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摘要：隨著4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不斷完善，4G終端不斷成熟，VoLTE的建設(shè)和商用也逐漸啟動(dòng)。針對(duì)現(xiàn)階段LTE 800 MHz和LTE 1 800 MHz網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)現(xiàn)狀，如何承載VoLTE網(wǎng)絡(luò)是需要考慮的問(wèn)題。從鏈路預(yù)算和仿真2個(gè)方面對(duì)VoLTE的覆蓋性能進(jìn)行了對(duì)比，詳細(xì)分析了VoLTE和CDMA、VoLTE和LTE在覆蓋性能上的差異，并提出了對(duì)應(yīng)的建設(shè)策略。

1概述VoLTE是3GPP定義的基于IMS網(wǎng)絡(luò)的LTE語(yǔ)音解決方案，其語(yǔ)音質(zhì)量高，成本低，能有效節(jié)約頻率資源，有利于運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和升級(jí)。隨著近2年三大運(yùn)營(yíng)商的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋越來(lái)越完善，用戶終端逐漸成熟，不少城市開(kāi)始正式商用VoLTE。VoLTE承載于LTE網(wǎng)絡(luò)之上，語(yǔ)音質(zhì)量的優(yōu)劣與LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平息息相關(guān)。由于頻譜、帶寬、政策、運(yùn)營(yíng)商策略等因素，導(dǎo)致不同城市、不同場(chǎng)景、不同階段存在著低頻、高頻和低高頻疊加組網(wǎng)等多種組網(wǎng)形式，在不同的頻段，VoLTE的覆蓋能力也各有不同。本文以某運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，分析一般城區(qū)場(chǎng)景800和1 800 MHz 2種頻段下的VoLTE覆蓋能力。2VoLTE關(guān)鍵技術(shù)VoLTE是基于IMS的一種語(yǔ)音通話技術(shù)，與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共同承載于LTE網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)同步進(jìn)行。作為語(yǔ)音業(yè)務(wù)，其具有與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同的特性，如占空比低、單包小、實(shí)時(shí)性要求高等。為了提升VoLTE性能，3GPP定義了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：ROHC報(bào)頭壓縮、時(shí)隙綁定、RLC分段技術(shù)、半靜態(tài)調(diào)度。a) RoHC報(bào)頭壓縮。在3GPP定義的VoLTE業(yè)務(wù)中，語(yǔ)音編碼主要分為AMR-NB和AMR-WB 2種，其編碼速率分別為4.75~12.2 kbit/s和6.6~23.85 kbit/s，通話期間每20 ms產(chǎn)生一個(gè)語(yǔ)音包，靜默期間每160 ms產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包。以AMR-NB為例，按照一個(gè)典型語(yǔ)音包32 B計(jì)算，采用IPv4格式封裝時(shí)，IP層包頭開(kāi)銷達(dá)到20+8+12=40 B，采用IPv6格式封裝時(shí)，IP層包頭開(kāi)銷達(dá)到40+8+12=60 B，再加上PDCH層、RLC層和MAC層各8 B的包頭開(kāi)銷，語(yǔ)音承載效率僅為33.3%(IPv4)和27.6%(IPv6)，而采用ROHC報(bào)頭壓縮時(shí)，IP層包頭開(kāi)銷可壓縮為4~6 B，從MAC層統(tǒng)計(jì)，語(yǔ)音壓縮效率分別達(dá)到了37.5%(IPv4)和48.3%(IPv6)。根據(jù)上述分析可知，通過(guò)ROHC報(bào)頭壓縮，封裝后整個(gè)數(shù)據(jù)包大大縮小，既可降低VoIP的邊緣速率，降低UE的功率需求，提升邊緣覆蓋，又可降低RB資源的占用，提高系統(tǒng)容量。b) 時(shí)隙綁定。當(dāng)用戶處于小區(qū)邊緣，路徑損耗較大，而UE由于本身發(fā)射功率受限，導(dǎo)致上行信道質(zhì)量較差，誤碼率不能滿足要求。為了解決這一問(wèn)題，3GPP定義了時(shí)隙綁定技術(shù)，通過(guò)將上行連續(xù)時(shí)隙進(jìn)行綁定(最大時(shí)隙綁定數(shù)量為4)并分配給同一UE，并在這些上行時(shí)隙中，發(fā)送相同內(nèi)容的不同冗余版本，提高基站側(cè)數(shù)據(jù)解碼成功率，使得用戶在覆蓋較弱的基站邊緣具有較高的上行速率和較低的誤碼率，從而提高上行覆蓋能力。c) RLC分段。當(dāng)小區(qū)邊緣功率受限時(shí)，上行覆蓋能力下降，有可能導(dǎo)致UE無(wú)法在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成一個(gè)完整數(shù)據(jù)包的發(fā)送。而RLC分段增強(qiáng)技術(shù)，通過(guò)將一個(gè)RLC SDU拆分成多個(gè)小的PDU，降低小區(qū)邊緣每個(gè)子幀需要上傳的數(shù)據(jù)量，間接提升上行覆蓋能力。而由于RLC分段降低了每個(gè)子幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，若分段過(guò)多，則會(huì)引起資源極大的浪費(fèi)，從而降低VoLTE容量，因此在RLC分段時(shí)，需綜合考慮容量和覆蓋兩者之間的平衡。d) 半靜態(tài)調(diào)度。LTE中需要PDCCH信道對(duì)所有的業(yè)務(wù)信道進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，以滿足上下行不同的業(yè)務(wù)需求，與傳統(tǒng)的突發(fā)性高、帶寬需求高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，VoLTE業(yè)務(wù)有著不同的特點(diǎn)，其占用時(shí)間長(zhǎng)、周期規(guī)律、帶寬占用需求小，如采用動(dòng)態(tài)調(diào)度，eNodeB將每20 ms對(duì)語(yǔ)音用戶進(jìn)行一次調(diào)度，并占用大量的PDCH調(diào)度資源，從而影響用戶容量。為了節(jié)省PDCH資源，避免因頻繁調(diào)度影響VoLTE容量，VoLTE引入了半靜態(tài)調(diào)度(SPS)，在初始調(diào)度時(shí)，通過(guò)PDCCH指示UE當(dāng)前的調(diào)度信息，以后每20 ms進(jìn)行一次相同時(shí)頻資源上的業(yè)務(wù)傳輸和接收，一次授權(quán)，周期性使用，從而有效節(jié)省用于調(diào)度的PDCCH資源，提高控制信道調(diào)度能力。3上行鏈路預(yù)算CDMA網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，現(xiàn)階段站點(diǎn)已遍布城區(qū)、干線、農(nóng)村和景區(qū)等所有區(qū)域，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋；LTE 1 800 MHz網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)2015年到2018年3年多的建設(shè)，城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、重要干線、重要景區(qū)和部分發(fā)達(dá)農(nóng)村覆蓋已較為完善；而LTE 800 MHz網(wǎng)絡(luò)則是在CDMA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上按1∶1同比建站，故雖然LTE 800 MHz網(wǎng)絡(luò)起步晚，但總體覆蓋已基本接近CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平。為了驗(yàn)證VoLTE不同頻段之間、VoLTE和CDMA之間、VoLTE和LTE數(shù)據(jù)之間的覆蓋能力差異，將CDMA、VoLTE和LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)定相同的工程參數(shù)，其中VoLTE采用標(biāo)清語(yǔ)音12.2 kbit/s速率，LTE則采用上行256 kbit/s、下行1 024 kbit/s的邊緣速率，基站側(cè)CDMA采用1T2R天線，VoLTE和LTE采用2T4R天線。以下分別從VoLTE和CDMA語(yǔ)音之間、VoLTE和LTE數(shù)據(jù)之間2個(gè)方面進(jìn)行上行鏈路預(yù)算的對(duì)比分析。3.1 ?VoLTE和CDMA語(yǔ)音鏈路預(yù)算對(duì)比由于CDMA、VoLTE和LTE均為上行受限，因此以下僅對(duì)上行覆蓋進(jìn)行鏈路預(yù)算分析(見(jiàn)表1)。表1中接收機(jī)靈敏度和干擾余量與廠商設(shè)備性能存在較大關(guān)系，文中選取了目前某主流廠家的參數(shù)。表1 ???CDMA與VoLTE語(yǔ)音鏈路預(yù)算對(duì)比表

對(duì)于12.2 kbit/s的VoLTE業(yè)務(wù)而言，不同的MCS，RB分配方式也有不同，分別有1RB、2RB、4RB等方式，帶來(lái)的增益也存在差異，其中4RB方式覆蓋效果相對(duì)較好，如無(wú)特殊說(shuō)明，以下對(duì)比均基于4RB的分配方式。根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果，未考慮RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)增益時(shí)，VoLTE的MAPL明顯差于CDMA，若考慮RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)增益時(shí)，VoLTE的MAPL和CDMA相差不大，約1 dB，由此可見(jiàn)當(dāng)VoLTE采用RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)時(shí)，VoLTE 800 MHz 與CDMA相比，室外覆蓋差距約1 dB，差距不明顯。VoLTE 800 MHz和VoLTE 1 800 MHz相比，由于現(xiàn)階段RRU均為近天線安裝，跳線較短，故2種頻段的饋線損耗和接頭損耗相差不大，可忽略不計(jì)，MAPL基本接近，但由于兩者頻段差異較大，根據(jù)對(duì)應(yīng)的傳播模型Okumura-Hata模型和COST 231-Hata模型進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算可知，VoLTE 1 800 MHz覆蓋半徑僅為VoLTE 800 MHz 的50%左右。3.2 ?VoLTE語(yǔ)音和LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)鏈路預(yù)算對(duì)比為了對(duì)比VoLTE和LTE數(shù)據(jù)覆蓋水平，表2給出了VoLTE 800 MHz和LTE 800 MHz數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、VoLTE 1 800 MHz和LTE 1 800 MHz數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的MAPL預(yù)算值。表2中參數(shù)設(shè)定如下：VoLTE采用12.2 kbit/s、4RB分配方式，LTE采用上行256 kbit/s，需占用6RB資源。表2 LTE數(shù)據(jù)與VoLTE語(yǔ)音鏈路預(yù)算對(duì)比表

根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果可知，在不考慮RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)增益的情況下，VoLTE和LTE數(shù)據(jù)覆蓋能力相差不大，若考慮RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)增益時(shí)，VoLTE覆蓋甚至還優(yōu)于LTE數(shù)據(jù)覆蓋。4仿真為了驗(yàn)證不同頻段下VoLTE的覆蓋性能，本文選取了某縣城區(qū)進(jìn)行了仿真分析，以縣城現(xiàn)有的CDMA站址為基礎(chǔ)，同站址進(jìn)行CDMA、LTE 800/1 800 MHz、VoLTE 800/1 800 MHz仿真分析，并進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ?。仿真采用Atoll3.1.2平臺(tái)，數(shù)字地圖精度為20 m，仿真參數(shù)同鏈路預(yù)算，仿真目標(biāo)：CDMA：接收功率Rx≥-95 dBm，導(dǎo)頻信號(hào)信噪比Ec/Io≥-12 dB。LTE數(shù)據(jù)：參考信號(hào)接收功率RSRP≥-105 dBm，信號(hào)與干擾加噪聲比SINR≥-3 dB。VoLTE：參考信號(hào)接收功率RSRP≥-105 dBm，信號(hào)與干擾加噪聲比SINR≥-3 dB。為了保證結(jié)果的可比性，本文對(duì)3個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用相同的數(shù)字地圖，相同的仿真區(qū)域和相同的工參數(shù)據(jù)，同時(shí)采取Atoll系統(tǒng)自帶模塊進(jìn)行自動(dòng)鄰區(qū)規(guī)劃和自動(dòng)PCI規(guī)劃，相應(yīng)的仿真結(jié)果如下。4.1 ?接收信號(hào)功率對(duì)比如圖1所示，在共享現(xiàn)有CDMA物理站址的前提下：CDMA Rx≥-95 dBm的占比為99.8%，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋；在不考慮RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)增益的情況下，VoLTE 800 MHz的下行RSRP(800 MHz)≥-105 dBm的占比為93.9%，與CDMA覆蓋存在一定的差距；VoLTE 1 800 ?MHz的下行RSRP(1 800 MHz)≥-105 dBm的占比為35.9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CDMA和VoLTE 800 MHz的覆蓋能力。

圖1 CDMA/VoLTE信號(hào)接收功率分布對(duì)比圖若額外考慮VoLTE的RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)，VoLTE 800 MHz和CDMA覆蓋能力基本相當(dāng)。而VoLTE 1 800 MHz由于站點(diǎn)數(shù)量不足，若單純共享CDMA站址，是無(wú)法滿足連續(xù)覆蓋要求的。如圖2所示，同頻段下VoLTE的RSRP略差于LTE，其中VoLTE 800 MHz RSRP≥-105 dBm的占比僅比LTE數(shù)據(jù)低1.3個(gè)百分點(diǎn)，而VoLTE 1 800 MHz RSRP≥-105 dBm的占比則比LTE低了約4個(gè)百分點(diǎn)，主要是因?yàn)楸敬畏抡娴那疤崾枪蚕鞢DMA現(xiàn)網(wǎng)站址，導(dǎo)致1 800 MHz站址嚴(yán)重不足，若1 800 MHz站址補(bǔ)齊，則滿足最低RSRP的占比差距會(huì)大大縮小。

圖2 不同頻段下VoLTE與LTE信號(hào)接收功率分布對(duì)比圖4.2 ?信噪比對(duì)比如圖3所示，相同物理站址的前提下，無(wú)論是VoLTE還是LTE，SINR≥-3 dB的占比均超過(guò)97%，而 ?1 800 MHz由于頻段高，單站覆蓋小，在完全共享CDMA站址的情況下，SINR值甚至還優(yōu)于LTE 800 MHz和VoLTE站點(diǎn)。

圖3 不同頻段下VoLTE與LTE SINR分布對(duì)比圖如圖4所示，CDMA Ec/Io≥-12 dB的占比達(dá)到99%，優(yōu)于VoLTE和LTE的指標(biāo)。

圖4 CDMA Ec/Io分布對(duì)比圖4.3 ?仿真結(jié)論根據(jù)仿真結(jié)果，得出以下2個(gè)結(jié)論。a) 在LTE和CDMA同站建設(shè)，并考慮RoCH、時(shí)隙綁定等增強(qiáng)技術(shù)增益情況下，VoLTE 800 MHz覆蓋能力與CDMA基本相當(dāng)，VoLTE 1 800 MHz覆蓋能力無(wú)法滿足要求。b) VoLTE和同頻段的LTE覆蓋能力基本相似，在LTE覆蓋能力達(dá)到要求的區(qū)域，同步開(kāi)通VoLTE即可基本滿足覆蓋要求。5結(jié)束語(yǔ)目前，中國(guó)電信LTE 800 MHz與CDMA同站址建設(shè)，根據(jù)鏈路預(yù)算和仿真結(jié)果可知，VoLTE 800 MHz的覆蓋能力基本與CDMA相當(dāng)，而VoLTE 1 800 MHz單站覆蓋能力則不如CDMA和VoLTE 800 MHz。當(dāng)然，在計(jì)算VoLTE覆蓋能力時(shí)，還需要從用戶體驗(yàn)角度考慮，并非單純追求極限覆蓋能力，語(yǔ)音質(zhì)量和時(shí)延指標(biāo)也是VoLTE覆蓋需要考慮的一個(gè)因素。同時(shí)，由于800 MHz頻段可用帶寬小，隨著VoLTE用戶的不斷增加，在800 MHz頻段上承載VoLTE將會(huì)容量受限，故在考慮VoLTE覆蓋能力的同時(shí)需要協(xié)同考慮容量需求和擴(kuò)容能力。經(jīng)過(guò)近幾年的大力建設(shè)，城區(qū)LTE 1 800 MHz 站點(diǎn)規(guī)模已遠(yuǎn)超CDMA站點(diǎn)規(guī)模，根據(jù)大量的路測(cè)數(shù)據(jù)和MR數(shù)據(jù)分析，城區(qū)1 800 MHz覆蓋指標(biāo)與800 MHz覆蓋指標(biāo)基本相當(dāng)，根據(jù)前面分析，VoLTE 1 800 MHz與LTE 1 800 MHz覆蓋能力也基本相當(dāng)，由此可知，在不考慮VoLTE容量的情況下，在城區(qū)VoLTE無(wú)論承載在800 MHz頻段還是1 800 MHz頻段，均能較好滿足覆蓋需求，但隨著VoLTE負(fù)荷不斷增加，VoLTE頻段承載策略和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化將是一個(gè)重要的課題。而在郊區(qū)和農(nóng)村，由于大部分省市未大規(guī)模建設(shè)LTE 1 800 MHz站點(diǎn)，LTE覆蓋基本以LTE 800 MHz網(wǎng)絡(luò)為主，故現(xiàn)階段郊區(qū)農(nóng)村更適合于將VoLTE承載在800 MHz頻段上。

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▎作者簡(jiǎn)介：

單剛，畢業(yè)于南京郵電大學(xué)，高級(jí)工程師，主要從事移動(dòng)通信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作；張曉江，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，一級(jí)建造師、咨詢工程師(投資)、高級(jí)工程師，主要從事移動(dòng)通信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的频段表_VoLTE高低频段覆盖能力研究的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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