高鐵網絡覆蓋對VoLTE語音感知影響研究

李含華 黎越 余泓娜

中國聯合網絡通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

1 高鐵VoLTE業務

1.1 高鐵VoLTE業務特點和優化難點

在進行VoLTE業務（語音通話）過程中，高鐵速度快、頻移大、衰落快、穿損大的特點，要求在完善高鐵覆蓋方面比普通場景付出更大的努力，同時用戶對語音業務的高度敏感性，也對VoLTE業務的優化提出了更高的要求。

現網高鐵網絡優化存在的痛點：

（1）在高鐵線型場景的特點下，個別站點的故障（如拆站退服）、部分建站困難的弱覆蓋區域（如高鐵隧道），會造成信號衰落嚴重，導致通話過程發生丟包現象，或者切換至高鐵專網外的小區，最終導致業務質量和用戶感知下降，嚴重時會導致掉話。

（2）目前高鐵覆蓋一般采用專網形式，專網基站天線均沿高鐵線路方向發射信號，但由于專網附近大網信號交疊覆蓋、模三干擾等因素，以及專網相鄰小區之間重疊覆蓋、越區覆蓋等潛在影響，容易造成SINR質差，進而造成VoLTE業務感知下降。

（3）高鐵高速移動時切換頻率快，當參數設置不當或切換帶設置不合理時，會導致切換難度增加、切換失敗、鏈路重建等現象，進而導致VoLTE業務出現語音不清晰、斷續、吞字、掉話現象。

基于高鐵場景的特殊性，無線參數配置必須獨立設計和規劃，并配合多次測試校正，達到較優配置。

1.2 高鐵測試

DT測試是反映網絡問題的最直接手段，為分析網絡問題提供了最真實的感知數據。為提升高鐵VoLTE業務質量，打造高鐵精品網絡，江蘇聯通多次組織省內京滬、滬寧、寧杭等高鐵線路的VoLTE業務路測工作，測試數據（LOG）涵蓋了高鐵線路VoLTE業務的各項質量指標，如RSRP、SINR、MOS、丟包、重建等重要信息，這些路測數據提供了大量分析樣本，對研究高鐵VoLTE用戶感知提供了詳盡數據支撐。

2 高鐵覆蓋對VoLTE感知的影響分析

2.1 VoLTE感知評價方法和數據分析工具

語音質量的評判一般基于MOS（Mean Opinion Score，平均主觀意見分）測試方法實現，VoLTE作為一種高清語音業務同樣適用MOS評測方法，只是算法異于傳統2/3G窄帶語音算法。VoLTE語音業務感知可通過MOS值衡量，MOS值在3.5以上時通話清晰、感知優良；MOS值在3.0以上時語音略有失真，內容基本完整，可正常溝通；MOS值在2.5以上時可以勉強通話，但已出現吞字、雜音、斷續等問題；MOS值在2.5以下時感知已經嚴重下降。

基于以上述評，本文希望在以下方面尋求拓展：第一，在已有的文本分析及效果評價研究之間，探索針對政策文本的效力評估，以建立政策文本與政策效果間的對話機制。第二，在現有國家層面上、宏觀和中觀政策領域研究基礎上，著力進行地方層面上、機動車污染防治這一具體政策的效力評估，這也與機動車污染防治及其政策的地方性特征有關。第三，與已有截面數據為主的研究相比，文本選取2013-2017年機動車污染防治政策進行歷時性分析，并進一步考察機動車污染防治政策歷時性變化軌跡背后的情境因素。

語音通話的質量取決于語音傳送的完整性和保真性，因此傳輸時延小、丟包率低是VoLTE語音通話質量的關鍵。因此，VoLTE感知影響分析采用RSRP、SINR兩項密切聯系的信號質量指標，分析兩項指標對VoLTE業務感知指標MOS值、丟包率的影響。所有原始數據據來自高鐵VoLTE路測數據，采用鼎利路測軟件數據提取，借助Python編制小程序進行計算分析。

2.2 信號覆蓋對MOS值的影響

通過對實際路測數據進行匯總統計和分析，得到高鐵線路覆蓋信號水平RSRP、信號質量SINR和MOS采樣點的關聯分布情況。

由圖1可見，由于高鐵場景高速移動、高穿損等特點，要保證MOS值大于3.0的質量要求，高鐵沿線網絡RSRP值需要大于-105dBm，才有可能更好地滿足要求；如要保證更高的語音感知質量，MOS值要大于3.5，則RSRP值需高于-96dBm（結合平均曲線-橙線），這充分說明相較于普通場景，VoLTE業務感知對高鐵場景的覆蓋要求更加嚴格。

圖1 MOS與RSRP的關系

由圖2可以看出（結合平均曲線-橙線），如要保證高鐵場景MOS值大于3.0，SINR值要大于-1以上，但SINR小于5以后MOS值開始大幅下滑，SINR值大于5時MOS值保持平穩且接近或超過3.5，因此如要語音感知質量優良，SINR值要大于5以上，這對高鐵VoLTE優化提出了較高的要求。

圖2 MOS與SINR的關系

由圖3可看出，RSRP和SINR有關聯性，覆蓋水平越高，RSRP值越高，則SINR值小的概率越低，SINR值大于5以上要求RSRP值大于-100dBm，且覆蓋水平越高對改善信號質量越有利。

圖3 RSRP與SINR的關系

為進一步研究高鐵線路覆蓋（RSRP）對語音感知質量的影響程度，盡量排除RSRP指標和SINR指標間的相互干擾，我們對不同SINR值區間（分別選取SINR>15、5

由圖4、圖5可見，SINR值越高，MOS值的聚集性越高，表明覆蓋水平RSRP和MOS值的關聯性越直接和線性。SINR值差的站點，MOS值散布較大，不能直接確定MOS差點和覆蓋的直接關系，需進行詳細分析，判斷質差原因并首先進行優化調整后再進行增補覆蓋或新建站點決策。

圖4 RSRP與MOS關系（SINR>15）

圖5 RSRP與MOS關系（15>SINR>5）

2.3 信號覆蓋對丟包率的影響

VoLTE高清語音編碼速率為23.85kbps，終端每20ms生成一個VoLTE語音包（使用RTP實時流媒體協議傳輸），再加上UDP包頭、IP包頭，在應用層最終打包成IP包進行傳輸。在無線空口，按照協議IP包被轉換成PDCP包，PDCP包就是空口傳輸的有效數據。PDCP包在終端和基站間傳輸異常會導致應用層RTP包的丟失，從而引起語音感知差。

丟包原因有兩種：一類是基站（或終端）丟棄PDCP包，業務高負荷、質差引發重傳都會大量消耗無線資源，當基站因為缺乏有效的無線資源而無法對PDCP包及時調度時，基站（或終端）會主動丟棄VoLTE語音包；第二類是空口丟失PDCP包，弱覆蓋、系統內干擾、系統外干擾都會引發無線網絡質差，會直接導致VoLTE語音包在無線空口傳輸過程中出現丟失。無論空口丟包還是基站棄包，都會直接影響VoLTE用戶的實際語音感知。

為分析高鐵線路覆蓋信號水平RSRP對丟包率的影響程度，對不同SINR值區間（分別選取SINR>15、5

如圖6、圖7和圖8所示，RSRP值越高，SINR值越高，丟包率越低。RSRP值小于-100dBm后，丟包率顯著上升，RSRP值小于-105dBm后，丟包率已經上升至接近或超過5%。因此，要保證較低的丟包率，高鐵沿線網絡覆蓋RSRP值應大于-100dBm，這樣才能保證用戶良好的語音感知質量。

圖6 RSRP與丟包率關系（SINR＞15）

圖7 RSRP與丟包率關系（15>SINR>5）

圖8 RSRP與丟包率關系（SINR<5）

3 路測案例分析

為保障高鐵用戶VoLTE語音業務感知，根據上述分析，需保證高鐵網絡良好的信號覆蓋水平RSRP和信號質量SINR，通過增補覆蓋、網絡優化等手段實現MOS值和丟包率等感知指標達到目標值。下面提供一些實際案例加以說明。

3.1 寧啟線弱覆蓋致占用大網小區掉話

寧啟線動車自南向北行駛，由于相鄰高鐵專網站點NT_RG_ZX_如皋文峰北_FL_AB_1與NT_RG_ZX_寧啟鐵路8_FLW_AB_1站間距較大（1.88km），中間部分弱覆蓋導致終端占用NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1大網小區，隨著列車繼續向北行駛，NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1信號劣化，但因與高鐵專網無鄰區未成功切換，最終導致RRC掉鏈。

根據以上研究和分析，我們的優化方案為：首先核查NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1與NT_RG_ZX_寧啟鐵路8_FLW_AB_1的鄰區關系，優先添加鄰區關系防止掉話，同時勘查NT_RG_ZX_勇敢_FL_A_1的覆蓋范圍及相關參數，避免鐵路用戶接入，由于該區間相鄰高鐵專網站點間距較大，前期已更換高增益天線但中間路段仍有小段弱覆蓋，所以若要完全解決問題需要加站。

3.2 京滬線南京段PDCP丟包定時器參數修改

對京滬高鐵VoLTE業務摸底測試指標進行分析，發現VoLTE業務上下行丟包率明顯較數據業務丟包率高，部分覆蓋差的TOP小區QCI=1甚至達到25%以上丟包率，因此決定在對京滬高鐵南京段相關TOP小區進行覆蓋RF優化調整的同時，對QCI=1的PDCP層丟包定時器參數進行修改，參考總部指導意見建議及友商參數設置，將該參數從100ms改為750ms，觀察整體VoLTE上下行丟包率情況，發現丟包現象存在較大改善，原先VoLTE丟包高的TOP小區丟包率下降明顯。

圖9 PDCP優化前后對比圖

3.3 滬寧線正盤山隧道重建參數優化

高鐵隧道場景通常會因為隧道內無覆蓋或開斷區間過大，導致部分路段弱覆蓋甚至無覆蓋，通常持續時間較長，VoLTE業務必然存在吞字、斷續甚至掉話現象。但實際用戶理解程度高，根據客服回訪和心理分析，普遍認為該類型場景下，語音接續要高于重建造成的感知質差。因此在完善覆蓋的同時，可同步適當增加VoLTE業務的N311、T311及TraきcRelDelay定時器長度，保證終端在該類場景下僅出現吞字、斷續、重建，避免發生掉話，離開隧道/弱覆蓋區間后快速恢復通話，避免用戶再次撥打的操作，可有效提升隧道段VoLTE用戶感知。

滬寧線鎮江境內正盤山隧道全長1484m，目前因設備故障和鐵路協調問題，隧道中間約1km覆蓋空洞。考慮滬寧線時速250km/h，通過隧道無覆蓋區間時長約14s，與網絡側設置的相關定時器接近（T311和TraきcRelDelay定時器長度均為10s），VoLTE有重建失敗及掉話風險。通過拉長T311定時器和TraきcRelDelay至15s，對后續測試指標和話統指標進行統計，覆蓋正盤山隧道的兩側小區重建次數提升41.7%，掉話次數下降56%。

4 結束語

本文依據實際路測數據分析研究了高鐵沿線網絡覆蓋水平和覆蓋質量對VoLTE業務感知指標的影響，并運用實際案例就高鐵覆蓋情況對VoLTE業務的影響做了詳細闡述。為保證高鐵用戶VoLTE業務感知，必須持續完善高鐵場景覆蓋，保證高鐵覆蓋的連續性和完整性，并要持續做好基礎優化，通過RF優化、切換參數調整等手段不斷提升高鐵沿線覆蓋的質量，同時還要針對高鐵VoLTE各層無線參數做好優化工作，不斷根據MR、KPI指標和路測結果對參數進行精細化調整，實現高鐵VoLTE業務質量的穩步提升。