高铁网络覆盖对VoLTE语音感知影响研究

李含华 黎越 余泓娜

中国联合网络通信有限公司江苏省分公司

0 引言

1 高铁VoLTE业务

1.1 高铁VoLTE业务特点和优化难点

在进行VoLTE业务（语音通话）过程中，高铁速度快、频移大、衰落快、穿损大的特点，要求在完善高铁覆盖方面比普通场景付出更大的努力，同时用户对语音业务的高度敏感性，也对VoLTE业务的优化提出了更高的要求。

现网高铁网络优化存在的痛点：

（1）在高铁线型场景的特点下，个别站点的故障（如拆站退服）、部分建站困难的弱覆盖区域（如高铁隧道），会造成信号衰落严重，导致通话过程发生丢包现象，或者切换至高铁专网外的小区，最终导致业务质量和用户感知下降，严重时会导致掉话。

（2）目前高铁覆盖一般采用专网形式，专网基站天线均沿高铁线路方向发射信号，但由于专网附近大网信号交叠覆盖、模三干扰等因素，以及专网相邻小区之间重叠覆盖、越区覆盖等潜在影响，容易造成SINR质差，进而造成VoLTE业务感知下降。

（3）高铁高速移动时切换频率快，当参数设置不当或切换带设置不合理时，会导致切换难度增加、切换失败、链路重建等现象，进而导致VoLTE业务出现语音不清晰、断续、吞字、掉话现象。

基于高铁场景的特殊性，无线参数配置必须独立设计和规划，并配合多次测试校正，达到较优配置。

1.2 高铁测试

DT测试是反映网络问题的最直接手段，为分析网络问题提供了最真实的感知数据。为提升高铁VoLTE业务质量，打造高铁精品网络，江苏联通多次组织省内京沪、沪宁、宁杭等高铁线路的VoLTE业务路测工作，测试数据（LOG）涵盖了高铁线路VoLTE业务的各项质量指标，如RSRP、SINR、MOS、丢包、重建等重要信息，这些路测数据提供了大量分析样本，对研究高铁VoLTE用户感知提供了详尽数据支撑。

2 高铁覆盖对VoLTE感知的影响分析

2.1 VoLTE感知评价方法和数据分析工具

语音质量的评判一般基于MOS（Mean Opinion Score，平均主观意见分）测试方法实现，VoLTE作为一种高清语音业务同样适用MOS评测方法，只是算法异于传统2/3G窄带语音算法。VoLTE语音业务感知可通过MOS值衡量，MOS值在3.5以上时通话清晰、感知优良；MOS值在3.0以上时语音略有失真，内容基本完整，可正常沟通；MOS值在2.5以上时可以勉强通话，但已出现吞字、杂音、断续等问题；MOS值在2.5以下时感知已经严重下降。

基于以上述评，本文希望在以下方面寻求拓展：第一，在已有的文本分析及效果评价研究之间，探索针对政策文本的效力评估，以建立政策文本与政策效果间的对话机制。第二，在现有国家层面上、宏观和中观政策领域研究基础上，着力进行地方层面上、机动车污染防治这一具体政策的效力评估，这也与机动车污染防治及其政策的地方性特征有关。第三，与已有截面数据为主的研究相比，文本选取2013-2017年机动车污染防治政策进行历时性分析，并进一步考察机动车污染防治政策历时性变化轨迹背后的情境因素。

语音通话的质量取决于语音传送的完整性和保真性，因此传输时延小、丢包率低是VoLTE语音通话质量的关键。因此，VoLTE感知影响分析采用RSRP、SINR两项密切联系的信号质量指标，分析两项指标对VoLTE业务感知指标MOS值、丢包率的影响。所有原始数据据来自高铁VoLTE路测数据，采用鼎利路测软件数据提取，借助Python编制小程序进行计算分析。

2.2 信号覆盖对MOS值的影响

通过对实际路测数据进行汇总统计和分析，得到高铁线路覆盖信号水平RSRP、信号质量SINR和MOS采样点的关联分布情况。

由图1可见，由于高铁场景高速移动、高穿损等特点，要保证MOS值大于3.0的质量要求，高铁沿线网络RSRP值需要大于-105dBm，才有可能更好地满足要求；如要保证更高的语音感知质量，MOS值要大于3.5，则RSRP值需高于-96dBm（结合平均曲线-橙线），这充分说明相较于普通场景，VoLTE业务感知对高铁场景的覆盖要求更加严格。

图1 MOS与RSRP的关系

由图2可以看出（结合平均曲线-橙线），如要保证高铁场景MOS值大于3.0，SINR值要大于-1以上，但SINR小于5以后MOS值开始大幅下滑，SINR值大于5时MOS值保持平稳且接近或超过3.5，因此如要语音感知质量优良，SINR值要大于5以上，这对高铁VoLTE优化提出了较高的要求。

图2 MOS与SINR的关系

由图3可看出，RSRP和SINR有关联性，覆盖水平越高，RSRP值越高，则SINR值小的概率越低，SINR值大于5以上要求RSRP值大于-100dBm，且覆盖水平越高对改善信号质量越有利。

图3 RSRP与SINR的关系

为进一步研究高铁线路覆盖（RSRP）对语音感知质量的影响程度，尽量排除RSRP指标和SINR指标间的相互干扰，我们对不同SINR值区间（分别选取SINR>15、5

由图4、图5可见，SINR值越高，MOS值的聚集性越高，表明覆盖水平RSRP和MOS值的关联性越直接和线性。SINR值差的站点，MOS值散布较大，不能直接确定MOS差点和覆盖的直接关系，需进行详细分析，判断质差原因并首先进行优化调整后再进行增补覆盖或新建站点决策。

图4 RSRP与MOS关系（SINR>15）

图5 RSRP与MOS关系（15>SINR>5）

2.3 信号覆盖对丢包率的影响

VoLTE高清语音编码速率为23.85kbps，终端每20ms生成一个VoLTE语音包（使用RTP实时流媒体协议传输），再加上UDP包头、IP包头，在应用层最终打包成IP包进行传输。在无线空口，按照协议IP包被转换成PDCP包，PDCP包就是空口传输的有效数据。PDCP包在终端和基站间传输异常会导致应用层RTP包的丢失，从而引起语音感知差。

丢包原因有两种：一类是基站（或终端）丢弃PDCP包，业务高负荷、质差引发重传都会大量消耗无线资源，当基站因为缺乏有效的无线资源而无法对PDCP包及时调度时，基站（或终端）会主动丢弃VoLTE语音包；第二类是空口丢失PDCP包，弱覆盖、系统内干扰、系统外干扰都会引发无线网络质差，会直接导致VoLTE语音包在无线空口传输过程中出现丢失。无论空口丢包还是基站弃包，都会直接影响VoLTE用户的实际语音感知。

为分析高铁线路覆盖信号水平RSRP对丢包率的影响程度，对不同SINR值区间（分别选取SINR>15、5

如图6、图7和图8所示，RSRP值越高，SINR值越高，丢包率越低。RSRP值小于-100dBm后，丢包率显著上升，RSRP值小于-105dBm后，丢包率已经上升至接近或超过5%。因此，要保证较低的丢包率，高铁沿线网络覆盖RSRP值应大于-100dBm，这样才能保证用户良好的语音感知质量。

图6 RSRP与丢包率关系（SINR＞15）

图7 RSRP与丢包率关系（15>SINR>5）

图8 RSRP与丢包率关系（SINR<5）

3 路测案例分析

为保障高铁用户VoLTE语音业务感知，根据上述分析，需保证高铁网络良好的信号覆盖水平RSRP和信号质量SINR，通过增补覆盖、网络优化等手段实现MOS值和丢包率等感知指标达到目标值。下面提供一些实际案例加以说明。

3.1 宁启线弱覆盖致占用大网小区掉话

宁启线动车自南向北行驶，由于相邻高铁专网站点NT_RG_ZX_如皋文峰北_FL_AB_1与NT_RG_ZX_宁启铁路8_FLW_AB_1站间距较大（1.88km），中间部分弱覆盖导致终端占用NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1大网小区，随着列车继续向北行驶，NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1信号劣化，但因与高铁专网无邻区未成功切换，最终导致RRC掉链。

根据以上研究和分析，我们的优化方案为：首先核查NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1与NT_RG_ZX_宁启铁路8_FLW_AB_1的邻区关系，优先添加邻区关系防止掉话，同时勘查NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1的覆盖范围及相关参数，避免铁路用户接入，由于该区间相邻高铁专网站点间距较大，前期已更换高增益天线但中间路段仍有小段弱覆盖，所以若要完全解决问题需要加站。

3.2 京沪线南京段PDCP丢包定时器参数修改

对京沪高铁VoLTE业务摸底测试指标进行分析，发现VoLTE业务上下行丢包率明显较数据业务丢包率高，部分覆盖差的TOP小区QCI=1甚至达到25%以上丢包率，因此决定在对京沪高铁南京段相关TOP小区进行覆盖RF优化调整的同时，对QCI=1的PDCP层丢包定时器参数进行修改，参考总部指导意见建议及友商参数设置，将该参数从100ms改为750ms，观察整体VoLTE上下行丢包率情况，发现丢包现象存在较大改善，原先VoLTE丢包高的TOP小区丢包率下降明显。

图9 PDCP优化前后对比图

3.3 沪宁线正盘山隧道重建参数优化

高铁隧道场景通常会因为隧道内无覆盖或开断区间过大，导致部分路段弱覆盖甚至无覆盖，通常持续时间较长，VoLTE业务必然存在吞字、断续甚至掉话现象。但实际用户理解程度高，根据客服回访和心理分析，普遍认为该类型场景下，语音接续要高于重建造成的感知质差。因此在完善覆盖的同时，可同步适当增加VoLTE业务的N311、T311及TraきcRelDelay定时器长度，保证终端在该类场景下仅出现吞字、断续、重建，避免发生掉话，离开隧道/弱覆盖区间后快速恢复通话，避免用户再次拨打的操作，可有效提升隧道段VoLTE用户感知。

沪宁线镇江境内正盘山隧道全长1484m，目前因设备故障和铁路协调问题，隧道中间约1km覆盖空洞。考虑沪宁线时速250km/h，通过隧道无覆盖区间时长约14s，与网络侧设置的相关定时器接近（T311和TraきcRelDelay定时器长度均为10s），VoLTE有重建失败及掉话风险。通过拉长T311定时器和TraきcRelDelay至15s，对后续测试指标和话统指标进行统计，覆盖正盘山隧道的两侧小区重建次数提升41.7%，掉话次数下降56%。

4 结束语

本文依据实际路测数据分析研究了高铁沿线网络覆盖水平和覆盖质量对VoLTE业务感知指标的影响，并运用实际案例就高铁覆盖情况对VoLTE业务的影响做了详细阐述。为保证高铁用户VoLTE业务感知，必须持续完善高铁场景覆盖，保证高铁覆盖的连续性和完整性，并要持续做好基础优化，通过RF优化、切换参数调整等手段不断提升高铁沿线覆盖的质量，同时还要针对高铁VoLTE各层无线参数做好优化工作，不断根据MR、KPI指标和路测结果对参数进行精细化调整，实现高铁VoLTE业务质量的稳步提升。