中国电信VoLTE覆盖增强方案研究

许桂芳

【摘 要】为了提高语音通信质量，中国电信全面建设无缝LTE网络以部署VoLTE。介绍了VoLTE的特点以及中国电信VoLTE业务的驻留原则，并对VoLTE的覆盖增强方法进行分析，最后通过单站及拉远测试，证实了通过开启覆盖增强以及使用2T4R天线后VoLTE的覆盖水平与CDMA 1X相当。

【关键词】VoLTE 覆盖增强 2T4R

1 引言

不同于其他网络在LTE非连续覆盖的情况下可以通过SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity，单一无线语音呼叫连续性）技术实现语音的PS（Packet Switch，分组域）域承载，中国电信3G采用的CDMA2000 1X技术不支持LTE的SRVCC，因此CDMA网络（以下简称C网）运营商的语音向VoLTE演进必须跨越SRVCC阶段，这决定了C网运营商必须在完善全网覆盖的基础上部署VoLTE。

VoLTE是基于IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）网络的语音业务，是解决4G网络高质量视音频通话的技术。其区别于传统2G/3G的CS语音，是全IP条件下的端到端的语音技术，具有更低的接入时延、更好的语音质量、更高的频谱利用率等特点。本文介绍了中国电信LTE多频混合组网VoLTE业务的驻留原则及VoLTE覆盖增强的方法，并通过实测分析了VoLTE覆盖增强技术及2T4R的使用对VoLTE网络性能指标的影响。

2 VoLTE驻留方案

中国电信LTE网络在农村采用800 MHz频段部署，在城市采用800 MHz、1.8 GHz、2.1 GHz多频混合组网。其中，1.8 GHz LTE是城市的基础覆盖层；2.1 GHz LTE是基础容量层；800 MHz LTE是深度覆盖层。

多频混合组网必然会涉及到异频切换问题，异频切换包括以下3种情况：

（1）基于覆盖的切换

由于1.8 GHz LTE存在覆盖弱区、盲区，800 MHz LTE比1.8 GHz LTE存在覆盖优势，可以解决城市LTE深度覆盖问题，在1.8 GHz LTE覆盖的弱区、盲区用800 MHz LTE进行补充，当UE移动到覆盖边缘地区时会发生异频切换。UE根据所处无线环境中各频段LTE的覆盖情况选择驻留频段。同时，在农村和城市之间，由于频段使用差异，也存在该类型的异频切换问题。

（2）基于负载的切换

当小区负载过高，达到异频负载平衡门限时，负载均衡算法将根据UE的频点支持能力、ARP以及占用资源情况，选择一定数量的UE进行基于负载的异频测量。当异频信号质量达到一定条件时，切换到异频邻区。

（3）基于业务的切换

将业务进行分层，指定到特定频点承载。但是基于业务的切换对网络的连续覆盖要求比较高，否则会出现异频乒乓切换而影响业务质量的问题。

异频切换模式如图1所示：

3 VoLTE覆盖增益提升

天线有效覆盖范围决定了基站布局规划以及建网成本。中国电信公司LTE与C网1：1共站址建网要求LTE网络覆盖范围和C网相当。但是事实上，尽管用800 MHz LTE对城市进行深度覆盖，VoLTE的有效覆盖范围依然不及C网，从而影响业务的连续覆盖。因此，从协议和硬件设备两个方面来增强VoLTE的覆盖特性。

（1）开启TTIB/ROHC/RLC增强特性

使用TTIB（透明帶内导音）技术，从消除多径衰落、频率漂移的角度来提升信号的质量

TTIB频域处理如图2所示：

TTIB在发射端将信号频带分割成子带并进行子带搬移，再在子带间的空白段插入一段导音。导音通常具备两个方面的特性：一是与信号频域上位置接近、相关性很强，因此导音与信号受到的信道衰落几乎相同；二是导频通常为已知的单音频正弦信号，因此便于在接收端通过FFSR（前馈信号再生）等技术提取信道衰落信息。然后分析信道衰落信息生成控制信号来反作用于有用信号，从而消除信道衰落对有用信号的影响。最后进行信号重组，即可恢复初始信号。

使用ROHC（Robust Header Compression，健壮性包头压缩）压缩技术

VoLTE由于采用IP协议分装，使得分组报文引入了额外的报头开销，由此带来了无线带宽的浪费。比如：一个典型的语音包需要20个字节的IPv4报头（或者40个字节的IPv6报头）、8个字节的UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）报头、12个RTP（Real-time Transport Protocol，实时传输协议）报头，共计40个字节（对于IPv6，60个字节）报头，而语音信号实际有用负载为15至20个字节，带宽有效利用率不足33%。

实际上，对于一个特定的分组流，相邻分组报文甚至是同一个分组报头里都存在冗余信息。ROHC压缩技术的原理是：一方面消除这些报头的冗余信息；另一方面将其他变化的字段进行特定编码，然后发送至解压器中，实现报头压缩的目的。

如表1所示，ROHC能将几十字节的报头压缩到几个字节，极大地提升了无线带宽的利用率。

RLC层位于PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议）层与MAC层之间，主要负责无线接入网络的链路控制。RLC层有3种数据传输模式：TM（Transparent Mode，透明模式）、UM（Unacknowledged Mode，非确认模式）、AM（Acknowledged Mode，确认模式）。RLC层的功能由RLC实体实现，其对应的实体包括TM发送实体、TM接收实体、UM发送实体、UM接收实体、AM实体。endprint

TM模式最简单快速，但不提供数据可靠性保证；UM模式仅提供一定的可靠性，允许一定量的丢包；AM模式是最重要的一种模式，可靠性最高，采用ARQ（Automatic Repeat reQuest，自动重传请求）机制确保数据的可靠传输。

ARQ机制的处理过程是：RLC实体从上层接收RLC SDU（Service Data Unit，服务数据单元），封装后的SDU作为RLC PDU（Packet Data Unit，分组数据单元）通过下层发送给对端的RLC实体。接收端AM实体对收到的数据通过向发送端AM回复状态报告来应答数据的接收情况，对于否定应答，发送端重传对应的AMD PDU，通过这种方式来确保数据的正确、按序传输。

RLC层AM传输模式通过采用ARQ机制对无线链路进行控制，可以恢复丢失的、接收错误的数据单元，有效地增强了无线数据传输的可靠性。

同时，在小区边缘还可以采用RLC分片技术。RLC分片是将一个大的RLC SDU数据包分割成2个或4个小包，减少每个子帧上传输的数据量，从而降低丢包率并提升信号质量，以达到提升上行覆盖的目的。

（2）从硬件设备方面使用多端口天线，利用空间维度的复用获得分集增益

由于上行终端功率较低、传输环境复杂等因素，上行覆盖成为无线覆盖的主要矛盾。

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多入多出技术）技术是LTE的又一关键技术，多端口天线已经商用并不断发展。2T4R（2发4收）天线通过上行4R比2R更好的分集增益，能进一步提升上行覆盖水平。2T4R是在原有2T2R基础上新增2个Rx端口用作分集接收，可有效提升用户上行吞吐率，同时降低对用户端的放射功率的要求，从而扩大覆盖范围，降低网络建设成本。

4 测试分析

本文在LTE网络（以下简称L网）开启TTIB/ROHC/RLC增强特性的条件下，将800 MHz FDD-LTE从2T2R替换成2T4R，对比覆盖率、SINR等网络参数的变化，分析2T4R对VoLTE网络的增益影响。

站点选择：中部某地区8个FDD-LTE 800 MHz基站和CDMA 800 MHz基站共站址且天线覆盖方位基本一致，替换前C网采用1T2R、L网采用2T2R，替换后C网采用1T2R、L网采用2T4R。

頻点分配：1019、37为C网DO频点，78、119、160、201为5 MHz带宽LTE频点，242、283为C网1X频点。

测试工具：测试软件为鼎力9.60725，测试终端为ZTE 9518。

（1）单站覆盖对比测试

单站覆盖对比测试指标统计如表2所示。

测试结论：对比表2所示单站测试的各项数据，2T2R替换为2T4R后，L网和C网基站覆盖区域有明显增大，当L网RS=18.2 dBm时，L网和C网覆盖相当。

（2）拉网测试

LTE测试终端接入网络，待速率稳定后，车辆开始以30 km/h的速度行驶，同时使用测试软件开始记录测试log，待测试终端完全脱网后停止记录，并记录终端脱网时距离基站的位置。

拉网测试指标统计如表3所示。

测试结论：对比表3所示拉网测试的各项数据，2T2R替换为2T4R后，L网和C网基站覆盖区域有明显增大，当L网RSRP>-110 dBm时，L网和C网基站覆盖区域相当，且RSRP和SINR值得到提升。

5 结论

中国电信利用800 MHz频段部署无缝覆盖的FDD-LTE，为VoLTE的启动做准备，C网800 MHz空闲频点是中国电信C网向L网过渡成功的关键。尽管800 MHz LTE强于1.8 GHz LTE的覆盖能力，但是仍然弱于CDMA 1X约4 dB，影响L网与C网基站1：1建设的覆盖效果。2T4R能通过分集增益进一步增强800 MHz LTE覆盖能力，从而降低LTE无缝覆盖的建网成本，助力VoLTE的全面部署。测试结果表明，VoLTE覆盖增强技术结合2T4R天线的使用能使L网达到C网的覆盖水平。

需要注意的是，由于L网与C网不同，C网存在软切换和硬切换方式，因此适量的重叠覆盖区域有利于网络的覆盖质量。而L网只有硬切换，过大重叠覆盖区域会降低网络质量，因此LTE的覆盖增强技术需要根据小区的实际情况，精细化选择性开启，以达到最优的覆盖效果。

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