深度覆盖，提升容量。配置PDCPSDU的丢弃时间：优化QCI=1、QCI=2、QCI=5三种业务的丢包率，适应多业务。启动DRX机制：降低VoLTE时延、节约手机用电，增强手机续航能力。

三步走的优化流程，是从局部到整体、从覆盖需求到容量需求的一个规划过程，也是广大通信人辛勤汗水浇灌的结果。