VOLTE關(guān)鍵技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院　龔雄濤

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VOLTE關(guān)鍵技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院龔雄濤

VOLTE在LTE網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提供了全IP音視頻解決方案，是LTE語音最終解決方案。本文重點論述VOLTE關(guān)鍵技術(shù)，提出了VOLTE的優(yōu)化策略，并給出了具體的優(yōu)化實例，以此指導(dǎo)VOLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化。

VOLTE；關(guān)鍵技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；優(yōu)化策略

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步推進，國內(nèi)各大運營商陸續(xù)提出“4G+”的概念，比4G速度更快，質(zhì)量更高。VoLTE（Voice over Long Term-- Evolution）基于IMS網(wǎng)絡(luò)的LTE語音解決方案，即在LTE覆蓋區(qū)域內(nèi)提供基于IP的高清晰語音業(yè)務(wù)。VOLTE 作為 LTE語音最終解決方案，憑借其高質(zhì)量、低時延的特點成為“4G+”的重要特性。本文主要從VOLTE 關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化兩個方面進行探討。

1.VOLTE技術(shù)

1.1LTE語音解決方案演進

目前，LTE語音解決方案主要有SVLTE（雙待機方案）、CSFB（電路域回落方案）和VoLTE（LTE技術(shù)方案）。

SvLTE（Simultaneous Voice and LTE）方案是終端同時駐留在PS域與CS域中，實現(xiàn)同時在LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)上并發(fā)工作，由LTE網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由2G/3G網(wǎng)絡(luò)提供語音業(yè)務(wù)。該方案對網(wǎng)絡(luò)沒有特殊要求，完全依賴多模雙待終端。同時該方式無需進行網(wǎng)絡(luò)升級，終端實現(xiàn)較便利。

CSFB（Circuit Switched Fall Back）方案通過在終端配置兩套獨立的接收機和一套發(fā)射機，實現(xiàn)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)的雙待機。但某一時刻終端只能接入LTE網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或接入2G/3G網(wǎng)絡(luò)進行語音業(yè)務(wù)，且語音業(yè)務(wù)優(yōu)先。這是一種快速提供業(yè)務(wù)的方案，但缺點是呼叫接續(xù)速度慢。CSFB適合作為IMS部署之前的過渡方案，另外還可以用來解決LTE手機漫游場景的語音呼叫問題，在拜訪地網(wǎng)絡(luò)沒有部署IMS，或者IMS漫游協(xié)議尚未應(yīng)用的情況下，CSFB可以為接入的LTE用戶提供語音業(yè)務(wù)［1］。

VoLTE（Voice over Long Term Evolution）方案是基于LTE網(wǎng)絡(luò)純IP話音解決方式，能夠有效解決數(shù)據(jù)傳輸和漫游。由LTE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)業(yè)務(wù)接入，由IMS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)業(yè)務(wù)控制，由PCC架構(gòu)提供QoS保障的語音解決方案。在LTE無線網(wǎng)絡(luò)未實現(xiàn)全覆蓋之前，為保證語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，采用SRVCC（單一無線語音呼叫連續(xù)性）技術(shù)實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)與2G/3G網(wǎng)絡(luò)之間進行切換，以保障語音業(yè)務(wù)不中斷，是LTE網(wǎng)絡(luò)的話音問題解決的關(guān)鍵方案。

1.2VOLTE關(guān)鍵技術(shù)

VOLTE 提供了全新的端到端全IP音視頻解決方案，其時延，語音質(zhì)量等方面的優(yōu)勢與其采用的關(guān)鍵技術(shù)密不可分。VOLTE 主要關(guān)鍵技術(shù)如下：

1.2.1半持續(xù)調(diào)度（SPS）

半持續(xù)調(diào)度是LTE中為了節(jié)省PDCCH數(shù)量而提出的一種新的調(diào)度方法。VoIP的新傳包由于其到達間隔是20ms，所以可以由一條信令分配頻域資源，每隔20ms就“自動”用分配的頻域資源傳輸新來的包；重傳包由于其不可預(yù)測性，所以動態(tài)的調(diào)度每一次重傳，因而叫“半”持續(xù)調(diào)度。

半持續(xù)調(diào)度可減少控制信令的開銷，最低可僅為業(yè)務(wù)的1.3%；節(jié)省PDCCH資源，在控制信道受限的情況下，提高系統(tǒng)容量。但在現(xiàn)網(wǎng)3:1時隙配比下，因SPS采用保守調(diào)度算法（MSC不得高于15），可能導(dǎo)致系統(tǒng)容量受限于PUSCH而有所下降，故初期暫不建議引入。

1.2.2IP包頭壓縮（RoHC）

VOLTE業(yè)務(wù)是基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音業(yè)務(wù)，包頭開銷占整個數(shù)據(jù)包的比例較大。為了節(jié)省傳輸資源，引入IP包頭壓縮。壓縮后，頭開銷降為4～6 byte，開銷占比降為12.5%～18.8%。IP包頭壓縮大大降低頭開銷，提高VoLTE語音用戶容量，提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)吞吐量，增強邊緣覆蓋。

1.2.3TTI bundling

當小區(qū)邊緣UE 功率受限時，由于資源受限，導(dǎo)致丟包率增加。使用TTI bundling，連續(xù)的4個上行子幀立刻重傳，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。因此TTI bundling可提高邊緣用戶的接收性能，并減小控制信令開銷［2］。

1.2.4VoLTE異系統(tǒng)切換

eSRVCC（enhanced Single Radio Voice Call Continuity）是LTE PS語音（VoLTE）到2G/3G CS語音的增強型切換功能，但較原有SRVCC功能，無線側(cè)無差異；eSRVCC功能是VoLTE在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋未達到全面覆蓋之前的重要補充功能。eSRVCC功能在LTE建設(shè)初期和中期保證VoLTE語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，可以減少當用戶從LTE覆蓋區(qū)域移出時導(dǎo)致的掉話，減少用戶投訴。

2.VOLTE優(yōu)化策略

VOLTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要目標是為了達到無線網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)負載均衡，優(yōu)化資源配置，保證優(yōu)質(zhì)服務(wù)質(zhì)量，提高用戶的滿意度。VoLTE的優(yōu)化方法主要包括覆蓋優(yōu)化、切換優(yōu)化、干擾參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。VOLTE是在LTE網(wǎng)絡(luò)上疊加的一項業(yè)務(wù)功能，在繼承LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特性的同時，又有其特殊性。因此，VOLTE的優(yōu)化在借鑒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)化方法的同時，還應(yīng)著重從以下幾個方面開展優(yōu)化：

2.1加強網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化

一般在移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋常見的問題有同頻干擾、越區(qū)覆蓋和導(dǎo)頻污染等。網(wǎng)絡(luò)覆蓋常見的后果有：一次性接入的成功率比較低、掉線率比較高、下行速度低以及切換成功率較低。其主要原因包括：設(shè)備的穩(wěn)定性較差，造成系統(tǒng)出現(xiàn)問題；規(guī)劃及工程參數(shù)當中不太一致；覆蓋區(qū)域需要更新［3］。

目前，LTE網(wǎng)絡(luò)使用的頻率普遍較高，信號在室內(nèi)、電梯等相對封閉區(qū)域或高層建筑阻擋區(qū)域的衰減大；在信號強度陡降的環(huán)境下，VOLTE業(yè)務(wù)極易發(fā)生切換失敗、掉話，嚴重影響用戶感知。所以在提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的同時，需注重網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的提升。此外，相比普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，VOLTE業(yè)務(wù)的用戶感知對覆蓋率、切換成功率、時延等網(wǎng)絡(luò)性能的要求更加迫切。

2.2重視切換優(yōu)化

切換指的是移動臺從一個信道轉(zhuǎn)移到其它信道，形成整個移動通信當中的連續(xù)性，以此確保所有的服務(wù)小區(qū)的重選，使整個網(wǎng)絡(luò)中能實現(xiàn)全面連續(xù)的覆蓋。依照切換信令流程的情況，可以將切換分成eNb，Sl口以及X2口等切換方式。而站內(nèi)的切換過程較為簡單，其目標及切換源基本都一個小區(qū)當中，在內(nèi)部基站會進行相應(yīng)的判決，同時并不用進行數(shù)據(jù)傳輸途徑更換的申請、優(yōu)化切換的方式有優(yōu)化切換參數(shù)以及鄰區(qū)配置。

2.3實施參數(shù)驗證和優(yōu)化

現(xiàn)階段LTE對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整的主要是PCI、切換、天線技術(shù)、功率等參數(shù)。一般來說，系統(tǒng)參數(shù)中需要優(yōu)化的內(nèi)容有很多，其中包括了小區(qū)選擇、工程以及無線資源管理等參數(shù)，還有容量、覆蓋、質(zhì)量、成功率以及切換指標等參數(shù)。在優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)之前必須先要通過OMC的統(tǒng)計，并采集話務(wù)統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)，將網(wǎng)絡(luò)問題進行定位，并且通過對整個參數(shù)進行調(diào)整以確保網(wǎng)絡(luò)動態(tài)平衡能達到，將網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不斷提高。

由于VOLTE業(yè)務(wù)無法直接繼承2/3G網(wǎng)絡(luò)的語音參數(shù)配置和LTE網(wǎng)絡(luò)普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的參數(shù)配置，因此，VOLTE的參數(shù)配置需要開展廣泛的參數(shù)驗證，根據(jù)測試對比結(jié)果不斷優(yōu)化參數(shù)配置。

2.4干擾優(yōu)化

干擾會對LTE系統(tǒng)的掉話率、接通率以及通話質(zhì)量等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等有較大的影響。依照干擾源不相同，可以分成外部及內(nèi)部干擾這兩個大類，其中外部干擾中包含了互調(diào)、雜散、阻塞以及帶內(nèi)干擾等；而內(nèi)部干擾中包括設(shè)備隱形、天饋系統(tǒng)以及GPS跑偏等故障。在一般情況之下，無源器件在長期的工作中其性能不斷下降，或者互調(diào)抑制的指標較差造成在現(xiàn)網(wǎng)出現(xiàn)互調(diào)干擾現(xiàn)象。LTE系統(tǒng)干擾形成的原因是因為同頻干擾、小區(qū)當中的相關(guān)擾碼等干擾因素所造成。如果要解決干擾，首先就需要發(fā)現(xiàn)干擾源，然后再應(yīng)用適當?shù)姆绞竭M行定位干擾，最后將干擾有效降低及排除。其LTE系統(tǒng)當中能發(fā)現(xiàn)干擾的方法主要有：檢查RSSI及話統(tǒng)、路測和應(yīng)用LMT輔助分析等［4］。

3.案例分析

案例一：異頻重定向掉話案例

問題描述：主叫占用魚珠木材市場D-ZLH-3（EARFCN=38100 PCI=83CELLID=135693）小區(qū)通話時，信號強度為-101dbm左右，出現(xiàn)一次RRC Connection Release，導(dǎo)致承載拆除，引起一次主叫掉話。

圖1　小區(qū)掉話截圖

問題分析：分析測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)UE占用服務(wù)小區(qū)魚珠木材市場D-ZLH-3（EARFCN=38100 PCI=83CELLID=135693）在通話的過程中信號越來越差，之后上報測量報告A2事件，eNODEB收到報告后發(fā)起異頻重定向判決，下發(fā)RRC Connection Release，由異頻重定向后，eNodeB向MME發(fā)送ue context release request，mme釋放專用承載。當UE被重定向后在新的小區(qū)發(fā)起RRC連接，網(wǎng)絡(luò)只建立了默認承載，UE發(fā)送BYE消息，導(dǎo)致掉話。

圖2　mme釋放專用承載信令截圖

從地理環(huán)境上看，服務(wù)小區(qū)與UE重定向目標小區(qū)相距較遠，不需配鄰區(qū)關(guān)系，UE在該路段僅是偶爾測量到目標小區(qū)的信號，這種環(huán)境極容易觸發(fā)異頻重定向。

圖3　eSRVCC切換失敗導(dǎo)致的掉話截圖

解決方案：關(guān)閉異頻重定向，復(fù)測問題解決，服務(wù)小區(qū)后臺統(tǒng)計指標無異常。通過關(guān)閉異頻重定向的功能來規(guī)避該事件，除此之外，異頻鄰區(qū)的完善需要加大優(yōu)化力度。

問題總結(jié)：根據(jù)拉網(wǎng)統(tǒng)計，目前該類掉話占總掉話次數(shù)的80%以上，對測試指標影響非常嚴重。小區(qū)間沒定義鄰區(qū)關(guān)系，當鄰區(qū)滿足切換條件時，主服務(wù)小區(qū)無法切換到鄰區(qū)，基站會給UE下發(fā)系統(tǒng)內(nèi)重定向。

案例二：LTE到2G eSRVCC切換失敗導(dǎo)致的掉話案例

問題描述：呼叫會話建立后，由于到達異系統(tǒng)B2門限，終端上報B2事件，網(wǎng)絡(luò)下發(fā)eSRVCC切換配置命令，但在2G側(cè)切入失敗，導(dǎo)致掉話。

問題分析：

（1）被叫上報B2事件，滿足切換門限系統(tǒng)下發(fā)mobility切換命令，此時4G的流程已完成，接下來切入2G網(wǎng)絡(luò)，2G網(wǎng)絡(luò)下發(fā)TMSI Reallocation Command，被叫回復(fù)TMSI Reallocation Complete，此后流程中斷，eSRVCC切換失敗（見圖3）。

（2）信令上看，4G流程正常走完且建立會話，被叫切換到2G，但是網(wǎng)絡(luò)下發(fā)TMSI Reallocation Command導(dǎo)致流程終止，eSRVCC切換失敗，會話流程結(jié)束。

圖4　eSRVCC切換失敗信令截圖

圖5　會話流程結(jié)束截圖

問題定位：4G流程正常且已正常建立會話，由于2G網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)TMSI Reallocation Command導(dǎo)致eSRVCC切換失敗，會話流程結(jié)束，導(dǎo)致掉話。

解決措施：核實2G與4G TAC、頻點和BSIC一致性；梳理2G領(lǐng)區(qū)關(guān)系，控制2G鄰區(qū)數(shù)為16個降低異系統(tǒng)測量時長再進行復(fù)測。

4.結(jié)束語

隨著4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，用戶對高清音視頻通話的期待越來越高。VOLTE技術(shù)是獲得的理想效果的重要保障。技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實際情況對VOLTE音視頻質(zhì)量影響因素進行更多地分析，選擇有效措施進行優(yōu)化，從而使用戶就能享受到VoLTE帶來的連接秒通、話音清澈與圖像高清的體驗，讓通信成為一種享受。因此我們要創(chuàng)新思路，注重體驗，促進VOLTE技術(shù)發(fā)揮更加有效的作用。

［1］包瑯允.VoLTE技術(shù)方案研究及跟蹤［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015（10）.

［2］徐德平，程日濤，張新程.VoLTE關(guān)鍵技術(shù)及部署策略研究［J］.電信工程技術(shù)與標準化，2014，02.

［3］于航，姚銳，黃幫明.針對密集城區(qū)場景的VoLTE語音性能研究［J］.電視技術(shù)，2015，13（06）.

［4］黨賓.研究VOLTE業(yè)務(wù)性能及優(yōu)化措施［J］.通訊設(shè)計與應(yīng)用，2016，1.

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目（項目編號：B20129901）。

龔雄濤（1973-），男，湖北應(yīng)城人，武漢大學(xué)計算機學(xué)院碩士研究生，湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息學(xué)院副教授，主要研究通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。