1 VoLTE网络优化指导手册.docx
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1VoLTE网络优化指导手册
VoLTE网络优化指导手册
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1
VoLTE总体背景
1.1概述
目前业界对LTE语音的解决方案有三种,分别是VOLTE、CSFB、SGLTE,VOLTE与CSFB是3GPP标准化方案,SGLTE为终端实现方案,其中VOLTE是移动4G语音解决方案的终极方案;SGLTE不需要对网络进行改动,VOLTE与CSFB均需对网络进行改造。
近年来,伴随着移动互联网的快速发展,传统电信运营商的业务体系不够丰富、商业模式创新不足、用户使用体验不佳的劣势日益凸显。
在此背景下,以VoLTE为核心的融合通信成为运营商加快转型,应对互联网公司跨界竞争的重要业务形态。
尤其是今年以来,移动集团高层在多个场合均强调将在2015年年底实现VoLTE商用,目前已有省份开始试商用,同时多个省份均在进行商用前的试点优化工作。
1.2VoLTE基本概念及技术特征
VoLTE开启了向移动宽带语音演进之路,其给运营商带来两方面的价值,一是提升无线频谱利用率、降低网络成本。
LTE的频谱利用效率GSM的4倍以上。
另一个价值就是提升用户体验,VoLTE的体验明显优于传统CS语音。
首先,高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量;其次,VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短,VoLTE比CS呼叫缩短一半以上。
下面是实际测试的一些指标:
呼叫建立时延更短:
第一条随机接入消息到终端接收到网络侧下发的SIP180Ring消息之间的时间差,在外场短呼测试中看到平均时延为2S左右,而2G时代在6-7秒,用户感知为秒通。
语音质量更高:
因为使用23.85K宽带AMR(AdaptiveMulti-Rate)技术,语音质量相比2G、3G语音质量有质的提高,在外场测试时,在好点MOS(MeanOpinionScore)值在4.1左右,而3GMOS值在3.0—3.5之间,在同一地点的OTT语音在3.5左右(无线资源不受限)。
对运营商来说在这一点上体现了移动网络相对于OTT的优势。
系统间切换方面使用eSRVCC切换,测试切换时延在150MS以内,对用户感知无影响,且切换成功率高。
视频质量更好:
在同一地点Volte采用更高的分辨率,视频通话的图像远比OTT视频通话的图像清晰。
VOLTE
2G/3G
呼叫时延
0.5-2s
5-8s
语音质量
频率:
50~7000Hz
编解码:
AMR-WB23.85Kbps
频率:
300~3400Hz
编解码:
AMR-NB12.2Kbps
视频质量
典型分辨率:
480*640
720P/1080Ppossible
分辨率:
176*144
频谱效率
仿真测试结果显示:
同样承载AMR,LTE的频谱效率可达到R993倍以上
1.3VoLTE关键技术
1.3.1无线承载Qos等级标识
EPS系统中,QoS控制的基本粒度是EPS承载(Bearer),即相同承载上的所有数据流将获得相同的QoS保障(如调度策略,缓冲队列管理,链路层配置等),不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供,在接入网中,空口上承载的QoS是由eNodeB来控制的,每个承载都有相应的QoS参数QCI(QoSClassIdentifier)。
根据QoS的不同,EPSBear可以划分为两大类:
GBR(GuranteedBitRate)和Non-GBR。
所谓GBR,是指承载要求的比特速率被网络“永久”恒定的分配,即使在网络资源紧张的情况下,相应的比特速率也能够保持。
MBR(MaximumBitRate)参数定义了GBRBear在资源充足的条件下,能够达到的速率上限。
MBR的值有可能大于或等于GBR的值。
相反的,Non-GBR指的是在网络拥挤的情况下,业务(或者承载)需要承受降低速率的要求,由于Non-GBR承载不需要占用固定的网络资源,因而可以长时间地建立。
而GBR承载一般只是在需要时才建立。
LTE中共有9种不同的QCI,在VOLTE业务中主要用到了QCI1、QCI2、QCI5,而普通的数据业务主要是QCI8/9。
不同QCI列表如下图,IMS信令使用QCI5,语音业务共使用QCI1、QCI5、QCI8/9,视频电话业务共使用QCI1、QCI2、QCI5、QCI8/9。
QCI
资源类型(ResourceType)
优先级(Priority)
时延
(PacketDelayBudget)
丢包率(PacketErrorLossate)
典型业务(ExampleServices)
1
GBR
2
100 ms
10-2
VOIP
2
4
150 ms
10-3
电话会议,会话视频(直播流媒体)
3
3
50 ms
10-3
实时在线游戏,实时工业监控
4
5
300 ms
10-6
非会话视频(缓冲流媒体)
5
Non-GBR
1
100 ms
10-6
IMS信令
6
6
300 ms
10-6
视频(缓冲流媒体)
7
7
100 ms
10-3
视频(直播流媒体),话音业务
10-6
交互式游戏
8
8
300 ms
10-6
E-Mail,MSN,QQ,WWW
P2P文件共享
9
9
300 ms
10-2
1.3.2AMR-WB语音编码
AMR全称AdaptiveMulti-Rate,自适应多速率编码,主要用于移动设备的音频,压缩比比较大,相对其他的压缩格式质量比较差,但主要用于人声,所以效果较好。
2/3G使用的语音编码格式为AMR-NB,语音带宽范围:
300-3400Hz,8KHz采样率,VoLTE使用AMR-WB编码,提供语音带宽范围达到50~7000Hz,16KHz采样率用户可主观感受到话音比以前更加自然、舒适和易于分辨。
AMR 一共有16种编码方式, 0-7对应8种不同的编码方式, 8-15 用于噪音或者保留用。
FrameType
ModeIndication
ModeRequest
Framecontent(AMRmode,comfortnoise,orother)
0
0
0
AMR4,75kbit/s
1
1
1
AMR5,15kbit/s
2
2
2
AMR5,90kbit/s
3
3
3
AMR6,70kbit/s(PDC-EFR)
4
4
4
AMR7,40kbit/s(TDMA-EFR)
5
5
5
AMR7,95kbit/s
6
6
6
AMR10,2kbit/s
7
7
7
AMR12,2kbit/s(GSM-EFR)
8
-
-
AMRSID
9
-
-
GSM-EFRSID
10
-
-
TDMA-EFRSID
11
-
-
PDC-EFRSID
12-14
-
-
Forfutureuse
15
-
-
NoData(Notransmission/Noreception)
AMR-WB同样也有16种语音编码,目前主要使用2和8两种
FrameTypeIndex
ModeIndication
ModeRequest
Framecontent(AMR-WBmode,comfortnoise,orother)
0
0
0
AMR-WB6.60kbit/s
1
1
1
AMR-WB8.85kbit/s
2
2
2
AMR-WB12.65kbit/s
3
3
3
AMR-WB14.25kbit/s
4
4
4
AMR-WB15.85kbit/s
5
5
5
AMR-WB18.25kbit/s
6
6
6
AMR-WB19.85kbit/s
7
7
7
AMR-WB23.05kbit/s
8
8
8
AMR-WB23.85kbit/s
9
-
-
AMR-WBSID(ComfortNoiseFrame)
10-13
-
-
Forfutureuse
14
-
-
speechlost
15
-
-
NoData(Notransmission/Noreception)
1.3.3SIP(SessionInitiationProtocol)&SDP
SIP协议是互联网行业标准组织IETF提出的,SIP(SessionInitiationProtocol)是一个应用层的信令控制协议。
用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。
这些会话可以是Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。
会话的参与者可以通过组播(multicast)、网状单播(unicast)或两者的混合体进行通信。
VoLTE选择了SIP协议,最主要的原因就是免费。
在VOLTE中引入了IMS,对VOLTE进行业务控制,MME只是做为业务的承载体,IMS对业务的控制全部通过SIP消息完成,在学习VoLTE的过程中必须学习SIP消息。
SIP有两种类型的消息,它们是:
(1)请求:
从客户机发到服务器的消息(使用信令方法请求执行的操作,根据起始行中的Request-Line来区分的,一个Request_line包含方法名字。
)。
(2)响应:
从服务器发到客户机的消息(对请求消息使用应答编码列表中的一种有效编码进行回复;响应和请求的区别在于在START-LINE中是否包含一个STATUS-LINE,一个status-line在由数字表达的status-code之前,status-Code是一个3位的数字resultcode,用来标志处理请求的一个结果。
)
其中VOLTE常用的请求消息包括下列几种,表中也列出了消息的定义文档:
SIP方法
描述
定义文档
INVITE
表示一个客户端发起或被邀请参加电话会议(indicatesaclientisbeinginvitedtoparticipateinacallsession)
RFC3261
ACK
确认客户已经收到一个INVITE请求的最终响应(ConfirmsthattheclienthasreceivedafinalresponsetoanINVITErequest)
RFC3261
BYE
终止一个呼叫,可以由主叫或被叫方发起(Terminatesacallandcanbesentbycallerorthecallee)
RFC3261
OPTIONS
查询服务器的能力(Queriesthecapabilitiesofservers)
RFC3261
CANCEL
取消所有正在处理中的请求(Cancelanypendingrequest)
RFC3261
REGISTER
向标题字段中的SIP服务器发起地址列表注册(RegisterstheaddresslistedintheToheaderfieldwithSIPServer)
RFC3261
PRACK
临时确认(Provisionalacknowledgement)
RFC3262
SUBSCRIBE
向服务器订阅某个事件通知(SubscribesforanEventofNotificationfromtheNotifier)
RFC3265
NOTIFY
向订阅都发送一个新的事件(NotifythesubscriberofanewEvent)
RFC3265
UPDATE
在没有修改对话状态的情况下修改会话(Modifiesthestateofasessionwithoutchangingthestateofthedialog)
RFC3311
PUBLISH
发布一个事件到服务器(PublishesaneventtotheServer)
RFC3903
INFO
会话过程中发送一个会话消息,但不修改会话状态(Sendsmid-sessioninformationthatdoesnotmodifythesessionstate)
RFC6086
REFER
请求收件人发出SIP请求(AsksrecipienttoissueSIPrequest(calltransfer))
RFC3515
MESSAGE
使用SIP传输即时消息(TransportsinstantmessagesusingSIP)
RFC3248
响应消息包含数字响应代码,SIP响应代码集部分基于HTTP响应代码。
有两种类型的响应,它们是:
· 临时响应(1XX):
临时响应被服务器用来指示进程,但是不终结SIP事物。
· 最终响应(2XX,3XX,4XX,5XX,6XX):
最终响应终止SIP事物。
1xx
进展相应
临时相应
2xx
成功
最终相应
3xx
重定向错误
最终相应
4xx
客户端错误
最终相应
5xx
服务端错误
最终相应
6xx
全局错误
最终相应
SIP由于是采用文本格式编码,所以消息格式很简单,是由MessageHeader加可选的Messagebody构成,MessageHeader从第二行开始每一行都由“Tag:
Valued”格式组成,每一行描述一个属性,SDP也是用文本格式描述的,一个SDPDescription可以包含很多行,每一行的格式如下:
Type=Value
Type只用一个字母来表示;一个SDPDescription通常有一个Session-level和多个Media-level信息组成,常见的SDP属性如下:
v
Protocolversion
b
Bandwidthinformation
o
Ownerofthesessionandsessionidentifier
z
Timezoneadjustments
s
Nameofthesession
k
Encryptionkey
i
Informationaboutthesession
a
Attributelines
u
URLcontainingadescriptionofthesession
t
Timewhenthesessionisactive
e
E-mailaddresstoobtaininformationaboutthesession
r
Timeswhenthesessionwillberepeated
p
Phonenumbertoobtaininformationaboutthesession
m
Medialine
c
Connectioninformation
i
Informationaboutamedialine
2.3.4RoHC健壮性报头压缩协议
在LTE中,为了在分组交换域(PS)提供语音业务且到达接近常规电路交换域的效率,必须对IP/UDP/RTP报头进行压缩。
对于话音数据包,其包长较小,封装成IP包后,采用头压缩技术能有效提高频谱利用率,对于视频业务数据包,同样压缩后也可以提高频谱效率。
在LTE系统中,规定PDCP子层支持健壮性报头压缩协议(ROHC)来进行报头压缩,并且同时支持IPv4和IPv6。
典型的,对于一个含有32Byte有效载荷的VoIP分组传输来说,IPv6报头增加60Byte,IPv4报头增加40Byte,即188%和125%的开销。
为了解决这个问题,在LTE系统中PDCP子层采用ROHC报头压缩技术,可压缩成4~6个字节,即12.5%~18.8%的相对开销,从而提高了信道的效率和分组数据的有效性。
2.3.6eSRVCC(EnhancedSingleRadioVoiceCallContinuity)
SRVCC(SingleRadioVoiceCallContinuity)是3GPP提出的一种VoLTE语音业务连续性方案,主要是为了解决当单射频UE在LTE/Pre-LTE网络和2G/3GCS网络之间移动时,如何保证语音呼叫连续性的问题,即保证单射频UE在IMS控制的VoIP语音和CS域语音之间的平滑切换,SRVCC类似于UTRAN中的3G至2G的切换,主要是在CN侧多了PS域到CS域的转换过程。
当LTE覆盖较差时,UE通过SRVCC切换到UTRAN/GERAN,目前移动公司的方案是切换到GERAN,3GPPTS23.216中定义E-UTRAN切换到UTRAN/GERAN的流程图及主要信令流程如下:
eSRVCC即为增强的SRVCC,与SRVCC一样为3GPP在R8阶段引入的方案,相比SRVCC最大的改进就是缩短了切换时延,改善用户感知。
SRVCC与eSRVCC的主要区别如下:
1.SRVCC:
媒体的切换点是对端网络设备(如对端UE),影响切换时长的主要因素是会话切换后需要在IMS网络中创建新的承载。
2.eSRVCC:
相比于SRVCC,媒体切换点改为更靠近本端的设备。
具体方案就是增加ATCF/ATGW功能实体作为媒体锚定点,无论是切换前还是切换后的会话消息都要经过ATCF(AccessTransferControlFunction)/ATGW(AccessTransferGateway)转发。
后续在发生eSRVCC切换时,只需要创建UE与ATGW之间的承载通道,对端设备与ATGW之间的媒体流还是通过原承载通道传输。
这样相当于减少了SBC至SCCAS之间的时延,明显短于SRVCC方案,减少了切换时长。
2VoLTE网络优化流程
3VoLTE网络优化指导思想与原则
3.1基础优化
VoLTE业务最高采用23.85kbit/S的编码格式,在空口对于上下行速率要求不高,在弱覆盖高干扰场景下可以通过牺牲RB资源来获得较好的MOS值,但是如果要想获得更高的MOS占比还需要优化SINR、降低BLER、降低频繁切换等手段来提升,基础优化文档可以参考《TD-LTE网络优化指导书》
例如:
下图是山东枣庄某网格优化过程以及MOS值变化情况,可以明显看出SINR和MOS值变化关系。
时间
RSRP
RS-SINR
平均MOS
7月13日
-86.84
18.20
3.76
7月16日
-85.4
18.6
3.82
7月20日
-86.94
19.86
3.92
3.2邻区优化
VoLTE系统内切换流程与数据业务系统内切换流程一致,所以系统内邻区优化与当前邻区一致,本文不作说明,重点说明eSRVCC切换的GSM邻区优化。
LTE中异系统互操作是根据系统下发的GSM频点进行电平强度检测(RXLEV),并不会检测信号载干比(C/I),这样就有可能因为GSM目标小区的信号强度满足要求而不满足C/I要求导致入失败,2G侧是以小区BCCH频点+NCC+BCC标识小区的,同频同码造成错误选择目标小区的可能性,所以合理配置GSM邻区关系是优化的前提。
1、由于GERAN测控下发时是下发频点,所以GSM邻区的BCCH必须包含在GERAN频点列表中,否则会导致上报B2MR而ENB无法判决切换;
2、如TDL小区为双模小区,直接继承共天线TDS小区的GSM邻区;
3、如果4G与2G小区共站,4G首先需要配置所有共站的2G小区;同时需要继承配置其中同方向角的2G共站小区切换次数最多的几个2G邻区。
4、如果4G仅与3G小区共站,4G需要配置同向3G共站小区的2G邻区。
5、如果4G站点为新建站,优先添加第一圈2G邻区,应重点检查以下两类2G小区:
距离4G站点最近的4个2G站址中,如果存在室外小区,则选择天线方向指向本小区的2G小区;
4G小区天线法向方向正面对打小区且两小区天线相对方向角度在60°之内最近的2个候选邻区。
6、如果4G与2G共室分,4G需要配置该2G室分小区,及该2G室分小区的邻区。
7、基于小区B2测量报告可以进行精确邻区优化,后续可以借助我司MORPHO工具GSM邻区自动优化功能进行优化。
3.3时延优化
呼叫建立时延(CallSetupTime)定义:
第一条随机接入消息到终端接收到网络侧下发的SIP180Ring消息之间的时间差。
信令流程分解(现在各地流程存在差异):
1、发起INVITE到建立QCI=1承载时长大约0.4s;
2、IMS收到主叫建立QCI完成以后寻呼被叫时长大约在2S以内(寻呼周期1280ms,如果运气比较差刚好需要等待一个寻呼周期寻呼时长就会比较长);
3、被叫建立QCI承载时间大约0.5s
4、Modify过程时长大约0.2s;
5、PRACK预确认时长需要0.5s
6、UPDATE编码格式协商时长需要0.7s;
整体计算出来影响时延主要是在寻呼、以及SIP信令交互过程,在空口的时延是非常短的,下面流程是枣庄接入流程图:
当然如果能减少RRC接入整体接入时延将控制到3-3.5s之间,下图是去除RRC过程以后的接入流程图,接入时延为3.3S(下图中核心网发起3次MODIFY过程,所以在开网优化过程中如果存在多次MODIFY过程属于异常现象,需要和核心网进行沟通,按照协议只需要一次MODIFY过程,现在福州和广州为了减少时延将MODIFY过程已经全部删除);
时延优化关键点:
1、无线优化为基础,避免被叫无线环境差导致收到寻呼延时;
2、关注UPDATE和MODIFY过程,协商是否能够去除MODFIY过程(后期中国移动应该会出标准);
3、优化网格切换次数,如果在接入过程中出现切换将影响接入时延;
3.4RTP丢包率优化
Volte语音基于RTP协议传送,该项指标直接影响MOS,移动通信中满足覆盖目标的CS语音业务要求误帧率(FER)小于1%,LTE系统空口采用了增量冗余的HARQ机制,一般系统实现要求HARQ初传成功率达到90%,即初传误块率(BLER为10%),因此为了达到语音质量要求,必须经过一次的HARQ重传语音误帧率才能小于1%,所以算法是基
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