VoLTE无线网规划指标及实现方案研究

程日涛+汪颖+王韬+孟繁丽+李天璞

【摘 要】为了研究VoLTE无线网规划指标及实现方案，首先分析了VoLTE的基本特性及对网络的要求，提出连续覆盖是保证VoLTE业务性能的基本要求，随后基于保证VoLTE业务性能所需要的规划指标进行了理论与现网数据的分析，确定了规划指标要求，最后，对提升VoLTE业务性能的建设方案和软件功能进行了分析，并提出了应用建议。

【关键词】VoLTE 规划指标 异构网

Research on VoLTE Wireless Network Planning Metrics and Implementation Scheme

[Abstract]In order to investigating VoLTE wireless network planning metrics and implementation scheme， the basic characteristics and the requirements of VoLTE were analyzed firstly with the conclusion that the continuous coverage is the premise to guarantee VoLTE service performance. Then， the theoretical and existing network data analyses were carried out based on the planning metrics to guarantee VoLTE service performance， and the planning metrics specifications were confirmed. Finally， the construction scheme and the software function were analyzed with aim to enhance VoLTE performance， and the application recommendation was presented.

[Key words]VoLTE planning metrics heterogeneous networks

1 VoLTE业务概述

1.1 VoLTE业务特性

VoLTE是GSMA定义的标准LTE语音解决方案，IMS网络是业务控制网络，配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。

在无线网中，通过采用RoHC、RLC分段与TTI绑定、半持续调度、xSRVCC技术等确保VoLTE业务性能。

对于VoLTE语音业务，质量评价标准包括接续性指标（接通率、接通时延、掉话率）、移动性指标（切换成功率、切换中断时延等）、语音质量（MOS，VoLTE主要使用POLQA进行评分）等。

1.2 VoLTE业务对承载网络的要求

VoLTE业务在无线网传输上主要对丢包率、端到端时延及抖动有要求。理想的RTP丢包率是1%，从链路级分析看，低于1%的丢包率可以保证MOS分值在3.5分以上，能够保证较好的语音业务感知。

3GPP TS 23.203给出了标准QCI（QoS Class Identifier，QoS等级标识）的特性，对QCI为1的VoIP语音和QCI为5的IMS信令的时延需求，PDB（Packet Delay Budget，包迟延预算）均为100 ms，也就是对UE到PGW（PDN Gate Way，PDN网关）之间的时延要求为100 ms，为具有98%满意度的最大时延。其中，空口时延要求为100-20=80 ms。

从现网无线网规划建设层面影响VoLTE业务的主要表现看，弱覆盖、高干扰是影响VoLTE业务性能的主要因素。

2 VoLTE无线网规划指标

2.1 影响VoLTE业务质量的现网因素分析

无线网对VoLTE业务质量的影响主要体现在三个方面：

（1）bSRVCC流程导致呼叫失败

因起呼点覆盖电平低发生bSRVCC，同时由于端到端不支持bSRVCC流程导致呼叫失败。室外场景问题发生概率低，但當VoLTE用户处于室内时，因覆盖电平相对低导致易发生。

需要从无线网角度研究VoLTE覆盖范围外的用户因bSRVCC导致呼叫失败的解决方案，方案一：呼叫过程中延迟切换：若在呼叫过程触发SRVCC切换，则推迟切换；方案二：基于信道质量选择PS/CS呼叫：若信道质量差，采用CSFB呼叫。

（2）SIP信令丢失导致呼叫失败

SIP信令中大数据量信令接收失败。SIP信令中INVITE及180RingRing的信令包体最大，IPv6 INVITE消息根据抓包分析大小约为2.5 kB，180RingRing

约为1.5 kB。

按信令发送时延要求为100 ms核算，INVITE和180RingRing消息对应的传输速率要求为200 kbps和120 kbps。在弱覆盖和上行高干扰场景，上行速率无法满足上述速率要求。

该问题的解决方案包括：提升上行覆盖能力、降低SIP信令信息量、延长SIP信令到期定时器。

（3）弱覆盖、高质差导致的语音质差

MOS与覆盖质量有较强的相关性，在弱覆盖区域MOS的方差明显变大，语音质量稳定性差。对路测采样点的RSRP、RS-SINR与MOS绘制散点图，并通过趋势线分析可见，MOS均值高于3.5分对应的RSRP门限约-113 dBm，RS-SINR门限约-2 dB。在上述门限点及更低的区域，MOS分振荡剧烈，意味着VoLTE用户的感知波动较大。

2.2 理论分析与测试验证

对于VoLTE语音业务，链路预算和测试验证数据均表明，在满足基本的KPI指标及MOS质量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB满足VoLTE高清语音业务要求。

VoLTE业务覆盖能力预算。

2.3 现网数据分析

（1）覆盖指标与语音业务KPI关联分析

对小区级边缘RSRP与VoLTE eRAB建立成功率与掉线率进行关联分析。接通率99%对应的边缘RSRP为-110 dBm，掉线率1%对应的边缘RSRP要求为-112 dBm。接通率98%对应的边缘RSRP约为-115 dBm，掉线率2%对应的边缘RSRP要求约为-116 dBm。

（2）覆盖指标与MOS关联分析

对路测数据RSRP/RS-SINR与MOS进行关联分析。满足MOS 3.5分对应的覆盖要求：RSRP：-113～-110 dBm，RS-SINR：-3～0 dB。满足MOS 3分对应的覆盖要求：RSRP：-116～-113 dBm，RS-SINR：-8～-5 dB。

对路测数据RSRP/RS-SINR与MOS进行二维关联分析。满足MOS 3.5分对应的覆盖要求：RSRP： -112 dBm，RS-SINR：-2 dB。满足MOS 3分对应的覆盖要求：RSRP：-116 dBm，RS-SINR：-5 dB。

深度覆盖场景是VoLTE业务感知较差的场景，因此深度覆盖水平影响VoLTE业务感知，提升深度覆盖率是保证VoLTE感知的主要手段。当RSRP低于-113 dBm，MOS平均值迅速下降，且低于3分。

（3）VoLTE对网络容量的影响

通过VoLTE业务占用TBS情况的理论分析及测试验证可以得到VoLTE业务速率情况，在语音编码速率的基础上，综合考虑包头开销（IP包头、L2包头）、语音激活比、数据重传等开销，VoLTE业务PDCP层速率分别约为13.5 kbps和23 kbps。为便于计算，按25 kbps估算VoLTE业务速率要求，VoLTE业务流量占比分析。

VoLTE高清语音业务的PDCP层综合速率约25 kbps（开启RoHC），根据规划数据，2016年/2017年/2018年VoLTE终端渗透率为5.4%/25%/45%，4G VoLTE用户MOU为537分钟/467分钟/424分钟，4G用户DOU为1 GB/1.4 GB/2.1 GB计算，2016年/2017年/2018年VoLTE语音业务流量占比为1%/3%/3%。在整体流量比例中，VoLTE业务流量占比较低，对网络容量不会带来明显压力。

VoLTE业务在上行流量占比达到4%/11%/12%，因此对于上行负荷影响更为明显。

考虑到VoLTE忙时集中系数高于数据业务，因保障质量要求会占用较多PRB资源等情况，实际流量占比可能略高于上述预估值。近期出现部分场景PDCCH上行调度能力限制了上行业务性能等问题，还需要继续分析对网络容量的影响。

2.4 指标总结

VoLTE语音业务需求为在满足基本的业务质量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB可以满足需求。在满足较高的业务质量要求下，RSRP≥-110 dBm，RS-SINR≥0 dB是最低覆盖要求。

质量要求 RSRP门限/dBm RS-SINR门限/dB

接通率≥98%、

掉话率≤2%、

MOS≥3 -113 -3

接通率≥99%、

掉话率≤1%、

MOS≥3.5 -110 0

3 VoLTE网络性能提升方案

3.1 建设方案

VoLTE业务要求连续的、深度的覆盖。连续覆盖要求在路面及浅层覆盖区域提升覆盖率；深度覆盖要求在室内深层区域实现覆盖。

考虑利用宏基站实现全网连续深度覆盖不具备可实施性，因此应基于异构网架构实现VoLTE网络性能提升。

HetNet（Heterogeneous Network，异构网）由多种不同特性小区（例如：对于4G网络，包括各种eNB、HeNB、Relay等）组成的3GPP接入网（《3GPP TR 21.905 Vocabulary for 3GPP Specifications》）。

基于異构网技术特性及建设管理要求，4G异构网可分为覆盖层和容量层。

覆盖层包括广域覆盖层、深度覆盖层（室外站）、深度覆盖层（室内覆盖系统）。广域覆盖层：在广域范围实现室外及部分室内区域连续覆盖、满足基本容量需求的网络层。单发射点覆盖距离在数百米以上；深度覆盖层（室外站）：在室外建设基站，针对局部区域实现深度覆盖或满足容量需求的网络层，单发射点覆盖距离低于同区域广域覆盖层，一般为数十至数百米；深度覆盖层（室内覆盖系统）：在室内区域建设基站，针对特定建筑物实现深度覆盖或容量需求的网络层，单发射点覆盖距离为数十米以下；容量站（层）：在覆盖层基础上，用于容量补充的站点。

实现VoLTE性能要求的无线网覆盖主要可总结为三个方案：

（1）方案一：利用局部增加站址的方式提升广域覆盖层的覆盖率。

理论上区域覆盖率从95%提升到99%，需要在覆盖预算中多考虑6 dB的衰落余量。该方法可以有效提升区域整体覆盖率。但在网络结构及性能、工程建设等方面存在较多问题。

（2）方案二：利用小基站实现路面连续覆盖和建筑物深度覆盖。在不改变广域覆盖层规划目标的前提下，通过小基站部署实现路面连续覆盖。通过DT数据分析对连续30 m弱覆盖进行小基站建设。根据建筑物覆盖需求及价值，建设小基站实现室内深度覆盖，要求覆盖质量满足（-113 dBm、-3 dB）的目标。

（3）方案三：利用低频段系统的部署低成本、高效率实现连续的、深度的覆盖。

VoLTE性能提升方案比较如表4所示。

3.2 功能应用建议

在进行覆盖方案调整的同时，还应重视利用软件功能提升VoLTE业务性能。

（1）EVS编码

EVS编码相比AMR-WB编码，具有更高效的语音压缩算法、更宽的语音带宽和更强的鲁棒性，从而以更低的速率提供更高音质。EVS已于2014年9月在3GPP完成标准化，并于2015年3月并入GSMA的VoLTE规范，主流设备厂家均已支持EVS。

EVS现网测试结果表明，在相同语音质量要求下，EVS编码方式可提高覆盖能力2～3 dB，理论上可以实现约15%的覆盖距离延伸。

（2）eSRVCC演进

驻留在VoLTE覆盖范围外的用户发起VoLTE呼叫时，可能发生bSRVCC切换导致呼叫失败（当前核心网不支持bSRVCC功能）。在bSRVCC暂不具备现网支持能力的情况下，为解决VoLTE覆盖范围外的用户因bSRVCC导致呼叫失败，可以采用呼叫过程中延迟切换、基于信道质量进行VoLTE/CSFB呼叫等方式提升性能。

后续还需继续推动bSRVCC/aSRVCC的产品实现与应用验证，彻底解决数据业务覆盖边缘区域的语音呼叫接通率。

4 结论

图6为VoLTE性能提升方案应用建议，VoLTE业务应用对于推广“三新”计划，进而保持中国移动的网络竞争优势具有重要的战略意义。随着VoLTE业务商用用户量迅速提升，VoLTE对连续覆盖、深度覆盖的要求将越来越明显，因此应基于現网规划建设体系，在规划指标、规划方法、建设方案、功能与新技术引入等方面全方位完善与改进，实现VoLTE业务更高用户感知的部署目标。

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