VoLTE分組丟失問題分層優(yōu)化方法研究

吳桐

（普天信息工程設計服務有限公司，北京 100088）

VoLTE是直接在LTE網(wǎng)絡上提供高質(zhì)量的音視頻通話技術，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務與語音業(yè)務在LTE網(wǎng)絡下的統(tǒng)一。VoLTE語音服務具有呼叫時延短、話音質(zhì)量高、支持高清視頻等優(yōu)點。隨著網(wǎng)絡的全IP化演進，VoLTE是語音演進的最終目標方案。

VoLTE語音業(yè)務中，分組丟失問題是影響語音質(zhì)量的關鍵因素之一。高分組丟失率會導致語音吞字、斷續(xù)、單通等問題，嚴重影響用戶感知。本文從VoLTE協(xié)議棧入手，分析各協(xié)議層主要功能，提出分組丟失優(yōu)化方法，展示參數(shù)試點效果。

1 VoLTE協(xié)議棧

VoLTE業(yè)務包括語音流和信令流，分別承載在QCI 1和QCI 5上。語音分組使用RTP（Real-time Transport Protocol，實時傳輸協(xié)議），再加上UDP分組頭、IP分組頭，在應用層最終打包成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分組傳輸異常會導致應用層RTP分組的丟失，從而引起語音感知差。如圖1 VoLTE協(xié)議棧示意圖所示，PDCP分組在終端和基站間傳輸涉及PDCP、RLC、MAC、PHY各協(xié)議層，因此VoLTE分組丟失問題需要針對各層實體進行分析優(yōu)化。

圖1 VoLTE協(xié)議棧示意圖

2 協(xié)議子層分析及優(yōu)化策略

2.1 PDCP子層分析及優(yōu)化策略

PDCP子層的一項重要過程是對來自上層的IP數(shù)據(jù)分組進行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。該過程涉及Discard Timer（丟棄定時器）：PDCP從高層接收到一個SDU，就會啟動Discard Timer，超時后沒有收到底層（RLC層）的指示，就會丟棄此SDU。因此，PDCP Discard Timer設置過短容易導致PDCP SDU還未發(fā)送完成就遭丟棄，造成無謂的分組丟失。

協(xié)議規(guī)范PDCP Discard Timer取值范圍：{0，50，100，150，300，500，750，1500， infinity}（ 單 位 ：ms）。單獨考慮分組丟失問題，該參數(shù)可以設置為infinity，但是，PDCP Discard Timer設置過長容易導致PDCP層資源占用過多，影響后續(xù)分組的發(fā)送時延。因此，參考表 1標準 QCI特性，QCI 1、2、5、8、9（VoLTE注冊及業(yè)務涉及的QCI）的分組時延預算，兼顧分組丟失和分組時延，普通場景下建議PDCP Discard Timer設置為300 ms。高話務場景下，由于網(wǎng)絡負荷較重，用戶調(diào)度率較低，建議PDCP Discard Timer調(diào)整為750 ms。

2.2 RLC子層分析及優(yōu)化策略

VoLTE語音業(yè)務為保證更小的時延要求，采用UM傳輸模式，該模式提供除重傳和重分段外的所有RLC功能。UM發(fā)送實體接收到上層（PDCP層）的RLC SDU，放入發(fā)送緩存中，根據(jù)底層（MAC層）指示的RLC PDU大小對發(fā)送緩存中的RLC SDU進行分段或級聯(lián)，生成UMD（UM Data，非確認模式數(shù)據(jù)）PDU，再添加RLC頭發(fā)送給MAC層。

表1 標準QCI特性

RLC分段可以將一個大的數(shù)據(jù)分組分割成多個較小的數(shù)據(jù)分組，從而減少每個子幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，進而下調(diào)MCS，降低SINR解調(diào)門限，最終達到減少分組丟失的效果。RLC分段數(shù)越多，分組丟失改善越明顯，但是時延影響越嚴重，因此RLC分段數(shù)需要合理取值。

TDD制式下普遍采用上/下行配置2組網(wǎng)，如表2 TDD網(wǎng)絡上下行子幀分配所示，激活期語音分組周期（20 ms，即2個無線幀）內(nèi)上行只有4次調(diào)度機會。因此，RLC分段數(shù)建議限制為4，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)分組積壓。同時廠家新版本功能中已經(jīng)實現(xiàn)RLC分段限制自適應功能：根據(jù)信道質(zhì)量，分段數(shù)在設置的最小值和最大值之間動態(tài)調(diào)節(jié)，建議最小值為2，最大值為6。

表2 TDD網(wǎng)絡上下行子幀分配

2.3 MAC子層分析及優(yōu)化策略

上面已經(jīng)提到UM模式的RLC子層無重傳功能，所以MAC子層的HARQ重傳次數(shù)對分組丟失的影響至關重要。MAC子層將接收到的錯誤數(shù)據(jù)分組保存在HARQ Buffer中，并與后續(xù)接收到的重傳數(shù)據(jù)分組進行合并解碼，從而得到一個比單獨解碼更可靠的數(shù)據(jù)分組。如果解碼還是失敗，則重復“請求重傳，再進行軟合并”的過程。因此，重傳的次數(shù)越多，分組丟失的概率越小。

TDD制式下的上行重傳為同步模式，兩次重傳的時間間隔一定是10 ms，即上行重傳一次，需增加10 ms時延。下行重傳為異步模式，兩次重傳的時間間隔并不固定，但是時延最大將超過13 ms（協(xié)議表Uplink ACK/NACK timing index k for TDD可知。此處暫不討論，主要說明上下行重傳時間間隔約10 ms）。

根據(jù)表1 標準QCI特性可知，VoLTE業(yè)務時延預算：100～300 ms，同時參考上述RLC分段限制自適應范圍：2～6次，因此，普通場景下MAC子層HARQ最大重傳次數(shù)建議設置為5次。高速高鐵等快衰場景下，無線信道變化較快，建議HARQ最大重傳次數(shù)增大至8次。

2.4 PHY子層分析及優(yōu)化策略

前文提到RLC SDU根據(jù)MAC層指示的大小進行分段，這個指示即基站調(diào)度的TB Size。TB Size由兩個參數(shù)決定：RB數(shù)和MCS?；鞠滦姓{(diào)度的RB數(shù)和MCS主要由下行SINR決定，而基站上行調(diào)度的RB數(shù)和MCS主要由上行SINR和PHR來決定。由于上下行SINR主要涉及覆蓋干擾，PHR主要關聯(lián)上行功控。因此，分組丟失問題在PHY子層最本質(zhì)的工作還是覆蓋整治和干擾排查，在杜絕弱覆蓋、重疊覆蓋、上行干擾、上下行鏈路不平衡等問題的基礎上，配合實施上行功控參數(shù)優(yōu)化。

對于農(nóng)村、郊區(qū)等站間距較大導致上行覆蓋受限的場景，建議修改上行功控策略，提高RB的功率譜密度，使基站更容易解調(diào)，減少分組丟失的概率。VoLTE語音業(yè)務上行覆蓋受限可通過ML1層信令LTE PUSCH Power Control解碼評估，如果PUSCH Tx Power＞PUSCH Actual Tx Power，即說明上行覆蓋受限，需要提升PUSCH發(fā)送功率。

UE在PUSCH信道上第i子幀的發(fā)送功率（單位：dBm）為：

PPUSCH(i)=min{PCMAX，10lgMPUSCH(i)+P0_PUSCH(j)+α(j)·PL+ΔTF(i)+f(i)}

PCMAX：UE的最大發(fā)射功率。

MPUSCH：UE的傳輸帶寬RB數(shù)量。

P0_PUSCH：半靜態(tài)功率基準值。

α：路損補償系數(shù)。

PL：下行路損值。

ΔTF：由調(diào)制編碼方式和數(shù)據(jù)類型所確定的功率偏移量。

f：閉環(huán)功控調(diào)整值。

上行功控的公式比較復雜，涉及的參數(shù)也比較多，但日常優(yōu)化過程中最常見的優(yōu)化參數(shù)是P0_Nominal_PUSCH（影響P0_PUSCH的主要參數(shù)）和α，通過P0_Nominal_PUSCH和α的配置來達到提升上行覆蓋的效果。

3 優(yōu)化效果

參考表3高分組丟失率TOP小區(qū)優(yōu)化措施，對高分組丟失率TOP小區(qū)進行場景分類，同時根據(jù)場景特點，調(diào)整各協(xié)議層參數(shù)配置，驗證分組丟失率改善效果。

參數(shù)優(yōu)化后，VoLTE分組丟失相關指標均達考核標準。如圖2所示，網(wǎng)管上行分組丟失率由0.25%改善至0.12%，改善幅度達0.13%；MR上行高分組丟失率小區(qū)占比由5.33%改善至2.93%，改善幅度達2.4%。從參數(shù)試點效果來看，該套優(yōu)化方法適用于VoLTE分組丟失問題優(yōu)化。

4 結(jié)束語

分組丟失問題是VoLTE優(yōu)化工作的重點。基于無線側(cè)的覆蓋、干擾、切換優(yōu)化依然是日常工作的基礎，但是針對VoLTE的業(yè)務特性，參考各協(xié)議層的主要功能，借助各協(xié)議層的重要參數(shù)，VoLTE分組丟失問題可以得到更加顯著的改善。

表3 高分組丟失率TOP小區(qū)優(yōu)化措施

圖2 VoLTE分組丟失優(yōu)化效果

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