VoLTE无线网规划指标及实现方案研究

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68 2017年 第1 期
收稿日期：2016-10-12
责任编辑：黄耿东 huanggengdong@mbcom.cn
VoLTE无线网规划指标及实现方案研究
Research on VoLTE Wireless Network Planning Metrics and
Implementation Scheme
为了研究VoLTE无线网规划指标及实现方案，首先分析了VoLTE的基本特性及对网络的要求，提出连续覆盖
是保证VoLTE业务性能的基本要求，随后基于保证VoLTE业务性能所需要的规划指标进行了理论与现网数据
的分析，确定了规划指标要求，最后，对提升VoLTE业务性能的建设方案和软件功能进行了分析，并提出了
应用建议。
VoLTE 规划指标 异构网
In order to investigating VoLTE wireless network planning metrics and implementation scheme, the basic
characteristics and the requirements of VoLTE were analyzed firstly with the conclusion that the continuous
coverage is the premise to guarantee VoLTE service performance. Then, the theoretical and existing network data
analyses were carried out based on the planning metrics to guarantee VoLTE service performance, and the planning
metrics specifcations were confrmed. Finally, the construction scheme and the software function were analyzed
with aim to enhance VoLTE performance, and the application recommendation was presented.
VoLTE planning metrics heterogeneous networks
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)
【摘 要】
【关键词】
程日涛，汪颖，王韬，孟繁丽，李天璞
CHENG Ri-tao, WANG Ying, WANG Tao, MENG Fan-li, LI Tian-pu
[Abstract]
[Key words]
1 VoLTE业务概述
1.1 VoLTE业务特性
VoLTE是GSMA定义的标准LTE语音解决方案，
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语音、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
相当的语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。VoLTE主要业务及速
率如表1所示：
表1 VoLTE主要业务及速率
业务类型 业务速率/kbps 带宽（RoHC后）/kbps
AMR（普通语音） 12.2 17.2
WB-AMR（高清语音） 23.85 29.2
视频通话（QVGA@15帧） 424
视频通话（VGA@15帧） 896
视频通话（VGA@30帧） 1216
在无线网中，通过采用RoHC、RLC分段与TTI绑
定、半持续调度、xSRVCC技术等确保VoLTE业务性能。
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.01.013 中图分类号：TN929.53 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2017)01-0068-06
引用格式：程日涛,汪颖,王韬,等. VoLTE无线网规划指标及实现方案研究[J]. 移动通信, 2017,41(1): 68-73.
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对 于 V o L T E 语 音 业 务 ， 质 量 评 价 标 准 包 括 接 续
性 指 标 （ 接 通 率 、 接 通 时 延 、 掉 话 率 ） 、 移 动 性 指
标 （ 切 换 成 功 率 、 切 换 中 断 时 延 等 ） 、 语 音 质 量
（MOS，VoLTE主要使用POLQA进行评分）等。
1.2 VoLTE业务对承载网络的要求
VoLTE业务在无线网传输上主要对丢包率、端到
端时延及抖动有要求。理想的RTP丢包率是1%，从链
路级分析看，低于1%的丢包率可以保证MOS分值在
3.5分以上，能够保证较好的语音业务感知。
3GP P T S 23 .203 给出了 标准QCI （QoS Cla s s
Identifier，QoS等级标识）的特性，对QCI为1的VoIP
语音和QCI为5的IMS信令的时延需求，PDB（Packet
Delay Budget，包迟延预算）均为100 ms，也就是对
UE到PGW（PDN Gate Way，PDN网关）之间的时
延要求为100 ms，为具有98％满意度的最大时延。其
中，空口时延要求为100-20=80 ms。
从现网无线网规划建设层面影响VoLTE业务的主
要表现看，弱覆盖、高干扰是影响VoLTE业务性能的
主要因素。
2 VoLTE无线网规划指标
2.1 影响VoLTE业务质量的现网因素分析
无线网对VoLTE业务质量的影响主要体现在三个
方面：
（1）bSRVCC流程导致呼叫失败
因起呼点覆盖电平低发生bSRVCC，同时由于端
到端不支持bSRVCC流程导致呼叫失败。室外场景问
题发生概率低，但当VoLTE用户处于室内时，因覆盖
电平相对低导致易发生。
需要从无线网角度研究VoLTE覆盖范围外的用户
因bSRVCC导致呼叫失败的解决方案，方案一：呼叫
过程中延迟切换：若在呼叫过程触发SRVCC切换，则
推迟切换；方案二：基于信道质量选择PS/CS呼叫：若
信道质量差，采用CSFB呼叫。
（2）SIP信令丢失导致呼叫失败
S I P 信 令 中 大 数 据 量 信 令 接 收 失 败 。 S I P 信 令 中
INVITE及180RingRing的信令包体最大，IPv6 INVITE
消 息 根 据 抓 包 分 析 大 小 约 为 2 . 5 k B ， 1 8 0 R i n g R i n g
约为1.5 kB。
按信令发送时延要求为100 ms核算，INVITE和
180RingRing消息对应的传输速率要求为200 kbps和
120 kbps。在弱覆盖和上行高干扰场景，上行速率无法
满足上述速率要求。
该问题的解决方案包括：提升上行覆盖能力、降
低SIP信令信息量、延长SIP信令到期定时器。
（3）弱覆盖、高质差导致的语音质差
MOS与覆盖质量有较强的相关性，在弱覆盖区域
MOS的方差明显变大，语音质量稳定性差。对路测采
样点的RSRP、RS-SINR与MOS绘制散点图，并通过趋
势线分析可见，MOS均值高于3.5分对应的RSRP门限
约-113 dBm，RS-SINR门限约-2 dB。在上述门限点及
更低的区域，MOS分振荡剧烈，意味着VoLTE用户的
感知波动较大。
2.2 理论分析与测试验证
对于VoLTE语音业务，链路预算和测试验证数据
均表明，在满足基本的KPI指标及MOS质量要求下，
RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB满足VoLTE高清
语音业务要求。
VoLTE业务覆盖能力预算如图1所示：
图1 VoLTE业务覆盖能力预算
VoLTE业务覆盖能力测试验证如图2所示。
2.3 现网数据分析
（1）覆盖指标与语音业务KPI关联分析
对小区级边缘RSRP与VoLTE eRAB建立成功率与
掉线率进行关联分析。接通率99%对应的边缘RSRP
为-110 dBm，掉线率1%对应的边缘RSRP要求为-112 dBm。
接通率98%对应的边缘RSRP约为-115 dBm，掉线率
RSRP
（-113dBm）
数据业务
（1 Mbps）
AMR
（23.85kbps）
视频
（424kbps）
数据业务
（128kbps）
AMR
（23.85kbps）
视频
（424kbps）
下行 上行
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2%对应的边缘RSRP要求约为-116 dBm。
KPI与边缘RSRP分析如图3所示。
（2）覆盖指标与MOS关联分析
如图4所示，对路测数据RSRP/RS-SINR与MOS
进 行 关 联 分 析 。 满 足 M O S 3 . 5 分 对 应 的 覆 盖 要 求 ：
RSRP：-113~-110 dBm，RS-SINR：-3~0 dB。满足
MOS 3分对应的覆盖要求：RSRP：-116~-113 dBm，
RS-SINR：-8~-5 dB。
对 路 测 数 据 R S R P / R S - S I N R 与 M O S 进 行 二 维 关
联分析。满足MOS 3.5分对应的覆盖要求：RSRP：
-112 dBm，RS-SINR：-2 dB。满足MOS 3分对应的覆
盖要求：RSRP：-116 dBm，RS-SINR：-5 dB。
如图5所示，深度覆盖场景是VoLTE业务感知较差
的场景，因此深度覆盖水平影响VoLTE业务感知，提
升深度覆盖率是保证VoLTE感知的主要手段。当RSRP
低于-113 dBm，MOS平均值迅速下降，且低于3分。
（3）VoLTE对网络容量的影响
通过VoLTE业务占用TBS情况的理论分析及测试验
（a）试点区域VoLTE语音质量分布-室外
（b）试点区域VoLTE语音质量分布-室内
图2 VoLTE业务覆盖能力测试验证
图4 DT数据与MOS关联分析
（a）eRAB无线建立成功率与RSRP
（b）eRAB无线掉线率与RSRP
图3 KPI与边缘RSRP分析
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证可以得到VoLTE业务速率情况，在语音编码速率的基
础上，综合考虑包头开销（IP包头、L2包头）、语音
激活比、数据重传等开销，VoLTE业务PDCP层速率分
别约为13.5 kbps和23 kbps。为便于计算，按25 kbps估
算VoLTE业务速率要求，VoLTE业务流量占比分析如
表2所示：
表2 VoLTE业务流量占比分析
年度 上下行 VoLTE速率/
kbps
VoLTE
渗透率/%
MOU/
分钟
DOU/
GB
流量占比/
%
2016
下行
上行
合计
25 5.4 537 0.86 1
25 5.4 537 0.14 4
50 5.4 537 1.00 1
2017
下行 25 25 467 1.20 2
上行 25 25 467 0.20 11
合计 50 25 467 1.40 3
2018
下行 25 45 424 1.80 2
上行 25 45 424 0.30 12
合计 50 45 424 2.10 3
V o L T E 高 清 语 音 业 务 的 P D C P 层 综 合 速 率 约
25 kbps（开启RoHC），根据规划数据，2016年/2017
年/2018年VoLTE终端渗透率为5.4%/25%/45%，4G
VoLTE用户MOU为537分钟/467分钟/424分钟，4G用户
DOU为1 GB/1.4 GB/2.1 GB计算，2016年/2017年/2018
年VoLTE语音业务流量占比为1%/3%/3%。在整体流量
比例中，VoLTE业务流量占比较低，对网络容量不会
带来明显压力。
VoLTE业务在上行流量占比达到4%/11%/12%，因
此对于上行负荷影响更为明显。
考虑到VoLTE忙时集中系数高于数据业务，因保
障质量要求会占用较多PRB资源等情况，实际流量占
比可能略高于上述预估值。近期出现部分场景PDCCH
上行调度能力限制了上行业务性能等问题，还需要继
续分析对网络容量的影响。
2.4 指标总结
如表3所示， VoLTE语音业务需求为在满足基本的
业务质量要求下，RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB
可 以 满 足 需 求 。 在 满 足 较 高 的 业 务 质 量 要 求 下 ，
RSRP≥-110 dBm，RS-SINR≥0 dB是最低覆盖要求。
表3 VoLTE语音业务规划指标
质量要求 RSRP门限/dBm RS-SINR门限/dB
接通率≥98%、
掉话率≤2%、
MOS≥3
-113 -3
接通率≥99%、
掉话率≤1%、
MOS≥3.5
-110 0
3 VoLTE网络性能提升方案
3.1 建设方案
VoLTE业务要求连续的、深度的覆盖。连续覆盖
要求在路面及浅层覆盖区域提升覆盖率；深度覆盖要
求在室内深层区域实现覆盖。
考虑利用宏基站实现全网连续深度覆盖不具备可
实施性，因此应基于异构网架构实现VoLTE网络性能
提升。
HetNet（Heterogeneous Network，异构网）由
多 种 不 同 特 性小 区 （ 例 如 ： 对 于 4 G 网络 ， 包 括 各 种
eNB、HeNB、Relay等）组成的3GPP接入网（《3GPP
TR 21.905 Vocabulary for 3GPP Specifications》）。
图5 深度覆盖指标与MOS关联分析
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基于异构网技术特性及建设管理要求，4G异构网
可分为覆盖层和容量层。
覆盖层包括广域覆盖层、深度覆盖层（室外站）、
深度覆盖层（室内覆盖系统）。广域覆盖层：在广域范
围实现室外及部分室内区域连续覆盖、满足基本容量需
求的网络层。单发射点覆盖距离在数百米以上；深度覆
盖层（室外站）：在室外建设基站，针对局部区域实现
深度覆盖或满足容量需求的网络层，单发射点覆盖距离
低于同区域广域覆盖层，一般为数十至数百米；深度覆
盖层（室内覆盖系统）：在室内区域建设基站，针对特
定建筑物实现深度覆盖或容量需求的网络层，单发射点
覆盖距离为数十米以下；容量站（层）：在覆盖层基础
上，用于容量补充的站点。
实现VoLTE性能要求的无线网覆盖主要可总结为
三个方案：
（1）方案一：利用局部增加站址的方式提升广域
覆盖层的覆盖率。
理论上区域覆盖率从95%提升到99%，需要在覆
盖预算中多考虑6 dB的衰落余量。该方法可以有效提
升区域整体覆盖率。但在网络结构及性能、工程建设
等方面存在较多问题。
（2）方案二：利用小基站实现路面连续覆盖和建
筑物深度覆盖。在不改变广域覆盖层规划目标的前提
下，通过小基站部署实现路面连续覆盖。通过DT数据
分析对连续30 m弱覆盖进行小基站建设。根据建筑物
覆盖需求及价值，建设小基站实现室内深度覆盖，要
求覆盖质量满足（-113 dBm、-3 dB）的目标。
（3）方案三：利用低频段系统的部署低成本、高
效率实现连续的、深度的覆盖。
VoLTE性能提升方案比较如表4所示。
3.2 功能应用建议
在进行覆盖方案调整的同时，还应重视利用软件
功能提升VoLTE业务性能。
（1）EVS编码
E V S 编 码 相 比 A M R - W B 编 码 ， 具 有 更 高 效 的 语
音 压 缩 算 法 、 更 宽 的 语 音 带 宽 和 更 强 的 鲁 棒 性 ， 从
而以更低的速率提供更高音质。EVS已于2014年9月
在3GPP完成标准化，并于2015年3月并入GSMA的
VoLTE规范，主流设备厂家均已支持EVS。
E V S 现 网 测 试 结 果 表 明 ， 在 相 同 语 音 质 量 要 求
下，EVS编码方式可提高覆盖能力2~3 dB，理论上可
以实现约15%的覆盖距离延伸。
（2）eSRVCC演进
驻留在VoLTE覆盖范围外的用户发起VoLTE呼叫
时，可能发生bSRVCC切换导致呼叫失败（当前核心
网不支持bSRVCC功能）。在bSRVCC暂不具备现网支
持能力的情况下，为解决VoLTE覆盖范围外的用户因
bSRVCC导致呼叫失败，可以采用呼叫过程中延迟切
换、基于信道质量进行VoLTE/CSFB呼叫等方式提升
性能。
后续还需继续推动bSRVCC/aSRVCC的产品实现
与应用验证，彻底解决数据业务覆盖边缘区域的语音
呼叫接通率。
4 结论
图6为VoLTE性能提升方案应用建议，VoLTE业务
应用对于推广“三新”计划，进而保持中国移动的网
络竞争优势具有重要的战略意义。随着VoLTE业务商
用用户量迅速提升，VoLTE对连续覆盖、深度覆盖的
要求将越来越明显，因此应基于现网规划建设体系，
在规划指标、规划方法、建设方案、功能与新技术引
表4 VoLTE性能提升方案比较
方式 工程实施 效果评价
方式一
新增基站主要通过新选址方式
建设，工程难度极大；
现网基站需要同步进行天馈调整
过密的宏站密度导致全网干
扰抬升，RS-SINR下降
3 dB，下行速率下降20%
方式二
小基站建设方式灵活、建设
难度低；
室分系统建设难度较大，应灵
活应用皮、飞基站，小区分布
等方式提供可实施性
可以高精度实现定点覆盖，
覆盖效率较高；通过异频组
网等方式可以与宏基站层实
现异构组网
方式三
因覆盖能力强，站址资源需求
相对较小；可基于现有GSM站
址进行共址建设，工程建设
难度低
可以实现低成本高质量
覆盖；
需考虑与GSM频率协同，
避免影响GSM网络质量
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程日涛：高级工程师，现任职于中国
移动通信集团设计院有限公司，主要
研究方向为移动通信网络组网技术、
网络规划技术。
汪颖：教授级高级工程师，现任中国
移动通信集团设计院有限公司无线所
副所长，主要从事移动通信网络规划
设计工作，曾主持参与中国移动北京
奥运工程、广州亚运工程、TD-LTE试
验网工程等重大工程。
王韬：高级工程师，现任职于中国
移动通信集团设计院有限公司，主
要从事蜂窝移动通信网络工程设计
工作，完成多省多期GSM、CDMA、
TD-SCDMA、TD-LTE网络工程的规划设
计。
作者简介
入等方面全方位完善与改进，实现VoLTE业务更高用
户感知的部署目标。
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图6 VoLTE性能提升方案应用建议