长期演进系统架构下VoLTE业务测试

王少华++仇润鹤

摘 要：话音业务是移动通信网为用户提供的基础业务之一。在长期演进（LTE） 时代，有多种承接2G/3G话音业务的方案，而VoLTE（Voice over LTE）是未来的主流方案。介绍了VoLTE网络架构下语音业务的实现过程。基于该网络架构，实现了单小区容量测试实例，即在满足相应VoLTE指标的情况下，验证单小区能够容纳的最大用户数。在测试预置条件中，分别配置了上下行时隙配比、带宽、DRX和承载等参数，以达到测试的要求。经过不断的研究和测试，最终得出了测试结果——在20 MHz带宽下，高清语音业务单小区最大容纳200UE。

关键词：LTE；VoLTE；网络架构；单小区容量

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.008

基于LTE网络数据域的语音业务方案Voice over LTE（VoLTE）是基于IP Multimedia System（IMS）设立的，它可以为用户提供HD voice的高质量语音业务。随着LTE网络覆盖情况的提升，LTE智能终端款型迅速增长，而VoLTE语音方案仍是运营商寻求提供高语音质量业务的主要驱动力和发展方向。

截至2014-03，根据GSA的统计，有6个 LTE FDD网络完成了VoLTE语音方案的商用部署，其中3个为韩国运营商；而在1 563款智能手机中，已经有57款支持VoLTE，比上季度的42款增加了35%.

2014年，各国运营商积极推动VoLTE商用部署进程。在韩国市场中，有3家运营商均已商用VoLTE，成为了先锋阵营；在美国，T-Mobile近日宣布，VoLTE在西雅图商用，并将尽快推广；AT&T宣布，5月底开始在个别地区商用VoLTE，进而将其推广到全国。除了韩国和美国外，日本NTT Docomo也于近日宣布，将在2014-06推出VoLTE商用服务。ABI Research预测，2014年VoLTE用户数将达到5 960万，到2019年，VoLTE用户数将超过12亿，超过LTE用户数的50%.

VoLTE是今天语音和视频通话的增强版，它充分利用了LTE的优势，改善了用户的体验，是LTE话音的最终解决方案，这也在业界达成了共识。

1 VoLTE网络架构

VoLTE网络架构是由E-UTRAN、Evolved Packet System（EPS）和IMS控制域组成的。E-UTRAN主要包括基站（eNodeB），核心网（EPS）主要包括MME、S-GW和P-GW等。其中，MME是EPS控制面的实体，S-GW是本地的移动性锚点，P-GW是连接外部分组数据网络的锚点，并能分配IP地址。IMS包含的主要网元是CSCF。其中，P/I/S-CSCF（call session control function）为呼叫会话控制功能实体，主要完成呼

叫会话过程中的信令转发、路由和具体控制功能。VoLTE语音业务网络架构如图1所示。

由图1可知，P-CSCF用于IMS网络的第一个入口点，用来接收用户的所有SIP信令，位于归属或拜访网络；I-CSCF作为进入归属IMS网络的入口点，选择和指派S-CSCF，位于归属网络；S-CSCF负责SIP注册、会话管理和鉴权、路由选择，与HSS交互获取用户信息，位于归属网络。

VoLTE业务的实现方案是以LTE作为接入和承载的网络，以IMS作为语音和多媒体等业务的控制网络，通过PCC（Policy and Charging Control）架构与EPS协同提供QoS保障机制，从而满足端到端的语音业务需求。

图1 VoLTE语音业务网络架构图

2 单小区容量测试实例

2.1 测试目的

该测试主要用于验证在满足相应VoLTE指标情况下单小区能够容纳的最大用户数。

2.2 测试原理

在LTE中，将物理资源块（Physical Resource Block，PRB）

作为空中接口物力资源分配的单位。1个PRB在频域上包含12个连续的子载波，在时域上包含7个连续的OFDM符号。LTE通过设置不同的子载波数目，可以映射为不同的资源块（PRB）数目。其中，20 MHz系统带宽的子载波数为1 201，PRB数目为100个。

每个PRB同一时刻一次只能供一个用户调度使用。系统分配给UE的资源在频域上是以RB为单位的，在时域上是1个或多个完整的上行子帧，eNB可以决定哪个UE在哪个上行子帧发数据，也可以决定哪个UE在频域上占用了几个RB。这样，eNB可以在时域和频域上对UE资源进行二维的划分。

LTE受PHICH容量的限制，PHICH组=Ng×NRB/100，Ng∈{1/6，1/2，1，2}，这是由上层决定的。在20M带宽下，PHCIH最大有25组，而PHCIH组中最大可以承载8个用户的ACK/NACK消息，因此，可以计算出200个用户。

2.3 测试参数配置

网络按照支持基于VoLTE的IMS 之QoS要求配置QoS参数，并建立默认承载、信令承载和专用承载，从而保证VoLTE话音可以打通，具体配置如表1所示。

表1 测试参数配置

上下行子帧配置参数 3DL：1UL

带宽 20 MHz

承载配置 语音业务承载 QCI=1

SIP信令承载 QCI=5

业务配置 高清 23.85 kbps语音速率

静默因子 0.5

CDRX onDurationTimer 8 psf

drx-InactivityTimer 4 psf

drx-RetransmissionTimer 4 psf

longDRX-CycleStartOffset 40 sf

头压缩针 仅对QCI1承载开启

2.4 测试步骤

在测试时，具体的步骤是：①业务配置为高清23.85 kbps语音速率、静默因子为0.5，使用上下行3DL：1UL时隙配比；②开启头压缩功能、CDRX功能，并按照预置条件设置；③终端仿真仪表模拟200个UE在小区正常入网，200个用户发起高清语音业务，观察5 min后，通过终端仿真仪表的log查看每个用户的平均端到端RTP时延是否小于100 ms、端到端RTP时延抖动是否小于40 ms、平均端到端残留丢包率是否不大于1%、高清语音MOS分是否大于3.5；④如果步骤③的200个用户中有部分用户的指标不满足要求，则以10为步进减少终端数量，直到所有入网打电话用户的UE都满足指标要求，观察5 min后，如果200个用户的指标都满足要求，则转步骤⑤；⑤如果步骤③的200个用户指标满足要求，则以10为步进增加终端数量，直到有用户的指标不满足指标要求，这时就要观察5 min。

2.5 测试结果分析

在实际语音质量评价中，MOS（Mean Opinion Score）法最常见，最后的测试结果参考表2作评判。

在终端模拟仪表上经过反复研究和测试，最终得出带宽为

20 MHz时，宽带语音业务（语音速率23.85 kbps）接入成功200UE，观察5 min后，得到了大量的测试数据，如图2所示。

表2 MOS值级别对应用户满意度一览表

级别 用户满意度

4.0～5.0 很好，听得清楚，延迟很小，交流流畅

3.5～4.0 很好，听得清楚，延迟小，有点杂音

3.0～3.5 可以接受，有一定延迟，可以交流

1.5～3.0 勉强，听不太清，交流重复多次

0～1.5 极差

从图2中可以看出，真正打通电话的用户数为200个，其平均MOS值为4.463.通过对终端模拟仪表的记录日志的总结得出，在200UE中，语音电话失败数为0，丢包率均小于1%，RTP时延抖动均小于40 ms，并且RTP平均时延全部小于100 ms。

图2 200UE测试结果图

3 结束语

VoLTE是各大运营商基于LTE网络的语音业务演进的必然结果，它不仅拥有传统QoS保障机制和其语音特征，还拥有新的语音特性，高清语音、RCS/RCSe业务特性等。只有VoLTE拥有非常好的服务质量和用户体验，才能迎接OTT通信类软件的挑战。当然，要想实现VoLTE还需要考虑很多问题，比如产业链投入成本或网络演进策略等。但是，考虑到VoLTE技术能够充分利用先进网络技术的优势，并围绕相关内容提高用户的感知体验；再加上运营商自身的特点，相信VoLTE在未来一定能够被广泛应用。

参考文献

[1]张志林.3GPP LTE物理层和空中接口技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]郑侃，赵惠，王文博.3G长期演进技术与系统设计[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]沈嘉，索士强，全海洋.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[4]任枫华，龙青良.LTE网络语音解决方案研究[J].电脑知识与技术：学术交流，2013，9（10）：6274-6277.

〔编辑：白洁〕