VoLTE无线感知丢包率优化.docx
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VoLTE无线感知丢包率优化
VoLTE无线感知丢包率优化
发生丢包的原理
空口丢包带来VoLTE的RTP包丢失,导致VoLTE业务出现吞字、断续、杂音等降低用户感知问题。
通过对吞字断续的量化分析,可以直观反映出用户感知变差的情况:
1个字约占用8至10个RTP包,1个RTP包时长约20ms,因此1个字约占200ms,如果丢包持续超过1秒,用户将会感觉到约5个字听不到。
下图是丢包导致被叫用户感受到吞字的典型示例:
主叫发出的50个包,对应5个字,持续1秒在空口丢失,被叫侧没有检测到,被叫用户有明显吞字感。
发生丢包的原因
VoLTE高清语音编码速率为23.85kbps,终端每20ms生成一个VoLTE语音包(使用RTP实时流媒体协议传输),再加上UDP包头、IP包头、在应用层最终打包成IP包进行传输。
在无线空口,按照协议IP包进一步被转换成PDCP包,PDCP包就是空口传输的有效数据,PDCP包在终端和基站间传输异常会导致应用层RTP包的丢失,从而引起语音感知差。
用户面的RTP包在空口是承载在PDCP包中,终端或基站调度发出PDCP包后,由于空口质量问题导致在空口传输过程中丢失称为空口丢包,无线问题导致的丢包即PDCP的丢包,从丢包统计方面分析,上下行略有差别:
1、上行空口丢包从PDCP层统计,基站根据收到终端上发的PDCPSN序列号判断上行空口丢包。
例如终端发送了PDCPSN为1/2/3/4/5共5个包,而基站收到PDCPSN为1/2/3/5共4个包,那么基站侧统计的丢包率为1/5=20%。
2、下行空口丢包下行语音空口丢包较上行复杂,基站是根据MAC层反馈的ACK/NACK统计空口丢包。
举例:
一个TBSize初传反馈NACK,第一次重传反馈ACK,这个包不统计为丢包。
一个TBSize初传反馈NACK,第一次、第二次…,直到最大重传次数都反馈NACK,计为1次MAC丢包。
因RLC层为UM透传模式,当MAC层NACK达到最大次且基站侧的PDCPDiscord定时器超时后,基站会丢弃因MAC无法调度的PDCP下行包,因此基站侧的PCDP弃包为下行空口丢包。
导致丢包的原因,可从UE侧、空口、基站侧三个方面分析。
UE侧主要是UE的PHR受限、SR漏检、DCI漏检、RLC分段过多、上行调度不及时,会导致UE的PDCP层丢包定时器超时后弃包。
空口方面,主要是传输质量差,MAC层多次传输错误后,失败导致丢包。
基站侧主要是基站配置的PDCP层discardtimer过小,SR周期过大存在UE得不到及时调度情况,导致PDCP超时丢包。
丢包处理流程
无线感知丢包在弱覆盖、干扰、高话务、频繁切换四类场景下多发,优化策略可以从覆盖优化、上行干扰优化、高负荷优化、频繁切换优化入手,并适当开启VoLTE的部分增强功能以提升整体网络性能。
每种场景对应外在表现,通过网管的相关指标可以识别。
识别思路如下:
弱覆盖场景:
当出现上行弱覆盖时,为了达到基站上行接收期望功率,终端需要以较大的功率发射,导致终端PHR(功率余量)较少,PHR<0比例增加(PHR:
UE允许的最大传输功率与当前评估得到的PUSCH传输功率之间的差值,如果是负值则表示网络侧给UE调度了一个高于其当时可用发射功率所能支持的数据传输速率);同时为了对抗更差的无线环境,基站自适应调整CCE聚合等级(聚合级别越大,码率越低,解调性能越好,漏检概率越低),上行误码变大,上行丢包率增加。
干扰场景:
主要是上行干扰,上行的每PRB干扰噪声抬升(噪声抬升过大将导致部分信道覆盖的丢失,终端可能不具备足够发射功率来达到基站),因此上行链路调度时必须将噪声抬升保持在可接受的一定范围之内(<-110dBm)。
高话务场景:
用户密集、资源利用率高,PDCCHCCE资源有限且易受限,导致基站CCE资源分配失败,引发高丢包。
频繁切换场景:
通过软件侧对乒乓切换进行统计可以识别。
对于覆盖问题,主要考虑增强上行覆盖和优化下行SINR;对于上行干扰情况,考虑开启基于干扰的动态功控功能;对于高频频繁切换问题,考虑CIO参数调整结合覆盖优化;对于高话务高负荷情况,考虑优化CCE容量并开启ROHC功能;同时根据业务需求,考虑部分增强型参数策略的启用,如包聚合、PDCP&RLC定时器、RLC分片、HARQMAX等。
覆盖优化
1;下行覆盖优化:
主要使用天馈调整、功率控制、最小接入电平调整手段提升SINR,可分3步开展:
第1步天馈调整控制覆盖;第2步调整受限站点或室分信号泄露站点通过功率收缩及qrxlevmin(-128->-122)优化(管控参数,修改需申请),减少上下行不平衡带来的丢包;第3步通过切换优化门限,尽快使终端由2.1G&1.8G质差区域切换至800M,如农村广覆盖场景。
2;上行覆盖优化上行功率受限是导致VoLTE高丢包主要原因之一,因UE上下行覆盖差距约10dB左右,由于传输功率的限制,UE可能没有足够的功率发送上行资源给eNB,会导致上行丢包或者掉话。
目前主要考虑通过参数优化手段开启上行覆盖增强功能,改善上行受限问题。
主要目的是,在覆盖边缘功率受限情况下自动调整最优的MCS和PRB组合发送上行RTP数据包,并改进非周期CQI上报,提升上行覆盖能力,让基站更易解调上行信号:
(1)上行MCS/PRB调度算法:
根据上行无线环境,自动计算出最优的UL资源分配,提升上行信号解调成功率。
(2)非周期CQI上报改进:
由于非周期CQI是MAC层开销,当添加到语音负载时,它增加了语音包样本传输所需的TBS,当开启上行覆盖增强功能后,初始的语音数据包传输中,将不要求对非周期CQI进行HARQ重传。
(仅在一个语音包片段中,VoIP样本是分段的,或者在第一个TTI中,VoIP样本以TTI捆绑模式传输时,再触发非周期CQI上报)。
干扰处理优化
1、系统内干扰
密集城区场景整体RSSIPUCCH高。
这是因为手机发射功率过高,SINR值较低,给邻区带来较大的上行干扰,并易发生连锁反应,抬高某个区域整体干扰水平、上行的底噪,形成系统内干扰,影响上行业务质量。
上行干扰优化的主要原理是通过将上行静态SINR目标值功控方式改为动态功控,使得中心用户获得更好的SINR值,同时让边缘用户抑制基于SINR的抬升降低功率,降低整体的底噪,提升上行质量。
上行干扰优化的主要手段是开启上行干扰感知功控(actUlpcMethod=PuschIAwPucchCL),使得基站通过PDCCH向UE发送功率调整命令对发射功率进行微调(与闭环功控类似),-基站根据上行目标SINR值来控制控制终端的发射功率,这个目标值是通过基站测量和UE报告数据来计算所得,保证这个目标值。
负荷容量优化
在LTE网络中,PDCCH(下行物理控制信道)以CCE为单元,承载特定UE的调度、资源分配信息-DCI,如下行资源分配、上行授权、PRACH接入响应、上行功率控制命令、信令消息(如系统消息、寻呼消息等)的公共调度指配。
因为上下行共享PDCCH的CCE资源,且该资源最大仅占每个子帧的前3个符号,对于高话务区域丢包,容易出现上行PDCCH受限,导致VoLTE语音包来不及调度,造成丢包影响用户感知。
当上行CCE利用率、上行SRB调度资源占比指标中任意一项出现大于60%的情况,即可判断为小区负荷受限。
针对上述问题,主要采用两种手段进行优化。
1、增大PDCCHCCE初始比例:
达到减少由于上行CCE资源不足带来的丢包从而改善负载及丢包,该手段对上行丢包改善明显。
针对LTE系统上行受限,优化参数“CCE最大初始比例”,增大上下行分配的初始值(增大PDCCH上行CCE初始比例),进而实现动态调整CCE功率分配,减少由于上行CCE资源不足带来的丢包从而改善负载及丢包,达到优化语音感知目的。
参数具体原理:
用于配置PDCCH的上下行最大初始比例值。
默认配置该参数为1/2,表示上下行CCE占比最大值为1/2。
当修改参数大于1/2时,上下行CCE初始占比最大值可以根据上下行负载状况进行动态调整,调整范围为1/2到配置值之间的所有枚举值。
举例:
当参数配置为1_2,上行负载较重,下行负载轻时,上行业务感受较差。
当参数配置大于1_2,上行负载较重,下行负载轻时,上行业务感受有改善,下行部分子帧PRB利用率略有下降。
该参数推荐优化至10/1。
2、开启ROHC(包头压缩)功能:
让基站通过RRC重配置消息下发终端执行压缩包头,提高信道效率和分组数据的有效性,从而达到改善丢包的目的。
该手段对上下行丢包均有效果。
ROHC:
RobustHeaderCompression健壮性包头压缩,承载语音数据的经典数据包格式如下:
分析上图语音数据包,结论是:
一个IP包的包头长度远大于实际用户所传输的数据,这些包头每次均在网络上传输,势必将导致网络资源极大浪费。
例如,使用IPV4报头长度有40字节,数据部分15至20字节,则66%至73%资源将用于承载报文的包头上;使用IPV6,报头长度有60字节,则75%至80%的资源用于承载报头。
从终端方面分析:
终端的上行MCS受无线环境影响,可用PRB数目受终端功率限制,且每个TTI可发送的数据包大小是有限的,1个语音包需要多个TTI才能传送完毕,对于1T2R终端,可用资源更少,当在高话务场景下,用户VoLTE通话质量就无法得到保障。
从网络方面分析:
上行语音包分多个TTI发送,需要消耗更多的PDCCH资源,在需要分TTI发送的场景,通常将用8CCE,对PDCCH资源消耗较大。
打开ROHC功能,可对这部分协议头进行压缩,VoLTE数据包减小一倍,则20ms时间间隔内传送数据量可增加一倍,同时减少上下行PDCCH资源消耗。
节省的资源可以提高用户上网感知、提升小区吞吐率对下行丢包率起到改善作用。
切换优化
频繁的切换会带来较大的用户面时延,丢弃包率上升,影响用户感知。
频繁切换问题在本次大会战中主要表现在高铁场景中,RTP丢包明显。
切换优化的主要目的,是要尽可能降低频繁切换、乒乓切换的几率,通过增强非竞争性接入的成功率,降低切换准备失败事件的发生。
切换优化的手段方面,应先通过FR手段,做好切换带优化,在合理设置切换带的基础上,通过CIO参数优化进一步降低乒乓切换概率;注意要尽量避免单纯优化CIO参数。
功能参数优化
增强功能是在覆盖、干扰、负荷、切换等优化完成的基础上,进一步改善网络丢包性能的手段。
主要有语音包聚合、上行RLC切片、HARQMAX优化、定时器优化(PDCP丢包定时器、RLC重排序定时器)。
1.定时器优化
(1)PDCPdiscardTimer优化PDCPdiscardTimer在上行传输中,是控制数据包上传的一个定时器,每一个PDCPSDU对应一个discardTimer。
当UE从上层接收到PDCPSDU时,开始启动该SDU对应的定时器,当该定时器超时或者已经通过PDCP状态报告确认将相应PDCPSDU传到下层时,UE需要将PDCPSDU以及相应的PDCPPDU丢弃。
如果PDCPPDU被提交到下层,则丢弃这一状态也应一并通知下层,即PDCP这层把相应的包彻底清空。
当UE高层要求数据承载对应的RLC非确认模式(即VoLTE话音业务)下进行PDCP重建立时,在重建之前没发出的PDCPSDU不需要重新触发discardTimer。
因此,该定时器设置过小,对于PDCP重建成功有一定影响,会影响丢包率。
(2)RLC重排序定时器
VoLTE业务是实时的GBR业务,对时延要求高,RLC层采用UM模式进行传输,该模式提供除重传和重分段外的所有RLC功能,是一种不可靠的传输服务,当无线环境较差的时候,容易丢包。
RLCdataPDU重排序(reordering,只适用于UM和AM模式)的方式:
MAC层的HARQ操作可能导致到达RLC层的报文是乱序的,所以需要RLC层对数据进行重排序。
重排序是根据序列号(SequenceNumber,SN)的先后顺序对RLCdataPDU进行排序的。
重排序需要一定时间保证,对重排序定时器设置要求:
定时器时长>HARQ最大重传次数*HARQRTT,其中下行HARQRTT默认是10ms,现网重传5至7次,BLER10%,根据理论将定时器由默认50ms调整至80ms,对个别顽固小区可考虑优化至最大200ms,增加时间上的冗余,改善丢包。
2.HARQMAX优化
涉及对两部分参数优化,第1部分是重传次数,即QCI1专载HARQ最大重传次数;第2部分是目标Bler,即优化QCI1专载目标Bler。
QCI1专载HARQ最大重传次数:
接收方在解码失败的情况下,保存接收到的数据,并要求发送方重传数据,接收方将重传的数据和先前接收到的数据进行合并后再解码。
QCI1专载目标Bler:
当设置较低的目标Bler时,上行和下行链路可更快地调整MCS以适应不断变化的无线环境,因为补偿因子CQIstepdown/stepup和Cstepdown/stepup值较高,BLERTarget较低;因此,MCS可以比BLER=10%的情况下更快地降级或升级。
增大重传次数可以提升无线链路的可靠性,但无线资源开销也会增大,减小重传次数,无线链路的可靠性降低。
因此上述两部分参数需要一个合适的组合以获得最小的丢包率。
3.语音包聚合:
让多个语音数据包在MAC层汇聚后,再被基站调度发送,语音包聚合功能可以缓解基站的调度资源。
举例说明:
上行2个数据包进行聚合,UE用户面产生的数据包从IP->PDCP->RLC->MAC,第一个数据包传送到MAC层进行等待,第二个数据包传递到MAC层后两个数据包一起被基站调度。
(1)SR周期=20ms,不进行包聚合UE每20ms产生一个包,SR周期=20ms,UE20ms间隔发起一次SR,eNB调度一次分配的数据量可以使UE把数据发完,UE上报的BSR为0。
(2)SR周期=20ms&上行2个包进行聚合、SR=40msUE每20ms产生一个包,UE40ms间隔发起一次SR(包汇聚或者SR周期配置等于40ms),eNB调度分配的数据量不能使UE把数据发完,UE上报BSR≠0,eNB需要再调度一次。
包聚合功能虽然可以节省eNB的调度资源,但是,一旦由于无线环境问题导致SR漏检或者调度失败,会导致数据包丢失。
关闭上行包聚合功能,避免由于无线环境问题导致SR漏检造成的丢包,对上行丢包率改善较为明显。
4.上行RLC分片适当个数的包拆分可获得有利的上行增益,改善丢包率从而提升MOS。
定义上行最小PRB分配数量(ulsMinRbPerUe)、最小传输块大小TBS(ulsMinTbs),ulsMinTbs设置为72,ulsMinRbPerUe设置为3,VoLTE性能最好(验证项2)。
同时应注意数据包不能拆分的太小,否则会导致包头开销大、RLC重组成功率低造成负面影响。
上行最小PRB个不能设置为2,PRB个数较小,需要较大的MCS传输数据,无线环境较差的地方大概率会造成解调失败,影响VoLTE性能。
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