影響VoLTE容量能力的因素分析及優化措施初探

周銳

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影響VoLTE容量能力的因素分析及優化措施初探

周銳

（重慶市信息通信咨詢設計院有限公司，重慶 400041）

VoLTE技術是一項基于IMS網絡中的語音業務，雖然其技術所使用的是IP數據傳輸，但VoLTE可以通過高清編解碼技術來有效提高語音通話品質。在4G語音支持下，可以帶給用戶更好的用戶體驗。基于此，針對影響VoLTE容量能力因素進行分析，可以更好地總結出具體的優化措施，為其技術的穩定發展奠定基礎。

VoLTE技術；容量能力；優化措施；動態調度

VoLTE語音技術是基于IMS系統的一項語音業務，通過其系統支持可以實現多種接入方式，并能夠有效豐富各項多媒體業務。從本質上來分析，VoLTE技術所使用的IP數據傳輸技術，是依托于4G網絡的一項穩定技術，可以完成數據與語音處于同一網絡的統一。VoLTE技術給用戶帶來了高品質的音視頻通話質量，為用戶提供了更優質的用戶體驗。VoLTE與傳統電路域語音業務有一定的區別，想要對其網絡容量進行優化，必須要研究能夠產生影響的各種因素，并通過預估VoLTE容量的方式來對其網絡進行優化。

1 影響VoLTE容量能力的各項因素分析

1.1 業務信道對VoLTE容量形成的影響

對LTE業務信道而言，可以劃分為PUSCH、PDSCH兩種類型，即物理層上、下行共享信道。在VaLTE業務中的上下行業務量，通常會表現出相對對稱，其語音數據包主要承載于上、下行的RB資源塊中。在這樣的業務信道系統中，有可能會受到上、下行物理共享信道的影響，讓其成為系統容量一個瓶頸。在VoLTE技術中的VoIP業務，其用戶容量主要是選擇上行或者下行用戶容量最小的一項。

1.2 控制信道對VoLTE容量形成的影響

基于LTE系統存在相應的調度器，其作用是對相關資源塊開展實時調度。因此，想要讓其系統中的資源得到合理配置與使用，需要在每一次調試過程中進行調度信令交互。所以，系統中的PDCCH控制信令會產生非常大的開銷，較大的開銷會導致PDCCH控制信道對VoLTE系統容量形成影響。

1.3 設備調度性能對VoLTE容量形成的影響

任何網絡體系都需要設備給予支持，不同設備所對于每TTI的調度能力是特定的，但可以通過設備性能以及調試策略來進行優化。當前許多相關設備生產商出產的設備其調度能力并不高，所以設備每TTI的調度能力則會成為對其系統容量產生影響的因素之一。

2 VoLTE容量計算方式

2.1 針對業務信道容量計算方式

VoLTE在開展業務過程中，所產生的數據包是基于LTE物理資源塊的。整個系統需要按照用戶需求進行資源塊調度，可以更好地將其資源塊分配到不同用戶群體中。LTE資源塊不僅承載著相關的業務數據，還需要對公共控制信息進行承載。因此，信道容量可以通過以下方法來進行計算。

單業務場景下可支持VoLTE用戶數量=單個無線幀內實際可用資源塊數量/相關業務占單個無線幀中的平均使用資源塊數量。針對此計算方法進行分析，其中的單個無線幀內實際可用資源塊數量等于系統中單個無線幀總資源塊數——物理層協議開銷與業務目標負荷的乘積。在此算式中的物理層協議開銷可以劃分為上、下行兩個部分。

因此，計算時需要對其進行分別計算：上行物理層行物=PUCCH開銷+PRACH開銷+SRS開銷，下行物理層行物=PBCH開銷+PSS開銷+SSS開銷+SIB開銷。比如，可以以D頻段帶寬20 M為案例，其網絡上下行時隙配置是ZU2D，CFI配置是3.同時，其網絡業務目標負荷是0.5時，單個無線幀下行實際可用資源塊數量可以通過上式計算得到270，而其上行資源塊數量應該為1 840.

在不相同的無線場景以及各類型設備調度機制和性能條件下，單業務在不同的單個無線幀中的資源需求數量也會產生差異。因此，需要通過仿真形式來進行計算。比如在某個場景中，利用仿真技術可以獲取到VoLTE語音業務的消耗的平均PRB數，如表1所示。

表1 基于12.3 kbps速率下的PRB值

速率/kbps天線數量UL平均PRB值DL平均PRB值 12.382.012 62.057 5

通過表1 中的相關數據可以發現，單個語音包所分配到的1個資源塊。當VoIP業務模型中的語音包以及SID包各占一半時，則得出單12.2 kbps業務在單個無線幀中傳輸所占用的資源塊數量為：

上行：0.5×2.012 6資源塊×（10 ms/20 ms）+0.5×1資源塊×（10 ms/160 ms）=0.534 4資源塊。

下行：0.5×2.057 5資源塊×（10 ms/20 ms）+0.5×1資源塊×（10 ms/160 ms）=0.545 6資源塊。

在此過程中，如果上行HARQ平均傳輸次數為1.25，下行HARQ平均傳輸次數為1.15，同樣可以計算出上、下行所需求的資源：上行資行資源=0.534 4資源塊×1.25=0.668資源塊，下行資行資源=0.545 6資源塊×1.15=0.627 5資源塊。通過上述計算方法，可以得到具體的業務信道所支持VoLTE的用戶數量，上行支持量為275個，而下行支持量則為430個。總之，可以根據具體的網絡配置、設計性能有相應的環境等情況，根據以上方式來進行計算。

2.2 針對設備調度性能的容量計算方式

當前不同設備支持的每TTI調度數量均有所限制，其具體的支持程序主要與設備性能以及調度策略相關。從當前市場主流設備來進行分析，所支持用戶數量為10～20個。因此，可以通過動態調度以及SPS調度進行分析，計算出具體VoLTE設備所具有的調度能力容量。

2.2.1 動態調度分析

當選擇動態調度時，如果PDCCH信道沒有相應的限制，其UL/DL UE per TTI能力可以最高達到20.假如每20 ms發送1個語音編碼包，則可以根據以下公式計算出相應的系統容量：

系統容量=Min[（20 ms內ULTTI數量）×（ULTTI調度能力），（20ms內ULTTI數量）×（ULTTI調度能力）]. （1）

當帶寬為20 MHz，其上下行時隙配置為2U2D，UE per TTI調度能力20，根據式（1）可以計算出其系統容量：Min（160=8×20 240=12×20）=160 UE。

在此計算過程中，需要考慮語音通話所存在的不連續特性。如果不存在真實語音包時，則會以舒適噪聲SID包的方式出現，其整個周期為160 ms。而SID包的實際調度時間會更長，實現對資源的有效調度，并將其應用到其他VoLTE用戶的語音包調度中。

如果語音中的靜默因子為0.4，則代表在整個通話中，有6層時間在說話，其等價系統容量折算系數為1.4 b，可以根據上式計算出系統容量：160×1.4=224 UE。

2.2.2 SPS調度分析

如果選擇SPS調度，所有網絡配置以及相關業務模型與上述相同，則可以通過擴展SPS調度時間為40 ms。其設備的調度性能所支持的容量則可以計算得出：224×2=448.

3 VoLTE容量能力優化措施

3.1 采用ROHC頭壓縮技術進行優化

應用VoLTE技術可切實提高整個網絡體系的質量，并增強用戶體驗。VoLTE應用了許多項關鍵技術，這些關鍵技術可以對其容量的提高起到非常大的影響，比如ROHC技術和SPS技術。在針對ROHC頭壓縮技術進行分析后發現，VoLTE語音業務通過編碼處理來完成。針對包含32字節有效載荷VoIP傳輸分組進行分析，如果使用IPv6報頭會提高到60字節，當使用IPv4報頭時則提高到了40字節。比率提高了188%和125%，自然會產生較多的額外開銷。所以，如果不對其信令開銷進行優化，則會導致無線資源信令產生非常大的開銷。通過使用ROHC頭壓縮技術之后，整個開銷量會減少5字節左右。此外，再針對單語音用戶的空口傳輸速率進行統計后發現，其速率通常會表現為34 kbps，在使用ROHC頭壓縮之后，可以將其速度降低為20 kbps。簡單而言，也就是說開啟ROHC頭壓縮機制后，提高了信道的利用率和分組數據的有效性，進而從業務信道開銷方面提高了系統容量。

3.2 采用SPS半靜態調度方式

在以往的LTE系統中，所使用的調度方式主要是以動態調度為主。即通過MAC實時、動態分配機制，對相關資源以及傳輸速度進行分配。在此過程中，主要是以按需分配的方式進行資源分析，不同調度都需要完成調度信令交互。這樣的調度方式會產生非常大的開銷。如何選擇SPS半靜態調度方式，則可以在相關數據傳輸時，將UE識別為半靜態調度。不僅可以對調度信息進行保存，還可以在一定固定時間內對時頻資源位置上的相關業務數據進行發送或接收。選擇半靜態調度傳輸方式，還可以利用好數據包周性到達的特征，通過一次授權的方式可以在相應周期進行使用，最終達到節省開銷的目的。通過這種優化措施，不僅對通話質量不會產生影響，還可以支持更多的用戶，進一步提升系統容量。

4 結語

總之，VoLTE系統所具備的容量能力，主要與網絡配置、環境以及設備性能等相關。所以，需要根據不同的配置以及具體的場景進行正確計算，在得出不同影響因素的受限容量之后，設置最小值進行系統容量預估，從而尋找到有效的優化措施，為用戶提供更優質的用戶體驗。

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2095－6835（2019）05－0074－02

TN929.5

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.074

〔編輯：嚴麗琴〕