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VoLTE业务的资源调度方法研究

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  【摘 要】为提高VoLTE业务质量,对VoLTE的资源调度方法进行了探究,分别尝试了开启全业务NI频选功能、QCI业务NI频选调度以及RLC分片限制功能。实验结果证明功能开启后VoLTE业务的MOS均值、误块率、RTP抖动以及上行MCS均值等均有一定程度的提升,可以有效改善VoLTE的业务质量。
  【关键词】VoLTE业务 资源调度 非频率选择性调度
  doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.009 中图分类号:TN929.53 文献标志码:A 文章编号:1006-1010(2016)20-0045-05
  1 引言
  现代通信已经全面进入4G时代,而VoLTE业务将逐渐替代传统的GSM业务,随之而来的是VoLTE业务需求快速增长,所以保证VoLTE业务也成为运营商优化工作的重中之重。VoLTE业务在上行远点调度时,其使用的编码、LTE网络协议栈各层的功能参数以及对数据包的传送方式等,对LTE网络空口容量、VoLTE用户业务质量影响较大。因此,有必要对上述问题进行进一步的研究,包括协议的关键技术策略。
  2 VoLTE业务资源调度的关键技术
  TD-LTE系统中,为了有效地利用和分配有限的空口资源,无线侧在采用共享信道资源机制的基础上,通过定义不同的资源调度策略,实现不同用户间的资源调度。
  2.1 上行调度方式
  下行通过UE的CQI反馈进行频选,而上行基于SRS的探测对数据业务进行频选,但对小数据量、固定周期的语音包,基于SRS的质量评估达不到语音在时间和频率粒度的要求。基于RB的NI(Noise Indication,噪声指示)探测作为上行频选对小包业务可以起到更好的作用,加之弱场下的干扰敏感性,更需要最佳频选来提升上行质量效果。
  (1)调度功能分为物理资源相关选择的决策、资源分配策略以及必要的资源管理。调度时需考虑QoS需求、缓冲区状态、用户的业务信道状态、小区中的干扰情况等。
  (2)上行调度方式分为频率选择性调度及非频率选择调度,采用非频率选择性调度中的三段分配模式。
  (3)上行受限场景下的上行干扰对网络质量的影响尤为明显,三段分配模式未考虑频带的NI信息,在上行远点不是最佳的调度方式。
  2.2 三段分配模式
  三段分配模式是非频率选择性调度(NFSS,Non Frequency Selective Scheduling)的一种,是上下行资源调度的现网设置,其原理为网络侧将频域带宽分为3段,根据CellType确定授权给终端的PRB资源的起始位置。
  (1)三段分配模式:现网配置,根据后台参数配置计算出的CellType是固定的。
  (2)三段轮转分配模式:由于Bias随时间周期性地变化,导致CellType的计算结果随Bias变化周期0、1、2循环变化,具体如表1所示。
  2.3 全业务NI频选
  eNodeB实时统计当前上行频带每个PRB的干扰强度,并根据UE上行业务的资源需求,选择最优的频率资源(对应PRB位置上NI最低)分配给UE的上行PUSCH传输,如图1所示。
  (1)根据当前TTI小区下所有UE需求的上行资源数,确定是否实施基于NI的频选调度。
  (2)根据当前TTI该UE上行业务需求的资源数,确定以PRB或子带方式分配PUSCH资源。
  OMC功能实现:开启全业务NI频选调度策略。根据SRS带宽配置(0)、SRS初始接入带宽(2),确定划分子带数量为4,即每个SRS在频域上占用的RB数mSRS与上行系统带宽、小区特定的配置参数srs-BandwidthConfig、UE特定的配置参数srs-Bandwidth相关。假设srs-BandwidthConfig配置为0,srs-Bandwidth配置为2,则使用窄带SRS每个SRS的带宽为24RB,频域上被分为N0×N1×N2=4份,如图2所示。
  2.4 QCI1业务NI频选
  VoLTE业务感知灵敏,单次调度的数据量较小,对上行PRB的需求也相对较低,调度上更容易选择低NI的PRB。
  (1)新传基于NI的频选打开
  针对建立了QCI1业务的UE的所有新传调度进行基于NI的频选,包括这些UE的SR响应也进行基于NI的频选。
  (2)重传时基于NI的频选打开
  仅针对建立了QCI1的业务的UE的重传,后台配置为自适应重传,基于NI频选的方式进行重传调度,后台配置为IR非自适应重传,不进行NI的频选调度。
  表2为新传基于NI频选开关和重传基于NI频选开关的组合取值情况。
  2.5 RLC分片限制
  RLC分片限制功能希望通过限制语音包的RLC最大分片段数,抬升单次调度的语音信息包大小,配合重传合并增益,降低单个语音包在空口的传输时延,进而减少终端PDCP层语音包弃包。
  (1)RLC根据MAC层指示的RLC PDU大小,分段/串联RLC SDU并增加RLC头,然后将生成的RLC PDU发给MAC层。
  (2)现网RLC分片限制功能关闭,默认为RLC的分片数量不受限制。在上行远点,RLC拆片过多,调度效率低下,容易导致PDCP弃包。
  (3)基站上行调度时根据语音包长度,配合无线侧的调度能力及最大RLC分片数量限制,反算每个分片的长度要求。当信道质量不足以支持每个分片的长度时,不降低RLC分片长度,而是用抬升MCS的方式在空口完成调度。
  (4)在UE侧的弃包可以缓解,虽然HARQ失败的机率相对上升,但相对RLC分片过多导致的弃包会产生累积效果,HARQ失败仅造成部分空口丢包,有利于改善端到端的连续丢包。 3 功能评估
  3.1 全业务NI频选
  (1)典型站点NI分布对比:开启功能后,小区全带宽内的NI分布呈现明显的均化趋势。NI高点,尤其是RB33位置附近的高NI区域下降十分明显。图3为功能开启前后忙闲时NI分布对比情况。
  功能开启后NI降低,接通、掉线理论上应该表现地更为优秀。
  (2)RB级NI分布:开启功能后,除载波两端因PUCCH占用的RB NI较高外,其余RB上的NI出现了均化的趋势,高NI的RB位置不再固定在几个位置上。这样对于系统而言,可减少由于调度在该NI位置而损失的容量。图4为功能开启前后天粒度NI分布对比情况,图5为功能开启前后忙时NI分布对比情况。
  (3)上行业务表现:上行MCS出现了升阶,上行业务(包括QCI1)速率较功能开启前有一定幅度的提高,上行全业务增加约9.83%,QCI业务增加约3%。图6为上行平均MCS与上行平均干扰NI情况,图7为QCI1上行平均PDCP速率与上行平均干扰NI情况。
  功能开启后,试点区域内的业务量呈持续增长的趋势,随着业务量的增长,区域内的平均NI也开始逐步上升(整体增幅约0.8 dB)。
  3.2 QCI1业务NI频选
  为方便确定开启QCI1频选调度功能后的增益,优选系统内干扰特征明显的小区,通过PCI与高NI RB位置来确定。
  (1)开启NI频选后,初始RB分配位置发生了较大的变化,PRB16成为概率最大的起始分配位置,除PRB8外,其余高概率的起始分配位置均与功能关闭时不同。表3为NI开启前后PRB起始分配位置的概率对比情况。
  (2)功能开启前后VoLTE业务的MOS均值、误块率、RTP抖动及上行MCS均值均有一定提升。表4为功能开启前后VoLTE业务指标的对比情况。
  3.3 RLC分片限制
  (1)通过在弱场下的VoLTE语音互拨,确认默认配置下的RLC分片分布情况。功能关闭时,RLC分片个数为6及以下占比达到94.5%,重点对RLC分片参数设定在2、4、6这三种情况进行验证。图8为RLC分片个数占比情况。
  (2)通过限定测试环境,对比RLC分片参数设置为2、4、6下的VoLTE业务MOS、上行MCS、丢包及重传的变化,如表5所示。
  1)开启RLC限制功能时,重传比例都有一定升高,符合理论预期(强制RLC分片大小后会抬升空口调度的MCS,引起上行Bler抬升和重传加大)。
  2)RLC分片为6时MOS均值最优,RLC分片为2、4时不能提升VoLTE质量,同时增加了空口重传,不推荐RLC最大分片限制为2、4。
  3)结合QCI1业务NI频选功能可进一步改善VoLTE质量。
  4 结束语
  提出了VoLTE业务的资源调度,在试点区域开启QCI业务NI频选调度及RLC分片限制(限制为6片)功能后,通过分析验证发现VoLTE业务质量有一定幅度的提升。接下来,扩大区域,进一步改善VoLTE质量,使用户对VoLTE语音业务感知更加敏感,提高客户感知。
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