高鐵場景下VoLTE語音質(zhì)量的優(yōu)化提升

袁 滿，王 科

（中國聯(lián)通山東分公司，山東濟南250001）

1 概述

VoLTE是在4G網(wǎng)絡(luò)全IP條件下的端到端語音解決方案，能提供更短的接入時延和更好的語音質(zhì)量。以復(fù)興號為代表的高鐵列車運行速度快、車體損耗高，這樣的無線環(huán)境對時延、抖動、丟包敏感的VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量有很大的影響。本文以京滬高鐵山東段L1800+L2100雙頻網(wǎng)絡(luò)為例，通過大量DT測試發(fā)現(xiàn)了影響VoLTEMOS的呼叫重建問題，并有針對性地開展優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上通過進一步對比測試，驗證了最優(yōu)的載波策略，有效解決了高鐵VoLTE業(yè)務(wù)部署初期面臨的典型網(wǎng)絡(luò)問題，提升了業(yè)務(wù)質(zhì)量。

1.1 高鐵的發(fā)展趨勢

中國鐵路總里程正逐年上升，列車運行速度也逐步提高，其中高鐵運行速度達到300～350 km/h，根據(jù)未來高鐵的發(fā)展趨勢和歐洲同類國家的運行狀況，高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案應(yīng)該滿足350 km/h以上（最快達到450 km/h）的高速行駛要求。

1.2 高鐵場景VoLTE優(yōu)化面臨的困難

a）列車運行速度快（復(fù)興號達到350 km/h），多普勒頻效應(yīng)明顯，小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域頻偏陡變，對業(yè)務(wù)質(zhì)量影響大。

b）過快的移動速度對小區(qū)間切換和重選性能提出了更高要求，否則易出現(xiàn)脫網(wǎng)、切換失敗等問題。

c）高鐵為密閉式廂體設(shè)計，信號屏蔽嚴重，穿透損耗大（復(fù)興號達到約31 dB）。

d）多頻段組網(wǎng)的高鐵網(wǎng)絡(luò)，切換、駐留、均衡策略將直接影響VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量。

2 研究思路

2.1 場景選擇

考慮到復(fù)興號車型相對和諧號有著更快的運行速度和更大的車體損耗，同時考慮列車運行區(qū)域的車速、場景多樣性、業(yè)務(wù)量等因素，選取京滬高鐵泰安段以復(fù)興號車型為主進行測試，場景信息及站點分布情況詳見圖1。

圖1 高鐵VoLTE語音質(zhì)量提升研究區(qū)域

2.2 分析流程

根據(jù)該路段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無線環(huán)境的特點，在網(wǎng)絡(luò)VoLTE業(yè)務(wù)基本功能驗證完備的基礎(chǔ)上，一方面發(fā)現(xiàn)并解決對VoLTE語音質(zhì)量影響較大的各類無線問題，另一方面驗證VoLTE語音質(zhì)量最優(yōu)的載波駐留和均衡策略?？傮w思路如圖2和圖3所示。

3 研究過程

3.1 無線環(huán)境優(yōu)化研究

圖2 高鐵VoLTE無線環(huán)境問題研究分析過程

3.1.1 影響MOS的主要問題

通過摸底測試數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)影響MOS的主要問題是重建立，重建立的主要原因為切換慢，統(tǒng)計見表1。

表1 高鐵VoLTE重建立原因統(tǒng)計

3.1.2 針對“切換慢”問題進行分析解決

對影響切換快慢的參數(shù)進行組合測試，測試組合見表2。

組合1：通過參數(shù)調(diào)整減慢切換，反向驗證切換參數(shù)的影響幅度。

表2 高鐵VoLTE切換參數(shù)優(yōu)化測試組合

圖3 高鐵VoLTE頻段選擇策略研究分析過程

組合2：通過參數(shù)調(diào)整加快切換，正向驗證切換參數(shù)的影響幅度。

通過多輪測試，驗證結(jié)果見表3。

表3 各切換參數(shù)組合測試下重建立情況對比

從對比測試結(jié)果看（以上數(shù)據(jù)來源于同向單趟主被叫平均統(tǒng)計）：

a）通過組合1參數(shù)調(diào)整后，重建立次數(shù)明顯增加，符合預(yù)期。

b）通過組合2參數(shù)調(diào)整后，重建立次數(shù)明顯減少，符合預(yù)期。

c）組合2，新增切換過早問題，符合預(yù)期。切換到越區(qū)信號不穩(wěn)定快衰后無法切換出?？蓚€別點調(diào)整-CIO和天饋控制解決。

d）組合2，乒乓切換問題增加，符合預(yù)期。由于切換門限放寬、切換時間縮短，在重疊覆蓋區(qū)域乒乓切換問題會增加。這部分作為下一階段優(yōu)化分析的重點。

3.1.3 乒乓切換加劇的問題分析和解決方法

a）乒乓切換優(yōu)化方向：通過個別RF調(diào)整，控制重疊覆蓋以及越區(qū)信號；通過開啟乒乓切換抑制功能，限制乒乓切換。

b）設(shè)置乒乓抑制定時器的考慮因素：主要參考京滬高鐵泰安段的平均站間距和車輛運行速度。時長設(shè)置過長易導(dǎo)致切換不及時，過短則起不到很好的抑制效果。按照平均1 km左右的站間距，同時按復(fù)興號在泰安段區(qū)間車速100 m/s計算，抑制時間設(shè)定為10 s。建議參數(shù)設(shè)置如表4所示。

表4 高鐵VoLTE乒乓切換參數(shù)優(yōu)化建議

3.1.4 其他衍生問題

在實施參數(shù)修改加快切換并抑制乒乓后，發(fā)現(xiàn)存在個別公網(wǎng)小區(qū)越區(qū)切換后，因開啟乒乓抑制切不回高鐵網(wǎng)絡(luò)的情況，針對此類問題需通過RF優(yōu)化調(diào)整解決。

通過切換參數(shù)優(yōu)化、乒乓切換優(yōu)化，以及個別基礎(chǔ)RF問題處理，整體重建立問題下降明顯，重建立次數(shù)從平均14次下降到5.5次（見表5）。

表5 切換參數(shù)和乒乓抑制優(yōu)化前后重建立情況對比

網(wǎng)絡(luò)指標得到很大程度的改善：MOS均值從摸底測試的3.045提升到3.49，RTP丟包率從8.75%下降到3.6%，MOS大于3的比例從65.57%提升到80.24%。統(tǒng)計見表6。

3.2 頻段選擇策略研究

在2個頻段無線環(huán)境優(yōu)化已完成的基礎(chǔ)上，驗證頻段選擇策略對VoLTE業(yè)務(wù)MOS的影響。通過4種場景驗證影響，不同場景下參數(shù)設(shè)置策略見表7。

根據(jù)各場景設(shè)置策略對4種場景分別進行了測試分析，測試指標統(tǒng)計見表8。

表6 試驗區(qū)優(yōu)化前后DT測試指標對比

表7 各場景策略設(shè)置

表8 各場景下主要DT測試指標對比

通過指標對比可以看出，單L1800場景和基于覆蓋&負荷的雙頻段場景相近，MOS值略好于L2100場景。原因在于L1800覆蓋能力優(yōu)于L2100，同時基于覆蓋&負荷的雙頻段場景下VoLTE在L2100的區(qū)域多為其覆蓋較好區(qū)域，避免了L2100覆蓋較差區(qū)域。低負荷L2100和中高負荷L2100下MOS值沒太大差別，VoLTE的QCI=1是GBR業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)優(yōu)先級高于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，現(xiàn)網(wǎng)又無VoLTE用戶搶占資源，所以體現(xiàn)不出負荷帶來的差異。

但在短呼性能測試中發(fā)現(xiàn)，設(shè)置為“基于覆蓋和負荷均衡的雙載頻場景”，如果在L2100上起呼過程中遇到L2100弱覆蓋，則會發(fā)生呼叫中的頻間切換，導(dǎo)致呼叫時延大幅上升。現(xiàn)網(wǎng)情況下L2100覆蓋較L1800低2～4 dB，起呼過程中發(fā)生頻間切換可能性較大，所以建議將VoLTE業(yè)務(wù)優(yōu)先建立在L1800上。

4 研究成果

4.1 無線環(huán)境優(yōu)化研究

該專題研究中發(fā)現(xiàn)解決一個主要問題會加劇另一個次要問題，最終有效提升MOS值需多種參數(shù)優(yōu)化手段組合使用。高鐵上出現(xiàn)MOS差點主要是由于重建立，而大多數(shù)重建立來自于車速過快下的切換慢，在解決切換慢的參數(shù)過程中會加劇乒乓切換問題，所以需同步解決乒乓切換，選擇適合于該路段的參數(shù)組合（見表9）。

表9 復(fù)興號VoLTE語音質(zhì)量優(yōu)化參數(shù)建議

4.2 頻段選擇策略研究

該專題研究中，經(jīng)測試驗證在京滬高鐵山東段L1800/L2100同站建設(shè)條件下，對比復(fù)興號同車次同位置測試結(jié)果得出VoLTE線上感知效果排名為：基于覆蓋和負荷均衡的雙載頻場景=單L1800覆蓋場景＞低負荷L2100場景≥中高負荷L2100場景。

參數(shù)設(shè)置總結(jié)如表10。

隨著站點建設(shè)力度的加大，高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋將會日臻完善，后續(xù)可以通過相同的分析思路和優(yōu)化方法繼續(xù)開展載波策略優(yōu)化，最終目標是自由駐留和選擇頻段，避免業(yè)務(wù)過于集中在一個頻段所帶來的負荷壓力。

表10 頻段選擇策略研究結(jié)論

5 結(jié)束語

專題研究中對高鐵實施了高強度優(yōu)化和測試分析，并實施了一系列高鐵相關(guān)的獨特優(yōu)化策略，有效提升了復(fù)興號在無線環(huán)境下VoLTE的語音質(zhì)量，并實踐總結(jié)了當(dāng)前無線環(huán)境下的最優(yōu)載波策略。依據(jù)研究過程中發(fā)現(xiàn)的問題、采用的流程和方式方法、參數(shù)設(shè)置對比分析等，總結(jié)出了如下2個結(jié)論。

a）復(fù)興號VoLTE語音質(zhì)量的主要問題和解決方案。當(dāng)前無線環(huán)境下在復(fù)興號上影響VoLTE MOS的主要問題在于重建立，而重建立的主要原因為高速移動場景下“切換慢”，解決切換慢問題主要依靠A3相關(guān)切換參數(shù)的調(diào)整以便加快切換；其次造成MOS低的原因為乒乓切換，解決乒乓切換的有效手段是開啟乒乓抑制功能，并依據(jù)高鐵列車運動的特性對抑制時間進行有效設(shè)置，同時需進行RF優(yōu)化解決越區(qū)覆蓋避免產(chǎn)生錯抑制的問題。

b）高鐵VoLTE雙頻段選擇策略應(yīng)用總結(jié)。在現(xiàn)有站點分布情況下對比復(fù)興號同車次、同位置測試結(jié)果，得出VoLTE線上感知效果排名為：基于覆蓋和負荷均衡的雙載頻場景=單L1800覆蓋場景＞低負荷L2100場景≥中高負荷L2100場景。另在短呼性能測試中發(fā)現(xiàn)，設(shè)置為“基于覆蓋和負荷均衡的雙載頻場景”，如果在L2100上起呼過程中遇到L2100弱覆蓋，則會發(fā)生呼叫中的換頻切換，導(dǎo)致呼叫時延大幅上升?，F(xiàn)網(wǎng)情況下L2100覆蓋較弱，起呼過程中發(fā)生換頻切換可能性較大，所以建議將VoLTE業(yè)務(wù)優(yōu)先建立在L1800上，并關(guān)閉VoLTE業(yè)務(wù)的負荷均衡、打開VoLTE業(yè)務(wù)的頻選功能等。

以上2個結(jié)論基于京滬高鐵山東段的具體無線環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和復(fù)興號車型的特點，總結(jié)出的復(fù)興號的VoLTE語音質(zhì)量優(yōu)化方法、多頻段選擇策略也為后續(xù)其他高鐵線路VoLTE業(yè)務(wù)部署提供參考。