VoLTE關鍵技術及部署策略研究

徐德平，程日濤，張新程

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

VoLTE關鍵技術及部署策略研究

徐德平，程日濤，張新程

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

本文首先介紹了VoLTE的原理和關鍵技術，隨后從覆蓋規劃、容量規劃等角度分析了VoLTE的規劃設計要求，最后對VoLTE的網絡部署影響因素進行了具體分析，并提出了部署的策略。

基于LTE的話音；半持續調度；健壯性頭壓縮；RLC分段；TTI綁定

1 概述

LTE網絡為用戶提供了更高速率的移動數據業務服務，并為這種服務提供了通信網絡向全IP網絡的演進的架構。但毫無疑問，話音業務仍然是運營商重要的收入來源之一，隨著中國移動TD-LTE網絡的規模部署，如何與2G/3G網絡協同提供理想的話音服務是面臨的重要課題之一。中國移動參照3GPP規范定義的標準解決方案，結合網絡現狀及產業發展預期提出了相應的話音連續性解決方案，主要有以下3種。

方案1：CS Fallback（Circuit Switched Fallback）。當LTE用戶使用話音業務時，呼叫均切換至2G/3G網絡，由核心網電路域負責疏通。

方案2：VoLTE（Voice Over LTE）+ SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）。當LTE用戶位于LTE網絡時，由IMS網絡控制實現話音業務；并通過SRVCC技術保障用戶在LTE網絡與2G/3G網絡間切換過程中的“不掉話”。

方案3：雙待機。即終端同時連接到TD-LTE網絡和能夠提供電路域話音業務的2G/3G網絡，實現終端業務在多網的并發。

VoLTE/SRVCC是3GPP明確的目標話音方案，但目前廠家設備支持、終端成熟性尚不具備。CSFB是國際規范確定的過渡方案，目前國際運營商LTE話音均采用該方案。雙待機方案（2G/3G一待＋4G一待和2G一待3G/4G一待）： 長期存在方案。3種方案的對比如表1所示。

2 VoLTE原理及關鍵技術

2.1 VoLTE基本概念

VoLTE是GSMA定義的標準LTE話音解決方案，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話音、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話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《中國移動VoLTE技術白皮書》中明確要求VoLTE提供高質量音視頻業務體驗：支持高清話音、高清視頻，采用eSRVCC支持話音業務連續性，與融合通信結合，提供更為豐富的業務體驗。

表1 話音解決方案比較

目前，3GPP中最常用的話音編碼算法為AMR算法和AMR-WB算法。AMRWB算法是新提出的話音編碼算法，與AMR算法不同的是其話音帶寬更寬（16kHz代替8kHz），以更高的編碼率為代價產生更好的話音質量。AMR話音速率為4.75～12.2 kbit/s，AMR-WB話音速率為6.6～23.85 kbit/s。

2.2 關鍵技術

2.2.1 半持續調度 (如圖1所示）

半持續調度是基于VoIP業務特點，20 ms調度一次，MCS、RB資源、傳輸模式都不再修改。

在transient state階段，沒有話音分組調度，可進行其它業務的動態調度。在talk spurt state階段，每20 ms產生一個采樣分組，使用半靜態調度，避免每次都進行上行動態調度請求，可獲得20%左右的話音傳輸能力提升。靜默期理論只有160 ms一次的背景音符號，沒有話音數據調度，此時可以進行其它業務的動態調度。在用戶話音進行半靜態調度時，如果有動態調度數據，可延遲調度，延遲動態調度能獲得20%左右的話音能力提升。

圖1 半持續調度流程

2.2.2 頭壓縮 (如圖2所示）

LTE系統中的ROHC功能實體位于UE和eNode B的用戶面PDCP（Packet Data Convergence Protocol）實體中，僅用于用戶面數據分組的頭壓縮和解壓。壓縮方對報文頭進行壓縮，并傳遞頭部壓縮信息給解壓方；解壓方通過上下文來確保頭壓縮報文能夠被正確的解壓。

不采用ROHC頭壓縮情況下，RTP開銷占12 byte，UDP頭占8byte，IP頭占20 byte（IPv4）。采用ROHC頭壓縮，ROHC頭壓縮開銷占6 byte左右。對于AMR12.2 kbit/s話音編碼速率，凈荷為33 byte，采用ROHC頭壓縮，共39 byte，考慮PDCP、RLC和MAC頭后，共43 byte，即344 bit，而如果不采用ROHC，則數據分組長度達到77 byte，即616 bit，壓縮效率非常顯著。

圖2 頭壓縮處理示意圖

2.2.3 RLC分段與TTI綁定 (如圖3所示）

RLC分段指RLC層會根據底層上報信息：如分配的無線資源的數據承載能力，對PDCP PDU進行分段形成RLC PDU，以適應所分配的無線資源的大小。

RLC分段可以降低業務解調要求，通過占用更多的時域資源降低SINR要求，但RLC分段方式會帶來額外的分組頭開銷。

RLC分段是MAC層默認功能，對于3：1，20 ms中有4個上行子幀，可實現的最大分片數量為4個，對于2：2，20 ms中有8個上行子幀，可實現的最大分片數量為8個。

TTI綁定指UE在連續多個TTI（協議規定為4個）上傳輸固定數目的數據，不需要等待HARQ進程。從而降低了分片帶來的系統頭開銷和分組丟失出錯的概率。HARQ進程也采用TTI Boundling。

當測量SINR小于一定的值時，啟動TTI Boundling功能，小區邊緣需要啟動TTI Boundling。 eTU3信道下，TTI Boundling的增益約為2～4 dB。

3 VoLTE業務對網絡規劃指標的影響

3.1 覆蓋指標

針對VoLTE業務進行鏈路預算，按VoLTE業務占用3RB。AMR 12.2 kbit/s業務解調門限為PB3信道條件下，MCS2，BLER=1%的解調門限。鏈路級仿真使用RLC分段技術，未使用TTI Bundling。得到鏈路預算結果如表2所示。

以密集城區為例，AMR 12.2 kbit/s話音業務的MAPL大于目前RSRP規劃指標的MAPL要求，即當前規劃指標能夠滿足AMR 12.2 kbit/s話音業務的覆蓋要求。

低速WB-AMR業務（12.65 kbit/s）與AMR 12.2 kbit/s話音業務覆蓋能力相同，高速WB-AMR業務（23.85 kbit/s）的MPAL低于AMR 12.2 kbit/s業務約4 dB（估算）。可通過占用更多的RB資源或使用TTI Bundling 實現連續覆蓋。

3.2 容量核算

VoLTE容量與小區性能（RS-SINR及吞吐量），業務類型及速率，PDCCH等控制信道調度能力，業務信道資源等均密切相關。

圖3 RLC分段與TTI綁定處理示意圖

表2 VoLTE業務鏈路預算

以VoLTE AMR 12.2 kbit/s業務估算條件，按50%網絡負荷估算，假設遠、中、近點的MCS為2階、8階、14階。且用戶數比例為3：4：3。激活因子c為0.4。

控制信道PDCCH所容納的容量為172個。業務信道F頻段：用戶數126個。D頻段：用戶數252個。對于VoIP業務，因上下行業務需求是一致的，因此2：2子幀配比能夠提供更高的容量。

綜合來看，在假設的場景下，F頻段配置支持用戶數126個，D頻段配置支持用戶數172個。

3.3 其它影響

VoLTE引入還與多業務調度算法，SRVCC控制問題相關，需要通過測試等手段進行研究。

4 網絡部署策略

4.1 影響因素分析

因素1：產業進展。

華為、愛立信等廠商的網絡設備現已具備測試條件，但產業進展參差不齊，全面支持將在2014下半年。芯片及終端發展有所滯后， SQN最早于2013年Q3發布，其它芯片將在2014年上半年陸續推出，終端涉及與VoLTE深度集成，與APP方式相比更為復雜，初步估計需在芯片推出后增加3～6個月的開發周期。

因素2：網絡改造進程。

VoLTE部署是復雜的端到端系統工程，涉及LTE、IMS、現有2G網絡9類網元設備改造，以及LTE、電路域、IMS的多網絡間互操作。以現網規模試驗6城市為例，涉及9個廠家、5個接口改造（S1，Sv，S6a，SGi，Rx），共有超過20個配對測試。目前eSRVCC國外尚未部署，包括FDD在內，欠缺可參考的部署經驗，改造過程存在未知風險。

因素3：LTE連續覆蓋及優化程度。

LTE連續覆蓋程度做到與TDSCDMA類似時，與現網切換比例為5%～10%。為提升用戶體驗，建議VoLTE商用的覆蓋條件為連續覆蓋及優化程度與TD-SCDMA相當。

4.2 部署策略 (如圖4所示）

VoLTE標準已經相對比較成熟，但網絡性能，包括終端支持度還不是很成熟。加上目前還沒有運營商完成部署及商用。建議在初期階段可適當作為增值或特殊業務推動，在后期技術成熟，SRVCC，IMS等技術比較完善后，在整網規劃，逐步取代CSFB，雙待等方案。

圖4 VoLTE建議部署步驟

5 總結及建議

VoLTE由于具有性能好、方案簡單和高效低成本等優勢，是中國移動在LTE話音解決方案中的目標方案，同時，VoLTE要同步引入與GSM網絡的切換功能（即eSRVCC），以縮短VoLTE與2G切換的時延。應持續推進VoLTE的相關技術標準和規范、網絡改造方案、部署實施方案、終端方案等相關工作。

面對全新的話音服務體系，VoLTE部署還應重點關注VoLTE業務性能評價體系制定，性能驗證與產業推動，多承載網絡間的話音業務承載策略等關鍵問題。

[1] IETF RFC 3095, "RObust Header Compression (ROHC)"

[2] 3GPP 26.114, "IMS; Multimedia Telephony; Media handling and interaction"

[3] 3GPP 36.321 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification"

[4] 3GPP 36.322 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Link Control (RLC) protocol specification"

Research on the key technology and deployment strategy of VoLTE

XU De-ping, CHENG Ri-tao, ZHANG Xin-cheng
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

This paper introduces the principle and key technologies of VoLTE, then analyses the requirements of planning and design of VoLTE from the coverage planning and capacity planning, the last analyses network deployment on the infuencing factors of VoLTE, and puts forward the deployment strategy.

voice over LTE; semi persistent scheduling; robust header compression; RLC segmentation; TTI bundling

TN929.5

A

1008-5599（2014）02-0075-05

全新Emulex以太網及融合網絡適配器可大幅優化云及虛擬化性能與可擴展性

2014-01-18

1月22日，網絡連接、監控和管理領域的Emulex公司宣布推出面向虛擬化、企業和云數據中心的下一代高性能以太網連接解決方案。OneConnect OCe14000系列10吉比特及40吉比特以太網（10/40GbE）網絡適配器和融合網絡適配器（CNA）基于下一代Emulex Engine（XE）100系列I/O控制器，可實現更高的虛擬機（VM）密度，并通過虛擬網絡架構支持安全的混合云。全新解決方案可利用基于RDMA over Converged Ethernet（RoCE）的低延時架構交付應用加速功能，并提供開放應用編程界面來集成下一代軟件定義網絡解決方案。

Emulex營銷及企業發展高級副總裁Shaun Walsh表示：“為滿足企業、云和電信應用需求，我們在一個高度可擴展、可優化用于的平臺上量身打造了這一鏈接解決方案。我們提供了一種全新的方式來優化新的Web規模應用、虛擬化環境和軟件定義基礎架構的部署，同時助力在3個維度上擴展性能——實現更高的帶寬、更短的延時和更高的IOPS（每秒I/O操作數）性能，從而輕松應對IP流量和全球存儲的爆炸性增長?！?/p>