長期演進系統架構下VoLTE業務測試

王少華++仇潤鶴

摘 要：話音業務是移動通信網為用戶提供的基礎業務之一。在長期演進（LTE） 時代，有多種承接2G/3G話音業務的方案，而VoLTE（Voice over LTE）是未來的主流方案。介紹了VoLTE網絡架構下語音業務的實現過程。基于該網絡架構，實現了單小區容量測試實例，即在滿足相應VoLTE指標的情況下，驗證單小區能夠容納的最大用戶數。在測試預置條件中，分別配置了上下行時隙配比、帶寬、DRX和承載等參數，以達到測試的要求。經過不斷的研究和測試，最終得出了測試結果——在20 MHz帶寬下，高清語音業務單小區最大容納200UE。

關鍵詞：LTE；VoLTE；網絡架構；單小區容量

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.008

基于LTE網絡數據域的語音業務方案Voice over LTE（VoLTE）是基于IP Multimedia System（IMS）設立的，它可以為用戶提供HD voice的高質量語音業務。隨著LTE網絡覆蓋情況的提升，LTE智能終端款型迅速增長，而VoLTE語音方案仍是運營商尋求提供高語音質量業務的主要驅動力和發展方向。

截至2014-03，根據GSA的統計，有6個 LTE FDD網絡完成了VoLTE語音方案的商用部署，其中3個為韓國運營商；而在1 563款智能手機中，已經有57款支持VoLTE，比上季度的42款增加了35%.

2014年，各國運營商積極推動VoLTE商用部署進程。在韓國市場中，有3家運營商均已商用VoLTE，成為了先鋒陣營；在美國，T-Mobile近日宣布，VoLTE在西雅圖商用，并將盡快推廣；AT&T宣布，5月底開始在個別地區商用VoLTE，進而將其推廣到全國。除了韓國和美國外，日本NTT Docomo也于近日宣布，將在2014-06推出VoLTE商用服務。ABI Research預測，2014年VoLTE用戶數將達到5 960萬，到2019年，VoLTE用戶數將超過12億，超過LTE用戶數的50%.

VoLTE是今天語音和視頻通話的增強版，它充分利用了LTE的優勢，改善了用戶的體驗，是LTE話音的最終解決方案，這也在業界達成了共識。

1 VoLTE網絡架構

VoLTE網絡架構是由E-UTRAN、Evolved Packet System（EPS）和IMS控制域組成的。E-UTRAN主要包括基站（eNodeB），核心網（EPS）主要包括MME、S-GW和P-GW等。其中，MME是EPS控制面的實體，S-GW是本地的移動性錨點，P-GW是連接外部分組數據網絡的錨點，并能分配IP地址。IMS包含的主要網元是CSCF。其中，P/I/S-CSCF（call session control function）為呼叫會話控制功能實體，主要完成呼

叫會話過程中的信令轉發、路由和具體控制功能。VoLTE語音業務網絡架構如圖1所示。

由圖1可知，P-CSCF用于IMS網絡的第一個入口點，用來接收用戶的所有SIP信令，位于歸屬或拜訪網絡；I-CSCF作為進入歸屬IMS網絡的入口點，選擇和指派S-CSCF，位于歸屬網絡；S-CSCF負責SIP注冊、會話管理和鑒權、路由選擇，與HSS交互獲取用戶信息，位于歸屬網絡。

VoLTE業務的實現方案是以LTE作為接入和承載的網絡，以IMS作為語音和多媒體等業務的控制網絡，通過PCC（Policy and Charging Control）架構與EPS協同提供QoS保障機制，從而滿足端到端的語音業務需求。

圖1 VoLTE語音業務網絡架構圖

2 單小區容量測試實例

2.1 測試目的

該測試主要用于驗證在滿足相應VoLTE指標情況下單小區能夠容納的最大用戶數。

2.2 測試原理

在LTE中，將物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）

作為空中接口物力資源分配的單位。1個PRB在頻域上包含12個連續的子載波，在時域上包含7個連續的OFDM符號。LTE通過設置不同的子載波數目，可以映射為不同的資源塊（PRB）數目。其中，20 MHz系統帶寬的子載波數為1 201，PRB數目為100個。

每個PRB同一時刻一次只能供一個用戶調度使用。系統分配給UE的資源在頻域上是以RB為單位的，在時域上是1個或多個完整的上行子幀，eNB可以決定哪個UE在哪個上行子幀發數據，也可以決定哪個UE在頻域上占用了幾個RB。這樣，eNB可以在時域和頻域上對UE資源進行二維的劃分。

LTE受PHICH容量的限制，PHICH組=Ng×NRB/100，Ng∈{1/6，1/2，1，2}，這是由上層決定的。在20M帶寬下，PHCIH最大有25組，而PHCIH組中最大可以承載8個用戶的ACK/NACK消息，因此，可以計算出200個用戶。

2.3 測試參數配置

網絡按照支持基于VoLTE的IMS 之QoS要求配置QoS參數，并建立默認承載、信令承載和專用承載，從而保證VoLTE話音可以打通，具體配置如表1所示。

表1 測試參數配置

上下行子幀配置參數 3DL：1UL

帶寬 20 MHz

承載配置 語音業務承載 QCI=1

SIP信令承載 QCI=5

業務配置 高清 23.85 kbps語音速率

靜默因子 0.5

CDRX onDurationTimer 8 psf

drx-InactivityTimer 4 psf

drx-RetransmissionTimer 4 psf

longDRX-CycleStartOffset 40 sf

頭壓縮針 僅對QCI1承載開啟

2.4 測試步驟

在測試時，具體的步驟是：①業務配置為高清23.85 kbps語音速率、靜默因子為0.5，使用上下行3DL：1UL時隙配比；②開啟頭壓縮功能、CDRX功能，并按照預置條件設置；③終端仿真儀表模擬200個UE在小區正常入網，200個用戶發起高清語音業務，觀察5 min后，通過終端仿真儀表的log查看每個用戶的平均端到端RTP時延是否小于100 ms、端到端RTP時延抖動是否小于40 ms、平均端到端殘留丟包率是否不大于1%、高清語音MOS分是否大于3.5；④如果步驟③的200個用戶中有部分用戶的指標不滿足要求，則以10為步進減少終端數量，直到所有入網打電話用戶的UE都滿足指標要求，觀察5 min后，如果200個用戶的指標都滿足要求，則轉步驟⑤；⑤如果步驟③的200個用戶指標滿足要求，則以10為步進增加終端數量，直到有用戶的指標不滿足指標要求，這時就要觀察5 min。

2.5 測試結果分析

在實際語音質量評價中，MOS（Mean Opinion Score）法最常見，最后的測試結果參考表2作評判。

在終端模擬儀表上經過反復研究和測試，最終得出帶寬為

20 MHz時，寬帶語音業務（語音速率23.85 kbps）接入成功200UE，觀察5 min后，得到了大量的測試數據，如圖2所示。

表2 MOS值級別對應用戶滿意度一覽表

級別 用戶滿意度

4.0～5.0 很好，聽得清楚，延遲很小，交流流暢

3.5～4.0 很好，聽得清楚，延遲小，有點雜音

3.0～3.5 可以接受，有一定延遲，可以交流

1.5～3.0 勉強，聽不太清，交流重復多次

0～1.5 極差

從圖2中可以看出，真正打通電話的用戶數為200個，其平均MOS值為4.463.通過對終端模擬儀表的記錄日志的總結得出，在200UE中，語音電話失敗數為0，丟包率均小于1%，RTP時延抖動均小于40 ms，并且RTP平均時延全部小于100 ms。

圖2 200UE測試結果圖

3 結束語

VoLTE是各大運營商基于LTE網絡的語音業務演進的必然結果，它不僅擁有傳統QoS保障機制和其語音特征，還擁有新的語音特性，高清語音、RCS/RCSe業務特性等。只有VoLTE擁有非常好的服務質量和用戶體驗，才能迎接OTT通信類軟件的挑戰。當然，要想實現VoLTE還需要考慮很多問題，比如產業鏈投入成本或網絡演進策略等。但是，考慮到VoLTE技術能夠充分利用先進網絡技術的優勢，并圍繞相關內容提高用戶的感知體驗；再加上運營商自身的特點，相信VoLTE在未來一定能夠被廣泛應用。

參考文獻

[1]張志林.3GPP LTE物理層和空中接口技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]鄭侃，趙惠，王文博.3G長期演進技術與系統設計[M].北京：電子工業出版社，2007.

[3]沈嘉，索士強，全海洋.3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[4]任楓華，龍青良.LTE網絡語音解決方案研究[J].電腦知識與技術：學術交流，2013，9（10）：6274-6277.

〔編輯：白潔〕