周銳

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影響VoLTE容量能力的因素分析及優(yōu)化措施初探

周銳

（重慶市信息通信咨詢設計院有限公司，重慶 400041）

VoLTE技術是一項基于IMS網(wǎng)絡中的語音業(yè)務，雖然其技術所使用的是IP數(shù)據(jù)傳輸，但VoLTE可以通過高清編解碼技術來有效提高語音通話品質。在4G語音支持下，可以帶給用戶更好的用戶體驗?；诖耍槍τ绊慥oLTE容量能力因素進行分析，可以更好地總結出具體的優(yōu)化措施，為其技術的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎。

VoLTE技術；容量能力；優(yōu)化措施；動態(tài)調度

VoLTE語音技術是基于IMS系統(tǒng)的一項語音業(yè)務，通過其系統(tǒng)支持可以實現(xiàn)多種接入方式，并能夠有效豐富各項多媒體業(yè)務。從本質上來分析，VoLTE技術所使用的IP數(shù)據(jù)傳輸技術，是依托于4G網(wǎng)絡的一項穩(wěn)定技術，可以完成數(shù)據(jù)與語音處于同一網(wǎng)絡的統(tǒng)一。VoLTE技術給用戶帶來了高品質的音視頻通話質量，為用戶提供了更優(yōu)質的用戶體驗。VoLTE與傳統(tǒng)電路域語音業(yè)務有一定的區(qū)別，想要對其網(wǎng)絡容量進行優(yōu)化，必須要研究能夠產生影響的各種因素，并通過預估VoLTE容量的方式來對其網(wǎng)絡進行優(yōu)化。

1 影響VoLTE容量能力的各項因素分析

1.1 業(yè)務信道對VoLTE容量形成的影響

對LTE業(yè)務信道而言，可以劃分為PUSCH、PDSCH兩種類型，即物理層上、下行共享信道。在VaLTE業(yè)務中的上下行業(yè)務量，通常會表現(xiàn)出相對對稱，其語音數(shù)據(jù)包主要承載于上、下行的RB資源塊中。在這樣的業(yè)務信道系統(tǒng)中，有可能會受到上、下行物理共享信道的影響，讓其成為系統(tǒng)容量一個瓶頸。在VoLTE技術中的VoIP業(yè)務，其用戶容量主要是選擇上行或者下行用戶容量最小的一項。

1.2 控制信道對VoLTE容量形成的影響

基于LTE系統(tǒng)存在相應的調度器，其作用是對相關資源塊開展實時調度。因此，想要讓其系統(tǒng)中的資源得到合理配置與使用，需要在每一次調試過程中進行調度信令交互。所以，系統(tǒng)中的PDCCH控制信令會產生非常大的開銷，較大的開銷會導致PDCCH控制信道對VoLTE系統(tǒng)容量形成影響。

1.3 設備調度性能對VoLTE容量形成的影響

任何網(wǎng)絡體系都需要設備給予支持，不同設備所對于每TTI的調度能力是特定的，但可以通過設備性能以及調試策略來進行優(yōu)化。當前許多相關設備生產商出產的設備其調度能力并不高，所以設備每TTI的調度能力則會成為對其系統(tǒng)容量產生影響的因素之一。

2 VoLTE容量計算方式

2.1 針對業(yè)務信道容量計算方式

VoLTE在開展業(yè)務過程中，所產生的數(shù)據(jù)包是基于LTE物理資源塊的。整個系統(tǒng)需要按照用戶需求進行資源塊調度，可以更好地將其資源塊分配到不同用戶群體中。LTE資源塊不僅承載著相關的業(yè)務數(shù)據(jù)，還需要對公共控制信息進行承載。因此，信道容量可以通過以下方法來進行計算。

單業(yè)務場景下可支持VoLTE用戶數(shù)量=單個無線幀內實際可用資源塊數(shù)量/相關業(yè)務占單個無線幀中的平均使用資源塊數(shù)量。針對此計算方法進行分析，其中的單個無線幀內實際可用資源塊數(shù)量等于系統(tǒng)中單個無線幀總資源塊數(shù)——物理層協(xié)議開銷與業(yè)務目標負荷的乘積。在此算式中的物理層協(xié)議開銷可以劃分為上、下行兩個部分。

因此，計算時需要對其進行分別計算：上行物理層行物=PUCCH開銷+PRACH開銷+SRS開銷，下行物理層行物=PBCH開銷+PSS開銷+SSS開銷+SIB開銷。比如，可以以D頻段帶寬20 M為案例，其網(wǎng)絡上下行時隙配置是ZU2D，CFI配置是3.同時，其網(wǎng)絡業(yè)務目標負荷是0.5時，單個無線幀下行實際可用資源塊數(shù)量可以通過上式計算得到270，而其上行資源塊數(shù)量應該為1 840.

在不相同的無線場景以及各類型設備調度機制和性能條件下，單業(yè)務在不同的單個無線幀中的資源需求數(shù)量也會產生差異。因此，需要通過仿真形式來進行計算。比如在某個場景中，利用仿真技術可以獲取到VoLTE語音業(yè)務的消耗的平均PRB數(shù)，如表1所示。

表1 基于12.3 kbps速率下的PRB值

速率/kbps天線數(shù)量UL平均PRB值DL平均PRB值 12.382.012 62.057 5

通過表1 中的相關數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，單個語音包所分配到的1個資源塊。當VoIP業(yè)務模型中的語音包以及SID包各占一半時，則得出單12.2 kbps業(yè)務在單個無線幀中傳輸所占用的資源塊數(shù)量為：

上行：0.5×2.012 6資源塊×（10 ms/20 ms）+0.5×1資源塊×（10 ms/160 ms）=0.534 4資源塊。

下行：0.5×2.057 5資源塊×（10 ms/20 ms）+0.5×1資源塊×（10 ms/160 ms）=0.545 6資源塊。

在此過程中，如果上行HARQ平均傳輸次數(shù)為1.25，下行HARQ平均傳輸次數(shù)為1.15，同樣可以計算出上、下行所需求的資源：上行資行資源=0.534 4資源塊×1.25=0.668資源塊，下行資行資源=0.545 6資源塊×1.15=0.627 5資源塊。通過上述計算方法，可以得到具體的業(yè)務信道所支持VoLTE的用戶數(shù)量，上行支持量為275個，而下行支持量則為430個?？傊梢愿鶕?jù)具體的網(wǎng)絡配置、設計性能有相應的環(huán)境等情況，根據(jù)以上方式來進行計算。

2.2 針對設備調度性能的容量計算方式

當前不同設備支持的每TTI調度數(shù)量均有所限制，其具體的支持程序主要與設備性能以及調度策略相關。從當前市場主流設備來進行分析，所支持用戶數(shù)量為10～20個。因此，可以通過動態(tài)調度以及SPS調度進行分析，計算出具體VoLTE設備所具有的調度能力容量。

2.2.1 動態(tài)調度分析

當選擇動態(tài)調度時，如果PDCCH信道沒有相應的限制，其UL/DL UE per TTI能力可以最高達到20.假如每20 ms發(fā)送1個語音編碼包，則可以根據(jù)以下公式計算出相應的系統(tǒng)容量：

系統(tǒng)容量=Min[（20 ms內ULTTI數(shù)量）×（ULTTI調度能力），（20ms內ULTTI數(shù)量）×（ULTTI調度能力）]. （1）

當帶寬為20 MHz，其上下行時隙配置為2U2D，UE per TTI調度能力20，根據(jù)式（1）可以計算出其系統(tǒng)容量：Min（160=8×20 240=12×20）=160 UE。

在此計算過程中，需要考慮語音通話所存在的不連續(xù)特性。如果不存在真實語音包時，則會以舒適噪聲SID包的方式出現(xiàn)，其整個周期為160 ms。而SID包的實際調度時間會更長，實現(xiàn)對資源的有效調度，并將其應用到其他VoLTE用戶的語音包調度中。

如果語音中的靜默因子為0.4，則代表在整個通話中，有6層時間在說話，其等價系統(tǒng)容量折算系數(shù)為1.4 b，可以根據(jù)上式計算出系統(tǒng)容量：160×1.4=224 UE。

2.2.2 SPS調度分析

如果選擇SPS調度，所有網(wǎng)絡配置以及相關業(yè)務模型與上述相同，則可以通過擴展SPS調度時間為40 ms。其設備的調度性能所支持的容量則可以計算得出：224×2=448.

3 VoLTE容量能力優(yōu)化措施

3.1 采用ROHC頭壓縮技術進行優(yōu)化

應用VoLTE技術可切實提高整個網(wǎng)絡體系的質量，并增強用戶體驗。VoLTE應用了許多項關鍵技術，這些關鍵技術可以對其容量的提高起到非常大的影響，比如ROHC技術和SPS技術。在針對ROHC頭壓縮技術進行分析后發(fā)現(xiàn)，VoLTE語音業(yè)務通過編碼處理來完成。針對包含32字節(jié)有效載荷VoIP傳輸分組進行分析，如果使用IPv6報頭會提高到60字節(jié)，當使用IPv4報頭時則提高到了40字節(jié)。比率提高了188%和125%，自然會產生較多的額外開銷。所以，如果不對其信令開銷進行優(yōu)化，則會導致無線資源信令產生非常大的開銷。通過使用ROHC頭壓縮技術之后，整個開銷量會減少5字節(jié)左右。此外，再針對單語音用戶的空口傳輸速率進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，其速率通常會表現(xiàn)為34 kbps，在使用ROHC頭壓縮之后，可以將其速度降低為20 kbps。簡單而言，也就是說開啟ROHC頭壓縮機制后，提高了信道的利用率和分組數(shù)據(jù)的有效性，進而從業(yè)務信道開銷方面提高了系統(tǒng)容量。

3.2 采用SPS半靜態(tài)調度方式

在以往的LTE系統(tǒng)中，所使用的調度方式主要是以動態(tài)調度為主。即通過MAC實時、動態(tài)分配機制，對相關資源以及傳輸速度進行分配。在此過程中，主要是以按需分配的方式進行資源分析，不同調度都需要完成調度信令交互。這樣的調度方式會產生非常大的開銷。如何選擇SPS半靜態(tài)調度方式，則可以在相關數(shù)據(jù)傳輸時，將UE識別為半靜態(tài)調度。不僅可以對調度信息進行保存，還可以在一定固定時間內對時頻資源位置上的相關業(yè)務數(shù)據(jù)進行發(fā)送或接收。選擇半靜態(tài)調度傳輸方式，還可以利用好數(shù)據(jù)包周性到達的特征，通過一次授權的方式可以在相應周期進行使用，最終達到節(jié)省開銷的目的。通過這種優(yōu)化措施，不僅對通話質量不會產生影響，還可以支持更多的用戶，進一步提升系統(tǒng)容量。

4 結語

總之，VoLTE系統(tǒng)所具備的容量能力，主要與網(wǎng)絡配置、環(huán)境以及設備性能等相關。所以，需要根據(jù)不同的配置以及具體的場景進行正確計算，在得出不同影響因素的受限容量之后，設置最小值進行系統(tǒng)容量預估，從而尋找到有效的優(yōu)化措施，為用戶提供更優(yōu)質的用戶體驗。

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2095－6835（2019）05－0074－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.074

〔編輯：嚴麗琴〕