VoLTE無線網規劃指標及實現方案研究

程日濤+汪穎+王韜+孟繁麗+李天璞

【摘 要】為了研究VoLTE無線網規劃指標及實現方案，首先分析了VoLTE的基本特性及對網絡的要求，提出連續覆蓋是保證VoLTE業務性能的基本要求，隨后基于保證VoLTE業務性能所需要的規劃指標進行了理論與現網數據的分析，確定了規劃指標要求，最后，對提升VoLTE業務性能的建設方案和軟件功能進行了分析，并提出了應用建議。

【關鍵詞】VoLTE 規劃指標 異構網

Research on VoLTE Wireless Network Planning Metrics and Implementation Scheme

[Abstract]In order to investigating VoLTE wireless network planning metrics and implementation scheme， the basic characteristics and the requirements of VoLTE were analyzed firstly with the conclusion that the continuous coverage is the premise to guarantee VoLTE service performance. Then， the theoretical and existing network data analyses were carried out based on the planning metrics to guarantee VoLTE service performance， and the planning metrics specifications were confirmed. Finally， the construction scheme and the software function were analyzed with aim to enhance VoLTE performance， and the application recommendation was presented.

[Key words]VoLTE planning metrics heterogeneous networks

1 VoLTE業務概述

1.1 VoLTE業務特性

VoLTE是GSMA定義的標準LTE語音解決方案，IMS網絡是業務控制網絡，配合LTE和EPC網絡實現端到端的基于分組域的語音、視頻通信業務。通過IMS系統的控制，VoLTE解決方案可以提供和電路域性能相當的語音業務及其補充業務，包括號碼顯示、呼叫轉移、呼叫等待、會議電話等。

在無線網中，通過采用RoHC、RLC分段與TTI綁定、半持續調度、xSRVCC技術等確保VoLTE業務性能。

對于VoLTE語音業務，質量評價標準包括接續性指標（接通率、接通時延、掉話率）、移動性指標（切換成功率、切換中斷時延等）、語音質量（MOS，VoLTE主要使用POLQA進行評分）等。

1.2 VoLTE業務對承載網絡的要求

VoLTE業務在無線網傳輸上主要對丟包率、端到端時延及抖動有要求。理想的RTP丟包率是1%，從鏈路級分析看，低于1%的丟包率可以保證MOS分值在3.5分以上，能夠保證較好的語音業務感知。

3GPP TS 23.203給出了標準QCI（QoS Class Identifier，QoS等級標識）的特性，對QCI為1的VoIP語音和QCI為5的IMS信令的時延需求，PDB（Packet Delay Budget，包遲延預算）均為100 ms，也就是對UE到PGW（PDN Gate Way，PDN網關）之間的時延要求為100 ms，為具有98%滿意度的最大時延。其中，空口時延要求為100-20=80 ms。

從現網無線網規劃建設層面影響VoLTE業務的主要表現看，弱覆蓋、高干擾是影響VoLTE業務性能的主要因素。

2 VoLTE無線網規劃指標

2.1 影響VoLTE業務質量的現網因素分析

無線網對VoLTE業務質量的影響主要體現在三個方面：

（1）bSRVCC流程導致呼叫失敗

因起呼點覆蓋電平低發生bSRVCC，同時由于端到端不支持bSRVCC流程導致呼叫失敗。室外場景問題發生概率低，但當VoLTE用戶處于室內時，因覆蓋電平相對低導致易發生。

需要從無線網角度研究VoLTE覆蓋范圍外的用戶因bSRVCC導致呼叫失敗的解決方案，方案一：呼叫過程中延遲切換：若在呼叫過程觸發SRVCC切換，則推遲切換；方案二：基于信道質量選擇PS/CS呼叫：若信道質量差，采用CSFB呼叫。

（2）SIP信令丟失導致呼叫失敗

SIP信令中大數據量信令接收失敗。SIP信令中INVITE及180RingRing的信令包體最大，IPv6 INVITE消息根據抓包分析大小約為2.5 kB，180RingRing

約為1.5 kB。

按信令發送時延要求為100 ms核算，INVITE和180RingRing消息對應的傳輸速率要求為200 kbps和120 kbps。在弱覆蓋和上行高干擾場景，上行速率無法滿足上述速率要求。

該問題的解決方案包括：提升上行覆蓋能力、降低SIP信令信息量、延長SIP信令到期定時器。

（3）弱覆蓋、高質差導致的語音質差

MOS與覆蓋質量有較強的相關性，在弱覆蓋區域MOS的方差明顯變大，語音質量穩定性差。對路測采樣點的RSRP、RS-SINR與MOS繪制散點圖，并通過趨勢線分析可見，MOS均值高于3.5分對應的RSRP門限約-113 dBm，RS-SINR門限約-2 dB。在上述門限點及更低的區域，MOS分振蕩劇烈，意味著VoLTE用戶的感知波動較大。

2.2 理論分析與測試驗證

對于VoLTE語音業務，鏈路預算和測試驗證數據均表明，在滿足基本的KPI指標及MOS質量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB滿足VoLTE高清語音業務要求。

VoLTE業務覆蓋能力預算。

2.3 現網數據分析

（1）覆蓋指標與語音業務KPI關聯分析

對小區級邊緣RSRP與VoLTE eRAB建立成功率與掉線率進行關聯分析。接通率99%對應的邊緣RSRP為-110 dBm，掉線率1%對應的邊緣RSRP要求為-112 dBm。接通率98%對應的邊緣RSRP約為-115 dBm，掉線率2%對應的邊緣RSRP要求約為-116 dBm。

（2）覆蓋指標與MOS關聯分析

對路測數據RSRP/RS-SINR與MOS進行關聯分析。滿足MOS 3.5分對應的覆蓋要求：RSRP：-113～-110 dBm，RS-SINR：-3～0 dB。滿足MOS 3分對應的覆蓋要求：RSRP：-116～-113 dBm，RS-SINR：-8～-5 dB。

對路測數據RSRP/RS-SINR與MOS進行二維關聯分析。滿足MOS 3.5分對應的覆蓋要求：RSRP： -112 dBm，RS-SINR：-2 dB。滿足MOS 3分對應的覆蓋要求：RSRP：-116 dBm，RS-SINR：-5 dB。

深度覆蓋場景是VoLTE業務感知較差的場景，因此深度覆蓋水平影響VoLTE業務感知，提升深度覆蓋率是保證VoLTE感知的主要手段。當RSRP低于-113 dBm，MOS平均值迅速下降，且低于3分。

（3）VoLTE對網絡容量的影響

通過VoLTE業務占用TBS情況的理論分析及測試驗證可以得到VoLTE業務速率情況，在語音編碼速率的基礎上，綜合考慮包頭開銷（IP包頭、L2包頭）、語音激活比、數據重傳等開銷，VoLTE業務PDCP層速率分別約為13.5 kbps和23 kbps。為便于計算，按25 kbps估算VoLTE業務速率要求，VoLTE業務流量占比分析。

VoLTE高清語音業務的PDCP層綜合速率約25 kbps（開啟RoHC），根據規劃數據，2016年/2017年/2018年VoLTE終端滲透率為5.4%/25%/45%，4G VoLTE用戶MOU為537分鐘/467分鐘/424分鐘，4G用戶DOU為1 GB/1.4 GB/2.1 GB計算，2016年/2017年/2018年VoLTE語音業務流量占比為1%/3%/3%。在整體流量比例中，VoLTE業務流量占比較低，對網絡容量不會帶來明顯壓力。

VoLTE業務在上行流量占比達到4%/11%/12%，因此對于上行負荷影響更為明顯。

考慮到VoLTE忙時集中系數高于數據業務，因保障質量要求會占用較多PRB資源等情況，實際流量占比可能略高于上述預估值。近期出現部分場景PDCCH上行調度能力限制了上行業務性能等問題，還需要繼續分析對網絡容量的影響。

2.4 指標總結

VoLTE語音業務需求為在滿足基本的業務質量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB可以滿足需求。在滿足較高的業務質量要求下，RSRP≥-110 dBm，RS-SINR≥0 dB是最低覆蓋要求。

質量要求 RSRP門限/dBm RS-SINR門限/dB

接通率≥98%、

掉話率≤2%、

MOS≥3 -113 -3

接通率≥99%、

掉話率≤1%、

MOS≥3.5 -110 0

3 VoLTE網絡性能提升方案

3.1 建設方案

VoLTE業務要求連續的、深度的覆蓋。連續覆蓋要求在路面及淺層覆蓋區域提升覆蓋率；深度覆蓋要求在室內深層區域實現覆蓋。

考慮利用宏基站實現全網連續深度覆蓋不具備可實施性，因此應基于異構網架構實現VoLTE網絡性能提升。

HetNet（Heterogeneous Network，異構網）由多種不同特性小區（例如：對于4G網絡，包括各種eNB、HeNB、Relay等）組成的3GPP接入網（《3GPP TR 21.905 Vocabulary for 3GPP Specifications》）。

基于異構網技術特性及建設管理要求，4G異構網可分為覆蓋層和容量層。

覆蓋層包括廣域覆蓋層、深度覆蓋層（室外站）、深度覆蓋層（室內覆蓋系統）。廣域覆蓋層：在廣域范圍實現室外及部分室內區域連續覆蓋、滿足基本容量需求的網絡層。單發射點覆蓋距離在數百米以上；深度覆蓋層（室外站）：在室外建設基站，針對局部區域實現深度覆蓋或滿足容量需求的網絡層，單發射點覆蓋距離低于同區域廣域覆蓋層，一般為數十至數百米；深度覆蓋層（室內覆蓋系統）：在室內區域建設基站，針對特定建筑物實現深度覆蓋或容量需求的網絡層，單發射點覆蓋距離為數十米以下；容量站（層）：在覆蓋層基礎上，用于容量補充的站點。

實現VoLTE性能要求的無線網覆蓋主要可總結為三個方案：

（1）方案一：利用局部增加站址的方式提升廣域覆蓋層的覆蓋率。

理論上區域覆蓋率從95%提升到99%，需要在覆蓋預算中多考慮6 dB的衰落余量。該方法可以有效提升區域整體覆蓋率。但在網絡結構及性能、工程建設等方面存在較多問題。

（2）方案二：利用小基站實現路面連續覆蓋和建筑物深度覆蓋。在不改變廣域覆蓋層規劃目標的前提下，通過小基站部署實現路面連續覆蓋。通過DT數據分析對連續30 m弱覆蓋進行小基站建設。根據建筑物覆蓋需求及價值，建設小基站實現室內深度覆蓋，要求覆蓋質量滿足（-113 dBm、-3 dB）的目標。

（3）方案三：利用低頻段系統的部署低成本、高效率實現連續的、深度的覆蓋。

VoLTE性能提升方案比較如表4所示。

3.2 功能應用建議

在進行覆蓋方案調整的同時，還應重視利用軟件功能提升VoLTE業務性能。

（1）EVS編碼

EVS編碼相比AMR-WB編碼，具有更高效的語音壓縮算法、更寬的語音帶寬和更強的魯棒性，從而以更低的速率提供更高音質。EVS已于2014年9月在3GPP完成標準化，并于2015年3月并入GSMA的VoLTE規范，主流設備廠家均已支持EVS。

EVS現網測試結果表明，在相同語音質量要求下，EVS編碼方式可提高覆蓋能力2～3 dB，理論上可以實現約15%的覆蓋距離延伸。

（2）eSRVCC演進

駐留在VoLTE覆蓋范圍外的用戶發起VoLTE呼叫時，可能發生bSRVCC切換導致呼叫失敗（當前核心網不支持bSRVCC功能）。在bSRVCC暫不具備現網支持能力的情況下，為解決VoLTE覆蓋范圍外的用戶因bSRVCC導致呼叫失敗，可以采用呼叫過程中延遲切換、基于信道質量進行VoLTE/CSFB呼叫等方式提升性能。

后續還需繼續推動bSRVCC/aSRVCC的產品實現與應用驗證，徹底解決數據業務覆蓋邊緣區域的語音呼叫接通率。

4 結論

圖6為VoLTE性能提升方案應用建議，VoLTE業務應用對于推廣“三新”計劃，進而保持中國移動的網絡競爭優勢具有重要的戰略意義。隨著VoLTE業務商用用戶量迅速提升，VoLTE對連續覆蓋、深度覆蓋的要求將越來越明顯，因此應基于現網規劃建設體系，在規劃指標、規劃方法、建設方案、功能與新技術引入等方面全方位完善與改進，實現VoLTE業務更高用戶感知的部署目標。

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