1. 概述
伴隨4G廣覆蓋的實現，作為運營商語音終極解決方案的VoLTE技術逐步走上舞臺，切實打造可以高質量商用的VoLTE技術是運營商關注的重點，因此對相關提升手段的探索至關重要。本文針對影響VoLTE語音資源調度需求方向展開研究，旨在夯實網絡參數基礎，營造良好的商用環境。
1.1 語音業務模型介紹
VoLTE架構引入IMS等網絡節點，終端在LTE網絡即可實現語音通信。IMS可實現獨立鑑權，計費等功能且獨立性高。另LTE實現了終端永遠在線，終端註冊網絡即分配IP地址，所以VOLTE實現了架構在LTE網絡上全IP條件下的端到端語音解決方案。
本質：是一種IP數據傳輸技術（傳輸的是RTP數據包），實現數據與語音業務在LTE網絡下的統一。
優勢：可以提供高質量、高清晰、低時延的音視頻通話。
VoLTE語音業務過程由暫態、通話期、靜默期相交替組成，其中語音包間隔20ms，靜默期間隔160ms，為使話音之間的過渡更為自然，在靜默期引入適量的背景噪音數據包，即SID包。
（1）暫態：每次業務建立初期，尚未穩定的狀態下語音包的ROHC處於非穩定態，壓縮還沒有生效，包相對較大，採用動態調度。
（2）通話期：指用戶正在通話的狀態，此狀態下每20ms產生一個語音採樣包，包的大小取決於當前採用的編碼速率。
（3）靜默期：用戶通話停頓的狀態，此狀態下會每160ms發較短的背景音符號SID(silence insertion descriptor)啟用動態調度。
1.2 語音業務理論速率
VoLTE語音通話模型中的三個階段，利用編碼方式結合語音包結構計算理論語音速率需求，為更好實現各類調度參數研究設置提供基礎性參考。其理論計算如下：
VoLTE語音業務速率不同，激活期與靜默期的數據包大小也不同。eNodeB通過檢測數據包大小來判斷VoLTE業務的通話期與靜默期。相比FTP業務，VoLTE語音數據包較小且呈現週期性。為提升LTE數據網絡的承載效率，引入了關聯資源調度參數的研究。
2. VoLTE調度原理
VoLTE語音承載於LTE網絡，其調度過程遵循數據網絡規則。無線資源調度功能位於eNodeB的MAC層，由eNodeB的動態資源調度器實現，動態資源調度器為下行共享信道（DL-SCH）和上行共享信道（UL-SCH）分配物理層資源。依據上下行信道的無線鏈路狀態來進行資源分配，而無限鏈路狀態是由eNodeB和UE上報的測量結果進行判定的。分配的無線資源包含物理資源塊的數量、物理資源塊的位置以及調製編碼方案MCS。
2.1 下行調度過程
（1）下行信道質量測量：
eNodeB發送CRS 給UE，UE估計CQI並上報給基站,UE上報CQI分兩種方式：週期性和非週期性，可以同時存在，若同時上報的話，僅保留非週期性CQI。
（2）CQI上報：
Ø 週期CQI報告信道（PUCCH），非週期性CQI報告信道（PUSCH）
Ø 接收到的DCI format 0的CQI request設置為1時，UE非週期上報CQI、PMI和RI，上層可半靜態地配置UE週期性上報不同的CQI、PMI和RI。
（3）下行資源分配:
基站根據下行信道的質量情況，自適應分配下行資源（針對 UE選擇不同的載波和slot）。下行鏈路中，網絡在每個TTI動態地給UE分配資源（PRBs & MCS）
（4）數據傳輸
根據資源分配的結果在PDSCH上填充數據, 並在PDCCH上傳輸相應的C-RNTI。
（5）重傳指示判斷
UE根據檢測PDCCH信道，解碼對應的PDSCH信息。UE根據PDCCH告知的DCI format在公共搜索區中接收PDSCH 廣播控制信息。此外，UE通過PDCCH UE 特定檢索區接收PDSCH數據傳輸。隨後基站重傳數據/發送新數據過程。
2.2 上行調度過程
（1）上行資源請求
RACH成功之後，eNodeB配置UE的SR子幀位置和發送週期，UE通過PUCCH中的控制消息UCI傳輸SR，UE有發送數據需求時，把相應的SR置1，無資源請求時SR為空。SR提示基站是否有資源需求，而具體資源需求量由之後的信令交互完成。
基站收到SR後，下發UL grant，先配置部分資源給UE上傳BSR，之後UE通過BSR告知基站要傳輸的數據量，ENB收到UE上報的BSR之後，根據該UE上報的SRS及基站現有資源等綜合分析決定是否給UE分配資源。若條件不滿足就不分配資源給UE，UE在多次SR不成功後會重新發起隨機接入。
（2）上行信道質量測量
基站給UE分配上行資源之前首先必須要知道上行信道的質量，如果UE的上行信道質量較好且有傳輸數據的需求，ENB才會給UE分配資源。
（3）上行資源分配
分配完資源後eNodeB必須把分配的uplink grant（PRB & MCS）通知UE，即UE可以在何時佔用什麼載波傳輸數據，以及採用的調製編碼方案。E-UTRAN在每個TTI動態地給UE分配資源（PRBs & MCS）,並在PDCCH上傳輸相應的C-RNTI，同時規定UE上傳的bit數（MCS和傳輸bit數的表）。
（4）數據傳輸
UE接收基站下發的資源分配，監視PDCCH以查找可能的上行傳輸資源分配，從common search space中獲取公共信息，從UE specific search space中搜索關於自己的調度信息。根據搜索到的結果在PUSCH對應的PRB上傳輸數據信息。
（5）重傳指示
如果有重傳，則相應控制信息亦通過PDCCH傳送。這屬於自適應傳輸，下行一般採用非同步自適應HARQ，非同步：初傳數據和重傳數據時間差不固定一般>=8ms，一旦收到NACK，若當前是下行幀就立即重傳；自適應：自適應的調整PUSCH的位置，並通過PDCCH通知UE。後續UE重傳數據/發送新數據步驟同
（4）3.VoLTE調度關鍵參數
3.1 語音包聚合
語音包發送需要通過PDCCH分配上下行資源，為此消耗極大的PDCCH資源，Volte業務是時延敏感業務，如果PDCCH資源發生擁塞，Volte業務的數據包得不到及時發送，會影響Volte業務的用戶感知。因此優化Volte業務對PDCCH資源的佔用，有助於提高Volte業務的用戶感知和網絡自身的性能。
聚合原理：UE用戶面產生的語音數據包從IP->PDCP->RLC->MAC，第一個數據包傳送到MAC層進行等待，第n(2…4)個數據包傳遞到MAC層後,多個語音數據包匯聚後，再被基站調度發送，語音包聚合功能可以緩解基站的調度資源受限情況。
3.2 RLC分片
RLC分片通過控制允許的上行最小PRB分配數量和TBS大小來達到增強上行數據健壯性的目的。上行最小PRB分配數量（ulsMinRbPerUe）越大或者TBS（ulsMinTbs）越小，則上行信道的健壯性越強。 因為UE可以使用更小的MCS來傳送數據，但同時也會增加額外的資源消耗。PRB數量越大資源的消耗顯而易見，TBS越小其資源消耗主要體現在層2的額外開銷上。
RLC分片算法作為一種擴展，以實現對上行覆蓋的改進，其不是事件觸發機制，它是自動完成的，並且適用於無線信道較差的環境。
Ø 當覆蓋條件變差，系統將傳輸塊傳輸到一個太小而不能傳輸完整數據包的值時，調度器執行分組分割並在多個TTI上傳輸。
Ø 數據包由於RLC/MAC開銷不止一次地傳輸，因此要傳輸相同數量的用戶數據，需要消耗更多的資源。
Ø 隨著傳輸數據包的數量增加，PDCCH和DL中的PHICH上的資源也被利用，這是由於為了HARQ目的傳輸ACK /NACK。
該功能只定義了TBS允許的最小值，並不意味著時刻需要使用該TBS大小進行傳送，當信道條件良好時，可以用較高的MCS一次傳送數據，而不需要進行拆分；當信道條件惡化，ATB控制的最大PRB數不足以一次傳送數據，則需要進行拆分。
3.3預調度
為應對VoLTE調度中出現的音頻間隙，引入了VoLTE健壯性補償，因漏檢的SRI可能會導致VoLTE沒有調度，形成音頻間隙。通過對VoLTE 終端的上行預期補償實現改進。若最新的批處理的運行時間大於配置的值，則在PUSCH上主動允許它傳輸任何未決的QCI1數據。以改進VoLTE KPI，減少音頻間隙和降低掉線率，提升用戶感知。
Ø 避免TTI-B乒乓:更新TTI-B SINR退出檢查，以TTI的數量(實際時間)為基礎，而不是解碼樣本的數量（其在語音和SID之間變化)，可配置集成時間，用於測量退出時TTIB / SINR閾值。
Ø 避免長時間的音頻間隔:非TTI-B QCI1通信(可配置的UE/TTI限制和可配置期間)中添加低優先級的主動UL授權。
Ø TTI-B_DRX:TTI-B的新DRX參數，允許設置DRX_cycle_length，防止UE進入睡眠狀態。
3.4 延遲調度
正常情況下VoLTE語音業務每20ms發送一個語音包，而每次語音包發送都需要通過PDCCH分配分配上下行資源。在部分場景下（如高話務、或者多個用戶分佈在小區邊緣），易出現PDCCH資源不足（CCE資源不足），導致語音包不能得到及時調度，引起語音丟包率高、語音斷續等問題，同樣也影響數據業務的上傳/下載速率。
Ø eNB根據上下行語音業務的首包時延來確定是否進行語音業務的延遲調度
Ø 如果首包時延大於20ms，或者待調度語音包個數大於等於N，則將多個來包週期的語音包合併調度，從而達到上下行語音包匯聚的效果，降低上下行PDCCH佔用率
Ø 網絡資源不足時，對於動態調度啟用延遲調度，能獲得20%左右的話音能力提升
3.5 報頭壓縮
基站通過終端上報的能力信息獲悉UE所支持的RoHC算法，通過RRC重配置消息下發終端。VoLTE語音包中對於 IPv4協議IP/UDP/RTP協議頭佔40 bytes (52%語音包)，對於 IPv6協議IP/UDP/RTP協議頭佔60 bytes (63%語音包)，打開ROHC功能對這部分協議頭進行壓縮可以大大減少語音包的大小，從而節約基站資源。
4.總結
VoLTE語音業務調度保障機制，是高清語音通話的靈魂，只有瞭解VOLTE如何調度才能更好的保障用戶使用，對於三大運營商來說都是必須重點研究的，目前中國移動高清語音通話已經商用，中國電信是規模商用，中國聯通在試商用階段，中國移動在VOLTE還處於領先階段，VOLTE高清通話今後是語音通話的打底網絡，目前才剛剛開始。
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