低成本室分VoLTE高丢包问题优化方案概论

覃淑梅 何景波 李祥泉

摘 要 为改善LTE FDD低成本住宅小区室内分布系统中比较普遍出现的VoLTE高丢包问题，介绍了丢包对VoLTE语音质量MOS的影响、VoLTE语音丢包率与FDD载波噪声的定量关系、载波平均噪声功率与RSSI的区别与联系，通过深入分析发现室分系统引入的直放站输入、输出功率配置问题对信源基站底噪的抬升，提出了一套标准的直放站调试解决方案，并在实践运用中进行了印证。

关键词 低成本;室分;丢包;直放站

Abstract In order to improve the problem of VoLTE high packet loss in LTE-FDD indoor distribution system， this paper introduces the impact of packet loss on MOS of VoLTE voice quality， the quantitative relationship between VoLTE voice packet loss rate and FDD carrier noise， and the difference and connection between carrier average noise power and RSSI. Through in-depth analysis， it is found that the input and output power allocation of repeater introduced by indoor distribution system In this paper， we use a set of standards to solve the problem of base station elevation.

Key words Low cost; Indoor distribution system; Packet loss; Repeater

前言

中國电信某公司2019-2020年期间大量铺开建设低成本住宅小区室分。低成本室分以pRRU作为信号源，通过下带多个光纤直放站保证覆盖功率。站点开通入网后，经后台指标观测及现场测试，发现较普遍存在信源底噪高、VoLTE丢包率高、用户体验不佳的问题。基站侧的丢包率对于语音质量MOS评分的影响接近线性，降低丢包率是提升VoLTE网络质量迫在眉睫的课题。本次课题主要研究低成本住宅小区室分项目信源的底噪与业务影响的定量关系，并尝试探索解决方案。

1丢包对VoLTE语音通话的影响

VoLTE网络中，空口丢包会带来RTP包丢失问题，导致VoLTE业务出现吞字、断续、杂音等降低用户感知的问题。通过对吞字断续的量化分析，可以直观反映出用户感知变差的情况：

在3GPP LTE中，VoLTE采用的AMR-WB语音编码方式，其编码速率有8个码率（6.6、8.85、12.65、14.25、15.85、18.25、19.85、23.05、23.85kbps），最大编码速率=23.85kbps，VoLTE语音包的传送周期是20ms，CodeC=23.85*1000*20/1000=477bits，AMR数据帧需要是Byte（8bits）的整数倍，不足整数倍的在末尾进行bit填充，最终CodeC=480bits，所以一个RTP包最大为480bits，同样可以算得一个RTP包最小为136bits。

1个字约占用8至10个RTP包，如果丢10个RTP包，用户将有一个字听不到，不考虑其他因素，如果用户通话1分钟，RTP数等于60*1000/20为3000个RTP包，假设丢包率为1%，会丢弃30个RTP包，就会大约有4个字听不清。

2NI平均噪声功率与VoLTE语音上/下行丢包率的关系

MOS值（Mean Opinion Score），即语音质量的平均意见值，是衡量通信系统语言质量的重要指标。一般情况下，MOS值≥3.8被认为是较优的语音质量，MOS值≥3.0被认为是可以接受的语音质量，MOS值<3.0被认为是难以接受的语音质量。有研究证明VoLTE在丢包率达到1%的时候，MOS值会开始下降至3以下。

采集中国电信某市所有丢包率≥1%的丢包小区数据统计分析，发现NI平均噪声功率在-95dBm左右，上行丢包率≥1%的概率开始突增;NI平均噪声功率大于-88dBm后，下行丢包率≥1%的概率开始突增。所以，可以认为，平均底噪在-95dBm左右是pRRU设备噪声干扰的底线值，pRRU的NI值控制在-95dBm以下可以较好控制VoLTE的丢包率。

3低成本室分现状调查

目前低成本住宅小区室分系统典型的组网方式：一台pRRU带两台光纤直放站近端机，一台近端机下带三台远端机，1台pRRU总共可带6台远端机，设计时直放站输出功率定为25W（大于43dBm）。直放站再通过同轴电缆连接到吸顶型、对数周期型、射灯型等各类型天线，实现电梯、地下室的室内天线均匀覆盖，楼宇高低层的室外天线往业主房间室内覆盖。

评判室分底噪是否在合理区间，涉及RSSI及NI两个评估维度。

RSSI（Received Signal Strength Indication），上行接收电平强度，一般反映了扇区的负载大小和干扰的强度。计算规则如下：

RSSI（dBm）=10Log（180*RB数*（NI+S）*1000）

NI（Noise interfere），载波平均噪声干扰，统计在测量周期内小区每个RB的平均噪声干扰值。LTE子载波间是完全正交的，不会引入干扰，所以NI在业务满调度的时候抬升并不明显。

3.1 NI与RSSI的区别与联系

（1）空载时RSSI与NI的互算关系

空载的条件：以20MHz带宽100RB情况，小区最大连接用户数为0，且无prach相关资源调度时的互算关系如下：

RB NI = 10Log（180*RB数*（NI）*1000）

RSSI（dBm） = 10Log（180*RB0 NI（mw）+S（mw））*1000）+…+10Log（180*RB99 NI（mw）+S（mw））*1000）

故在空载时，RSSI = 20 + 小区平均NI。

（2）有业务时RSSI与NI的关系

LTE子载波间是完全正交的，不会引入干扰。所以NI在业务满调度的时候抬升并不明显。

RB NI = 10Log（180*RB数*（NI）*1000）

RSSI（dBm） = 10Log（180*RB0 NI（mw）+S（mw））*1000）+…+10Log（180*RB99 NI（mw）+S（mw））*1000）

即有负载时，RSSI = NI + 上行功率。这里上行功率是指小区接收到的UE发射功率。

3.2 低成本室分底噪表征

该电信公司低成本住宅小区室分系统使用的pRRU信源设备厂家有中兴、华为两家。pRRU设备体积比宏RRU小很多，受限于设备体积，选择的微小型双工器等器件，相比宏RRU承载功率较低同时噪声系数更高。一般宏RRU的设备噪声系数为2～3dB，pRRU的设备噪声系数可达5～11dB，因此空载情况下pRRU的底噪比宏RRU更高。

相比于宏站设备的NI，设备厂家也给出了pRRU设备NI不同取值范围的干扰判断标准。见下表：

综上所述，RSSI受到业务负荷影响较大，因此室分系统是否存在系统外干扰，通常应以NI的值来判定会比较客观准确，但需注意区分pRRU和常规宏RRU（虽然常规宏RRU也大量用作传统室分的基站信源）的不同判断标准。

3.3 光纤直放站影响

由于信源pRRU设置的发射功率不同，每台直放站近端机的输入功率可能都不一样。一般情况下，当近远端衰减值为0时，输入功率最佳为–8～–12dBm，一般pRRU等信源设备的功率设置不会这么低，所以需要对直放站的输入、输出参数进行调试，否则可能出现直放站工作异常、严重抬升信源底噪的情况。

首先，当基站信源功率输入直放站近端机过大后，近端机会ALC（自动电平控制）自动调整功率，确保远端机被限定在最大输出范围内，保护远端机功放不会过载烧毁以及避免波形变形。但近端机ALC存在范围一般为最大15～20dB，因此最大不能超过要求输入的最佳功率+20dB以内。

第二，如果直放站远端机在无业务状态时输出满功率46dBm，当承载业务后，LTE的峰均比最大为12dB，实际RRU作过削峰，一般是8dB，因此远端机实际可能会输出46dBm+8dB。当超过46+2dBm后，协议要求里并未定义，因此直放站厂家对于超出最大输出功率的控制都不会做得很好。因此，调试直放站的时候必须考虑加载业务的影响，设备不能满功率输出。考虑到实际网络中100%负荷的概率不大，实际应用中空载输出功率一般回退至40dBm左右。

第三，每当信源基站小区加了多台有源设备，比如下带光纤直放站2近端+6远端，每台有源设备都是有底噪的，而且都会从分布系统中汇聚噪声，抬高pRRU的底噪。上行有用信号和上行干扰信号都是通过同条链路上传，因此噪声上传控制就需要考虑前级耦合器大小。pRRU信源采用的耦合器大小需同时考虑在不同业务负荷状态下pRRU实际的发射功率，在此前提下，尽可能用衰减值更大的耦合器来减少上行干扰。耦合器具体的选型，应结合pRRU厂家的空载、满载发射功率单独确定。在实践中一般使用20dB耦合器更容易同时达到平均噪声功率更低、覆盖范围更大的理想值。

4优化直放站平衡底噪与覆盖

4.1 实践摸索得出的优化方案

低成本住宅小区室分的目标是在降低建设成本的基础上保证覆盖最大化。目前系统中部分光纤直放站的实际输出功率超出了设备厂商的建议值，天线输出功率和信源基站底噪无法同时保证均处于最理想状态，需要通过调节参数使直放站工作在覆盖与干扰两个指标的平衡点。大量实践表明，调整目标为直放站远端机输出功率大于40dBm，信源pRRU平均噪声功率NI值控制在-95dBm以下，可以在MR覆盖率与NI平均噪声功率之间获得较优的平衡点[1]。调试要点如下：

（1）将基站信源输入的信号控制在直放站近端机输入功率范围内。可以通过更换合适的耦合器或调整pRRU输出功率实现。

（2）调整同一台近端机下带的各个远端机的下行衰减，使各个远端机下行输出功率大致相等，并且位于设备产商建议值的范围内。（信源基站底噪主要决定于输出功率最大的一台直放站远端机）

（3）确认信源基站的底噪情况，若未超出-95dBm，则可逐步减小近端机下行衰减，使多台远端机下行输出功率同步增加，并随时与基站网管确认底噪情况，当底噪逼近-95dBm时停止（需注意预留其他近端机的裕量），确认远端机下行输出是否达到40dBm，若两个条件不能同时满足时，优先保证底噪达标。

4.2 调整方案实施的实际效果

下表为针对中国电信某市分公司邕宁区龙岗某小区低成本住宅小区室分的直放站进行调试优化前后的效果对比。平均噪声功率NI由调整前的-71dBm下降到-96dBm，VoLTE上行丢包、下行丢包率均有明显下降，同时LTE重建比例、CQI、用户体验上下行速率也有明显提升，上行PRB利用率虚高问题解决，进一步释放了LTE业务流量。虽然MR覆盖率由95.6%变为95.3%略有下降，但是小区下的用户体验感知是显著提升的。

5结束语

随着城市的快速扩张，大量室内分布系统需要建设，在住宅小区布置带有大量直放站的室分系统，是降低建设成本、增加投入产出比的可行方案。随着CDMA网络逐步退出历史舞台，中国电信语音业务对VoLTE网络的依赖性加大，提升VoLTE网络用户感知体验势在必行。本文结合理论研究与实践案例，探索了低成本住宅小区室分信源底噪与覆盖之间平衡的有效解决方案，得出了信源底噪值影响VoLTE业务质量的临界经验值，希望可以对低成本住宅小區室分场景的直放站精细调测，提升LTE网络业务感知提供一种优化手段参考。

参考文献

[1] （意）赛西亚，（摩洛哥）陶菲克，（英）贝科.LTE-UMTS长期演进理论与实践[M].北京：人民邮电出版社，2012：58.