VoLTE关键技术及部署策略研究

徐德平，程日涛，张新程

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

VoLTE关键技术及部署策略研究

徐德平，程日涛，张新程

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

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。

基于LTE的话音；半持续调度；健壮性头压缩；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，话音业务仍然是运营商重要的收入来源之一，随着中国移动TD-LTE网络的规模部署，如何与2G/3G网络协同提供理想的话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话音连续性解决方案，主要有以下3种。

方案1：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2：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3：双待机。即终端同时连接到TD-LTE网络和能够提供电路域话音业务的2G/3G网络，实现终端业务在多网的并发。

VoLTE/SRVCC是3GPP明确的目标话音方案，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话音均采用该方案。双待机方案（2G/3G一待＋4G一待和2G一待3G/4G一待）： 长期存在方案。3种方案的对比如表1所示。

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话音解决方案，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话音、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话音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。

在《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：支持高清话音、高清视频，采用eSRVCC支持话音业务连续性，与融合通信结合，提供更为丰富的业务体验。

表1 话音解决方案比较

目前，3GPP中最常用的话音编码算法为AMR算法和AMR-WB算法。AMRWB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话音速率为4.75～12.2 kbit/s，AMR-WB话音速率为6.6～23.85 kbit/s。

2.2 关键技术

2.2.1 半持续调度 (如图1所示）

半持续调度是基于VoIP业务特点，20 ms调度一次，MCS、RB资源、传输模式都不再修改。

在transient state阶段，没有话音分组调度，可进行其它业务的动态调度。在talk spurt state阶段，每20 ms产生一个采样分组，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%左右的话音传输能力提升。静默期理论只有160 ms一次的背景音符号，没有话音数据调度，此时可以进行其它业务的动态调度。在用户话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%左右的话音能力提升。

图1 半持续调度流程

2.2.2 头压缩 (如图2所示）

LTE系统中的ROHC功能实体位于UE和eNode B的用户面PDCP（Packet Data Convergence Protocol）实体中，仅用于用户面数据分组的头压缩和解压。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。

不采用ROHC头压缩情况下，RTP开销占12 byte，UDP头占8byte，IP头占20 byte（IPv4）。采用ROHC头压缩，ROHC头压缩开销占6 byte左右。对于AMR12.2 kbit/s话音编码速率，净荷为33 byte，采用ROHC头压缩，共39 byte，考虑PDCP、RLC和MAC头后，共43 byte，即344 bit，而如果不采用ROHC，则数据分组长度达到77 byte，即616 bit，压缩效率非常显著。

图2 头压缩处理示意图

2.2.3 RLC分段与TTI绑定 (如图3所示）

RLC分段指RLC层会根据底层上报信息：如分配的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。

RLC分段可以降低业务解调要求，通过占用更多的时域资源降低SINR要求，但RLC分段方式会带来额外的分组头开销。

RLC分段是MAC层默认功能，对于3：1，20 ms中有4个上行子帧，可实现的最大分片数量为4个，对于2：2，20 ms中有8个上行子帧，可实现的最大分片数量为8个。

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分组丢失出错的概率。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2～4 dB。

3 VoLTE业务对网络规划指标的影响

3.1 覆盖指标

针对VoLTE业务进行链路预算，按VoLTE业务占用3RB。AMR 12.2 kbit/s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表2所示。

以密集城区为例，AMR 12.2 kbit/s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 12.2 kbit/s话音业务的覆盖要求。

低速WB-AMR业务（12.65 kbit/s）与AMR 12.2 kbit/s话音业务覆盖能力相同，高速WB-AMR业务（23.85 kbit/s）的MPAL低于AMR 12.2 kbit/s业务约4 dB（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容量与小区性能（RS-SINR及吞吐量），业务类型及速率，PDCCH等控制信道调度能力，业务信道资源等均密切相关。

图3 RLC分段与TTI绑定处理示意图

表2 VoLTE业务链路预算

以VoLTE AMR 12.2 kbit/s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 其它影响

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1：产业进展。

华为、爱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2：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，以及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3：LTE连续覆盖及优化程度。

LTE连续覆盖程度做到与TDSCDMA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-SCDMA相当。

4.2 部署策略 (如图4所示）

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，SRVCC，IMS等技术比较完善后，在整网规划，逐步取代CSFB，双待等方案。

图4 VoLTE建议部署步骤

5 总结及建议

VoLTE由于具有性能好、方案简单和高效低成本等优势，是中国移动在LTE话音解决方案中的目标方案，同时，VoLTE要同步引入与GSM网络的切换功能（即eSRVCC），以缩短VoLTE与2G切换的时延。应持续推进VoLTE的相关技术标准和规范、网络改造方案、部署实施方案、终端方案等相关工作。

面对全新的话音服务体系，VoLTE部署还应重点关注VoLTE业务性能评价体系制定，性能验证与产业推动，多承载网络间的话音业务承载策略等关键问题。

[1] IETF RFC 3095, "RObust Header Compression (ROHC)"

[2] 3GPP 26.114, "IMS; Multimedia Telephony; Media handling and interaction"

[3] 3GPP 36.321 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Medium Access Control (MAC) protocol specification"

[4] 3GPP 36.322 "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Link Control (RLC) protocol specification"

Research on the key technology and deployment strategy of VoLTE

XU De-ping, CHENG Ri-tao, ZHANG Xin-cheng
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

This paper introduces the principle and key technologies of VoLTE, then analyses the requirements of planning and design of VoLTE from the coverage planning and capacity planning, the last analyses network deployment on the infuencing factors of VoLTE, and puts forward the deployment strategy.

voice over LTE; semi persistent scheduling; robust header compression; RLC segmentation; TTI bundling

TN929.5

A

1008-5599（2014）02-0075-05

全新Emulex以太网及融合网络适配器可大幅优化云及虚拟化性能与可扩展性

2014-01-18

1月22日，网络连接、监控和管理领域的Emulex公司宣布推出面向虚拟化、企业和云数据中心的下一代高性能以太网连接解决方案。OneConnect OCe14000系列10吉比特及40吉比特以太网（10/40GbE）网络适配器和融合网络适配器（CNA）基于下一代Emulex Engine（XE）100系列I/O控制器，可实现更高的虚拟机（VM）密度，并通过虚拟网络架构支持安全的混合云。全新解决方案可利用基于RDMA over Converged Ethernet（RoCE）的低延时架构交付应用加速功能，并提供开放应用编程界面来集成下一代软件定义网络解决方案。

Emulex营销及企业发展高级副总裁Shaun Walsh表示：“为满足企业、云和电信应用需求，我们在一个高度可扩展、可优化用于的平台上量身打造了这一链接解决方案。我们提供了一种全新的方式来优化新的Web规模应用、虚拟化环境和软件定义基础架构的部署，同时助力在3个维度上扩展性能——实现更高的带宽、更短的延时和更高的IOPS（每秒I/O操作数）性能，从而轻松应对IP流量和全球存储的爆炸性增长。”