VoLTE能力研究及分析

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研究与探讨
302015年第20期
VoLTE能力研究及分析
ResearchonLTECapacityanditsAnalysis
首先给出了密集市区VoLTE的覆盖能力，并将其扩展到一般市区、郊区和农村等区域，根据覆盖机制提出
了在链路恶化区域实施覆盖增强的举措。其次在分析VoLTE容量时，先确定了上下行链路的信道开销，进
而确认链路可用的RB资源，在此基础上分别计算控制信道和业务信道的LTE语音用户容量，提出最终的核
算VoLTE容量的计算方法，有关覆盖和容量的结果可以为今后的VoLTE应用提供有益的参考。
VoLTE系统覆盖语音容量IMSHARQ
（华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州310014）
(HuaxinConsultingCo.,Ltd.,Hangzhou310014,China)
【摘要】
【关键词】
肖清华
XIAOQing-hua
收稿日期：2015-04-15
[Abstract]
[Keywords]
1引言
VoLTE（VoiceOverLTE，LTE语音）[1]是基于
IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒体子系统）的
语音业务。由于IMS支持多种接入和丰富的多媒体业
务，因此成为了全IP时代的核心网标准架构，VoLTE
也得以借助IP数据传输技术完全承载于4G网络，实
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2015.20.006中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1006-1010(2015)20-0030-05
引用格式：肖清华.VoLTE能力研究及分析[J].移动通信,2015,39(20):30-34.
现数据与语音在同一网络的统一。与CSFB（Circuit
SwitchedFallback，电路域回落）[2]不同的是，VoLTE
是一种SRVCC（SingleRadioVoiceCallContinuity，
单一无线语音呼叫持续）方案，能够带来更高质量、
时延更短的音视频通话效果，因此也成为运营商提升
用户体验以及网络频谱利用率的直接手段。
对VoLTE的研究亦是越来越多，刘娜[3]通过分
析VoLTE的关键技术，如ROHC（RobustHeader
Compression，鲁棒性头压缩）、SPS（Semi-
责任编辑：黄耿东huanggengdong@mbcom.cnPersistentScheduling，半静态调度），给出了VoLTE
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2015年第20期31
业务数据包的特征，进而提出分析VoLTE能力的相关方
法及主要结论，但其研究过于笼统，也没有具体的思路
与实现。早在2012年作者本人[4]便基于TD-LTE对VoLTE
的容量能力作过分析，并给出了量化的结果，但对于上
下行差异化的调度结果同样没有分析。杜刚[5]对VoLTE
的能力也进行了初步的分析，但结果单一，同样没
有具体考虑到信令和控制信道的开销等。汪丁鼎等[6]
随后在EPC系统提到了VoLTE，也只是更多地停留在
VoLTE流程分析和质量保证上，对其本身的能力只字
未提。为此，本文基于VoLTE业务的应用需求，从覆
盖和容量2个维度详细展开，阐述其能力，为即将到来
的LTE语音应用作好铺垫。
2VoLTE语音覆盖能力
VoLTE作为LTE的语音承载，在分析其覆盖能力
时，需要结合LTE的资源分配机制，按照差异化的场
景进行总体分析。由于上行链路损耗小于下行链路，
因此出于篇幅限制，本文仅以上行链路为例展开分
析。
2.1密集市区
以发送端、接收端、过程增益和损耗等几部分进
行区分。
对于12.2Kbps的VoLTE业务而言，可能存在的RB
（ResourceBlock，资源块）分配有1、2、4等方式，
带来的增益也存在差异。
先假设LTE系统的发射方式为1×2MIMO，系统
参数如表1所示：
表1LTE系统参数表
发射天线数量/个111A
接收天线数量/个222B
所需RB数量/个124C
RB带宽/KHz180180180D
如表2所示，VoLTE发射端参数包括终端发射功
率、天线增益及人体损耗等，而接收端参数则有接收
机的热噪声系数、基站天线增益及馈线损耗等。
表2上行发送和接收端参数表
eUE最大功率/dBm242424E
天线增益/dBi000F
人体损耗/dB222G
全向等效发射功率/
dBm
222222H=E+F-G
热噪声密度/dBm/Hz-174-174-174I
接收端噪声系数/dB222J
接收端噪声功率/dB-119.34-116.33-113.32K
接收端天线增益/dBi181818L
接收端多天线增益/dB3.03.03.0M=10×lgB
RxTMA/dB333N
插损和馈线损耗/dB333O
所需SINR/dB9.44.81P
接收灵敏度/dBm-130.95-132.54-133.33Q=K-L-M-N+O+P
此外，在上行链路过程存在的损耗或增益如表3所
示：
表3上行链路过程参数
切换增益/dB000R
干扰余量/dB666S
穿透损耗/dB202020T
衰落余量/dB11.811.811.8U
链路预算/dB115.15116.74117.53V=H-Q+R-S-T-U
2.2其它区域
在其它区域，如一般市区、郊区及农村等，如表4
所示，先给出相关参数的差异：
表4其它区域参数
差异参数密集市区一般市区郊区农村（干线）
穿透损耗/dB2015106
面积覆盖概率/%98959075
阴影衰落余量/dB11.808.305.000.00
由此，得到如表5所示的VoLTE分别在4个场景下
的链路预算。
2.3覆盖增强
为了保证语音业务的质量要求，其FER（Frame
ErrorRate，误帧率）必须不超过1%。为此，VoLTE
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采取了增量冗余的HARQ机制[7]。如果初传成功
率达到90%，即初始FER为10%，则二次重传为
10%×10%=1%。同时，二次或多次重传后可以提升系
统的SINR（SignaltoInterferenceNoiseRatio，信噪
比），进而提高VoLTE的覆盖能力。
此外，当链路恶化时，VoLTE会在RLC层进行
分段以形成更小的MACPDU，从而在不增加RB配
置的情况下以更低的MCS（ModulationandCoding
Scheme，调制与编码策略）传送语音，具备更强的覆
盖能力，代价是需要消耗更多的RLC层和MAC层开
销，以及更多的PDCCH调度信令。
3VoLTE语音容量能力
3.1信道开销
影响VoLTE容量能力的因素很多，包括系统带
宽、调度算法、基站功率、CP长度、资源分配方式、
子载波间隔、上下行时隙及特殊子帧配置、上下行链
路开销、MIMO和干扰消除等。本文仅以常规CP长度
下的20MHz带宽为例对VoLTE的容量进行分析。
如表6、表7所示，LTE系统在上下行链路中均存
在一定的开销，并且有所差异，在计算VoLTE容量时
需要将这些开销剔除。
表6LTE系统在上行链路的开销表
上行信道开销5MHz10MHz15MHz20MHz
OverheadModeling
（PUSCH业务信道）/%25.123.521.620.7
ReferenceSymbol
Overhead
（RS参考符号）/%
14.3
ControlChannel
（控制信道）/%421.31
RACH（RACH信道）/%2.4/4.8/7.21.2/2.4/3.60.8/1.6/2.40.6/1.2/1.8
SRS（SRS参考信号）/%3.6
3.2控制信道容量
VoLTE采取SPS半静态调度，其调度周期为
20ms，调度能力与CCE个数及聚合度相关，CFI与
CCE关系如表8所示：
表8CFI与CCE关系
单天线，双天线四天线，八天线
CFI值10MHz
（50RB）
20MHz
（100RB）
10MHz
（50RB）
20MHz
（100RB）
111221122
227552244
344883877
SPS调度时，存在“一次分配、多次使用”的特
点，不需要在每个TTI（TransmissionTimeInterval，
传输时间间隔）都为终端下发DCI（DownlinkControl
Information，下行控制信息），减少了对CCE的占
用，从而降低对PDCCH的开销。如表9所示，一般来
说，SPS调度能力可以根据动态调度能力计算出来：
表9SPS调度能力
聚合级别1248
动态调度用户数/个44422211155
SPS调度用户数/个888444222111
加权值ABCD
表5VoLTE链路预算
VoLTE密集市区一般市区郊区农村
RB分配/个124124124124
链路预算/dB115.15116.74117.53118.65120.24121.03121.95123.54124.33126.95128.54129.33
表7LTE系统在下行链路的开销表
下行信道开销5MHz10MHz15MHz20MHz
OverheadModeling
（PDSCH业务信道）/%19.8719.2018.9918.88
ReferenceSymbolOverhead
（RS参考符号）/%9.05
ControlChannelOverhead
（控制信道）/%9.5
SCHOverhead（SCH信道）/%0.690.340.230.17
BCHOverhead（BCH信道）/%0.630.310.210.16
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根据终端距离基站的分布，可设置相应的权值，
若C/D表示远距离终端比例，B表示中距离终端比例，
A表示近距离终端比例，则最终的调度能力，即VoLTE
的控制信道容量计算如下：
CapC-VoLTE=(C/D)×111+B×444+A×888（1）
比如，远、中、近用户分别是2:3:5，则相应的
VoLTE控制信道调度能力为：
50%×888+30%×444+20%×111=599（个）
3.3业务信道容量
假设VoLTE业务的激活因子为α（静默期用户不消
耗RB资源），SPS调度周期TSPS，VoLTE用户在静默期
SID（SilenceDescriptor，静默指示符）帧的传输周期
为TSID，在静默期与通话期MAC层包的大小分别为PSPS
和PACT。则VoLTE业务信道的容量可以计算如下：
RBeRB
SPSSPS
ACTSID
11
**/
1*
CapSVoLTENN
PT
PT
α
−
=
+
××
×
（2）
其中，NeRB表示每个用户初传平均需要的RB资源
块数量；NRB表示上、下行链路业务信道占用的RB资
源块数量；NeRB可计算如下：
N
eRB=x1×N1+x2×N2+x4×N4（3）
其中，N1、N2、N4分别表示初传需要的1、2、4个
RB数；x1、x2、x4分别表示1、2、4个RB所占的比例。
假设初传需要占用1个RB的用户占20%，需要占用2
和4个RB的用户分别占30%和50%，则每个用户初传平均
需要的RB个数NeRB=1×50%+2×40%+4×10%=2.8。
N
RB可计算如下：
N
RB=TSPS×(1-LHARQ)×(1-LCT)×NTRB（4）
其中，LHARQ表示相应链路的重传比例；LCT表示相
应链路存在的信令开销；NTRB表示相应带宽下的总RB
资源块数。
根据上下行链路的重传比例及开销的不同，可以
计算出相应的业务信道容量。
（1）上行链路
假设上行链路重传比例为0.25，上行信道开销
可由表6查询，包括PUSCH、RS、RACH、SRS和
控制信道开销等，在不同的带宽下，其开销也不
同。在20MHz带宽的前提下，上行总体开销值为
20.7%+14.3%+1%+1.8%+3.6%=41.4%。
在上下行比例为2:3的情况下，根据公式（4）计
算出上行业务信道可用的RB资源：NRB=20×(1-0.25)
×(1-41.4%)×100×2/5=351（个），将此值代入公
式（2），可计算得出上行链路的VoLTE容量数为：
CapU-VoLTE=1/0.5×1/(1+144/328+20/160)×351/2.8=237
（个）。
（2）下行链路
类似地，也可计算出下行链路的VoLTE容量。假
设下行链路重传比例为0.15，下行信道开销可由表7
查询，包括PDSCH、RS、SCH、BCH和控制信道开
销等。在20MHz带宽的前提下，下行总体开销值为：
18.88%+9.05%+9.5%+0.17%+0.16=37.25%。
在上下行比例为2:3的情况下，根据公式（4）
计算出下行业务信道可用的RB资源：NRB=20×(1-
0.15)×(1-37.25%)×100×3/5×3/5=640（个），将此
值代入公式（2），可得下行链路的VoLTE容量数为：
CapD-VoLTE=1/0.5×1/(1+144/328+20/160)×60/2.8=433
（个）。
最终的VoLTE容量可计算如下：
CapVoLTE=min(CapC-VoLTE,CapS-VoLTE)=min(CapC-VoLTE,
min(CapU-VoLTE,CapD-VoLTE))（5）
在上述条件下，LTE系统的VoLTE系统容量为：
CapVoLTE=min(599,min(237,433))=237（个）。由此可
见，在一般情况下控制信道不存在资源瓶颈。
4结束语
本文对VoLTE的覆盖及容量能力进行了系统性的
研究，并提出了相关覆盖增强的措施。在容量维度上
分别针对控制信道和上下行业务信道展开相应的容量
分析，并提出量化的核算方法，有助于为即将到来的
VoLTE应用提供参考。但VoLTE容量跟系统带宽、上
下行的RB资源配置，以及所处环境导致的链路恶化都
有关系，本文仅是以20MHz为例进行描述，在实际扩
展使用时需要具体问题具体分析。
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342015年第20期
广东省政府与中国电信签署加快“十三五”信息化建设战略合作框架协议
肖清华：教授级高级工程师，博士毕
业于浙江大学，现任华信咨询设计研
究院有限公司网研院副院长，从事无
线网络规划与设计工作，在移动通信
领域的网络规划、优化、工程设计方
面有丰富的经验。
作者简介
参考文献：
[1]中国移动通信集团公司.VoLTE技术白皮书（2013）
[EB/OL].http://www.docin.com/p-919735329.html.
[2]朱军.基于IMS的VoLTE解决方案研究[J].电信技术,
2014(7):28-32.
[3]肖清华,汪丁鼎,许光斌,等.TD-LTE网络规划设计与优
化[M].北京:人民邮电出版社,2013.
[4]姜怡,俞承志,魏冰.SRVCC对移动核心网的功能增强要
求研究[J].移动通信,2010(8):41-46.
[5]刘娜.VoLTE背景下的无线网络容量能力分析[J].移动
通信,2014(17):37-37.
[6]肖清华,毛卓华,凌文杰,等.TD-LTE容量能力综合分析
[J].邮电设计技术,2012(4):36-40.
[7]杜刚,熊尚坤,陈晓冬.VoLTE覆盖与容量分析[J].电信科
学,2015(S1):193-196.
10月23日下午，广东省人民政府与中国电信集团公司在广州举行“十三五”信息化建设战略合作框架协议
签约仪式。省委书记胡春华、省长朱小丹及中国电信董事长常小兵等出席并见证签约仪式；副省长刘志庚和中
国电信总经理杨杰分别代表省政府和中国电信签署《广东省人民政府中国电信集团公司加快“十三五”信息化
建设战略合作框架协议》；省委常委、秘书长林木声，省政府秘书长李锋，省委副秘书长刘可为，省经济和信
息化委员会主任赖天生，省通信管理局局长古伟中，中国电信副总经理杨小伟、高同庆、陈忠岳，中国电信广
东公司总经理钟平等参加了签约仪式。
根据协议，广东省人民政府与中国电信集团公司双方将在“十三五”期间进一步加强战略合作，充分发
挥广东省在信息基础设施、信息产业发展和信息化应用等优势，以及中国电信在互联网基础建设、技术创新和
信息资源等优势，本着“优势互补、合作共赢”的原则，共同推进高速互联网基础设施建设，大力发展互联网
新经济，提升广东经济社会各领域互联网应用水平，积极打造全国信息化先导区。双方合作将聚焦八个方面内
容：一是大力推进互联网信息基础设施建设；二是积极参与“互联网+现代农业”；三是大力发展“互联网+先
进制造”；四是着力打造“互联+商贸流通”；五是全面助力“互联网+政务服务”；六是大力推进“互联网+
惠民服务”；七是协助开展“互联网+创业创新”；八是积极推进“互联网+城乡建设”。（飞象网）
[8]汪丁鼎,景建新,肖清华,等.LTEFDDEPC网络规划设计
与优化[M].北京:人民邮电出版社,2014.
[9]赵勇洙,金宰权,杨元勇,等.MIMO-OFDM无线通信技术
及MATLAB实现[M].北京:电子工业出版社,2013.
[10]3GPPTS36.321V10.00.MediumAccessControl(MAC)
ProtocolSpecification[S].2010.★
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作者：肖清华，XIAOQing-hua
作者单位：华信咨询设计研究院有限公司,浙江杭州,310014
刊名：
移动通信
英文刊名：MobileCommunications
年，卷(期)：2015(20)
参考文献(10条)
1.中国移动通信集团公司.VoLTE技术白皮书(2013)[EB/OL].http://www.docin.com/p-919735329.html.2013
2.朱军.基于IMS的VoLTE解决方案研究[J].电信技术,2014(7):28-32.2014
3.肖清华,汪丁鼎,许光斌,等.TD-LTE网络规划设计与优化[M].北京:人民邮电出版社,2013.2013
4.姜怡,俞承志,魏冰SRVCC对移动核心网的功能增强要求研究[期刊论文]-移动通信2010(08)
5.刘娜VoLTE背景下的无线网络容量能力分析[期刊论文]-移动通信2014(17)
6.肖清华,毛卓华,凌文杰,张建国TD-LTE容量能力综合分析[期刊论文]-邮电设计技术2012(04)
7.杜刚,熊尚坤,陈晓冬.VoLTE覆盖与容量分析[J].电信科学,2015(S1):193-196.2015
8.汪丁鼎,景建新,肖清华,等.LTEFDDEPC网络规划设计与优化[M].北京:人民邮电出版社,2014.2014
9.赵勇洙,金宰权,杨元勇,等.MIMO-OFDM无线通信技术及MATLAB实现[M].北京:电子工业出版社,2013.2013
10.3GPPTS36.321V10.00.MediumAccessControl(MAC)ProtocolSpecification[S].2010.2010
引用本文格式：肖清华.XIAOQing-huaVoLTE能力研究及分析[期刊论文]-移动通信2015(20)
51学通信（51xuetongxin.com），致力打造最佳的通信技术分享平台，主打IMS、EPC、NFV、云、SDN以及5G核心网等主题。
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