深度剖析精准优化VOLTE高丢包

【摘要】

随着 VoLTE 业务的快速普及，VoLTE 用户数和业务量进入了快速上涨期，为更加准确找到全网 VoLTE 语音感知差点，专项组深入分析空口语音调度机制，发现“无线侧问题导致丢包”和“传输侧问题导致丢包”是 VoLTE 语音质量优化提升的重要方向, 在 VoLTE 语音包传输过程中，空口丢包是引起吞字、单通的最常见原因，因此如何降低 VOLTE 丢包率是提升 VOLTE 语音通话质量的重要手段。

【关键字】PDCCH初始OFDM符号、静默期补偿、最小调度间隔

【业务类别】VoLTE、流程类、参数优化

深度剖析精准优化VOLTE高丢包-2020年10月.docx

一、 问题描述

不同地区由于不同的人文和地理环境造就了各自独特的网络环境分布，VoLTE 丢包是影响用户感知的关键因素之一，随着 VoLTE 业务的快速普及，VoLTE 用户数和业务量进入了快速上涨期，为更加准确找到全网 VoLTE 语音感知差点，专项组深入分析空口语音调度机制，发现“无线侧问题导致丢包”和“传输侧问题导致丢包”是 VoLTE 语音质量优化提升的重要方向，丢包率主要影响用户通话体验，形成原因主要与无线网络环境、网络的拥塞程度、参数设置等因素相关，网络流量越大、无线环境越差、影响就越明显、丢包率也就越高，随之通话体验变差，QCI=1 的 VoLTE 语音的差错丢包率要求为 10^-2,QCI=5 的 IMS 信令的差错丢包率要求为 10^-6,结合现网的运行数据，进行定性定量分析研究，同时与设备厂商针对一系列新功能的应用，形成 VoLTE 丢包率优化体系，对商用后的工作也有一定的指导意义。

丢包对 VoLTE 语音质量的影响较大，当丢包率大于 10%，已不能接受，而丢包率为 5%时，基本可以接受，因此要求 IP 承载网的丢包率小于 5%，VoLTE 丢包还是影响 MOS 值的一个重要因素，高丢包影响通话质量，甚至导致掉话，严重影响用户感知，因此 VoLTE 丢包率的优化工作尤为重要。

本次通过对丢包率的分析与解决方案的探究针对丢包率较高的几个小区进行验证优化。通过全网指标分析，选取市亚朵酒店S-2、枣强张家庄H-3、市后马庄H-3小区作为研究案例进行优化处理，为VOLTE的丢包率优化提供分析与优化方案。

二、 分析过程

2.1 VoLTE 丢包率定义及原理

VoLTE 语音编码采用 AMR-WB，VoLTE 高清语音编码速率为 23.85kbps，终端每 20ms 生成一个 VoLTE 语音包，使用 RTP 实时流媒体协议传输，再加上 UDP 包头、IP 包头，在应用层最终打包成 IP 包进行传输。在空口按照协议 IP 包进一步转换成 PDCP 包，PDCP 包就是空口传输的有效数据，PDCP 包在终端和基站间传输异常会导致应用层 RTP 包丢失，从而引起用户感知差。

2.1.1 上行丢包原理：

丢包统计原理：

当 eNodeB 的 PDCP 层从 RLC 层接收到 PDCP 数据包，比对本数据包的序列号和期待接收的序列号（等于已经成功接收的序列号加一），如果本序列号比期待接收的序列号大时，即认为上行有丢包。丢包个数等于本序列号减去期待接收的序列号。

例如，终端发送了 PDCP SN 为 1/2/3/4/5 共 5 个包，而基站收到 PDCPSN 为 1/2/3/5共 4 个包，那么基站侧统计的上行丢包率为 1/5=20%。

上行数据传输示意图如下图所示：

上行语音丢包率公式：

上行丢包=L.Traffic.UL.PktLoss.Loss.QCI.1/L.Traffic.UL.PkLoss.Tot.QCI.1/100

◆ L.Traffic.UL.PktLoss.Loss.QCI.1：小区QCI为1的业务PDCP SDU上行丢弃总包数

◆ L.Traffic.UL.PkLoss.Tot.QCI.1： 小区QCI为1的业务上行期望收到的总包数

2.1.2 下行丢包原理：

丢包统计原理：

下行空口丢包:基站侧根据终端在 MAC 层反馈的确认（ACK）/否认（NACK）消息进行统计。例如，基站向终端下发了 1 个 PDCP 包，终端反馈否认消息表示未收到，基站再次重传，如果终端反馈确认消息，则表示终端已经收到，这个包不统计为丢包。而如果经过多次重传终端仍然反馈否认消息，达到重传的最大次数后，基站则会统计为 1 个丢包。

下行数据传输示意图如下图所示：

下行语音丢包率公式：

下行丢包率=（L.Traffic.DL.PktUuLoss.Loss.QCI.1+L.PDCP.Tx.Disc.Trf.SDU.QCI.1）

/( L.Traffic.DL.PktUuLoss.Tot.QCI.1+L.PDCP.Tx.Disc.Trf.SDU.QCI.1) 

◆ L.Traffic.DL.PktUuLoss.Loss.QCI.1：QCI为1的业务PDCP SDU下行空口丢弃的总包数

◆L.PDCP.Tx.Disc.Trf.SDU.QCI.1：QCI为1的业务PDCP层下行丢弃的业务SDU数；

◆ L.Traffic.DL.PktUuLoss.Tot.QCI.1：QCI为1的业务PDCP SDU下行空口发送的总包数

下行弃包原理：

没有任何分片在空口传输的 PDCP SDU，被 eNodeB 丢弃的个数和接收到的 PDCP SDU的比率，反映了 eNodeB 的丢包情况。其中当 PDCP 丢弃下行 SDU，此 SDU 全部都没有在空口传输时，统计为 SDU 弃包。

2.2 空口丢包原因分析

常见影响空口丢包的因素有：产品故障、干扰、覆盖（弱覆盖，越区覆盖，重叠覆盖）、参数不合理，空口质差、资源受限等因素。

原因占比：

数据采集高丢包小区原因分类及占比如下：

2.2.1 产品故障原因

常见影响性能的设备告警，共计 58 种，此类告警，对网络性能指标影响较大，平时需重点关注，对出现的告警需及时处理。

2.2.2 干扰原因

LTE 干扰分为系统内干扰与系统间干扰。系统内干扰，是指干扰来自于 LTE现网小区之间产生的干扰，影响范围呈区域性、全网性，影响范围大。系统间干扰，不同的通信制式对 LTE 系统产生的干扰，影响范围单个站点或区域站点系统内干扰 。

系统内一般引起干扰的原因有： GPS 失步干扰，参数配置错误，远距离同频干扰，小区间下行干扰，设备故障等。

 1）GPS 时钟失步干扰

GPS 时钟失步基站，与周围基站上行下行收发不一致。当失步基站的下行功率落入周边基站的上行时，将会严重干扰周边基站的上行接收性能。导致邻站上行链路恶化，甚至终端无法接入等。GPS 失步产生的影响范围较大，可能影响周围基站或者本站的底噪升高。

2）参数配置错误

LTE 系统参数配置错误，如时隙配置错误，同频同 PCI，系统带宽配置重叠，时间偏移量等参数配置错误，形成系统内干扰。需要核查全网参数，保持参数配置合理性。

3）小区间下行干扰

小区下行重叠覆盖严重的情况下，重叠覆盖区的下行信道质量较差，造成下行干扰。越区覆盖，超远覆盖严重时，邻区的同频信号将影响终端测量到的服务小区的下行 SINR，RSRQ 等指标 ，导致下行流量较低等。

4）设备故障

设备故障是指在设备运行中，设备本身性能下降等造成干扰。包括：RRU 故障，RRU 接收链路电路工作异常，产生干扰；天馈系统故障，包括天线通道故障，天线通道 RSSI 接收异常等，天馈避雷器老化，质量问题，产生互调信号落入工作带宽内系统间干扰系统间的干扰形成原因主要有：杂散干扰、交调干扰、阻塞干扰和带内同频干扰等。

1）  阻塞干扰特征：整体100个RB噪声升高，前端RB噪声较高。如下图干扰特征：

2）   杂散干扰特征： RB 噪声幅度随 RB 序号升高降低。如下图 Cell1,cell2 干 扰特征。

3）   互调干扰特征：Cell1 互调落点，个别 RB 噪声较高，呈尖峰状突起。

2.2.3 覆盖原因

覆盖场景主要分为弱覆盖、超远覆盖、重叠覆盖等。超远、弱覆盖场景造成覆盖超出链路预算最大路损，上、下行覆盖不平衡，导致丢包。重叠覆盖，造成无线环境差，导致上下行质差丢包。针对超远覆盖、弱覆盖，以及重叠覆盖的处理，可以通过调整天线角度、功率参数配置、添加站点等方式进行解决。

a) 弱覆盖，MR 覆盖率<90%就认为是小区弱覆盖。

b) 超远覆盖，城区：TA>9 的占比大于 20%；农村：TA>20（相当于 1500 米）的 占比大于 50%就认为是超远覆盖。

c) 重叠覆盖，在主服电平须大于-105dbm 的情况下，若实测数据样本在大于等 于 Threshold=主服电平-6db 的范围内，若存在大于等于 3 个邻区的接收信 号，则认为该样本为重叠覆盖样本。

2.2.4 空口质量原因

空口质差，导致上、下行 HARQFAIL 概率增大， BLER 误码升高，从而导致丢包产生。针对上、下行质差，需要确认导致质差的原因，一般影响下行质差的因素包括模 3 干扰、重叠覆盖等因素。根据网络情况，通过 PCI 优化、功率/天馈调整等方式进行解决。

上行空口质差

下行空口质差

2.2.5 资源受限原因

高话务情况下，由于信道资源不足，导致上下行资源无法及时得到调度，可能触发定时器超时引起弃包。针对高话务的处理，需根据网络实际可操作情况，进行载波扩容、负荷均衡等处理。VoLTE 容量受限主要为信令信道、业务信道受限。VoLTE 相较数据业务在业务信道调度时有优先级，但在信令信道调度时确没有优先，所以如果小区内数据业务消耗过多的信令资源，会影响 VoLTE 用户的感知；如果 VoLTE 用户过多，业务信道会抢占数据业务，影响数据业务用户感知。网络初期，需要重点关注信令信道资源受限的情况。随着用户数的增长，需同时关注业务信道资源受限问题。

1） 用户数

2） 上行资源

3） 下行资源

2.3 深挖数据价值，建立科学监控体系

基于上述的分析，立足景德镇现网运行数据，针对丢包率进行定量研究，从覆盖、干扰、容量、接入性、保持性、移动性六个维度出发，针对 10 余项指标进行关联分析，基于关联分析结果，建立日常指标监控体系，从关键因素出发进行 TOP 小区处理。

2.3.1 丢包与指标关联分析：

关联算法：本次采集数据利用科学中的 Pearson 相关系数算法，通过该算法来衡量丢包率与各类指标的关联度。

备注：Pearson 相关系数它描述了两个定距变量间联系的紧密程度，样本的简单相关系

数一般用 r 表示，计算如下：

1）  上行丢包率与多维指标关联分析：

2）   下行丢包率与多维指标关联分析：

3）关联分析综述：

为了快速有效定位小区丢包原因，从无线指标出发，针对小区建立画像算法，其实现是

基于指标关联系数，用数据分值描述这个小区短板属性，为小区进行打标签，小区画像算法

如下：

2.3.2 丢包分析流程： 

结合上述关联的指标，针对 VoLTE 丢包，需建立完整的监控与分析体系，这样可针对问题快速准确的定位，做到快速精确的优化。

2.4 参数层面改善网络丢包

针对上述的指标关联以及分析流程，VoLTE 的大致优化思路已基本清晰，针对不同的流程阶段出现的问题作具体的优化，接下来将详细的针对不同的层作精细的优化分析。

2.4.1 PDCCH 初始 OFDM 符号数

◆原理：

该参数表示 PDCCH 初始占用的 OFDM 符号个数，当 PDCCH 占用 OFDM 符号数动态调整开关 关闭时，该参数表示 PDCCH 信道占用的 OFDM 符号数；当 PDCCH 占用 OFDM 符号数动态调整开 关打开时，对于 1.4M 和 3M 带宽，系统默认 PDCCH 信道占用 OFDM 符号数分别固定为 4 和 3， 该参数配置无效；对于 5M、10M、15M 和 20M 带宽，该参数缺省值为 1，PDCCH 占用 OFDM 符 号数在 1,2,3 之间自适应调整，如果该参数配置为 2 或 3，则 PDCCH 占用 OFDM 符号数在 2,3 之间自适应调整。 

◆影响：

PDCCH 初始 OFDM 符号在设置过程中，该参数设置的越小，初始 PDCCH 符号个数越 少，可支持 PDCCH 符号自适应特性，CCE 非受限场景下能提高下行吞吐量，但符号数越 少 PDCCH 容量越小，CCE 受限场景下可能将降低下行吞吐量；该参数设置的越大，初始 PDCCH 符号个数越多，可能无法支持 PDCCH 符号自适应特性，符号数越多 PDCCH 容量越 大，但可能将降低下行吞吐量。

2.4.2 RLC 层优化（分片功能）

VoIP 业务为了达到更小的时延要求，采用的是 UM 传输模式，该模式提供除重传和分段

外的所有 RLC 功能，因此，提供了一种不可靠传输服务，当无线环境较差时，容易导致丢包，UM 实体再发送端需做两件事：【1】将上层的 RLC SDU 缓存在传输中；【2】在 MAC 层通知其发送 RLC SDU 时，分段/串联 RLC SDU 以生成 RLC PDU，并赋予合适的 SN 值，然后将生成的RLC PDU 发送给 MAC 层，MAC 层通知 UM 实体发送一个 RLC PDU，即通知 UM 实体有一个传输机会，MAC 层同时会告诉 UM 实体在这次传输集会中，可以传输的 RLC PDU 的总大小，即 RLC层根据 MAC 层告知的 TB SIZE 决定 RLC 的 SDU 可以生成几片 RLC PDU，分的片数越多，传输时延越长，因此 RLC 的分片是改善丢包的因素，同时也需注意时延指标的影响。

1）RLC 介绍：

RLC 层位于 PDCP 层和 MAC 层之间。它通过 SAP（Service AccessPoint）与 PDCP 层进行通信，并通过逻辑信道与 MAC 层进行通信。每个 UE 的每个逻辑信道都有一个 RLC 实体（RLC entity）。RLC 实体从 PDCP 层接收到的数据，或发往 PDCP 层的数据被称作 RLC SDU（或 PDCP PDU）。RLC 实体从 MAC 层接收到的数据，或发往 MAC 层的数据被称作 RLC PDU（或 MAC SDU）。

2）主要功能：

◆分段/串联和重组

RLC SDU RLC PDU 的大小是由 MAC 层指定的，其大小通常并不等于 RLCSDU 的大小，所以在发送 端需要分段/串联 RLC SDU 以便其匹配 MAC 层指定的大小。相应地，在接收端需要对之前分 段的 RLCSDU 进行重组，以便恢复出原来的 RLCSDU 并按序递送（in-sequencedelivery）给 上层。

◆通过ARQ来进行纠错

该功能只适用于 AM 模式，MAC 层的 HARQ 机制的目标在于实现非常快速的重传，其反馈出错率大概在 1%左右。对于某些业务，如 TCP 传输（要求丢包率小于），HARQ 反馈的出错率就显得过高了。对于这类业务， RLC 层的重传处理能够进一步降低反馈出错率。

◆对RLC Data PDU进行重排序 RLC data PDU 进行重排序只适用于 UM 和 AM 模式，MAC 层的 HARQ 操作可能导致到达 RLC层的报文是乱序的，所以需要 RLC 层对数据进行重排序。重排序是根据序列号（SequenceNumber，SN）的先后顺序对 RLC data PDU 进行排序的。

◆复包检重测（duplicate detection）

该功能只适用于 UM 和 AM 模式，出现重复包的最大可能性为发送端反馈了 HARQACK，但接收端错误地将其解释为 NACK，从而导致了不必要的 MACPDU 重传。

3）参数设置原理

VoIP 上行最大 RLC 分段数特性功能对弱覆盖区域 VoLTE 用户的丢包率值提升有重要影响，本案例针对上行补偿调度调度功能对 VoLTE 用户的丢包率值提升效果进行调整验证。

该参数用于控制非 TTI Bundling 模式下 VoIP 业务上行 RLC 分段控制特性的开启以及配置上行最大 RLC 分段数。

如果设置为 0，表示不开启该特性；

如果设置为 X（X≠0），表示开启该特性，并且在非 TTI Bundling 模式下对 VoLTE 业务的上行动态调度限制最大 RLC 分段数为 X。

同时在 VoIP 上行最大 RLC 分段数特性开启时： 

该参数设置的越小（最小值为 1），非 TTI Bundling 模式下 VoIP 业务的上行动态调度的 RLC 分段数越少，VoIP 业务的上行覆盖越差，但 VoIP 业务的上行动态调度消耗的 CCE 资源越少；

该参数设置的越大（最大值为对应制式下的推荐值），非 TTI Bundling 模式下 VoIP 业务的上行动态调度的 RLC 分段数越多，VoIP 业务的上行覆盖越好，但 VoIP 业务的上行动态调度消耗的 CCE 资源越多。

2.4.3 MAC 层优化（重传功能）

1）原理：

上述讲述 RLC 层根据 MAC 层告知的 TBSIZE 决定 RLC 的 SDU 可以生成几片 RLC PDU，那么基站调度的 TBSIZE 大小由两个参数决定：RB 和 MCS，基站下行调度的 MCS 和 RB 数由上行SINR 和 PHR 来决定，确切为上行功控。 在无线质量较好的情况下基本无丢包，而在无线质量较差的情况下上行丢包现象较为严 重，PDCP 重传时间超时，数据包将被丢弃，从而影响 RTP 丢包率指标和用户感知；若上行 HARQ 最大传输次数适当的增加，则可使在无线质量差的环境中一定程度概率上改善丢包率 指标情况。

2）参数设置原理

上行 HARQ 最大传输次数：该参数表示除 TTI bundling 外的上行 HARQ 的最大传输次数，当有 QCI1 承载时，上行 HARQ 的最大传输次数的取值为 5 和该参数值中较小的值；当无 QCI1承载时，上行 HARQ 的最大传输次数为该参数取值，该参数取值越大，无线链路的可靠性越高，对于丢包率的改善也就越好。

3） 适应场景

综上，VoIP 的丢包率优化需兼顾时延指标，针对不同的场景，建议的优化策略也不相同，目前的优化场景大致的参数建议如下：

 ◆高铁速场景：此场景的无线信道变化较快，适合较大的MAC重传；

 ◆高负荷场景：在高校等场景，网络负荷较重时，用户的调度率低，可适当的增加PDCP丢弃时延，减少RLC的分片；

 ◆上行受限场景：如农村、郊区等站间距较大导致上行受限，通过修改上行功控策略，减少发送的RB个数来提高每RB的功率，使基站更容易解调，较少丢包。

2.4.4 CCE 最大初始比例

◆原理：

该参数用于配置 PDCCH 的上下行最大初始比例值。当该参数为 1/2 时，表示上下行 CCE初始占比最大值为 1/2,当该参数大于 1/2 时，上下行 CCE 初始占比最大值可以根据上下行负载状况进行动态调整，调整范围为 1/2 到配置值之间的所有枚举值。

◆影响：

该参数一般在大话务场景下，跟业务感知相关联，主要为以下几种情况：

【1】   当参数配置为 1_2，上行负载较重，下行负载轻时，上行业务感受较差。

【2】   当参数配置大于 1_2，上行负载较重，下行负载轻时，上行业务感受有改善，但下行在部分子帧 PRB 利用率会略有下降。

2.4.5 语音业务静默期上行补偿调度最小间隔

该参数用于在上行 VoIP 调度优化开关打开时配置语音业务静默期上行补偿调度的最小间隔，该参数设置越小，上行补偿调度在静默期的最小间隔越小，触发上行补偿调度的概率越大，可以减少 SR 漏检导致的语音上行丢包，语音质量越好，但消耗的调度资源越多，可能导致业务量和吞吐率降低；该参数设置越大，上行补偿调度在静默期的最小间隔越大，触发上行补偿调度的概率越小，消耗的调度资源越少，但 SR 漏检导致的语音上行丢包增多，语音质量变差。

2.4.6 厂家新功能优化

随着 VoLTE 的不断发展，后期商用后用户会不断增加，4G 网络逐渐承担起语音承载的

重任，由前期的单一数据承载逐渐过渡到混合承载：数据业务+VoLTE 语音业务，设备厂商侧不断丰富 VoLTE 功能，新功能研发的主题思路时从语音优先、弱场改善、无线环境恶劣等方面改善丢包，以下为常见的新功能优化。

 ◆ QCI1业务的基于NI频选

 ◆ 语数分层

 ◆ 基于无线链路质量的AMR编码自适应

三、 解决措施

3.1 PDCCH 初始 OFDM 符号数

对于亚朵酒店的高丢包小区，通过对VoLTE丢包参数的研究，针对 PDCCH 初始 OFDM 符号数参数展开参数研究，并以其中丢包持续偏高的市亚朵酒店S-2小区作为验证对象。

方案实施：

验证效果：

3.2 上行 HARQ 最大重传次数优化

近期在提取全网的VoLTE丢包指标时，发现市后马庄H-3小区在10月16号当天上行丢包率较高，达到50%，且一周内该小区有两到三天均有用户使用VoLTE业务，为了VoLTE商用后的用户感知，针对这一情况，针对此小区的高丢包问题作“上行HARQ最大传输次数“参数研究与验证工作。

具体解决措施：针对小区的高丢包问题作“上行 HARQ 最大传输次数“参数研究与验证工作，以市后马庄H-3小区为验证对象。

实施场景：本次以近期出现的高丢包小区市后马庄H-3小区为参数探究对象，小区所处海拔 53 米，属于市区区域，小区周围为密集居民区，无线环境较为复杂。

方案实施：

MOD CELLULSCHALGO:ULHARQMAXTXNUM=7;

验证成果：

在修改上行 HARQ 的最大传输次数后，小区的丢包率明显改善，目前在有用户接入的情况下，无 VoLTE 丢包率现象。

3.3 语音业务静默期上行补偿调度最小间隔

本次参数探究需要选取持续丢包严重且存在干扰的小区作为探究对象：枣强张家庄H-3。

具体解决措施：针对选取持续丢包严重且存在干扰的小区作为探究对象，本次以符合条

件的枣强张家庄H-3小区作为验证对象。

方案实施：

根据参数的原理，以及与丢包率的相关性，本次选取有较小干扰且低负荷的小区，将该参数由默认值改为 10。

MOD CELLULSCHALGO:LOCALCELLID=0,ULCOMPENSCHPERIODINSILENCE=INTERVAL_10;

验证效果：

四、 经验总结

随着 VoLTE 用户不断增长，前期已出现单通、断续、音质等一系列通话质量问题，语音质量类的投诉占比将逐渐增多，现阶段通过一系列丢包率的优化研究并将成果执行，VoLTE 丢包率得到一定的改善，同时为后续的优化提供指导，但随着组网模式、网络结构等变化，优化丢包的思路也需要进行快速更新，丢包率将成为后续提升 VoLTE 用户体验的重要课题。 

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