VoLTE网络优化指导手册V30.docx
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VoLTE网络优化指导手册V30
VoLTE网络优化指导手册
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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%，所以算法是基础无线优化是保障，现网参数设置必须在发布版本基础上按照SE给出的相关参数设置,最新的基站版本将RTP丢包率已经控制到1%以内。
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