VoLTE关键技术及部署策略研究 程日涛 徐德平 张新程

1、中国移动通信集团设计院有限公司第十九届新技术论坛 20131018中国移动通信集团设计院有限公司 第十九届新技术论坛 VoLTE关键技术及部署策略研究无线所 程日涛 徐德平 张新程【摘 要】：本文首先介绍了VoLTE的原理和关键技术，随后从覆盖规划、容量规划等角度分析了VoLTE的规划设计要求，最后对VoLTE的网络部署影响因素进行了具体分析，并提出了部署的策略。【关键词】：VoLTE 半持续调度 头压缩 RLC分段 TTI绑定 1 概述LTE网络为用户提供了更高速率的移动数据业务服务，并为这种服务提供了通信网络向全IP网络的演进的架构。但毫无疑问，语音业务仍然是运营商重要的收入来源之一，随着

2、中国移动TD-LTE网络的规模部署，如何与2G、3G网络协同提供理想的语音服务是面临的重要课题之一。中国移动参照3GPP规范定义的标准解决方案，结合网络现状及产业发展预期提出了相应的语音连续性解决方案，主要有以下三种：方案一：CS Fallback（Circuit Switched Fallback）。当LTE用户使用话音业务时，呼叫均切换至2G/3G网络，由核心网电路域负责疏通。方案二：VoLTE（Voice Over LTE）+ SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）。当LTE用户位于LTE网络时，由IMS网络控制实现话音业务；并通过SRVCC技

3、术保障用户在LTE网络与2G/3G网络间切换过程中的“不掉话”。方案三：双待机。即终端同时连接到TD-LTE网络和能够提供电路域语音业务的2G或3G网络，时间终端业务在多网的并发。图 11 中国移动TD-LTE网络语音解决方案VoLTE/SRVCC是3GPP明确的目标语音方案，但目前厂家设备支持、终端成熟性尚不具备。CSFB是国际规范确定的过渡方案，目前国际运营商LTE语音均采用该方案。双待机方案（类型一2G/3G一待4G一待：类型二： 2G一待3G/4G一待）: 长期存在方案。三种方案的对比如下表所示：表11 语音解决方案比较对比项目 单卡多模双待CSFBVoLTE 工作方式 一待提供语音业

4、务，一待提供数据业务，语音和数据可以并发。驻留在LTE上，有语音业务需求时，回落到2G，语音结束后返回4G。语音和数据不可以并发。数据业务和语音业务均在LTE上实现，语音和数据可以并发。 用户体验语音主要由2G提供，数据主要由LTE提供，用户体验较好。语音接通时延较长，语音结束后存在不可及时间。在语音结束后立即发起数据业务，数据业务将在2G承载，用户体验差。 可以提供高质量的语音通话以及高清视频通话，用户体验最优。但在弱无覆盖时会切换至其他网络 改造需求不需要网络升级和改动改造涉及核心网元MSC/MME/HSS，4G无线网元eNodeB，如需部署2G-4G重选，还需改造2G无线网元BSC改造涉

5、及核心网元MSC/MME/HSS/PCRF/DRA/IMS，4G无线网元eNodeB，如需部署2G-4G重选，还需改造2G无线网元BSC产业情况 已有多款终端。PS和CS并发，需要终端做好射频干扰控制。价格比CSFB机略贵。已有多款终端。目前暂时没有终端，预计最快2014年底发布预商用终端。2 VoLTE原理及关键技术2.1 VoLTE基本概念VoLTE是GSMA定义的标准LTE语音解决方案，IMS网络是业务控制网络，配合LTE和EPC网络实现端到端的基于分组域的语音、视频通信业务。通过IMS系统的控制，VoLTE解决方案可以提供和电路域性能相当的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、

6、呼叫等待、会议电话等。 VoLTE实现VoIP语音业务时，除了由EPS系统提供承载，由IMS系统提供业务控制外，还要由PCC架构实现用户业务QoS控制以及计费策略的控制。 VoLTE业务的基本流程：1. VoLTE终端接入LTE网络，进行LTE附着 2. 附着成功后，从PGW得到IP地址，并建立到IMS网络的信令承载 3. VoLTE终端通过IMS信令承载注册到IMS网络 4. VoLTE终端通过客户端发起向另一VoLTE终端的高清语音或视频呼叫.同时由CSCF发起专有承载建立。 5. IMS网络对被叫进行寻址呼叫，被叫振铃 6. 被叫摘机，呼叫成功，双方进行通话图 21 VoLTE基本流程在

7、中国移动VoLTE技术白皮书中明确要求VoLTE提供高质量音视频业务体验：支持高清语音、高清视频，采用eSRVCC支持语音业务连续性，与融合通信结合，提供更为丰富的业务体验。目前，3GPP中最常用的话音编码算法为AMR算法和AMR-WB算法。AMR-WB算法是新提出的话音编码算法，与AMR算法不同的是其话音带宽更宽（16KHz代替8KHz），以更高的编码率为代价产生更好的话音质量。AMR语音速率为4.75kbps12.2kbps，AMR-WB语音速率为6.6kbps23.85kbps。2.2 关键技术2.2.1 半持续调度半持续调度是基于VoIP业务特点，20ms调度一次，MCS、RB资源、传

8、输模式都不再修改。在transient state阶段，没有语音包调度，可进行其他业务的动态调度。在talk spurt state阶段，每20ms产生一个采样包，使用半静态调度，避免每次都进行上行动态调度请求。可获得20%左右的语音传输能力提升。静默期理论只有160ms一次的背景音符号。没有语音数据调度，此时可以进行其他业务的动态调度。在用户语音进行半静态调度时，如果有动态调度数据，可延迟调度，延迟动态调度能获得20%左右的语音能力提升。 图 22 半持续调度流程2.2.2 头压缩LTE系统中的ROHC功能实体位于UE和eNodeB的用户面PDCP（Packet Data Convergen

9、ce Protocol）实体中，仅用于用户面数据包的头压缩和解压。压缩方对报文头进行压缩，并传递头部压缩信息给解压方；解压方通过上下文来确保头压缩报文能够被正确的解压。图 23 头压缩处理示意图不采用ROHC头压缩情况下，RTP开销占12 BYTE，UDP头占8 BYTE，IP头占20 BYTE（IPv4）。采用ROHC头压缩，ROHC头压缩开销占6 BYTE左右。举例：对于AMR12.2k语音编码速率，净荷为264bit，采用ROHC头压缩，共39B，考虑PDCP、RLC和MAC头后，共43B，即344bit。2.2.3 RLC分段与TTI绑定RLC分段指RLC层会根据底层上报信息：如分配的

10、无线资源的数据承载能力，对PDCP PDU进行分段形成RLC PDU，以适应所分配的无线资源的大小。TTI绑定指UE在连续多个TTI（协议规定为4个）上传输固定数目的数据，不需要等待HARQ进程。从而降低了分片带来的系统头开销和丢包出错的概率。HARQ进程也采用TTI Boundling。当测量SINR小于一定的值时，启动TTI Boundling功能，小区边缘需要启动TTI Boundling。eTU3信道下，TTI Boundling的增益约为34dB。 图 24 RLC分段与TTI绑定处理示意图3 VoLTE业务对网络规划指标的影响3.1 覆盖指标针VoLTE业务进行链路预算，按VoLT

11、E业务占用3RB。AMR12.2kbps业务解调门限为PB3信道条件下，MCS2，BLER=1%的解调门限。链路级仿真使用RLC分段技术，未使用TTI Bundling。得到链路预算结果如下： 表31 VoLTE业务链路预算信道 F频段、子帧配置（1:3,3:9:2） D频段、子帧配置(2:2,10:2:2) 八天线八天线下行PDSCH(1Mbps/50RB,50%负荷)142.58 145.08 PDCCH(Format2,50%负荷)137.79 139.79 AMR 12.2140.28 142.78 RSRP(F：-100dBm，D：-98dBm) 134.92 137.42 上行PU

12、SCH(128kbps/10RB F频段,256kbps/10RB D频段,50%负荷) 133.66 136.16 PRACH(Format1,50%负荷)143.97 145.97 PUCCH(Format2,50%负荷)148.36 150.36 AMR 12.2135.45 137.95 以密集城区为例，AMR 12.2K话音业务的MAPL大于目前RSRP规划指标的MAPL要求，即当前规划指标能够满足AMR 12.2K话音业务的覆盖要求。 低速WB-AMR业务（12.65K）与AMR 12.2K话音业务覆盖能力相同，高速WB-AMR业务（23.85K）的MPAL低于AMR 12.2K业

13、务约4dB（估算）。可通过占用更多的RB资源或使用TTI Bundling 实现连续覆盖。 3.2 容量核算VoLTE容量受到几个因素的影响：1. VoIP单业务占用的业务信道资源，在不同信道条件下占用的资源不同。2. 控制信道资源，主要指PDCCH的调度资源。3. 用户分布。针对不同速率的业务，其映射到空口就是速率越高，空口的TBsize越大，相同信道条件下需要的PRB越多；相同业务下，不同CQI条件下，CQI越高空口所需的PRB越少。TBS选取标准为，在CQI支持的条件下，选取相应的MCS对应的RB刚好能够承载一个MAC PDU（MAC PDU可能是一个语音包，也可能是一个语音包的一个RL

14、C分段）。以VoLTE AMR 12.2k业务估算条件，按50%网络负荷估算，假设远、中、近点的MCS为2阶、8阶、14阶。且用户数比例为3：4：3。激活因子c为0.4。控制信道PDCCH所容纳的容量为172个。业务信道F频段：用户数126个。D频段：用户数252个。对于VoIP业务，因上下行业务需求是一致的，因此2：2子帧配比能够提供更高的容量。综合来看，在假设的场景下，F频段配置支持用户数126个，D频段配置支持用户数172个。3.3 其他影响VoLTE引入还与多业务调度算法，SRVCC控制问题相关，需要通过测试等手段进行研究。4 网络部署策略4.1 影响因素分析因素一：产业进展 华为、爱

15、立信等厂商的网络设备现已具备测试条件，但产业进展参差不齐，全面支持将在2014下半年。芯片及终端发展有所滞后， SQN最早于2013年Q3发布，其它芯片将在2014年上半年陆续推出，终端涉及与VoLTE深度集成，与APP方式相比更为复杂，初步估计需在芯片推出后增加3-6个月的开发周期。 因素二：网络改造进程 VoLTE部署是复杂的端到端系统工程，涉及LTE、IMS、现有2G网络9类网元设备改造，及LTE、电路域、IMS的多网络间互操作。以现网规模试验6城市为例，涉及9个厂家、5个接口改造（S1，Sv，S6a，SGi，Rx），共有超过20个配对测试。目前eSRVCC国外尚未部署，包括FDD在内，欠缺可参考的部署经验，改造过程存在未知风险。 因素三：LTE连续覆盖及优化程度 LTE连续覆盖程度做到与TD-S类似时，与现网切换比例为5-10%。为提升用户体验，建议VoLTE商用的覆盖条件为，连续覆盖及优化程度与TD-S相当。 4.2 部署策略VoLTE标准已经相对比较成熟，但网络性能，包括终端支持度还不是很成熟。加上目前还没有运营商完成部署及商用。建议在初期阶段可适当作为增值或特殊业务推动，在后期技术成熟，包括SRVCC，IMS等技术比较完善后，在整网规划，逐步取代CSFB，