王少華++仇潤(rùn)鶴

摘 要：話音業(yè)務(wù)是移動(dòng)通信網(wǎng)為用戶提供的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)之一。在長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE） 時(shí)代，有多種承接2G/3G話音業(yè)務(wù)的方案，而VoLTE（Voice over LTE）是未來(lái)的主流方案。介紹了VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。基于該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單小區(qū)容量測(cè)試實(shí)例，即在滿足相應(yīng)VoLTE指標(biāo)的情況下，驗(yàn)證單小區(qū)能夠容納的最大用戶數(shù)。在測(cè)試預(yù)置條件中，分別配置了上下行時(shí)隙配比、帶寬、DRX和承載等參數(shù)，以達(dá)到測(cè)試的要求。經(jīng)過(guò)不斷的研究和測(cè)試，最終得出了測(cè)試結(jié)果——在20 MHz帶寬下，高清語(yǔ)音業(yè)務(wù)單小區(qū)最大容納200UE。

關(guān)鍵詞：LTE；VoLTE；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；單小區(qū)容量

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.008

基于LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)域的語(yǔ)音業(yè)務(wù)方案Voice over LTE（VoLTE）是基于IP Multimedia System（IMS）設(shè)立的，它可以為用戶提供HD voice的高質(zhì)量語(yǔ)音業(yè)務(wù)。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況的提升，LTE智能終端款型迅速增長(zhǎng)，而VoLTE語(yǔ)音方案仍是運(yùn)營(yíng)商尋求提供高語(yǔ)音質(zhì)量業(yè)務(wù)的主要驅(qū)動(dòng)力和發(fā)展方向。

截至2014-03，根據(jù)GSA的統(tǒng)計(jì)，有6個(gè) LTE FDD網(wǎng)絡(luò)完成了VoLTE語(yǔ)音方案的商用部署，其中3個(gè)為韓國(guó)運(yùn)營(yíng)商；而在1 563款智能手機(jī)中，已經(jīng)有57款支持VoLTE，比上季度的42款增加了35%.

2014年，各國(guó)運(yùn)營(yíng)商積極推動(dòng)VoLTE商用部署進(jìn)程。在韓國(guó)市場(chǎng)中，有3家運(yùn)營(yíng)商均已商用VoLTE，成為了先鋒陣營(yíng)；在美國(guó)，T-Mobile近日宣布，VoLTE在西雅圖商用，并將盡快推廣；AT&T宣布，5月底開始在個(gè)別地區(qū)商用VoLTE，進(jìn)而將其推廣到全國(guó)。除了韓國(guó)和美國(guó)外，日本NTT Docomo也于近日宣布，將在2014-06推出VoLTE商用服務(wù)。ABI Research預(yù)測(cè)，2014年VoLTE用戶數(shù)將達(dá)到5 960萬(wàn)，到2019年，VoLTE用戶數(shù)將超過(guò)12億，超過(guò)LTE用戶數(shù)的50%.

VoLTE是今天語(yǔ)音和視頻通話的增強(qiáng)版，它充分利用了LTE的優(yōu)勢(shì)，改善了用戶的體驗(yàn)，是LTE話音的最終解決方案，這也在業(yè)界達(dá)成了共識(shí)。

1 VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是由E-UTRAN、Evolved Packet System（EPS）和IMS控制域組成的。E-UTRAN主要包括基站（eNodeB），核心網(wǎng)（EPS）主要包括MME、S-GW和P-GW等。其中，MME是EPS控制面的實(shí)體，S-GW是本地的移動(dòng)性錨點(diǎn)，P-GW是連接外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的錨點(diǎn)，并能分配IP地址。IMS包含的主要網(wǎng)元是CSCF。其中，P/I/S-CSCF（call session control function）為呼叫會(huì)話控制功能實(shí)體，主要完成呼

叫會(huì)話過(guò)程中的信令轉(zhuǎn)發(fā)、路由和具體控制功能。VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，P-CSCF用于IMS網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)入口點(diǎn)，用來(lái)接收用戶的所有SIP信令，位于歸屬或拜訪網(wǎng)絡(luò)；I-CSCF作為進(jìn)入歸屬IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點(diǎn)，選擇和指派S-CSCF，位于歸屬網(wǎng)絡(luò)；S-CSCF負(fù)責(zé)SIP注冊(cè)、會(huì)話管理和鑒權(quán)、路由選擇，與HSS交互獲取用戶信息，位于歸屬網(wǎng)絡(luò)。

VoLTE業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方案是以LTE作為接入和承載的網(wǎng)絡(luò)，以IMS作為語(yǔ)音和多媒體等業(yè)務(wù)的控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)PCC（Policy and Charging Control）架構(gòu)與EPS協(xié)同提供QoS保障機(jī)制，從而滿足端到端的語(yǔ)音業(yè)務(wù)需求。

圖1 VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2 單小區(qū)容量測(cè)試實(shí)例

2.1 測(cè)試目的

該測(cè)試主要用于驗(yàn)證在滿足相應(yīng)VoLTE指標(biāo)情況下單小區(qū)能夠容納的最大用戶數(shù)。

2.2 測(cè)試原理

在LTE中，將物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）

作為空中接口物力資源分配的單位。1個(gè)PRB在頻域上包含12個(gè)連續(xù)的子載波，在時(shí)域上包含7個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)。LTE通過(guò)設(shè)置不同的子載波數(shù)目，可以映射為不同的資源塊（PRB）數(shù)目。其中，20 MHz系統(tǒng)帶寬的子載波數(shù)為1 201，PRB數(shù)目為100個(gè)。

每個(gè)PRB同一時(shí)刻一次只能供一個(gè)用戶調(diào)度使用。系統(tǒng)分配給UE的資源在頻域上是以RB為單位的，在時(shí)域上是1個(gè)或多個(gè)完整的上行子幀，eNB可以決定哪個(gè)UE在哪個(gè)上行子幀發(fā)數(shù)據(jù)，也可以決定哪個(gè)UE在頻域上占用了幾個(gè)RB。這樣，eNB可以在時(shí)域和頻域上對(duì)UE資源進(jìn)行二維的劃分。

LTE受PHICH容量的限制，PHICH組=Ng×NRB/100，Ng∈{1/6，1/2，1，2}，這是由上層決定的。在20M帶寬下，PHCIH最大有25組，而PHCIH組中最大可以承載8個(gè)用戶的ACK/NACK消息，因此，可以計(jì)算出200個(gè)用戶。

2.3 測(cè)試參數(shù)配置

網(wǎng)絡(luò)按照支持基于VoLTE的IMS 之QoS要求配置QoS參數(shù)，并建立默認(rèn)承載、信令承載和專用承載，從而保證VoLTE話音可以打通，具體配置如表1所示。

表1 測(cè)試參數(shù)配置

上下行子幀配置參數(shù) 3DL：1UL

帶寬 20 MHz

承載配置 語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載 QCI=1

SIP信令承載 QCI=5

業(yè)務(wù)配置 高清 23.85 kbps語(yǔ)音速率

靜默因子 0.5

CDRX onDurationTimer 8 psf

drx-InactivityTimer 4 psf

drx-RetransmissionTimer 4 psf

longDRX-CycleStartOffset 40 sf

頭壓縮針 僅對(duì)QCI1承載開啟

2.4 測(cè)試步驟

在測(cè)試時(shí)，具體的步驟是：①業(yè)務(wù)配置為高清23.85 kbps語(yǔ)音速率、靜默因子為0.5，使用上下行3DL：1UL時(shí)隙配比；②開啟頭壓縮功能、CDRX功能，并按照預(yù)置條件設(shè)置；③終端仿真儀表模擬200個(gè)UE在小區(qū)正常入網(wǎng)，200個(gè)用戶發(fā)起高清語(yǔ)音業(yè)務(wù)，觀察5 min后，通過(guò)終端仿真儀表的log查看每個(gè)用戶的平均端到端RTP時(shí)延是否小于100 ms、端到端RTP時(shí)延抖動(dòng)是否小于40 ms、平均端到端殘留丟包率是否不大于1%、高清語(yǔ)音MOS分是否大于3.5；④如果步驟③的200個(gè)用戶中有部分用戶的指標(biāo)不滿足要求，則以10為步進(jìn)減少終端數(shù)量，直到所有入網(wǎng)打電話用戶的UE都滿足指標(biāo)要求，觀察5 min后，如果200個(gè)用戶的指標(biāo)都滿足要求，則轉(zhuǎn)步驟⑤；⑤如果步驟③的200個(gè)用戶指標(biāo)滿足要求，則以10為步進(jìn)增加終端數(shù)量，直到有用戶的指標(biāo)不滿足指標(biāo)要求，這時(shí)就要觀察5 min。

2.5 測(cè)試結(jié)果分析

在實(shí)際語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)中，MOS（Mean Opinion Score）法最常見，最后的測(cè)試結(jié)果參考表2作評(píng)判。

在終端模擬儀表上經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和測(cè)試，最終得出帶寬為

20 MHz時(shí)，寬帶語(yǔ)音業(yè)務(wù)（語(yǔ)音速率23.85 kbps）接入成功200UE，觀察5 min后，得到了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，如圖2所示。

表2 MOS值級(jí)別對(duì)應(yīng)用戶滿意度一覽表

級(jí)別 用戶滿意度

4.0～5.0 很好，聽得清楚，延遲很小，交流流暢

3.5～4.0 很好，聽得清楚，延遲小，有點(diǎn)雜音

3.0～3.5 可以接受，有一定延遲，可以交流

1.5～3.0 勉強(qiáng)，聽不太清，交流重復(fù)多次

0～1.5 極差

從圖2中可以看出，真正打通電話的用戶數(shù)為200個(gè)，其平均MOS值為4.463.通過(guò)對(duì)終端模擬儀表的記錄日志的總結(jié)得出，在200UE中，語(yǔ)音電話失敗數(shù)為0，丟包率均小于1%，RTP時(shí)延抖動(dòng)均小于40 ms，并且RTP平均時(shí)延全部小于100 ms。

圖2 200UE測(cè)試結(jié)果圖

3 結(jié)束語(yǔ)

VoLTE是各大運(yùn)營(yíng)商基于LTE網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)演進(jìn)的必然結(jié)果，它不僅擁有傳統(tǒng)QoS保障機(jī)制和其語(yǔ)音特征，還擁有新的語(yǔ)音特性，高清語(yǔ)音、RCS/RCSe業(yè)務(wù)特性等。只有VoLTE擁有非常好的服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)，才能迎接OTT通信類軟件的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，要想實(shí)現(xiàn)VoLTE還需要考慮很多問(wèn)題，比如產(chǎn)業(yè)鏈投入成本或網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略等。但是，考慮到VoLTE技術(shù)能夠充分利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并圍繞相關(guān)內(nèi)容提高用戶的感知體驗(yàn)；再加上運(yùn)營(yíng)商自身的特點(diǎn)，相信VoLTE在未來(lái)一定能夠被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕