弱覆蓋環(huán)境下VoLTE語音感知提升研究

陳貞 周曉南

摘要：為改善無線網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋對VoLTE語音感知的影響，針對PDCCH調(diào)度容量、語音QOS、SRVCC、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向等主要影響因素進行詳細分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化解決方案。通過優(yōu)先保障上行調(diào)度容量、提升語音調(diào)度優(yōu)先級、優(yōu)化SRVCC切換和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向的流程，有效地提升網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)和用戶感知。

關(guān)鍵詞：VoLTE：語音感知;弱覆蓋：優(yōu)化

中圖分類號：TN929.5文獻標(biāo)識碼：A

目前主流的長期演進（Long Term Evolution，LTE）語音解決方案包括三種：雙待機、電路域回落（Circuit Switch Fall Back，CSFB）、長期演進語音承載（Voice over Long-Term

Evolution，VoLTE）三種，VoLTE被公認為是LTE語音的最終形態(tài)。VoLTE是架構(gòu)在LTE網(wǎng)絡(luò)上全IP條件下的端到端語音方案，VoLTE的語音作為IP數(shù)據(jù)傳輸，無需2G/3G網(wǎng)，全部業(yè)務(wù)承載于LTE網(wǎng)絡(luò)上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。隨著VoLTE業(yè)務(wù)商用和逐步成熟，VoLTE客戶日益增長，感知問題也日益凸顯。尤其是在LTE整體覆蓋較弱的場景下，頻繁地出現(xiàn)語音質(zhì)差問題，嚴(yán)重影響VoLTE的使用感知及市場業(yè)務(wù)發(fā)展。

導(dǎo)致弱覆蓋的原因很多，比如缺站、站點布局不合理、天饋不合理、建筑物遮擋、小區(qū)功率不足以及用戶所處位置較封閉等。解決弱覆蓋問題，最有效的辦法是增強物理覆蓋，但受限于站點儲備的困難、美化天線的大量應(yīng)用以及城市建設(shè)的快速發(fā)展，局部的弱覆蓋仍無法避免。雖然通過提升基站的發(fā)射功率可以一定程度上改善弱覆蓋問題，但目前的功率主要受限于上行，一味地提高下行功率有可能導(dǎo)致上下行不平衡，使得用戶接人困難。

鑒于此，有必要在無法通過物理手段增強覆蓋的前提下，另辟蹊徑，應(yīng)用其他手段來對弱場條件下的用戶感知進行提升。本文通過對弱覆蓋場景下影響用戶感知的各類問題進行分析，從優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及應(yīng)用新功能方面來提升弱場條件下的VoLTE用戶語音感知。

1 影響VoLTE語音業(yè)務(wù)的主要問題分析

1.1 弱覆蓋對VoLTE語音業(yè)務(wù)影響分析

在4G通信中，弱覆蓋或深度覆蓋不足是影響VoLTE語音用戶感知的主要因素，據(jù)統(tǒng)計，用戶投訴中約60%的投訴由弱覆蓋引起，主要表現(xiàn)為未接通、起呼慢、掉話、斷續(xù)或單通等，使用戶對所謂的VoLTE高清語音的體驗極差。從專業(yè)角度分析，這些異常事件在物理層體現(xiàn)為丟包、抖動、端到端時延過長或質(zhì)差，最終影響用戶的語音質(zhì)量平均意見分（Mean Opinion Score，MOS）及使用感知。

通過分析現(xiàn)網(wǎng)MOS值隨參考信號接收功率（Reference Signal Received P0wer，RSRP）變化的趨勢表明，當(dāng)RSRP低于-110dBm時，MOS值明顯惡化（圖1）。

1.2PDCCH調(diào)度容量分析

VoLTE是上下行對稱業(yè)務(wù)，容量受限于資源少的一方，目前上下行時隙配置為1UL：3DL，在弱場環(huán)境下VoLTE語音業(yè)務(wù)容易出現(xiàn)調(diào)度上行資源的物理下行鏈路控制信道（Phvsical）Dwnlink ControlChannel，PDCCH）容量受限，導(dǎo)致上行語音包來不及調(diào)度，影響VoLTE語音業(yè)務(wù)通話質(zhì)量。

根據(jù)3GPP 36.213規(guī)范，時分雙T（TimeDivision Duplexing，TDD）上下行時隙配置為2時（DL：UL=4：1），終端在上行子幀2.7發(fā)送數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)只能通過下行子幀3.8的PDCCH分配資源，如圖2所示。

eNodeB使用物理混合自動重傳指示信道（Physical Hybrid ARQ Indicator Channel，PHICH）來反饋對應(yīng)物理上行鏈路共享信道（Physical uplinkShared Channel，PUSCH）傳輸?shù)腁CK/NACK。上下行時隙配置為2時，PHICH固定配置在下行子幀3.8里面，如圖3所示。即如果用戶設(shè)備（User E-quipment，UE）在子幀2發(fā)送了PUSCH，則UE會在子幀8接收對應(yīng)的PHICH：如果UE在子幀7發(fā)送了PUSCH，則UE會在下一系統(tǒng)幀的子幀3接收對應(yīng)的PHICH。PHICH相應(yīng)地擠占了下行子幀3.8里PDCCH的可用信道容量。

上下行時隙配置為2且特殊子幀配置為7時，prach采用format 0.1和2.random access rnessage：2固定分配在下行子幀3.8上面，如圖4所示。

從上述分析可以看出，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)配置下，上行子幀2.7的資源只能通過下行子幀3.8里的PDCCH信道分配，PHICH和random access rues-sage2也固定分配在下行子幀3.8里面，相應(yīng)地擠占了子幀3.8里PDCCH可用的信道容量，因此這兩個下行子幀里的PDCCH資源相對緊張。

同時，對PDCCH的需求還跟用戶所處的無線環(huán)境相關(guān)。PDCCH信道在一個或多個連續(xù)的CCE上傳輸，根據(jù)3GPP 36.211規(guī)范，PDCCH信道分成4種不同的聚合等級（表1），等級越高，健壯性越強，但需要占用更多的無線資源。

在弱場環(huán)境下，為了提高PDCCH的解調(diào)性能，需要用到較高的控制信道資源單位（ContmlChannel Element，CCE）聚合度，即占用更多的CCE資源。如圖5所示，正常小區(qū)主要使用低聚合度的PDCCH，而弱覆蓋小區(qū)其高聚合度的PDCCH占比更高，加劇了對PDCCH資源的需求。據(jù)現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計，弱覆蓋小區(qū)的PDCCH擁塞率可達正常環(huán)境下的小區(qū)的2倍以上。

1.3 VoLTE QoS分析

現(xiàn)網(wǎng)常規(guī)子幀配置為2.10ms的無線幀中僅包含兩個上行子幀，上行資源配置相對匱乏，導(dǎo)致進行VoLTE語音和視頻業(yè)務(wù)時，上行資源成為保證比特速率（Guararlteed Bit Rate，GBR）業(yè)務(wù)的主要瓶頸。

LTE中每一類業(yè)務(wù)都有相應(yīng)的業(yè)務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）保障，關(guān)鍵參數(shù)包括資源類型（GBR或者Non-GBR）、優(yōu)先級、數(shù)據(jù)時延和丟包率。對于VoLTE視頻通話，需要建立2個Qos等級標(biāo)識（QoS Class Identifier，QCI）承載，即QCI1和QCI2.分別用于承載語音數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。其中，Priority（優(yōu)先級）和優(yōu)先比特率（Prioritised BitRate，PBR）對于優(yōu)先保障語音質(zhì)量起關(guān)鍵作用，而在現(xiàn)網(wǎng)視頻業(yè)務(wù)測試中，如圖6所示，QCI1的PBR=8kBps，QCI2的PBR=256kBps，QCI1的PRB設(shè)置過小，遠低于規(guī)范要求的64kBps。

這種配置導(dǎo)致語音承載只有8kBps得到優(yōu)先保障，在上行資源受限的情況下，QCI2還有256kBps的優(yōu)先調(diào)度數(shù)據(jù)需求，有可能導(dǎo)致話音承載8kBps以外的數(shù)據(jù)得不到保障，造成語音質(zhì)差。

1.4 bSRVCC導(dǎo)致未接通分析

VoLTE基于分組域提供IP語音業(yè)務(wù)，在LTE弱覆蓋或無覆蓋區(qū)域，可通過單待無線語音呼叫連續(xù)性（Single Radio Voice：Call Continuity，SRVCC）將VoLTE話音切換至2G/3G電路域來保證通話的連續(xù)性。其中bSRVCC（即振鈴前SRVCC到2G）需要R12版本才能支持，現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或終端設(shè)備都無法支持bSRVCC。在弱場環(huán)境下，VoLTE終端有較大概率bSRVCC到2G，由于hSRVCC處于VoLTE起呼階段，因此bSRVCC問題必然導(dǎo)致起呼失敗，影響用戶接人。

1.5 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向?qū)е碌粼挿治?/p>

相對于傳統(tǒng)的2/3G語音，VoLTE支持高清語音、高清視頻以及更短的接續(xù)時長。最大的特點是支持語音與數(shù)據(jù)并發(fā)業(yè)務(wù)，即打電話和上網(wǎng)可以同時進行，這本是VoLTE的一大特點，但是如果設(shè)置不當(dāng)則可能導(dǎo)致掉話。

在無線信號趨于變?nèi)鯐r，VoLTE通過eSRVCC切換到全球移動通信系統(tǒng)（Global System for MobileCommunications，GSM）網(wǎng)絡(luò)，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過重定向轉(zhuǎn)換到GSM網(wǎng)絡(luò)，兩者各有不同的參數(shù)設(shè)置（圖7）。由于VoLTE業(yè)務(wù)的B2切換判決門限與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向A2門限相差不大，且前者的判決規(guī)則要嚴(yán)于后者，加上弱場下信號波動較大，導(dǎo)致VoLTE業(yè)務(wù)進入覆蓋風(fēng)險區(qū)時，會先行觸發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向到GSM網(wǎng)絡(luò)，由于GSM不支持VoLTE業(yè)務(wù)，從而導(dǎo)致VoLTE中斷發(fā)生掉話事件。

2 VoLTE語音業(yè)務(wù)感知優(yōu)化方案

通過上述對弱場下影響Voice語音感知最主要的因素進行分析，下面從參數(shù)調(diào)優(yōu)、容量優(yōu)化、不同等級QCI參數(shù)設(shè)置、新功能應(yīng)用、SRVCC優(yōu)化、語音與數(shù)據(jù)協(xié)同等多個維度進行綜合性優(yōu)化與提升，著重解決了丟包、抖動、MOS值低、未接通及掉話等問題，有效地提升了弱場環(huán)境下的VoLTE用戶語音感知。

2.1PDCCH上行調(diào)度容量優(yōu)化

2.1.1PDCCH相關(guān)參數(shù)優(yōu)化

前述分析得知，弱場環(huán)境下用于上行的PD，CCH資源較為緊張，基于此，一方面是調(diào)低用于下行調(diào)度的PDCCH開銷，另一方面是調(diào)高用于上行調(diào)度的PDCCH資源，以優(yōu)先保障上行調(diào)度，相關(guān)參數(shù)優(yōu)化如表2所示。

2.1.2SPS功能開后

VoLTE語音業(yè)務(wù)每20ms產(chǎn)生一個語音包，如果每個語音包都通過PDCCH進行調(diào)度，對PDCCH資源消耗極大，因此引入了半靜態(tài)調(diào)度（Semi-Per、sistent Sclleduling，SPS）功能。

與動態(tài)調(diào)度時，在每個傳輸時間間隔（Trans-mission Time Interval，TTI）1ms都需要通過PDCCH為UE分配資源不同，針對語音包周期性收發(fā)的特點，半靜態(tài)調(diào)度（Semi-Persisting Scheduling，SPS）可以只分配一次資源即可供VoLTE語音用戶在較長一段時間內(nèi)使用，這種“一次分配，多次使用”的特點，極大地降低了PDCCH的開銷，原理如圖8所示。

2.2VoLTE業(yè)務(wù)QoS優(yōu)化

根據(jù)規(guī)范，在每個上行調(diào)度時機，終端按照優(yōu)先級遞減順序組包，即先分配QCI1的PBR，再分配QCI2的PBR，如果QCI2的PBR設(shè)置太大，有可能QCI1的PBR以外的帶寬需求就會受到影響?，F(xiàn)網(wǎng)QCI1的PBR設(shè)置過小，鑒于用戶對語音質(zhì)量的敏感度高于視頻質(zhì)量，因此通過提升QCI1的優(yōu)化級及降低QCI2的PBR，可以避免在上行資源受限的情況下，QCI2搶占過多資源，同時優(yōu)先保障了語音QCI1的資源需求。

在上行資源受限的情況下，通過把QCI2的PBR由256減少到128.話音實時傳輸協(xié)議（Real-time Transport Protocol，RTP）抖動時延由66.808ms減少到29.973ms，改善明顯。

另一方面，為了進一步驗證QCI1優(yōu)先級對話音的影響，我們在弱場（RSRP=-120dBm）做了如下測試，把QCI1的優(yōu)先級由5提升到3（即PBR配置成無窮大（“infinity”）），對視頻業(yè)務(wù)的話音MOS值有明顯提升作用，對單獨話音的MOS值影響不大。

2.3SRVCC優(yōu)化

通過引入Smart SRVCC功能，可以規(guī)避hSRVCC現(xiàn)象，解決VoLTE用戶弱場起呼失敗問題。Smart SRVCC基本設(shè)計思想：VoLTE起呼過程中，增加一個延遲定時器，在QCI1承載建立時，啟動該定時器，在定時器超時前，忽略終端上報的B2/B1測量報告，當(dāng)定時器超時后，正常響應(yīng)終端上報的B2/B 1測量報告，盡量將SRVCC切換發(fā)生時間點推遲至Alerting之后，從而規(guī)避bSRVCC問題，如圖9所示。

為了找出延時定時器的最優(yōu)值，在弱場下進行VoLTE撥打VoLTE，VoLTE撥打電路域回落（Cir-cuit Switch Fall Back，CSFB）的撥打測試，通過設(shè)置不同Time定時器值，驗證對VoLTE呼叫成功率和掉線率的影響。

如圖10測試結(jié)果可見，合理的Time延遲定時器時長可以有效減少bSRVCC的概率，提高VoLTE弱場接通率，由于目前現(xiàn)網(wǎng)還是VoLTE用戶撥打非VoLTE用戶的出現(xiàn)概率高，從測試結(jié)果來看，要盡量避免bSRVCC的發(fā)生，Time至少要配置在6s以上。

但是過高的Smart SRVCC Time延遲設(shè)置，可能會造成快衰場景中VoLTE起呼接通后由于SRVCC切換不及時，引起VoLTE掉線，因此需對接通率和掉線率進行平衡。

對快衰場景中不同的Smart SRVCC Timer測試如圖11所示，當(dāng)Timer延遲設(shè)置在7.5s以上時，掉線率上升明顯，結(jié)合弱場下的測試結(jié)果，合理的Timer延遲配置應(yīng)該在6～7s，最終定為6.5s，此設(shè)置對用戶感知影響最小，即為最優(yōu)解。當(dāng)然6.5s的延時定時器設(shè)置為全網(wǎng)建議配置，優(yōu)化人員也可以進行小區(qū)級粒度的精細化設(shè)置。

2.4數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向優(yōu)化

通過設(shè)置參數(shù)a2RedirectQcil=disabled，當(dāng)終端存在語音QCIl承載時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)A2重定向測量將不會激活，即在VoLTE語音業(yè)務(wù)下，即使并發(fā)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，終端也不會再發(fā)起重定向業(yè)務(wù)，這樣就規(guī)避了因數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)重定向到GSM而造成的VoLTE語音業(yè)務(wù)掉話。當(dāng)終端不存在任何QCIl承載時，也不會影響正常的A2重定向測量。

3 VoLTE語音感知優(yōu)化成效

通過對VoLTE容量、用戶感知、指標(biāo)提升等方面進行全面的分析，在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用上述優(yōu)化提升方案，不管是在網(wǎng)管統(tǒng)計方面還是路測統(tǒng)計方面，弱覆蓋場景下VoLTE語音感知均有明顯的改善，如圖12和圖13所示，較好地解決了弱場環(huán)境導(dǎo)致的通話異常問題，極大地提升了VoLTE用戶的4G網(wǎng)絡(luò)高清語音體驗和感知，提升效果顯著。

4 結(jié)語

目前VoLTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋仍在不斷完善中，同時網(wǎng)絡(luò)與終端的配合度及相關(guān)功能仍存在一些缺陷，導(dǎo)致VoLTE用戶，特別是弱場環(huán)境下的用戶更容易出現(xiàn)通話異常事件，極大地影響了用戶感知。本文通過對弱場環(huán)境下各類異常事件的分析，從參數(shù)調(diào)優(yōu)、容量分析、分QCI參數(shù)設(shè)置、新功能應(yīng)用、SRVCC、語音與數(shù)據(jù)協(xié)同等多個維度進行綜合性分析與優(yōu)化，有針對性地提出了相應(yīng)的解決方案，較好地解決或改善了上述問題。該方案建議應(yīng)用在無法通過物理覆蓋增強的弱場環(huán)境下或深度覆蓋不足區(qū)域，方案實施簡單實用，效果明顯。