TD—LTE系統中QoE管理研究

【摘要】在移動通信網絡中，由于用戶體驗質量直接體現出用戶對移動網絡的滿意程度，影響著網絡運營和管理的各種策略的制定與實施，網絡管理的重點逐漸從以保障網絡端服務質量（Quality of Service QoS）為中心向保障用戶質量體驗質量（Quality of Experience）方向演進。因此，本文中將介紹TD-LTE系統中的QoE管理，并分別從非主觀因素（QoS）以及主觀因素的這兩方面對其進行研究。

【關鍵詞】TD-LTE；QoE管理；QoS管理

1.引言

回顧2013年，全球4G LTE商用網絡數量呈現迅猛增長之勢，越來越多的運營商已經開展了商用網絡部署。根據GSA統計的數據，截止2013年12月，全球有251家運營商已經在93個國家推出了商用LTE服務，其中包括近25張TD-LTE商用網絡。而2013年12月4日，工信部給中國移動發放TD-LTE牌照，中國電信、中國聯通均獲發TD-LTE和FD-LTE牌照。中國移動4G獲得TD-LTE牌照后，在國內的部分地區陸續開始商用。TD-LTE系統作為一種純分組網絡，其低延時和高寬帶的特點對提高QoE（用戶質量體驗Quality of Experience）提供了有利優勢。

2.QoE概述

網絡和業務的目標是獲得最大的用戶排名（QoE），而網絡質量（QoS）是有效到達此目的的措施的主要組成部分。然而，QoE不僅受限于網絡的技術性能，它同時受到大量影響全體用戶整體感知的非技術因素的作用。圖1所示顯示了一個影響QoE的技術和非技術因素的示例。

圖1 QoE受到業務的技術因素和非技術因素的影響

QoE是描述用戶對于所使用業務的感覺如何，對于業務滿意程度如何，例如在可用性、可達性，可保持性和業務完整性方面。而QoS被定義為能夠保證業務水平方式提供某種服務的網絡能力。圖2為在LTE系統中QoE以及QoS的概念圖。

圖2 TD-LTE系統QoE及QoS概念圖

雖然在大部分情況下更好的網絡QoS會引起更好的QoE，但是滿足了所有的QoS參數不一定能夠保證使客戶滿意。例如，如果在一個很小距離范圍內沒有信號覆蓋，即使網絡中一部分吞吐量很好對于整個QoE也是無益的。因此，在本文中將從技術層面（QoS保障）以及非技術層面（用戶主觀感受）這兩方面對TD-LTE系統的QoE管理進行研究。

3.技術（QoS）層面的QoE管理

QoE和QoS是一個有機整體，如果不談及QoS來空談QoE是不完整的，系統的QoS保障是從技術層面提高系統QoE措施的一個重要組成部分。因此，本節重點介紹TD-LTE系統所提供的QoS保障。

QoS保障是在網絡和移動終端中部署QoS的過程。這個過程要把規劃的結果轉化網絡單元和移動終端能夠理解的算法和參數，并在設備和儀器上進一步配置這些算法和參數。QoS保障可以分為三類：無線、核心網和配置網路內部算法的傳輸網QoS保障；業務QoS保障會將業務映射為QoS屬性（承載層業務屬性集）；終端QoS保障。終端QoS保障可以給終端提供特定的業務應用QoS信息。

3.1 傳輸網QoS保障

在TD-LTE系統中可通過參數設置以及QoS策略對網絡單元進行配置和維護。無線、核心網和傳輸（IP和DLL）QoS保障的第一個目標是保障網絡所有層能提供不同的QoS機制（采用不同的隊列結構、調度和接入控制等）；第二個目的是在層間部署QoS映射，并對不同層間的比特通道映射予以考慮。

在TD-LTE系統中，在傳輸網絡中應當通過內部算法以及策略配置和維護以下功能：

無線QoS功能：無線承載控制RBC功能（位于E-UTRAN）；無線接納控制RAC（位于E-UTRAN）；分組調度PS-動態資源分配DRA（位于E-UTRAN）；負荷均衡功能（位于E-UTRAN）；翻譯（位于UE）；映射（位于MME）；

核心網QoS功能：EPS承載管理；EPS狀態管理；分類管理和維護接入/容量控制；翻譯；映射；

PCC功能：基于QoS的動態策略和計費控制。

IP QoS功能：分類；排隊；調度。

3.2 業務QoS保障

TD-LTE系統的業務QoS保障主要是通過EPS承載（EPS承載相當于2G GPRS和3G UMTS中使用的“PDP上下文”，為業務數據在系統中傳輸的承載通路）來實現的。TD-LTE中的EPS承載業務構架（如圖3）沿用了UMTS系統相似的QoS框架--分層次、分區域的QoS體系結構，從而實現端到端的QoS，即每一層的承載業務通過其下一層的承載業務來提供。

圖3 EPS承載構架

在TD-LTE系統中在3GPP系統的基礎之上提出了一些新的承載類型概念，比如默認承載、專用承載、GBR承載和Non-GBR承載等，其主要從以下幾個方面加強了系統的QoS保障，提高用戶體驗。

（1）默認承載：在UE初始附著過程中按照用戶簽約的默認QoS等級建立一個默認承載，在PDN連接業務存在期間會始終保持這個默認承載，給用戶提供“永遠在線”的體驗。

（2）專用承載：連接到相同PDN的其他EPS承載，對某些特定業務所使用的EPS承載。一般情況下專用EPS承載的QoS比默認QoS的要求高。

（3）GBR承載：與保證比特速率（GBR）承載相關的專用網絡資源，在承載建立或修改過程中通過例如eNode B的接納控制等功能永久分配給某個承載，這個承載在比特速率上要求能夠保證不變。GBR承載主要用于語音、視頻和實時游戲等業務，采用專用承載和靜態調度的方式進行承載，給用戶提供高質量、連續性、不卡頓的使用體驗。

（4）Non-GBR承載：與GBR承載相反，網絡資源不能永久分配給某個承載，即不能保證該承載的比特速率不變，就是Non-GBR承載。Non-GBR承載主要用于各種數據業務的承載。

3.3 終端QoS保障

一旦HSS和各種網絡單元的QoS確定，下面的問題就是如何讓移動設備的應用程序知道使用哪個APN和其對應的QoS，設備可以知道對QoS敏感的應用程序需要何種QoS。應用需要經常處理不同的比特率和帶寬。除此之外，特定應用所要求的QoS還要依據用戶的簽約情況。它需要終端用戶對終端設備上的不同應用進行手工配置QoS，這對于終端用戶來說是非常困難的。最好的解決方法就是通過空中保障QoS，例如在設備簽約時就確定好QoS。目前有很多專有的方法可以通過空口來配置設備和應用，但是今后的趨勢是采用開放移動聯盟（OMA）指定的設備管理標準。

4.非技術（主觀）層面的QoE管理

QoE是指用戶對設備、網絡和系統、應用或業務的質量和性能（包括有效性和可用性等方面）的綜合主觀感受，也就是從業務應用的舒適度來定義的。因此，在保障系統QoS的同時，運營商還應當在用戶感知層面加強對QoE的管理。

在2G網絡下用戶感知主要體現在話音質量的提升，網絡結構和終端也比較簡單；3G網絡中數據業務繁多、網絡結構復雜，在QoE管理上采用端對端的解決方案來為用戶提供獨特的業務體驗；TD-LTE系統中，在2G/3G系統QoE管理的基礎之上可以通過以下措施來提高用戶的使用體驗滿意度。

（1）ALWAYS ONLINE

在TD-LTE系統網絡的開發與搭建過程中，為了降低控制和用戶平面的延時，滿足地時延（控制面延遲小于100ms，用戶層面時延小于5ms）的要求，將3G系統中的NodeB-RNC-CN的結構簡化，充分發揮LTE網絡所具有的低延時和高寬帶的特點與優勢讓用戶獲得“Always online”的體驗。例如，對視頻流、游戲等高寬帶業務給用戶帶來高質量的體驗效果。

（2）多業務無縫整合

利用低時延和高寬帶的特點與優勢，給用戶提供超強的業務體驗，實現對位置信息共享、協同辦公系統、動態實時的視頻會議、3D街道實景、手機電視頻道的快速切換、家庭視頻在線檢索、網站的高速瀏覽等業務進行有效、無縫化的的整合。

（3）網絡規模擴大

在TD-LTE系統的構建過程中，為了給用戶更高的體驗質量，運營商需要可以與不同行業、不同領域的網絡互連共同構建全新的網絡[9]，在TD-LTE的基礎之上有效的提高TD-LTE系統的商用成熟度，給用戶帶來更高的業務感知，推進新一代全新商務模式的建立。

（4）增大信號覆蓋范圍

目前移動2G信號覆蓋十分的廣泛，地下車庫、地鐵、山區均已覆蓋，但是聯通3G以及移動LTE卻時常出現信號不強或無信號的情況，使用戶的上網中出現斷網或者視頻延時等現象。因此若想提高TD-LTE系統的QoE，擴大系統的覆蓋范圍[10]將是必不可少的一部分。

（5）加快TD-LTE系統的建設和相關技術的研發

如果要給TD-LTE系統用戶提供高質量的體驗，就必須滿足對大量配套設施、幾十萬個基站和數量龐大的多模終端[11]的需求。在增大信號覆蓋范圍的同時，加強終端成熟度等方面的建設，只有這樣在提高QoE（用戶體驗質量）的同時才能進一步降低用戶的使用成本，使TD-LTE系統真正得到大范圍的推廣和應用。

5.結論

TD-LTE系統中，在QoE管理方面，充分利用系統高帶寬低時延的特點來提高用戶的業務體驗；在QoS管理方面，沿用UMTS中定義的端到端QoS結構的同時引入多種承載及處理機制，使得QoS參數更為簡單，也更利于不同設備、不同網絡之間的互通，為用戶跨越不同網絡時提供端到端的業務質量保證，在保障QoS的同時，帶來更好的網絡使用體驗（QoE）。

參考文獻

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[7]王肖.LTE多模接收機前端研究與設計[D].2012.