三大运营商VOLTE高清语音通话指挥调度，看了你有什么想说的？

1. 概述

伴随4G广覆盖的实现，作为运营商语音终极解决方案的VoLTE技术逐步走上舞台，切实打造可以高质量商用的VoLTE技术是运营商关注的重点，因此对相关提升手段的探索至关重要。本文针对影响VoLTE语音资源调度需求方向展开研究，旨在夯实网络参数基础，营造良好的商用环境。

1.1 语音业务模型介绍

VoLTE架构引入IMS等网络节点，终端在LTE网络即可实现语音通信。IMS可实现独立鉴权，计费等功能且独立性高。另LTE实现了终端永远在线，终端注册网络即分配IP地址，所以VOLTE实现了架构在LTE网络上全IP条件下的端到端语音解决方案。

本质：是一种IP数据传输技术（传输的是RTP数据包），实现数据与语音业务在LTE网络下的统一。

优势：可以提供高质量、高清晰、低时延的音视频通话。

VoLTE语音业务过程由暂态、通话期、静默期相交替组成，其中语音包间隔20ms，静默期间隔160ms，为使话音之间的过渡更为自然，在静默期引入适量的背景噪音数据包，即SID包。

（1）暂态：每次业务建立初期，尚未稳定的状态下语音包的ROHC处于非稳定态，压缩还没有生效，包相对较大，采用动态调度。

（2）通话期：指用户正在通话的状态，此状态下每20ms产生一个语音采样包，包的大小取决于当前采用的编码速率。

（3）静默期：用户通话停顿的状态，此状态下会每160ms发较短的背景音符号SID(silence insertion descriptor)启用动态调度。

1.2 语音业务理论速率

VoLTE语音通话模型中的三个阶段，利用编码方式结合语音包结构计算理论语音速率需求，为更好实现各类调度参数研究设置提供基础性参考。其理论计算如下：

VoLTE语音业务速率不同，激活期与静默期的数据包大小也不同。eNodeB通过检测数据包大小来判断VoLTE业务的通话期与静默期。相比FTP业务，VoLTE语音数据包较小且呈现周期性。为提升LTE数据网络的承载效率，引入了关联资源调度参数的研究。

2. VoLTE调度原理

VoLTE语音承载于LTE网络，其调度过程遵循数据网络规则。无线资源调度功能位于eNodeB的MAC层，由eNodeB的动态资源调度器实现，动态资源调度器为下行共享信道（DL-SCH）和上行共享信道（UL-SCH）分配物理层资源。依据上下行信道的无线链路状态来进行资源分配，而无限链路状态是由eNodeB和UE上报的测量结果进行判定的。分配的无线资源包含物理资源块的数量、物理资源块的位置以及调制编码方案MCS。

2.1 下行调度过程

（1）下行信道质量测量：

eNodeB发送CRS 给UE，UE估计CQI并上报给基站,UE上报CQI分两种方式：周期性和非周期性，可以同时存在，若同时上报的话，仅保留非周期性CQI。

（2）CQI上报：

Ø 周期CQI报告信道（PUCCH），非周期性CQI报告信道（PUSCH）

Ø 接收到的DCI format 0的CQI request设置为1时，UE非周期上报CQI、PMI和RI，上层可半静态地配置UE周期性上报不同的CQI、PMI和RI。

（3）下行资源分配:

基站根据下行信道的质量情况，自适应分配下行资源（针对 UE选择不同的载波和slot）。下行链路中，网络在每个TTI动态地给UE分配资源（PRBs & MCS）

（4）数据传输

根据资源分配的结果在PDSCH上填充数据, 并在PDCCH上传输相应的C-RNTI。

（5）重传指示判断

UE根据检测PDCCH信道，解码对应的PDSCH信息。UE根据PDCCH告知的DCI format在公共搜索区中接收PDSCH 广播控制信息。此外，UE通过PDCCH UE 特定检索区接收PDSCH数据传输。随后基站重传数据/发送新数据过程。

2.2 上行调度过程

（1）上行资源请求

RACH成功之后，eNodeB配置UE的SR子帧位置和发送周期，UE通过PUCCH中的控制消息UCI传输SR，UE有发送数据需求时，把相应的SR置1，无资源请求时SR为空。SR提示基站是否有资源需求，而具体资源需求量由之后的信令交互完成。

基站收到SR后，下发UL grant，先配置部分资源给UE上传BSR，之后UE通过BSR告知基站要传输的数据量，ENB收到UE上报的BSR之后，根据该UE上报的SRS及基站现有资源等综合分析决定是否给UE分配资源。若条件不满足就不分配资源给UE，UE在多次SR不成功后会重新发起随机接入。

（2）上行信道质量测量

基站给UE分配上行资源之前首先必须要知道上行信道的质量，如果UE的上行信道质量较好且有传输数据的需求，ENB才会给UE分配资源。

（3）上行资源分配

分配完资源后eNodeB必须把分配的uplink grant（PRB & MCS）通知UE，即UE可以在何时占用什么载波传输数据，以及采用的调制编码方案。E-UTRAN在每个TTI动态地给UE分配资源（PRBs & MCS）,并在PDCCH上传输相应的C-RNTI，同时规定UE上传的bit数（MCS和传输bit数的表）。

（4）数据传输

UE接收基站下发的资源分配，监视PDCCH以查找可能的上行传输资源分配，从common search space中获取公共信息，从UE specific search space中搜索关于自己的调度信息。根据搜索到的结果在PUSCH对应的PRB上传输数据信息。

（5）重传指示

如果有重传，则相应控制信息亦通过PDCCH传送。这属于自适应传输，下行一般采用非同步自适应HARQ，非同步：初传数据和重传数据时间差不固定一般>=8ms，一旦收到NACK，若当前是下行帧就立即重传；自适应：自适应的调整PUSCH的位置，并通过PDCCH通知UE。后续UE重传数据/发送新数据步骤同（4）

3.VoLTE调度关键参数

3.1 语音包聚合

语音包发送需要通过PDCCH分配上下行资源，为此消耗极大的PDCCH资源，Volte业务是时延敏感业务，如果PDCCH资源发生拥塞，Volte业务的数据包得不到及时发送，会影响Volte业务的用户感知。因此优化Volte业务对PDCCH资源的占用，有助于提高Volte业务的用户感知和网络自身的性能。

聚合原理：UE用户面产生的语音数据包从IP->PDCP->RLC->MAC，第一个数据包传送到MAC层进行等待，第n(2…4)个数据包传递到MAC层后,多个语音数据包汇聚后，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受限情况。

3.2 RLC分片

RLC分片通过控制允许的上行最小PRB分配数量和TBS大小来达到增强上行数据健壮性的目的。上行最小PRB分配数量（ulsMinRbPerUe）越大或者TBS（ulsMinTbs）越小，则上行信道的健壮性越强。 因为UE可以使用更小的MCS来传送数据，但同时也会增加额外的资源消耗。PRB数量越大资源的消耗显而易见，TBS越小其资源消耗主要体现在层2的额外开销上。

RLC分片算法作为一种扩展，以实现对上行覆盖的改进，其不是事件触发机制，它是自动完成的，并且适用于无线信道较差的环境。

Ø 当覆盖条件变差，系统将传输块传输到一个太小而不能传输完整数据包的值时，调度器执行分组分割并在多个TTI上传输。

Ø 数据包由于RLC/MAC开销不止一次地传输，因此要传输相同数量的用户数据，需要消耗更多的资源。

Ø 随着传输数据包的数量增加，PDCCH和DL中的PHICH上的资源也被利用，这是由于为了HARQ目的传输ACK /NACK。

该功能只定义了TBS允许的最小值，并不意味着时刻需要使用该TBS大小进行传送，当信道条件良好时，可以用较高的MCS一次传送数据，而不需要进行拆分；当信道条件恶化，ATB控制的最大PRB数不足以一次传送数据，则需要进行拆分。

3.3预调度

为应对VoLTE调度中出现的音频间隙，引入了VoLTE健壮性补偿，因漏检的SRI可能会导致VoLTE没有调度，形成音频间隙。通过对VoLTE 终端的上行预期补偿实现改进。若最新的批处理的运行时间大于配置的值，则在PUSCH上主动允许它传输任何未决的QCI1数据。以改进VoLTE KPI，减少音频间隙和降低掉线率，提升用户感知。

Ø 避免TTI-B乒乓:更新TTI-B SINR退出检查，以TTI的数量(实际时间)为基础，而不是解码样本的数量（其在语音和SID之间变化)，可配置集成时间，用于测量退出时TTIB / SINR阈值。

Ø 避免长时间的音频间隔:非TTI-B QCI1通信(可配置的UE/TTI限制和可配置期间)中添加低优先级的主动UL授权。

Ø TTI-B_DRX:TTI-B的新DRX参数，允许设置DRX_cycle_length，防止UE进入睡眠状态。

3.4 延迟调度

正常情况下VoLTE语音业务每20ms发送一个语音包，而每次语音包发送都需要通过PDCCH分配分配上下行资源。在部分场景下（如高话务、或者多个用户分布在小区边缘），易出现PDCCH资源不足（CCE资源不足），导致语音包不能得到及时调度，引起语音丢包率高、语音断续等问题，同样也影响数据业务的上传/下载速率。

Ø eNB根据上下行语音业务的首包时延来确定是否进行语音业务的延迟调度

Ø 如果首包时延大于20ms，或者待调度语音包个数大于等于N，则将多个来包周期的语音包合并调度，从而达到上下行语音包汇聚的效果，降低上下行PDCCH占用率

Ø 网络资源不足时，对于动态调度启用延迟调度，能获得20%左右的话音能力提升

3.5 报头压缩

基站通过终端上报的能力信息获悉UE所支持的RoHC算法，通过RRC重配置消息下发终端。VoLTE语音包中对于 IPv4协议IP/UDP/RTP协议头占40 bytes (52%语音包)，对于 IPv6协议IP/UDP/RTP协议头占60 bytes (63%语音包)，打开ROHC功能对这部分协议头进行压缩可以大大减少语音包的大小，从而节约基站资源。

4.总结

VoLTE语音业务调度保障机制，是高清语音通话的灵魂，只有了解VOLTE如何调度才能更好的保障用户使用，对于三大运营商来说都是必须重点研究的，目前中国移动高清语音通话已经商用，中国电信是规模商用，中国联通在试商用阶段，中国移动在VOLTE还处于领先阶段，VOLTE高清通话今后是语音通话的打底网络，目前才刚刚开始。

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