試論VoLTE關鍵技術與優化對策

麥遠江

（廣東省電信工程有限公司 廣東惠州 516000）

試論VoLTE關鍵技術與優化對策

麥遠江

（廣東省電信工程有限公司 廣東惠州 516000）

隨著LTE網絡的不斷發展和廣泛應用，僅僅提供分組域業務的這個特性已經遠遠不能滿足人們的需求了，所以想要使LTE網絡基礎上提供傳統的語音業務就成為了學者們新的研究問題和研究方向。本文就對VoLTE關鍵技術和優化措施進行了深入的研究。

VoLTE；關鍵技術；優化對策

引言

LTE網絡是一個全IP網絡，在建設LTE網絡的初期，LTE網絡的語音控制和承載沒有其專有的機制，而是借助相對穩定的2G和3G網絡，采用的是CSFB和SRVCC以及雙待機終端等技術實現語音業務。然而這種過渡的解決方案都存在著很多的問題和缺陷，很難成為最終的解決方案，所以當LTE網絡的連續性不斷上升甚至可以達到全覆蓋的時候，基于LTE網絡的語音VoLTE的解決方案就顯得尤為重要。

1 VoLTE關鍵技術

VoLTE作為下一代話音技術，其實也是可以理解為一種VoIP技術。但是它與OTT（OverTheTop）提供的VoIP話音服務（如Skype）也有一定的區別。VoLTE是基于IMS（IP多媒體子系統）的話音業務，它不是承載在傳統的IP網絡，而是架構于4G網絡之上。OTT的VoIP的話音服務，只是盡最大能力傳輸，存在誤碼率高、時延大等缺點，不能保證流暢的語音體驗，在這點上還不如運營商2G/3G的語音效果。VoLTE提供了高水準的控制和管理機制，保證了良好的QoS（服務質量），使得語音傳輸的連續性及實時性得以提升，極大地改善了用戶感知。要實現高標準的QoS，VoLTE離不開以下關鍵技術：

1.1 TTIBundling

TTI（傳輸時間間隔）是LTE在時域上最小的調度單位，為1ms。這也意味著HARQ（混合自動重傳請求）每1ms要確認一次傳輸。LTE網絡，不管是FDD（頻分雙工）還是TDD（時分雙工）模式，每個扇區可以支持不低于200個VoLTE用戶進行語音通話。然而，在小區的邊緣地區，受限于基站的發射功率以及移動終端的上行發送/接收功率，無法保證VoLTE的數據包有效傳輸。

RLC（無線鏈路控制）數據包分割是一種基本的小區邊緣覆蓋增強方法，簡稱L2分割。L2分割使得數據包占用更多的信道資源，消耗更多的調度信令，使得HARQ的重傳次數更多，降低了時延。因此需要一種有效的RLC分段方法，在既可以保證網絡容量的基礎上盡可能提升小區的邊緣覆蓋。

當小區邊緣UE功率受限時，由于資源受限，丟包率會增加。使用TTIBundling，四個連續子幀中的立刻重傳，能積累能量，增大傳輸成功率，從而提高接收成功率，避免過多的HARQ重傳。如圖1所示，正常情況下，當手機（UE）收到eNB（演進型基站）發來的一個授權（DCI0）后，UE就會在一個特定的子幀發送PUSCH（物理上行共享信道）（接收到這個授權后的4ms），也就是4個連續、不同冗余的版本（RV）數據包。假設每次傳輸的出錯概率為50%，使用TTI綁定后連續4個TTI出錯的概率為6.25%，大大降低了出錯率，同時也降低了延遲。

圖1 TTIBundling流程圖

TTIBundling不可用于TDD系統中3DL：1UL時隙配比中，且不與SPS（半靜態調度）同時開啟。

1.2 SPS

LTE系統MAC（媒體接入控制）層調度一般分為動態調度和靜態調度。LTE系統中的數據業務大多是突發業務，且具有自相似性。動態調度比較靈活，可以根據需要分配資源，經常與自適應算法配合（比如遺傳算法、神經網絡、時間序列等），每次調度都需要調度信令的交互，消耗信令比較多，特別適合突發特征明顯的業務。所謂SPS就是一種提高資源配置的途徑，結合持續調度和動態調度的優點完成運作，如VoIP業務。

以VoIP為例，如圖2所示，VoIP新傳的數據包由于其到達間隔是20ms，所以可以由一條PDCCH（物理下行控制信道）信令分配頻域資源，以后每隔20ms就自動用分配的頻域資源傳輸新來的包。半持續調度是LTE中為了節省PDCCH數量而提出的一種新的調度方法，最初主要是針對VoIP業務，其可大大降低信令開銷，使信令開銷資源最低僅為業務的1.3%。

圖2 VoIP數據包到達過程圖

SPS可減少控制信令開銷，節省PDCCH資源，在控制信道受限的情況下提高系統容量；但在TDD系統中的3DL：1UL時隙配比中，因SPS采用保守調度算法，可能導致系統容量因受限于PUSCH而有所下降。

1.3 健壯性包頭壓縮協議

按照3GPP組織的要求，LTE系統要全面退出CS域，只支持PS域。這就要求PS域提供的語音質量達到或者超過CS域的效率，那么必然要對IP包頭進行壓縮。VoIP業務是基于IP網絡傳輸的語音業務，包頭開銷占整個數據包的比例較大，為了節省傳輸資源，LTE系統給出了一種IP包頭壓縮方法：ROHC（健壯性包頭壓縮協議），并且同時支持IPv4和IPv6。

ROHC協議要求僅在初次傳輸時發送數據包頭的靜態信息（如IP地址等），后續不再重復發送；通過一定信息可推知數據流中其他信息時，可僅發送必須的信息，其他信息可由上下文推算。典型的VoLTE數據包凈荷為32B，IP頭開銷明顯比凈荷本身的要大的多。IPv6的包頭為60B，IP頭開銷是有效載荷的1.88倍；IPv4的包頭為40B，IP頭開銷是有效載荷的1.25倍。IPV4的ROHC壓縮如圖3所示。

圖3 IPV4的ROHC壓縮圖

經過ROHC壓縮后，IP包頭開銷從40～60B降為4～6B，10倍的包頭壓縮率對VoLTE業務信道覆蓋和容量有顯著增益。ROHC協議對VoLTE數據包的IP包頭壓縮方法是仁者見仁智者見智，大多在LSB（最低有效位）算法上進行改進。ROHC壓縮也要考慮到無線和有線信道情況對編碼的影響，這方面可以繼續深入探討。

2 VoLTE優化

無線網絡優化目的主要是為了達到無線網絡的動態負載均衡，優化資源配置，保證優質服務質量，提高用戶的出行感知度。VoLTE的優化方法同其他無線網絡如CDMA等網絡優化的方法是相似的，包括干擾、覆蓋、參數、切換等方面的優化。VoLTE面臨著大規模商用，它的網絡優化是步步為營、循序漸進的過程。本文以中國移動TD-LTE網絡、GSM網絡為例，闡述VoLTE優化方法，主要是分三步走方案。

2.1 4G～2G鄰區配置

VoLTE初步商用時，由于4G還沒有規模覆蓋，手機需要通過SRVCC（單一無線語音呼叫連續性）方式至GSM系統。這樣一來，必須制定4G～2G鄰區配置方法。

（1）如果4G與2G小區共站（包括室分站點），4G首先需要配置所有共站的2G小區，同時室外站需要繼承配置其中同方向角的2G共站小區（4G與原有2G的方位角的偏差在45°范圍內）的2G鄰區。

（2）如果4G站點為新建站，優先考慮添加第一圈2G鄰區頻點。與此同時，應重點檢查以下兩類2G小區：①距離4G站點最近的N個2G站址中（方圓2km范圍內），如果存在室外小區，則選擇天線方向指向本小區的2G小區（建議是法線正負60°之內）；如果存在室分小區，則無需考慮方向角。滿足上述條件室內、外小區共M個（這里M

2.2 VoLTE三步走優化方法

VoLTE的優化是一個繁瑣且長期的過程，同時也是循序漸進、按部就班、分段實施的過程。

第一步，網絡參數初始化，實現VoLTE的信號從無到有。配置ROHC壓縮算法，將核心網和UE之間的數據報文的報文頭，如IP頭、UDP頭、RTP頭進行壓縮后，再進行傳輸，起到節省空口帶寬資源的作用，這里只針對QCI=1的業務。設置PDCP（分組數據匯聚協議）SDU（服務數據包）的丟棄時間，這里只針對QCI=5的業務，優化其丟包率。配置EMLP（調度優先選擇）算法，針對QCI調度優先級進行優化。開啟eSRVCC切換，弱覆蓋地區執行eSRVCC切換到GSM鄰區，保障VoLTE通話的持續性。

第二步，網絡參數稽查調整，實現VoLTE信號的廣覆蓋。調整內容：大規模減少eSRVCC切換功能開關數量；PDCPSDU的丟棄時間數量減少；EMLPS的數量進一步減少；配置ROHC不變。具體的一些參數數量要根據各地區的實際情況進行匹配。廣覆蓋的過程中，涉及到干擾優化、切換優化等，具體表現為一些方位角調整、發射功率調整等，這里不一一說明，都是常規的優化方式。

第三步，網絡參數深度優化，實現VoLTE信號深度覆蓋，提升容量。配置PDCPSDU的丟棄時間：優化QCI=1、QCI=2、QCI=5三種業務的丟包率，適應多業務。啟動DRX機制：降低VoLTE時延、節約手機用電，增強手機續航能力。

三步走的優化流程，是從局部到整體、從覆蓋需求到容量需求的一個規劃過程，也是廣大通信人辛勤汗水澆灌的結果。

3 結束語

綜上所述，在移動網絡中，LTE網絡憑借數據的高效傳輸等優勢將會成為移動通信網絡未來發展的必然趨勢，同時語音業務必將實現全IP化，但是無線網絡實現全覆蓋的情況也將是一個漫長的過程，IMS系統語音業務的控制的穩定性和可靠性也在逐步的完善和提高。

[1]張志，寧志勇，謝靜姝，等.電子式電流互感器在線校驗關鍵技術及相關理論研究[D].華中科技大學，2013.

[2]徐德平，程日濤，張新程，等.VoLTE關鍵技術及部署策略研究[J].電信工程技術與標準化，2014，02（10）：175～179.

[3]李軼群，李永清，任東宇，等.單片集成光接收機前端關鍵技術及相關新型光電子器件的研究[J].北京郵電大學（社會科學學報），2012，03（10）：146～149.

TN929.5

A

1004-7344（2016）09-0278-02

2016-3-12

麥遠江（1982-），男，漢族，本科，主要從事移動核心網維護工作。