影响VoLTE容量能力的因素分析及优化措施初探

2019-11-29周锐

科技与创新 2019年5期

周锐

周锐

（重庆市信息通信咨询设计院有限公司，重庆 400041）

VoLTE技术是一项基于IMS网络中的语音业务，虽然其技术所使用的是IP数据传输，但VoLTE可以通过高清编解码技术来有效提高语音通话品质。在4G语音支持下，可以带给用户更好的用户体验。基于此，针对影响VoLTE容量能力因素进行分析，可以更好地总结出具体的优化措施，为其技术的稳定发展奠定基础。

VoLTE技术；容量能力；优化措施；动态调度

VoLTE语音技术是基于IMS系统的一项语音业务，通过其系统支持可以实现多种接入方式，并能够有效丰富各项多媒体业务。从本质上来分析，VoLTE技术所使用的IP数据传输技术，是依托于4G网络的一项稳定技术，可以完成数据与语音处于同一网络的统一。VoLTE技术给用户带来了高品质的音视频通话质量，为用户提供了更优质的用户体验。VoLTE与传统电路域语音业务有一定的区别，想要对其网络容量进行优化，必须要研究能够产生影响的各种因素，并通过预估VoLTE容量的方式来对其网络进行优化。

1 影响VoLTE容量能力的各项因素分析

1.1 业务信道对VoLTE容量形成的影响

对LTE业务信道而言，可以划分为PUSCH、PDSCH两种类型，即物理层上、下行共享信道。在VaLTE业务中的上下行业务量，通常会表现出相对对称，其语音数据包主要承载于上、下行的RB资源块中。在这样的业务信道系统中，有可能会受到上、下行物理共享信道的影响，让其成为系统容量一个瓶颈。在VoLTE技术中的VoIP业务，其用户容量主要是选择上行或者下行用户容量最小的一项。

1.2 控制信道对VoLTE容量形成的影响

基于LTE系统存在相应的调度器，其作用是对相关资源块开展实时调度。因此，想要让其系统中的资源得到合理配置与使用，需要在每一次调试过程中进行调度信令交互。所以，系统中的PDCCH控制信令会产生非常大的开销，较大的开销会导致PDCCH控制信道对VoLTE系统容量形成影响。

1.3 设备调度性能对VoLTE容量形成的影响

任何网络体系都需要设备给予支持，不同设备所对于每TTI的调度能力是特定的，但可以通过设备性能以及调试策略来进行优化。当前许多相关设备生产商出产的设备其调度能力并不高，所以设备每TTI的调度能力则会成为对其系统容量产生影响的因素之一。

2 VoLTE容量计算方式

2.1 针对业务信道容量计算方式

VoLTE在开展业务过程中，所产生的数据包是基于LTE物理资源块的。整个系统需要按照用户需求进行资源块调度，可以更好地将其资源块分配到不同用户群体中。LTE资源块不仅承载着相关的业务数据，还需要对公共控制信息进行承载。因此，信道容量可以通过以下方法来进行计算。

单业务场景下可支持VoLTE用户数量=单个无线帧内实际可用资源块数量/相关业务占单个无线帧中的平均使用资源块数量。针对此计算方法进行分析，其中的单个无线帧内实际可用资源块数量等于系统中单个无线帧总资源块数——物理层协议开销与业务目标负荷的乘积。在此算式中的物理层协议开销可以划分为上、下行两个部分。

因此，计算时需要对其进行分别计算：上行物理层行物=PUCCH开销+PRACH开销+SRS开销，下行物理层行物=PBCH开销+PSS开销+SSS开销+SIB开销。比如，可以以D频段带宽20 M为案例，其网络上下行时隙配置是ZU2D，CFI配置是3.同时，其网络业务目标负荷是0.5时，单个无线帧下行实际可用资源块数量可以通过上式计算得到270，而其上行资源块数量应该为1 840.

在不相同的无线场景以及各类型设备调度机制和性能条件下，单业务在不同的单个无线帧中的资源需求数量也会产生差异。因此，需要通过仿真形式来进行计算。比如在某个场景中，利用仿真技术可以获取到VoLTE语音业务的消耗的平均PRB数，如表1所示。

表1 基于12.3 kbps速率下的PRB值

速率/kbps天线数量UL平均PRB值DL平均PRB值 12.382.012 62.057 5

通过表1 中的相关数据可以发现，单个语音包所分配到的1个资源块。当VoIP业务模型中的语音包以及SID包各占一半时，则得出单12.2 kbps业务在单个无线帧中传输所占用的资源块数量为：

上行：0.5×2.012 6资源块×（10 ms/20 ms）+0.5×1资源块×（10 ms/160 ms）=0.534 4资源块。

下行：0.5×2.057 5资源块×（10 ms/20 ms）+0.5×1资源块×（10 ms/160 ms）=0.545 6资源块。

在此过程中，如果上行HARQ平均传输次数为1.25，下行HARQ平均传输次数为1.15，同样可以计算出上、下行所需求的资源：上行资行资源=0.534 4资源块×1.25=0.668资源块，下行资行资源=0.545 6资源块×1.15=0.627 5资源块。通过上述计算方法，可以得到具体的业务信道所支持VoLTE的用户数量，上行支持量为275个，而下行支持量则为430个。总之，可以根据具体的网络配置、设计性能有相应的环境等情况，根据以上方式来进行计算。

2.2 针对设备调度性能的容量计算方式

当前不同设备支持的每TTI调度数量均有所限制，其具体的支持程序主要与设备性能以及调度策略相关。从当前市场主流设备来进行分析，所支持用户数量为10～20个。因此，可以通过动态调度以及SPS调度进行分析，计算出具体VoLTE设备所具有的调度能力容量。

2.2.1 动态调度分析

当选择动态调度时，如果PDCCH信道没有相应的限制，其UL/DL UE per TTI能力可以最高达到20.假如每20 ms发送1个语音编码包，则可以根据以下公式计算出相应的系统容量：

系统容量=Min[（20 ms内ULTTI数量）×（ULTTI调度能力），（20ms内ULTTI数量）×（ULTTI调度能力）]. （1）

当带宽为20 MHz，其上下行时隙配置为2U2D，UE per TTI调度能力20，根据式（1）可以计算出其系统容量：Min（160=8×20 240=12×20）=160 UE。

在此计算过程中，需要考虑语音通话所存在的不连续特性。如果不存在真实语音包时，则会以舒适噪声SID包的方式出现，其整个周期为160 ms。而SID包的实际调度时间会更长，实现对资源的有效调度，并将其应用到其他VoLTE用户的语音包调度中。

如果语音中的静默因子为0.4，则代表在整个通话中，有6层时间在说话，其等价系统容量折算系数为1.4 b，可以根据上式计算出系统容量：160×1.4=224 UE。

2.2.2 SPS调度分析

如果选择SPS调度，所有网络配置以及相关业务模型与上述相同，则可以通过扩展SPS调度时间为40 ms。其设备的调度性能所支持的容量则可以计算得出：224×2=448.

3 VoLTE容量能力优化措施

3.1 采用ROHC头压缩技术进行优化

应用VoLTE技术可切实提高整个网络体系的质量，并增强用户体验。VoLTE应用了许多项关键技术，这些关键技术可以对其容量的提高起到非常大的影响，比如ROHC技术和SPS技术。在针对ROHC头压缩技术进行分析后发现，VoLTE语音业务通过编码处理来完成。针对包含32字节有效载荷VoIP传输分组进行分析，如果使用IPv6报头会提高到60字节，当使用IPv4报头时则提高到了40字节。比率提高了188%和125%，自然会产生较多的额外开销。所以，如果不对其信令开销进行优化，则会导致无线资源信令产生非常大的开销。通过使用ROHC头压缩技术之后，整个开销量会减少5字节左右。此外，再针对单语音用户的空口传输速率进行统计后发现，其速率通常会表现为34 kbps，在使用ROHC头压缩之后，可以将其速度降低为20 kbps。简单而言，也就是说开启ROHC头压缩机制后，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。

3.2 采用SPS半静态调度方式

在以往的LTE系统中，所使用的调度方式主要是以动态调度为主。即通过MAC实时、动态分配机制，对相关资源以及传输速度进行分配。在此过程中，主要是以按需分配的方式进行资源分析，不同调度都需要完成调度信令交互。这样的调度方式会产生非常大的开销。如何选择SPS半静态调度方式，则可以在相关数据传输时，将UE识别为半静态调度。不仅可以对调度信息进行保存，还可以在一定固定时间内对时频资源位置上的相关业务数据进行发送或接收。选择半静态调度传输方式，还可以利用好数据包周性到达的特征，通过一次授权的方式可以在相应周期进行使用，最终达到节省开销的目的。通过这种优化措施，不仅对通话质量不会产生影响，还可以支持更多的用户，进一步提升系统容量。