VOLTE覆蓋增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用

苗峰+譚利平+韓秀峰

【摘要】 VOLTE是直接在LTE網(wǎng)絡(luò)上提供高質(zhì)量的音視頻通話的技術(shù)， 是語(yǔ)音演進(jìn)的最終目標(biāo)方案。中國(guó)移動(dòng)VOLTE技術(shù)目前已在大多數(shù)城市實(shí)現(xiàn)商用。本文根據(jù)VOLTE技術(shù)的特點(diǎn)，研究了VOLTE覆蓋增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)，包括ROHC，TTI Bundling，上行RLC分段。

【關(guān)鍵詞】 VOLTE 關(guān)鍵技術(shù) 覆蓋增強(qiáng)

一、研究背景及意義

VOLTE即Voice over LTE，是直接在LTE網(wǎng)絡(luò)上提供高質(zhì)量的音視頻通話的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與語(yǔ)音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。VOLTE語(yǔ)音服務(wù)具有呼叫時(shí)延短，話音質(zhì)量高，支持高清視頻等優(yōu)點(diǎn)；隨著網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P化演進(jìn)， VOLTE是語(yǔ)音演進(jìn)的最終目標(biāo)方案。

中國(guó)移動(dòng)VOLTE技術(shù)目前已在大多數(shù)城市實(shí)現(xiàn)商用。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，部署VOLTE意味著開(kāi)啟了向移動(dòng)寬帶語(yǔ)音演進(jìn)之路。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)兩方面的價(jià)值，一是提升無(wú)線頻譜利用率、降低網(wǎng)絡(luò)成本；二是大大提升用戶(hù)體驗(yàn)。

二、VOLTE覆蓋增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)原理及應(yīng)用

在VOTLE網(wǎng)絡(luò)部署過(guò)程中，確保網(wǎng)絡(luò)具備良好的覆蓋性能是業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

VOLTE業(yè)務(wù)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1、周期性小包業(yè)務(wù)，典型VOLTE數(shù)據(jù)包凈荷為32字節(jié)，而RTP/UDP/IP頭的開(kāi)銷(xiāo)甚至超過(guò)凈荷本身。2、LTE UE的發(fā)射功率小，覆蓋主要是上行受限。3、在VOLTE中每20ms產(chǎn)生一個(gè)語(yǔ)音分組，經(jīng)過(guò)協(xié)議封裝后，在空口上只占用若干個(gè)TTI進(jìn)行傳送，占用的TTI數(shù)量可能小于話音幀長(zhǎng)20，導(dǎo)致上行基站側(cè)接收到的時(shí)域平均功率較小。

基于上述幾個(gè)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，ROHC（Robust Header Compression健壯報(bào)頭壓縮技術(shù)）、TTI Bundling、RLC分段三種關(guān)鍵技術(shù)可有效改善VOTLE的邊緣覆蓋能力，特別是上行業(yè)務(wù)信道的覆蓋。

2.1 ROHC原理及應(yīng)用

原理：ROHC（Robust Header Compression）是一種專(zhuān)為無(wú)線鏈路設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)包頭壓縮機(jī)制，以適應(yīng)無(wú)線鏈路高誤碼率的鏈路特性。分組報(bào)頭字段之間存在著冗余，冗余信息主要包含兩個(gè)方面內(nèi)容：在一個(gè)特定的分組流里面，很多字段在前后相鄰的分組報(bào)文之間是重復(fù)的，比如 IP 報(bào)頭中的源/目的 IP 地址；在同一個(gè)分組報(bào)頭中也存在著冗余信息，比如 IP 報(bào)頭中的長(zhǎng)度字段及校驗(yàn)和字段。ROHC 報(bào)頭壓縮的最終目的就是要消除這些冗余信息。

ROHC技術(shù)對(duì)VOLTE的作用如下：典型VoLTE數(shù)據(jù)包凈荷為32字節(jié)，IP頭開(kāi)銷(xiāo)甚至超過(guò)凈荷本身，經(jīng)過(guò)RoHC壓縮后，包頭開(kāi)銷(xiāo)從40～60bytes降為4～6 bytes，開(kāi)銷(xiāo)占比降為12.5%～18.8%，從而對(duì)VoLTE業(yè)務(wù)信道覆蓋和容量有顯著增益。

應(yīng)用：ROHC的實(shí)際覆蓋增益：

根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果：上行受限場(chǎng)景下，RoHC平均增益為6dB/2dB（標(biāo)清/高清），符合理論預(yù)期；ROHC開(kāi)啟后，不僅提高覆蓋能力，同時(shí)也提高了容量：全網(wǎng)平均上行RB資源節(jié)省26%/23%（標(biāo)清/高清）。

2.2 TTI Bundling原理及應(yīng)用

原理：在小區(qū)邊緣存在瞬時(shí)傳輸速率較高、UE上行功率受限等情況，會(huì)導(dǎo)致上行覆蓋受限，在一個(gè)TTI內(nèi)終端可能無(wú)法滿足數(shù)據(jù)發(fā)送的誤塊率（BLER）要求。TTI bundling可以提升上行覆蓋性能，但增加了傳輸時(shí)延。

TTI Bundling是指在4個(gè)連續(xù)的TTI上傳輸同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，4個(gè)綁定的TTI作為同一個(gè)資源進(jìn)行處理，不同的TTI傳輸同一個(gè)數(shù)據(jù)塊的不同HARQ冗余版本。增大了傳輸成功率，從而提高數(shù)據(jù)解調(diào)成功率。TTI Bundling可以減少重傳，降低RTT傳輸所需要的時(shí)間，充分利用HARQ合并的增益。

應(yīng)用：TTI Bundling應(yīng)用建議如下：

1、TTI Bundling的主要應(yīng)用場(chǎng)景是室內(nèi)深度覆蓋區(qū)域和邊緣覆蓋區(qū)域。

2、UE支持TTI Bundling特性。

3、高速或超高速小區(qū)中，UE的信道變化會(huì)比較快，UE會(huì)頻繁地進(jìn)入和退出Bundling，從而增加Uu口的信令負(fù)荷，還會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)音質(zhì)量下降，增加掉話的風(fēng)險(xiǎn)。

4、1.4MHz帶寬小區(qū)中關(guān)閉TTI Bundling特性。1.4MHz帶寬的小區(qū)只有6個(gè)PRB，PRB資源有限。而TTI Bundling需要在時(shí)域上消耗資源。

TTI Boundling實(shí)測(cè)覆蓋增益約為2dB。子幀配比為2：2時(shí)，建議適當(dāng)開(kāi)啟，增強(qiáng)上行邊緣覆蓋。

2.3上行RLC分段原理及應(yīng)用

原理：當(dāng)小區(qū)邊緣UE功率受限時(shí)，上行覆蓋能力下降，有可能導(dǎo)致UE無(wú)法在一個(gè)TTI時(shí)間內(nèi)發(fā)送一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包；通過(guò)引入RLC分段（RLC Segmentation），可將一個(gè)RLC SDU拆分成若干個(gè)小的PDU，從而減小了每個(gè)子幀上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提升了小區(qū)上行邊緣覆蓋能力。

RLC分段的觸發(fā)條件可以為信號(hào)質(zhì)量，也可以為數(shù)據(jù)包大小等。RLC的SDU在RLC層被分成多片，每個(gè)分片在進(jìn)行傳輸時(shí)都會(huì)被重新添加RLC/MAC包頭和CRC校驗(yàn)碼，并在隨后的每個(gè)TTI中傳輸其中一個(gè)分片。

VOLTE語(yǔ)音包每20ms周期性發(fā)送一次，對(duì)于下上行時(shí)隙配比為3DL：1UL的系統(tǒng)，每20ms內(nèi)有4個(gè)上行子幀，上行方向可實(shí)現(xiàn)最大分片數(shù)量為4個(gè)；對(duì)于下上行時(shí)隙配比為2DL：2UL的系統(tǒng)，每20ms內(nèi)有8個(gè)上行子幀，上行方向可實(shí)現(xiàn)最大分片數(shù)量為8個(gè)。

RLC分段的三要素：

1、RLC分段啟動(dòng)條件： RLC層數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度大于MAC層可承載的長(zhǎng)度；

2、RLC分段數(shù)量：限制其最大分段數(shù)量，控制RLC/ MAC/CRC開(kāi)銷(xiāo)；

3、RLC分片重傳：每個(gè)分片獨(dú)立進(jìn)行。

應(yīng)用：RLC數(shù)據(jù)包在RLC層被分成多段，有利于提高網(wǎng)絡(luò)傳輸正確性，提升小區(qū)的邊緣覆蓋。上行RLC分段主要由上行調(diào)度分配的TBS決定。每次調(diào)度的TBS越小，上行RLC分段越多。當(dāng)信道質(zhì)量很差時(shí)，UE功率受限，上行調(diào)度的TBS很小，上行RLC分段很多，這樣會(huì)導(dǎo)致：

1、 VoLTE包時(shí)延大 ；

2、VoLTE業(yè)務(wù)上行丟包（UE buffer中的VoIP包不能得到及時(shí)調(diào)度，丟包定時(shí)器超時(shí) ） ；

3、RLC頭/MAC頭開(kāi)銷(xiāo)大 ；

4、VoLTE業(yè)務(wù)的上行動(dòng)態(tài)調(diào)度消耗的CCE資源和RB資源多。

VoLTE業(yè)務(wù)上行RLC分段增強(qiáng)通過(guò)限制上行動(dòng)態(tài)調(diào)度的TBS來(lái)限制VoLTE語(yǔ)音包的上行RLC分段數(shù)，限制單次上行動(dòng)態(tài)調(diào)度的TBS最小值，從而限制一個(gè)VoLTE語(yǔ)音包的上行RLC分段數(shù)不超過(guò)上限。

實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果：上行RLC分段增強(qiáng)特性可有效改善VOLTE上行覆蓋，建議開(kāi)啟該功能。

三、總結(jié)及應(yīng)用推廣

綜上所述：ROHC、TTI Bundling、上行RLC分段增強(qiáng)三種關(guān)鍵技術(shù)可有效改善VOTLE的邊緣覆蓋能力，特別是上行業(yè)務(wù)信道的覆蓋，這對(duì)VOLTE業(yè)務(wù)的發(fā)展及用戶(hù)感知的提升起到重要作用。因此，建議現(xiàn)網(wǎng)開(kāi)啟ROHC及上行RLC分段增強(qiáng)功能，特殊場(chǎng)景下適當(dāng)開(kāi)啟TTI Bundling功能：