楊健，王建，趙昌盛

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司山東分公司，濟南 250101）

1 引言

VoLTE使用AMR-WB編碼，與2G/3G時代語音使用的AMR編碼相比，VoLTE能提供更清晰、更高質(zhì)量的話音業(yè)務(wù)。一般采用MOS評估通信系統(tǒng)的語音質(zhì)量。

隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜以及高頻段導(dǎo)致的室內(nèi)深度覆蓋不足，VoLTE語音質(zhì)量受到越來越多的因素影響。在室外小區(qū)邊緣區(qū)域，受鄰區(qū)干擾影響，MOS分值在小區(qū)邊緣明顯下降；在密集城區(qū)，室內(nèi)深度覆蓋較差，而語音通話大部分集中于室內(nèi)，MOS分隨穿透損耗明顯下降；在高話務(wù)區(qū)域，VoLTE業(yè)務(wù)沒有被及時調(diào)度產(chǎn)生分組丟失，也會影響MOS分值；在重疊覆蓋嚴(yán)重區(qū)域，切換頻繁導(dǎo)致語音分組丟失，將影響VoLTE話音MOS分值。

2 TD-LTE系統(tǒng)VoLTE語音質(zhì)量影響因素

2.1 頻繁切換對VoLTE語音質(zhì)量的影響

2.1.1 系統(tǒng)內(nèi)切換引起的低MOS問題

由于LTE是硬切換，從源小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)，必然存在幀的丟失，因此通話過程中由于切換導(dǎo)致的語音斷續(xù)是不可避免的。因此需要檢查相關(guān)切換參數(shù)，盡量避免過多、過頻繁的切換。由圖1可以看出，每MOS內(nèi)（8s）隨著切換次數(shù)的增多，MOS呈明顯下降趨勢。而實際隨著RSRP 的降低，MOS的下降幅度會更大一些。

引起頻繁切換的原因有弱覆蓋、無主服務(wù)小區(qū)、越區(qū)覆蓋等覆蓋類問題，也有因為參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致的DF雙層網(wǎng)間的頻繁切換或者過早切換、過晚切換等問題，如圖2所示。

圖1 切換次數(shù)與MOS分值的關(guān)系

圖2 導(dǎo)致頻繁切換的原因

2.1.2 系統(tǒng)間eSRVCC切換引起的低MOS問題

VoLTE采用AMR-WB編碼方式，2G/3G語音采用AMR編碼方式。編碼方式不同對語音質(zhì)量影響因素重大。因此，VoLTE語音用戶切換至2G網(wǎng)絡(luò)必然導(dǎo)致語音質(zhì)量降低的問題。根據(jù)統(tǒng)計，如果發(fā)生eSRVCC切換，在GSM上MOS基本不可能達到3以上，所以優(yōu)化過程要盡量避免eSRVCC切換。

2.2 干擾對VoLTE語音質(zhì)量的影響

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)底噪不斷抬升，干擾越來越多，嚴(yán)重影響用戶接入、通話連續(xù)性、語音質(zhì)量等感知。干擾場景下，會引起數(shù)據(jù)重傳率高，抖動頻繁影響用戶語音通話質(zhì)量。

2.2.1 干擾類型

TD-LTE下行干擾主要是系統(tǒng)內(nèi)干擾，如重疊覆蓋、過覆蓋、模3干擾等導(dǎo)致的干擾；系統(tǒng)外干擾主要是干擾器造成的干擾。

TD-LTE上行干擾相對下行干擾要復(fù)雜的多，如圖3所示，系統(tǒng)內(nèi)干擾包括遠距離同頻干擾（大氣波導(dǎo)干擾）、GPS失步、網(wǎng)內(nèi)干擾；D頻段系統(tǒng)外干擾主要是廣電MMDS干擾，F(xiàn)頻段系統(tǒng)外干擾包括DCS雜散干擾、DCS互調(diào)干擾、900 MHz諧波干擾、FDD LTE阻塞/雜散干擾、TD-SCDMA/小靈通帶內(nèi)干擾等。

2.2.2 干擾影響范圍

表1給出了TD-LTE上行干擾的頻域特征及影響范圍，可以看出大氣波導(dǎo)、高站等遠距離同頻干擾、GPS故障影響范圍較大，會對全網(wǎng)大面積造成影響；數(shù)據(jù)配置錯誤或系統(tǒng)間的雜散、阻塞以及互調(diào)/諧波等干擾會對少量站點造成影響。

圖3 TD-LTE系統(tǒng)上行干擾

表1 TD-LTE上行干擾影響范圍

3 分組丟失對VoLTE語音質(zhì)量的影響

3.1 RRC重建對VoLTE語音的影響

當(dāng)UE處于RRC連接狀態(tài)時/且在空口安全激活的時候，一旦出現(xiàn)“切換失敗、無線鏈路失敗、完整性保護失敗、RRC重配置失敗、mobility from E-UTRA失敗”這5種情況之一，將會觸發(fā)RRC連接重建過程。

發(fā)生RRC重建的過程包含2個階段：源小區(qū)RRC失步、目標(biāo)小區(qū)RRC重建， RRC重建整體時長約1.43 s，按照正常語速每分鐘180～200字，可導(dǎo)致4～6個字左右吞字。

3.2 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)差對語音質(zhì)量影響

VoLTE高清語音編碼速率為23.85 kbit/s，終端每20 ms生成一個VoLTE語音分組（使用RTP實時流媒體協(xié)議傳輸），再加上UDP分組頭、IP分組頭，在應(yīng)用層最終打包成IP分組進行傳輸。在無線空口，按照協(xié)議IP分組進一步被轉(zhuǎn)換成PDCP分組，PDCP分組就是空口傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)。PDCP分組在終端和基站間傳輸異常會導(dǎo)致應(yīng)用層RTP分組丟失，從而引起語音感知差。該指標(biāo)在無線側(cè)主要與SINR及覆蓋水平、切換相關(guān)。

影響上行分組丟失的主要因素有弱覆蓋、大話務(wù)及上行干擾。弱覆蓋導(dǎo)致上下行鏈路不平衡，導(dǎo)致分組丟失；控制信道配置不足，同一小區(qū)內(nèi)上行用戶量多時概率性出現(xiàn)上行數(shù)據(jù)分組未正常發(fā)送，導(dǎo)致分組丟失；4G網(wǎng)絡(luò)受到網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外干擾的情況依然存在，導(dǎo)致分組丟失。

影響下行分組丟失的主要因素有下行質(zhì)差、弱覆蓋以及外部干擾，4G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻點多，切換、重選參數(shù)設(shè)置難度很大，容易出現(xiàn)重疊覆蓋、頻繁切換問題，導(dǎo)致分組丟失；部分區(qū)域存在模3干擾導(dǎo)致分組丟失；下行弱覆蓋導(dǎo)致掉話、頻繁切換等問題，導(dǎo)致分組丟失；4G網(wǎng)絡(luò)受到網(wǎng)外干擾的情況依然存在，導(dǎo)致分組丟失。VoLTE分組丟失分析如圖4所示。

圖4 VoLTE分組丟失分析

4 提升VoLTE語音質(zhì)量措施

4.1 干擾場景VoLTE語音質(zhì)量提升

4.1.1 基于語音質(zhì)量的切換

當(dāng)語音質(zhì)量差到一定程度，觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)異頻切換或者異系統(tǒng)SRVCC，以此來提升用戶的語音體驗。

基于語音質(zhì)量的異頻切換/eSRVCC觸發(fā)條件與基于覆蓋的切換不同，切換流程相同，如圖5所示。基于語音質(zhì)量的切換可以和基于覆蓋的切換同時打開，獨立運行。

圖5 基于語音質(zhì)量的切換流程

4.1.2 基于NI的上行頻選

NI頻選調(diào)度開啟后，調(diào)度的起始RB不再集中，調(diào)度上選擇NI較低的PRB，減少分組丟失率提升用戶感知。

當(dāng)終端上行業(yè)務(wù)需求少于5個PRB時，依據(jù)門限選擇當(dāng)前NI最小的PRB；當(dāng)終端上行業(yè)務(wù)需求大于5個PRB時，以子帶判決的方式選擇當(dāng)前NI最小的子帶，然后分配給終端。所有UE都在全帶寬內(nèi)進行頻選，確保上行業(yè)務(wù)分配能從NI由低到高。

對于VoLTE業(yè)務(wù)來說，單次調(diào)度的數(shù)據(jù)量都比較小，大部分情況對上行PRB的需求也相對較低，調(diào)度上容易選擇低NI的PRB，因此基于NI的上行頻選調(diào)度更能在VoLTE業(yè)務(wù)上顯示出優(yōu)勢。

圖6是某區(qū)域開啟基于NI的上行頻選調(diào)度開啟前后RB位置變化，在RB級高NI區(qū)域，使用上行NI頻選調(diào)度，可有效減少基于語音質(zhì)量觸發(fā)的eSRVCC次數(shù)，將語音用戶盡量保持在LTE網(wǎng)絡(luò)。

4.2 弱覆蓋場景VoLTE語音質(zhì)量提升

4.2.1 RLC分片限制減少分組丟失

上行覆蓋受限時，有可能導(dǎo)致UE無法在一個TTI時間內(nèi)發(fā)送一個完整的數(shù)據(jù)分組；通過引入RLC分段，可通過限制語音分組的RLC最大分片段數(shù)，抬升單次調(diào)度的語音信息分組大小，配合重傳合并增益，降低單個語音分組在空口的傳輸時延，進而減少終端PDCP層語音分組丟失。

在上行遠點，如果RLC拆片過多，調(diào)度效率低下，容易導(dǎo)致PDCP分組丟失?；旧闲姓{(diào)度時根據(jù)語音分組長度，配合無線側(cè)的調(diào)度能力及最大RLC分片數(shù)量限制，反算每個分片的長度要求。當(dāng)信道質(zhì)量不足以支持每個分片的長度時，不降低RLC分片長度，而是用抬升MCS的方式在空口完成調(diào)度。

該方式在UE側(cè)的分組丟失可以緩解，雖然HARQ失敗的機率相對上升，但相對RLC分片過多導(dǎo)致的分組丟失會產(chǎn)生累積效果，HARQ失敗僅造成部分空口分組丟失，有利于改善端到端的連續(xù)分組丟失。

4.2.2 VoLTE上行、下行MCS選階優(yōu)化

MCS選階越小，越保守，也就會浪費上行RB資源，但會提升語音數(shù)據(jù)初傳的魯棒性，減少IBLER，減少HARQ重傳，提升業(yè)務(wù)信道解調(diào)成功率。

如果IBLER目標(biāo)值設(shè)置較小，會導(dǎo)致語音用戶的MCS偏小，近點語音用戶的QCI1分組丟失率可能會略有下降；中遠點語音用戶由于語音包的RLC分段增多，QCI1分組丟失率可能會上升。反之，如果IBLER目標(biāo)值設(shè)置較大，會導(dǎo)致語音用戶的MCS偏大，近中點語音用戶的QCI分組丟失率可能上升；遠點語音用戶由于語音包的RLC分段減少，QCI1分組丟失率可能會略有下降。

圖6 基于NI的上行頻選調(diào)度開啟前后RB位置變化

該功能不適合在高干擾、高負荷場景使用。

4.2.3 VoLTE上行補償調(diào)度

上行補償調(diào)度是指eNode B對語音用戶進行識別，并監(jiān)控語音用戶在上行鏈路沒有被調(diào)度的時間間隔。如果語音用戶在一定時間內(nèi)上行鏈路沒有被調(diào)度過，則eNode B主動給該語音用戶發(fā)送 UL Grant，保證上行語音分組可以及時發(fā)送，減少語音分組等待時延，改善由于超過PDCP Discard Timer帶來的分組丟失。

該功能在弱覆蓋場景下對上行分組丟失率改善較為明顯（分組丟失率改善約0.3個百分點），在覆蓋場景較好時略有改善效果。該功能不適合在高負荷場景使用。

5 結(jié)束語

本文從影響TD-LTE系統(tǒng)VoLTE語音質(zhì)量的無線網(wǎng)絡(luò)因素入手，分析TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、干擾、分組丟失等對VoLTE語音質(zhì)量的影響，并對干擾場景、弱覆蓋場景下TD-LTE VoLTE語音質(zhì)量提升的優(yōu)化措施進行了梳理，優(yōu)化措施重點針對基站側(cè)功能進行了分析，包括切換觸發(fā)條件、基于NI的RB資源分配、RLC分片限制、MCS選階優(yōu)化以及上行補償調(diào)度。