VOLTE關鍵技術及網絡優化研究

湖北職業技術學院信息技術學院　龔雄濤

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VOLTE關鍵技術及網絡優化研究

湖北職業技術學院信息技術學院龔雄濤

VOLTE在LTE網絡的基礎上提供了全IP音視頻解決方案，是LTE語音最終解決方案。本文重點論述VOLTE關鍵技術，提出了VOLTE的優化策略，并給出了具體的優化實例，以此指導VOLTE網絡建設和優化。

VOLTE；關鍵技術；網絡優化；優化策略

隨著LTE網絡建設的逐步推進，國內各大運營商陸續提出“4G+”的概念，比4G速度更快，質量更高。VoLTE（Voice over Long Term-- Evolution）基于IMS網絡的LTE語音解決方案，即在LTE覆蓋區域內提供基于IP的高清晰語音業務。VOLTE 作為 LTE語音最終解決方案，憑借其高質量、低時延的特點成為“4G+”的重要特性。本文主要從VOLTE 關鍵技術和網絡優化兩個方面進行探討。

1.VOLTE技術

1.1LTE語音解決方案演進

目前，LTE語音解決方案主要有SVLTE（雙待機方案）、CSFB（電路域回落方案）和VoLTE（LTE技術方案）。

SvLTE（Simultaneous Voice and LTE）方案是終端同時駐留在PS域與CS域中，實現同時在LTE網絡和2G/3G網絡上并發工作，由LTE網絡提供數據業務，由2G/3G網絡提供語音業務。該方案對網絡沒有特殊要求，完全依賴多模雙待終端。同時該方式無需進行網絡升級，終端實現較便利。

CSFB（Circuit Switched Fall Back）方案通過在終端配置兩套獨立的接收機和一套發射機，實現終端在LTE網絡和2G/3G網絡的雙待機。但某一時刻終端只能接入LTE網絡進行數據業務或接入2G/3G網絡進行語音業務，且語音業務優先。這是一種快速提供業務的方案，但缺點是呼叫接續速度慢。CSFB適合作為IMS部署之前的過渡方案，另外還可以用來解決LTE手機漫游場景的語音呼叫問題，在拜訪地網絡沒有部署IMS，或者IMS漫游協議尚未應用的情況下，CSFB可以為接入的LTE用戶提供語音業務［1］。

VoLTE（Voice over Long Term Evolution）方案是基于LTE網絡純IP話音解決方式，能夠有效解決數據傳輸和漫游。由LTE網絡實現業務接入，由IMS網絡實現業務控制，由PCC架構提供QoS保障的語音解決方案。在LTE無線網絡未實現全覆蓋之前，為保證語音業務的連續性，采用SRVCC（單一無線語音呼叫連續性）技術實現語音業務在LTE網絡與2G/3G網絡之間進行切換，以保障語音業務不中斷，是LTE網絡的話音問題解決的關鍵方案。

1.2VOLTE關鍵技術

VOLTE 提供了全新的端到端全IP音視頻解決方案，其時延，語音質量等方面的優勢與其采用的關鍵技術密不可分。VOLTE 主要關鍵技術如下：

1.2.1半持續調度（SPS）

半持續調度是LTE中為了節省PDCCH數量而提出的一種新的調度方法。VoIP的新傳包由于其到達間隔是20ms，所以可以由一條信令分配頻域資源，每隔20ms就“自動”用分配的頻域資源傳輸新來的包；重傳包由于其不可預測性，所以動態的調度每一次重傳，因而叫“半”持續調度。

半持續調度可減少控制信令的開銷，最低可僅為業務的1.3%；節省PDCCH資源，在控制信道受限的情況下，提高系統容量。但在現網3:1時隙配比下，因SPS采用保守調度算法（MSC不得高于15），可能導致系統容量受限于PUSCH而有所下降，故初期暫不建議引入。

1.2.2IP包頭壓縮（RoHC）

VOLTE業務是基于IP網絡傳輸的語音業務，包頭開銷占整個數據包的比例較大。為了節省傳輸資源，引入IP包頭壓縮。壓縮后，頭開銷降為4～6 byte，開銷占比降為12.5%～18.8%。IP包頭壓縮大大降低頭開銷，提高VoLTE語音用戶容量，提高數據業務吞吐量，增強邊緣覆蓋。

1.2.3TTI bundling

當小區邊緣UE 功率受限時，由于資源受限，導致丟包率增加。使用TTI bundling，連續的4個上行子幀立刻重傳，能積累能量，增大傳輸成功率，從而提高接收成功率，避免過多的HARQ重傳。因此TTI bundling可提高邊緣用戶的接收性能，并減小控制信令開銷［2］。

1.2.4VoLTE異系統切換

eSRVCC（enhanced Single Radio Voice Call Continuity）是LTE PS語音（VoLTE）到2G/3G CS語音的增強型切換功能，但較原有SRVCC功能，無線側無差異；eSRVCC功能是VoLTE在LTE網絡覆蓋未達到全面覆蓋之前的重要補充功能。eSRVCC功能在LTE建設初期和中期保證VoLTE語音業務的連續性，可以減少當用戶從LTE覆蓋區域移出時導致的掉話，減少用戶投訴。

2.VOLTE優化策略

VOLTE網絡優化主要目標是為了達到無線網絡的動態負載均衡，優化資源配置，保證優質服務質量，提高用戶的滿意度。VoLTE的優化方法主要包括覆蓋優化、切換優化、干擾參數及系統參數優化。VOLTE是在LTE網絡上疊加的一項業務功能，在繼承LTE網絡數據業務特性的同時，又有其特殊性。因此，VOLTE的優化在借鑒數據業務優化方法的同時，還應著重從以下幾個方面開展優化：

2.1加強網絡覆蓋優化

一般在移動通信網絡覆蓋常見的問題有同頻干擾、越區覆蓋和導頻污染等。網絡覆蓋常見的后果有：一次性接入的成功率比較低、掉線率比較高、下行速度低以及切換成功率較低。其主要原因包括：設備的穩定性較差，造成系統出現問題；規劃及工程參數當中不太一致；覆蓋區域需要更新［3］。

目前，LTE網絡使用的頻率普遍較高，信號在室內、電梯等相對封閉區域或高層建筑阻擋區域的衰減大；在信號強度陡降的環境下，VOLTE業務極易發生切換失敗、掉話，嚴重影響用戶感知。所以在提升網絡覆蓋率的同時，需注重網絡深度覆蓋的提升。此外，相比普通數據業務，VOLTE業務的用戶感知對覆蓋率、切換成功率、時延等網絡性能的要求更加迫切。

2.2重視切換優化

切換指的是移動臺從一個信道轉移到其它信道，形成整個移動通信當中的連續性，以此確保所有的服務小區的重選，使整個網絡中能實現全面連續的覆蓋。依照切換信令流程的情況，可以將切換分成eNb，Sl口以及X2口等切換方式。而站內的切換過程較為簡單，其目標及切換源基本都一個小區當中，在內部基站會進行相應的判決，同時并不用進行數據傳輸途徑更換的申請、優化切換的方式有優化切換參數以及鄰區配置。

2.3實施參數驗證和優化

現階段LTE對系統參數進行調整的主要是PCI、切換、天線技術、功率等參數。一般來說，系統參數中需要優化的內容有很多，其中包括了小區選擇、工程以及無線資源管理等參數，還有容量、覆蓋、質量、成功率以及切換指標等參數。在優化系統參數之前必須先要通過OMC的統計，并采集話務統計分析等數據，將網絡問題進行定位，并且通過對整個參數進行調整以確保網絡動態平衡能達到，將網絡質量不斷提高。

由于VOLTE業務無法直接繼承2/3G網絡的語音參數配置和LTE網絡普通數據業務的參數配置，因此，VOLTE的參數配置需要開展廣泛的參數驗證，根據測試對比結果不斷優化參數配置。

2.4干擾優化

干擾會對LTE系統的掉話率、接通率以及通話質量等網絡質量等有較大的影響。依照干擾源不相同，可以分成外部及內部干擾這兩個大類，其中外部干擾中包含了互調、雜散、阻塞以及帶內干擾等；而內部干擾中包括設備隱形、天饋系統以及GPS跑偏等故障。在一般情況之下，無源器件在長期的工作中其性能不斷下降，或者互調抑制的指標較差造成在現網出現互調干擾現象。LTE系統干擾形成的原因是因為同頻干擾、小區當中的相關擾碼等干擾因素所造成。如果要解決干擾，首先就需要發現干擾源，然后再應用適當的方式進行定位干擾，最后將干擾有效降低及排除。其LTE系統當中能發現干擾的方法主要有：檢查RSSI及話統、路測和應用LMT輔助分析等［4］。

3.案例分析

案例一：異頻重定向掉話案例

問題描述：主叫占用魚珠木材市場D-ZLH-3（EARFCN=38100 PCI=83CELLID=135693）小區通話時，信號強度為-101dbm左右，出現一次RRC Connection Release，導致承載拆除，引起一次主叫掉話。

圖1　小區掉話截圖

問題分析：分析測試數據，發現UE占用服務小區魚珠木材市場D-ZLH-3（EARFCN=38100 PCI=83CELLID=135693）在通話的過程中信號越來越差，之后上報測量報告A2事件，eNODEB收到報告后發起異頻重定向判決，下發RRC Connection Release，由異頻重定向后，eNodeB向MME發送ue context release request，mme釋放專用承載。當UE被重定向后在新的小區發起RRC連接，網絡只建立了默認承載，UE發送BYE消息，導致掉話。

圖2　mme釋放專用承載信令截圖

從地理環境上看，服務小區與UE重定向目標小區相距較遠，不需配鄰區關系，UE在該路段僅是偶爾測量到目標小區的信號，這種環境極容易觸發異頻重定向。

圖3　eSRVCC切換失敗導致的掉話截圖

解決方案：關閉異頻重定向，復測問題解決，服務小區后臺統計指標無異常。通過關閉異頻重定向的功能來規避該事件，除此之外，異頻鄰區的完善需要加大優化力度。

問題總結：根據拉網統計，目前該類掉話占總掉話次數的80%以上，對測試指標影響非常嚴重。小區間沒定義鄰區關系，當鄰區滿足切換條件時，主服務小區無法切換到鄰區，基站會給UE下發系統內重定向。

案例二：LTE到2G eSRVCC切換失敗導致的掉話案例

問題描述：呼叫會話建立后，由于到達異系統B2門限，終端上報B2事件，網絡下發eSRVCC切換配置命令，但在2G側切入失敗，導致掉話。

問題分析：

（1）被叫上報B2事件，滿足切換門限系統下發mobility切換命令，此時4G的流程已完成，接下來切入2G網絡，2G網絡下發TMSI Reallocation Command，被叫回復TMSI Reallocation Complete，此后流程中斷，eSRVCC切換失敗（見圖3）。

（2）信令上看，4G流程正常走完且建立會話，被叫切換到2G，但是網絡下發TMSI Reallocation Command導致流程終止，eSRVCC切換失敗，會話流程結束。

圖4　eSRVCC切換失敗信令截圖

圖5　會話流程結束截圖

問題定位：4G流程正常且已正常建立會話，由于2G網絡側下發TMSI Reallocation Command導致eSRVCC切換失敗，會話流程結束，導致掉話。

解決措施：核實2G與4G TAC、頻點和BSIC一致性；梳理2G領區關系，控制2G鄰區數為16個降低異系統測量時長再進行復測。

4.結束語

隨著4G網絡發展，用戶對高清音視頻通話的期待越來越高。VOLTE技術是獲得的理想效果的重要保障。技術人員應根據實際情況對VOLTE音視頻質量影響因素進行更多地分析，選擇有效措施進行優化，從而使用戶就能享受到VoLTE帶來的連接秒通、話音清澈與圖像高清的體驗，讓通信成為一種享受。因此我們要創新思路，注重體驗，促進VOLTE技術發揮更加有效的作用。

［1］包瑯允.VoLTE技術方案研究及跟蹤［J］.物聯網技術，2015（10）.

［2］徐德平，程日濤，張新程.VoLTE關鍵技術及部署策略研究［J］.電信工程技術與標準化，2014，02.

［3］于航，姚銳，黃幫明.針對密集城區場景的VoLTE語音性能研究［J］.電視技術，2015，13（06）.

［4］黨賓.研究VOLTE業務性能及優化措施［J］.通訊設計與應用，2016，1.

湖北省教育廳科學技術研究項目（項目編號：B20129901）。

龔雄濤（1973-），男，湖北應城人，武漢大學計算機學院碩士研究生，湖北職業技術學院信息學院副教授，主要研究通訊技術、數據庫技術等。