VoLTE详解 - 图文

7.4 影响VoIP的因素

语音在网络中传输的时候会受到时延、丢包、抖动等因素的影响，造成语音的不连续甚至中断现象，从而降低了用户的使用感受。下面对这些影响因素进行简单的分析和介绍。 7.4.1 时延

时延是影响语音通信质量最重要的因素。通俗的讲时延是指语音信息从说话者的嘴到听者的耳朵所经历的时延。时延的产生有多种因素，下面列出了主要的时延源：

编码时延：对模拟的语音信号进行采样、量化和编码产生的时延。此时延为固定时延。

打包时延：打包就是将编码器输出的语音净荷放置在RTP/UDP/IP包中的过程。此部分没有复杂的运算，时延很小为固定时延。

串行化时延：在数据被送离设备前会放置到物理队列中，如果物理队列中还有数据处于发送状态，则语音数据必须等待发送完毕后才能发送，即产生了串行化时延。此时延为可变时延。

网络时延：网络上的传输节点、服务器处理等产生的时延。此时延对用户来说是不可控制的。

表2 时延对语音的影响

时延（单向） <150ms 150~400ms >400ms 7.4.2 抖动

用户感受 语音清晰 语音变差，但还可接收 不能接收 变化的时延就是抖动（Jitter），即连续两个语音包时延的差值。若抖动过大给用户的直接感受就是语音来的忽快忽慢。影响抖动的因素一般和网络的拥塞程度相关，当网络流量很大时，数据包在各节点缓存时间不定，就会使得抖动更加明显。

由于抖动在网络传输中不可避免，那如何减轻抖动对VoIP业务的影响呢？目前比较常用的方法就是在接收端设置抖动缓存，在收到语音数据包后不立即进行播放，而是暂时保存在缓存中，等到预定时间到时再将缓存的数据包进行播放。但是设置的等待时间也不是越长越好，等待时间越长那么语音包的时延也会越大，因此要在抖动等待时间与语音时延中取平衡点。

在局域网环境中，仅考虑抖动的影响，采用G.711编码方式，抖动对语音的影响见表3。

表 7.4-1 抖动对语音的影响

抖动 <40ms 用户感受 语音清晰

达到300ms >500ms 可以接收 不能接收，听不清楚

7.4.3 丢包率

丢包率的形成原因主要跟网络的拥塞程度相关，当网络流量越大，影响就越明显，丢包率也就越大。 在局域网环境中，仅考虑丢包的影响，采用G.711编码方式，丢包率对语音的影响见表4。

表 7.4-2丢包率对语音的影响 丢包率 0 达到5% >10% 用户感受 语音清晰 可以接收 不能接收，听不清楚

说明：MOS是Mean Opinion Score的缩写，即对通讯质量的评价。数值从1到5。手机通话质量通常在4的范围内。

8 VoLTE无线技术

8.1 Semi-Persistent Scheduling

SPS是在指定子帧上按照预先分配的资源进行新传，但重传时为了降低时延，仍然采用动态调度的方式。优势是增加VoLTE用户数量的同时节省CCE资源。 当SPS使能情况下，TDD/FDD小区的VoLTE容量会得到显著增加。 SPS使能情况下VoLTE业务的传输时延、丢包率和MOS值等指标不会比SPS关闭时差，当SPS使能且较多VoLTE用户处于SPS激活状态时，KPI指标会好于未使能SPS情况。

半静态调度是指在数据传输过程中，eNB在初始调度时通过PDCCH指示UE当前的调度信息，UE识别是半静态调度，则保存当前的调度信息，并每隔固定的周期在相同的时频资源位置上进行该业务数据的发送或接收。使用半静态调度传输，可以充分利用数据包周期性到达的特点，一次授权，周期使用，可以有效的节省用于调度指示的PDCCH资源，在不影响通话质量和系统性能的同时支持更多的用户。半静态调度一般用来处理速率不变、数据周期到达以及时延小的业务，如VoIP业务。VoIP业务采用半静态调度可节省控制信令的开销，增加系统的VoIP容量。

eNB只要通过PDCCH给UE半静态调度指示，UE即按照PDCCH的指示进行本次调度数据的传输或者接收，

并且在每隔20ms之后，在相同的时频资源位置上进行新到达的VoIP数据包的传输或者接收。如图所示，标记为绿色的资源即为UE周期进行发送或者接收的资源位置。

频率半静态调度20ms20ms时间

半静态调度资源使用示意图

（这部分重点分析和TDD的关系，使用TM7时SPS的性能需要认真研究。）

SPS调度方法得优点是最大限度减少了控制信道的开销，并且在持续调度的时刻监听控制信道, 可以节省UE 的功率损耗。

缺点是没有数据包发送的用户无法被有效利用，资源利用率低；没有考虑信道的变化情况进行调度，持续分配的资源对于调度用户有可能不是最优的，因此性能要比全动态调度差，采用自适应HARQ 可以对系统性能有一定补偿，但是会消耗下行控制信道资源。

8.2 TTI Bundling

TTI Bundling 功能 (Transmission Time Interval) 可以提高上行传输成功率，应用场景包括VOIP业务等。TTI Bundling 功能通常在远点很低的 SINR下被激活，大幅提高小区的覆盖范围。在远点时，普通调度通常会有很高的HARQ传输失败，而TTI Bundling可以减少BLER和传输失败导致的延时。所以最终提高用户的 VoLTE体验。(例如： 低速率的通话业务)。

不同的UE可能有不同的最大发射功率。有些UE的最大发送功率较低，其上行覆盖（uplink coverage）也就相对较小。对于某些业务，如位于小区边缘的UE的VoIP业务，在1 ms子帧内发送的数据可能无法得到可接受的出错率。TTI bundling的目的就是为了提高小区边缘UE的上行VoIP覆盖。根据一些已知的仿真结果，上行使用TTI bundling能够带来4 dB的增益。

对于VoIP业务而言，其QoS要求：1）延迟不超过50ms；2）包出错率应低于1%。

在通常的传输中（无TTI bundling，称之为normal HARQ，后续会用到这个概念），一个TB会转换成多个冗余版本（Redundancy Version，RV），并在某个子帧上发送第一个RV，而后续的RV是否发送取决于前一次传输的ACK/NACK。图1是FDD下的normal HARQ举例。

对于小区边界的某些UE而言，其最大发射功率较低，重传的次数可能过多而导致VoIP业务的延迟超过50 ms。

图1：FDD的normal HARQ

为了解决上面提到的问题，LTE提出了TTI bundling的解决方案。

TTI bundling是在多个连续的子帧上多次发送同一个TB（Transport Block），而无需等待ACK/NACK的技术。 注意：只有UL-SCH数据传输才支持TTI bundling功能。

在TTI bundling中，对应同一TB的不同RV可以在连续的子帧中发送，而不需要等待回应的ACK/NACK。当对应该TB的所有传输都接收并处理完后，将会发送一个联合的ACK/NACK。即在连续的子帧接收同一TB的多次传输（不同的RV），并做软合并处理后，使用一个ACK/NACK做统一的回应。