VoLTE背景下的無線網(wǎng)絡容量能力分析

劉娜

LTE背景下數(shù)據(jù)業(yè)務快速發(fā)展，同時語音業(yè)務的重要性也不可忽視，VoLTE就是基于LTE背景下的一種重要語音解決方案。VoLTE雖然采用了和數(shù)據(jù)業(yè)務一樣的共享信道來傳輸數(shù)據(jù)，但它在業(yè)務特性和調度方法方面與數(shù)據(jù)業(yè)務有很大差別，所以在系統(tǒng)容量方面和單純數(shù)據(jù)業(yè)務系統(tǒng)區(qū)別很大，現(xiàn)在來對VoLTE背景下的無線網(wǎng)絡容量能力進行分析。

VoLTE關鍵技術中，ROHC技術是對VoLTE容量影響比較大的技術之一。傳統(tǒng)的IPv6包頭占60字節(jié)，而VoLTE數(shù)據(jù)包中有效數(shù)據(jù)僅32字節(jié)，可以看到包頭開銷非常大，所以在VoLTE提出ROHC頭壓縮技術。在不采用頭壓縮技術時包頭有40—60字節(jié)的開銷，采用ROHC技術后這一開銷可被壓縮成4—6字節(jié)，提高了信道的利用率和分組數(shù)據(jù)的有效性，進而從業(yè)務信道開銷方面提高了系統(tǒng)容量。

另外一項關鍵技術是SPS技術。SPS在控制信道方面有效地節(jié)約了開銷，因為VoLTE的數(shù)據(jù)包通常有3個狀態(tài)：臨時態(tài)、激活態(tài)和靜默態(tài)。激活期的數(shù)據(jù)包具有周期性到達的特點，因為語音包到達的規(guī)律性，調度時可以使用一次授權、周期使用的方法，有效節(jié)省控制信令開銷，在不影響通話質量和系統(tǒng)性能的同時支持更多的用戶。也就是說，SPS技術從控制信令開銷方面提高了系統(tǒng)容量。

VoLTE業(yè)務數(shù)據(jù)包的特點，這一部分的分析是VoLTE容量理論計算的基礎，也是VoLTE業(yè)務容量仿真中進行建模的基礎。首先，在建模時需要清楚VoLTE數(shù)據(jù)包的大小，明確語音數(shù)據(jù)包編碼方式和大小。對激活態(tài)和靜默態(tài)兩種狀態(tài)之間互相轉移概率進行建模，在建模時通常選擇A=C=0.01，轉換間隔也是20ms。

關于VoLTE容量可能的幾種受限因素。第一種是業(yè)務信道，因為VoLTE上下行業(yè)務量基本對稱，上、下行物理共享信道都可能成為系統(tǒng)容量的瓶頸。第二種是控制信道，PDCCH控制信令開銷很大，有可能成為系統(tǒng)容量的瓶頸。第三種是設備調度能力，設備能支持的每TTI的調度能力是一定的，這也可能成為制約系統(tǒng)容量的因素。

通過幾種可能受限信道的容量計算方法和示例，可知在動態(tài)調度機制下，VoLTE容量更容易受限于PDCCH信道以及設備每TTI調度能力；在SPS調度機制下，VoLTE容量更容易受限于業(yè)務信道。另外由于VoLTE系統(tǒng)的實際容量與網(wǎng)絡配置、無線環(huán)境、用戶分布、設備能力緊密相關，因此網(wǎng)絡容量的受限因素難以一概而論，需要根據(jù)具體情況進行具體分析。

前面分析的是VoLTE單業(yè)務條件下的容量計算及仿真方法，在VoLTE與多種數(shù)據(jù)業(yè)務共存的網(wǎng)絡中，由于數(shù)據(jù)業(yè)務的種類多且數(shù)據(jù)包大小差異大，要想預估網(wǎng)絡的容量，只能通過容量仿真的方式進行。中國移動設計院自主研發(fā)的LTE網(wǎng)絡規(guī)劃工具集成了多業(yè)務模型的建模和仿真功能，可以對系統(tǒng)的多業(yè)務容量進行定量分析及預估。下面介紹這個工具對多業(yè)務模型是怎樣做仿真建模的。首先仿真工具可以體現(xiàn)不同業(yè)務的特點，包括分組、頁面、會話間隔、時長、大小等；然后，仿真工具通過隨機分布模塊模擬了每個用戶的實際到達和發(fā)包；另外，仿真工具與調度算法結合有效模擬了資源調度。在考慮多業(yè)務模型參數(shù)時，仿真工具集成了ITU業(yè)務經(jīng)驗模型以及實測方法模型2種方式。完成了上述建模以及參數(shù)選擇后，通過多業(yè)務仿真流程完成仿真。

從多業(yè)務模型仿真結果可看出，仿真能夠體現(xiàn)出各種業(yè)務的特性：不同優(yōu)先級業(yè)務的調度比例不同，如VoLTE優(yōu)先級最高，調度比例也最高，達59.43%；業(yè)務包大小不同導致不同業(yè)務平均每UE獲得的吞吐量不同，如FTP業(yè)務包最大，雖然調度比例最低，但是平均每UE獲得的吞吐量最大，為1.068Mbps；業(yè)務所能承受的最大包時延不同，導致不同業(yè)務最終的平均包時延不同，如FTP業(yè)務能承受的最大包時延最大，最終的平均包時延也最大，為198ms。也就是說通過該工具進行的多業(yè)務仿真，對規(guī)劃設計網(wǎng)絡的綜合容量承載能力可以有定量的分析。endprint