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VOLTE 覆盖增强关键技术的研究及应用【摘要】 VOLTE 是直接在 LTE 网络上提供高质量的音视频通话的技术, 是语音演进的最终目标方案。中国移动 VOLTE 技术目前已在大多数城市实现商用。本文根据VOLTE 技术的特点,研究了 VOLTE 覆盖增强关键技术,包括ROHC,TTI Bundling,上行 RLC 分段。 【关键词】 VOLTE 关键技术 覆盖增强 一、研究背景及意义 VOLTE 即 Voice over LTE,是直接在 LTE 网络上提供高质量的音视频通话的技术,可实现数据与语音业务在 LTE网络下的统一。VOLTE 语音服务具有呼叫时延短,话音质量高,支持高清视频等优点;随着网络的全 IP 化演进, VOLTE 是语音演进的最终目标方案。 中国移动 VOLTE 技术目前已在大多数城市实现商用。对运营商而言,部署 VOLTE 意味着开启了向移动宽带语音演进之路。从长远来看,这将给运营商带来两方面的价值,一是提升无线频谱利用率、降低网络成本;二是大大提升用户体验。 二、VOLTE 覆盖增强关键技术原理及应用 在 VOTLE 网络部署过程中,确保网络具备良好的覆盖性能是业界关注的热点问题之一。 VOLTE 业务有如下几个特点:1、周期性小包业务,典型 VOLTE 数据包净荷为 32 字节,而 RTP/UDP/IP 头的开销甚至超过净荷本身。2、LTE UE 的发射功率小,覆盖主要是上行受限。3、在 VOLTE 中每 20ms 产生一个语音分组,经过协议封装后,在空口上只占用若干个 TTI 进行传送,占用的 TTI 数量可能小于话音帧长 20,导致上行基站侧接收到的时域平均功率较小。 基于上述几个业务特点,ROHC(Robust Header Compression 健壮报头压缩技术) 、TTI Bundling、RLC 分段三种关键技术可有效改善 VOTLE 的边缘覆盖能力,特别是上行业务信道的覆盖。 2.1 ROHC 原理及应用 原理:ROHC(Robust Header Compression)是一种专为无线链路设计的数据包头压缩机制,以适应无线链路高误码率的链路特性。分组报头字段之间存在着冗余,冗余信息主要包含两个方面内容:在一个特定的分组流里面,很多字段在前后相邻的分组报文之间是重复的,比如 IP 报头中的源/目的 IP 地址;在同一个分组报头中也存在着冗余信息,比如 IP 报头中的长度字段及校验和字段。ROHC 报头压缩的最终目的就是要消除这些冗余信息。 ROHC 技术对 VOLTE 的作用如下:典型 VoLTE 数据包净荷为 32 字节,IP 头开销甚至超过净荷本身,经过 RoHC 压缩后,包头开销从 4060bytes 降为 46 bytes,开销占比降为 12.5%18.8%,从而对 VoLTE 业务信道覆盖和容量有显著增益。 应用:ROHC 的实际覆盖增益: 根据验证结果:上行受限场景下,RoHC 平均增益为6dB/2dB(标清/高清) ,符合理论预期;ROHC 开启后,不仅提高覆盖能力,同时也提高了容量:全网平均上行 RB 资源节省 26%/23%(标清/高清) 。 2.2 TTI Bundling 原理及应用 原理:在小区边缘存在瞬时传输速率较高、UE 上行功率受限等情况,会导致上行覆盖受限,在一个 TTI 内终端可能无法满足数据发送的误块率(BLER)要求。TTI bundling 可以提升上行覆盖性能,但增加了传输时延。 TTI Bundling 是指在 4 个连续的 TTI 上传输同一个数据块,4 个绑定的 TTI 作为同一个资源进行处理,不同的TTI 传输同一个数据块的不同 HARQ 冗余版本。增大了传输成功率,从而提高数据解调成功率。TTI Bundling 可以减少重传,降低 RTT 传输所需要的时间,充分利用 HARQ 合并的增益。 应用:TTI Bundling 应用建议如下: 1、TTI Bundling 的主要应用场景是室内深度覆盖区域和边缘覆盖区域。 2、UE 支持 TTI Bundling 特性。 3、高速或超高速小区中,UE 的信道变化会比较快,UE会频繁地进入和退出 Bundling,从而增加 Uu 口的信令负荷,还会导致语音质量下降,增加掉话的风险。 4、1.4MHz 带宽小区中关闭 TTI Bundling 特性。1.4MHz 带宽的小区只有 6 个 PRB,PRB 资源有限。而 TTI Bundling 需要在时域上消耗资源。 TTI Boundling 实测覆盖增益约为 2dB。子帧配比为2:2 时,建议适当开启,增强上行边缘覆盖。 2.3 上行 RLC 分段原理及应用 原理:当小区边缘 UE 功率受限时,上行覆盖能力下降,有可能导致 UE 无法在一个 TTI 时间内发送一个完整的数据包;通过引入 RLC 分段(RLC Segmentation) ,可将一个RLC SDU 拆分成若干个小的 PDU,从而减小了每个子帧上传输的数据量,提升了小区上行边缘覆盖能力。 RLC 分段的触发条件可以为信号质量,也可以为数据包大小等。RLC 的 SDU 在 RLC 层被分成多片,每个分片在进行传输时都会被重新添加 RLC/MAC 包头和 CRC 校验码,并在随后的每个 TTI 中传输其中一个分片。 VOLTE 语音包每 20ms 周期性发送一次,对于下上行时隙配比为 3DL:1UL 的系统,每 20ms 内有 4 个上行子帧,上行方向可实现最大分片数量为 4 个;对于下上行时隙配比为 2DL:2UL 的系统,每 20ms 内有 8 个上行子帧,上行方向可实现最大分片数量为 8 个。 RLC 分段的三要素: 1、RLC 分段启动条件: RLC 层数据块长度大于 MAC 层可承载的长度; 2、RLC 分段数量:限制其最大分段数量,控制 RLC/ MAC/CRC 开销; 3、RLC 分片重传:每个分片独立进行。 应用:RLC 数据包在 RLC 层被分成多段,有利于提高网络传输正确性,提升小区的边缘覆盖。上行 RLC 分段主要由上行调度分配的 TBS 决定。每次调度的 TBS 越小,上行RLC 分段越多。当信道质量很差时,UE 功率受限,上行调度的 TBS 很小,上行 RLC 分段很多,这样会导致: 1、 VoLTE 包时延大 ; 2、VoLTE 业务上行丢包(UE buffer 中的 VoIP 包不能得到及时调度,丢包定时器超时 ) ; 3、RLC 头/MAC 头开销大 ; 4、VoLTE 业务的上行动态调度消耗的 CCE 资源和 RB 资源多。 VoLTE 业务上行 RLC 分段增强通过限制上行动态调度的TBS 来限制 VoLTE 语音包的上行 RLC 分段数,限制单次上行动态调度的 TBS 最小值,从而限制一个 VoLTE 语音包的上行 RLC 分段数不超过上限。 实际验证结果:上行 RLC 分段增强特性可有效改善VOLTE 上行覆盖,建议开启?功能。 三、总结及应用推广 综上所述:ROHC、TTI Bundling、上行 RLC 分段增强三种关键技术可有效改善 VOTLE 的边缘覆盖能力,特别是上行业务信道的覆盖,这对 VOLTE 业务的发展及用户感知的提升起到重要作用。因此,建议现网开启 ROHC 及上行RLC 分段增强功能,特殊场景下适当开启 TTI Bundling 功能:
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