吳桐

（普天信息工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，北京 100088）

VoLTE是直接在LTE網(wǎng)絡(luò)上提供高質(zhì)量的音視頻通話技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與語音業(yè)務(wù)在LTE網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。VoLTE語音服務(wù)具有呼叫時(shí)延短、話音質(zhì)量高、支持高清視頻等優(yōu)點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P化演進(jìn)，VoLTE是語音演進(jìn)的最終目標(biāo)方案。

VoLTE語音業(yè)務(wù)中，分組丟失問題是影響語音質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。高分組丟失率會(huì)導(dǎo)致語音吞字、斷續(xù)、單通等問題，嚴(yán)重影響用戶感知。本文從VoLTE協(xié)議棧入手，分析各協(xié)議層主要功能，提出分組丟失優(yōu)化方法，展示參數(shù)試點(diǎn)效果。

1 VoLTE協(xié)議棧

VoLTE業(yè)務(wù)包括語音流和信令流，分別承載在QCI 1和QCI 5上。語音分組使用RTP（Real-time Transport Protocol，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議），再加上UDP分組頭、IP分組頭，在應(yīng)用層最終打包成IP分組進(jìn)行傳輸。在無線空口，按照協(xié)議IP分組進(jìn)一步被轉(zhuǎn)換成PDCP分組，PDCP分組就是空口傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)。

PDCP分組傳輸異常會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用層RTP分組的丟失，從而引起語音感知差。如圖1 VoLTE協(xié)議棧示意圖所示，PDCP分組在終端和基站間傳輸涉及PDCP、RLC、MAC、PHY各協(xié)議層，因此VoLTE分組丟失問題需要針對(duì)各層實(shí)體進(jìn)行分析優(yōu)化。

圖1 VoLTE協(xié)議棧示意圖

2 協(xié)議子層分析及優(yōu)化策略

2.1 PDCP子層分析及優(yōu)化策略

PDCP子層的一項(xiàng)重要過程是對(duì)來自上層的IP數(shù)據(jù)分組進(jìn)行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。該過程涉及Discard Timer（丟棄定時(shí)器）：PDCP從高層接收到一個(gè)SDU，就會(huì)啟動(dòng)Discard Timer，超時(shí)后沒有收到底層（RLC層）的指示，就會(huì)丟棄此SDU。因此，PDCP Discard Timer設(shè)置過短容易導(dǎo)致PDCP SDU還未發(fā)送完成就遭丟棄，造成無謂的分組丟失。

協(xié)議規(guī)范PDCP Discard Timer取值范圍：{0，50，100，150，300，500，750，1500， infinity}（ 單 位 ：ms）。單獨(dú)考慮分組丟失問題，該參數(shù)可以設(shè)置為infinity，但是，PDCP Discard Timer設(shè)置過長容易導(dǎo)致PDCP層資源占用過多，影響后續(xù)分組的發(fā)送時(shí)延。因此，參考表 1標(biāo)準(zhǔn) QCI特性，QCI 1、2、5、8、9（VoLTE注冊及業(yè)務(wù)涉及的QCI）的分組時(shí)延預(yù)算，兼顧分組丟失和分組時(shí)延，普通場景下建議PDCP Discard Timer設(shè)置為300 ms。高話務(wù)場景下，由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重，用戶調(diào)度率較低，建議PDCP Discard Timer調(diào)整為750 ms。

2.2 RLC子層分析及優(yōu)化策略

VoLTE語音業(yè)務(wù)為保證更小的時(shí)延要求，采用UM傳輸模式，該模式提供除重傳和重分段外的所有RLC功能。UM發(fā)送實(shí)體接收到上層（PDCP層）的RLC SDU，放入發(fā)送緩存中，根據(jù)底層（MAC層）指示的RLC PDU大小對(duì)發(fā)送緩存中的RLC SDU進(jìn)行分段或級(jí)聯(lián)，生成UMD（UM Data，非確認(rèn)模式數(shù)據(jù)）PDU，再添加RLC頭發(fā)送給MAC層。

表1 標(biāo)準(zhǔn)QCI特性

RLC分段可以將一個(gè)大的數(shù)據(jù)分組分割成多個(gè)較小的數(shù)據(jù)分組，從而減少每個(gè)子幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，進(jìn)而下調(diào)MCS，降低SINR解調(diào)門限，最終達(dá)到減少分組丟失的效果。RLC分段數(shù)越多，分組丟失改善越明顯，但是時(shí)延影響越嚴(yán)重，因此RLC分段數(shù)需要合理取值。

TDD制式下普遍采用上/下行配置2組網(wǎng)，如表2 TDD網(wǎng)絡(luò)上下行子幀分配所示，激活期語音分組周期（20 ms，即2個(gè)無線幀）內(nèi)上行只有4次調(diào)度機(jī)會(huì)。因此，RLC分段數(shù)建議限制為4，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)分組積壓。同時(shí)廠家新版本功能中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)RLC分段限制自適應(yīng)功能：根據(jù)信道質(zhì)量，分段數(shù)在設(shè)置的最小值和最大值之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，建議最小值為2，最大值為6。

表2 TDD網(wǎng)絡(luò)上下行子幀分配

2.3 MAC子層分析及優(yōu)化策略

上面已經(jīng)提到UM模式的RLC子層無重傳功能，所以MAC子層的HARQ重傳次數(shù)對(duì)分組丟失的影響至關(guān)重要。MAC子層將接收到的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)分組保存在HARQ Buffer中，并與后續(xù)接收到的重傳數(shù)據(jù)分組進(jìn)行合并解碼，從而得到一個(gè)比單獨(dú)解碼更可靠的數(shù)據(jù)分組。如果解碼還是失敗，則重復(fù)“請(qǐng)求重傳，再進(jìn)行軟合并”的過程。因此，重傳的次數(shù)越多，分組丟失的概率越小。

TDD制式下的上行重傳為同步模式，兩次重傳的時(shí)間間隔一定是10 ms，即上行重傳一次，需增加10 ms時(shí)延。下行重傳為異步模式，兩次重傳的時(shí)間間隔并不固定，但是時(shí)延最大將超過13 ms（協(xié)議表Uplink ACK/NACK timing index k for TDD可知。此處暫不討論，主要說明上下行重傳時(shí)間間隔約10 ms）。

根據(jù)表1 標(biāo)準(zhǔn)QCI特性可知，VoLTE業(yè)務(wù)時(shí)延預(yù)算：100～300 ms，同時(shí)參考上述RLC分段限制自適應(yīng)范圍：2～6次，因此，普通場景下MAC子層HARQ最大重傳次數(shù)建議設(shè)置為5次。高速高鐵等快衰場景下，無線信道變化較快，建議HARQ最大重傳次數(shù)增大至8次。

2.4 PHY子層分析及優(yōu)化策略

前文提到RLC SDU根據(jù)MAC層指示的大小進(jìn)行分段，這個(gè)指示即基站調(diào)度的TB Size。TB Size由兩個(gè)參數(shù)決定：RB數(shù)和MCS?；鞠滦姓{(diào)度的RB數(shù)和MCS主要由下行SINR決定，而基站上行調(diào)度的RB數(shù)和MCS主要由上行SINR和PHR來決定。由于上下行SINR主要涉及覆蓋干擾，PHR主要關(guān)聯(lián)上行功控。因此，分組丟失問題在PHY子層最本質(zhì)的工作還是覆蓋整治和干擾排查，在杜絕弱覆蓋、重疊覆蓋、上行干擾、上下行鏈路不平衡等問題的基礎(chǔ)上，配合實(shí)施上行功控參數(shù)優(yōu)化。

對(duì)于農(nóng)村、郊區(qū)等站間距較大導(dǎo)致上行覆蓋受限的場景，建議修改上行功控策略，提高RB的功率譜密度，使基站更容易解調(diào)，減少分組丟失的概率。VoLTE語音業(yè)務(wù)上行覆蓋受限可通過ML1層信令LTE PUSCH Power Control解碼評(píng)估，如果PUSCH Tx Power＞PUSCH Actual Tx Power，即說明上行覆蓋受限，需要提升PUSCH發(fā)送功率。

UE在PUSCH信道上第i子幀的發(fā)送功率（單位：dBm）為：

PPUSCH(i)=min{PCMAX，10lgMPUSCH(i)+P0_PUSCH(j)+α(j)·PL+ΔTF(i)+f(i)}

PCMAX：UE的最大發(fā)射功率。

MPUSCH：UE的傳輸帶寬RB數(shù)量。

P0_PUSCH：半靜態(tài)功率基準(zhǔn)值。

α：路損補(bǔ)償系數(shù)。

PL：下行路損值。

ΔTF：由調(diào)制編碼方式和數(shù)據(jù)類型所確定的功率偏移量。

f：閉環(huán)功控調(diào)整值。

上行功控的公式比較復(fù)雜，涉及的參數(shù)也比較多，但日常優(yōu)化過程中最常見的優(yōu)化參數(shù)是P0_Nominal_PUSCH（影響P0_PUSCH的主要參數(shù)）和α，通過P0_Nominal_PUSCH和α的配置來達(dá)到提升上行覆蓋的效果。

3 優(yōu)化效果

參考表3高分組丟失率TOP小區(qū)優(yōu)化措施，對(duì)高分組丟失率TOP小區(qū)進(jìn)行場景分類，同時(shí)根據(jù)場景特點(diǎn)，調(diào)整各協(xié)議層參數(shù)配置，驗(yàn)證分組丟失率改善效果。

參數(shù)優(yōu)化后，VoLTE分組丟失相關(guān)指標(biāo)均達(dá)考核標(biāo)準(zhǔn)。如圖2所示，網(wǎng)管上行分組丟失率由0.25%改善至0.12%，改善幅度達(dá)0.13%；MR上行高分組丟失率小區(qū)占比由5.33%改善至2.93%，改善幅度達(dá)2.4%。從參數(shù)試點(diǎn)效果來看，該套優(yōu)化方法適用于VoLTE分組丟失問題優(yōu)化。

4 結(jié)束語

分組丟失問題是VoLTE優(yōu)化工作的重點(diǎn)?；跓o線側(cè)的覆蓋、干擾、切換優(yōu)化依然是日常工作的基礎(chǔ)，但是針對(duì)VoLTE的業(yè)務(wù)特性，參考各協(xié)議層的主要功能，借助各協(xié)議層的重要參數(shù)，VoLTE分組丟失問題可以得到更加顯著的改善。

表3 高分組丟失率TOP小區(qū)優(yōu)化措施

圖2 VoLTE分組丟失優(yōu)化效果

[1] 苗峰, 譚利平, 韓秀峰. VOLTE覆蓋增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用[J]. 中國新通信, 2017(4):106-107.

[2] 卓松華. VoLTE無線感知丟包與質(zhì)差小區(qū)問題研究[J]. 廣東通信技術(shù), 2017(2):64-66.

[3] 劉揚(yáng). 保定VoLTE RTP丟包率解決方案[J]. 通訊世界, 2016(8):61-62.