Original Mr.Kang 和老康一起学5G 2023-05-22 08:00 Posted on 北京
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#Users1个
4G和5G为用户带来了高清(HD)语音和视频通话服务。一般用户不关心他们使用的是VOLTE,还是VONR,只是高质量、高清晰语音(视频)通话服务。而运营商和设备商最关心的是一个小区能支持多少用户?为了找到答案可做以下简单计算:
VOLTE/VONR语音数据包大小
VOLTE/VONR数据包所需无线资源
单个小区支持最多用户数
一、VOLTE/VONR数据包大小是不固定的,这是因为它取决于语音编解码时所使用的编码方式;根据终端(UE)采集到服务小区的无线信号质量,eNodeB/gNB’s根据调度算法和协议进行分配。小区容量计算可从空中接口每次调用的物理资源块(PRB)计算着手;让我们以4G小区为例假设如下:
小区带宽:20MHz (100PRB)
双工模式:FDD
MIMO模式: 2×2
编码方式 :AMR-WB(AMR-12.65)
RoHC:启用
在AMR-WB=12.65编码中每20毫秒大约产生253位比特(bit)的语音样本;为将每个语音样本传输到对端,需要添加协议头(PDCP通常是12字节)、一个UDP头(8字节)和一个IP头(40字节)。因此:
带有包头VOLTE/VONR数据包长度:
=语音编码(Codec Bits)位+RTP头+UDP头+IP头 =253bits+12*8(=96bits)+8*8(=64bits)+40*8(=320bits)
结果:每20毫秒(语音)数据包长度733比特(bits)
在启用RoHC后会在数据包通过空口传输之前,用一个小得多的RoHC头取代RTP,UDP和IP头。RoHC报头长度会根据具体情况而变化,但平均大约是3字节或24位。RLC层和MAC层将会增加它们的开销;因此在空中接口,每一个语音呼叫分组数据包只需要大约300比特(bits)。
二、VOLTE/VONR语音无线资源以上计算表明每个VOLTE语音数据包大约为300位比特(bits)。那么在空口传输中需要多少无线资源?4G(LTE)网络中无线资源单位为物理资源块(PRB),一个PRB有12个子载波和14个符号(正常循环前缀)时间为1毫秒,12*14=168个资源粒(REs)。去除被控制符号(PDCCH)和导频符号(RS)占用资源粒(REs),所以这些符号中大约有120个资源粒(REs)可以进行(语音)数据传输。
4G中下行PDSCH支持QPSK, 16QAM和64QAM调制,这意味着每个资源粒子可以进行2位,4位或6位的调制符号调度。其中一些比特位将用于数据,另一些用于差错控制位(调制和编码速率如上图所示)。因此,VOLTE分组数据所需的资源块数量取决于所应用调制方式,具体取决于终端所处无线环境。终端(UE)通过信道质量指示(CQI)向eNodeB报告无线信道环境,据此eNodeB决定对特定资源块的调制。CQI报告范围是0-15,其中15是最好的信道。
假设CQI 15=Good,CQI 7=Average,CQI 1=Poor,CQI=15使用64 QAM,CQI=7使用16 QAM,CQI=1使用QPSK调制。
当UE报告CQI=15时,eNodeB可使用64QAM调制,编码效率为948/1024= 0.926,这意味着每个RE传送6 x 0.926 =5.55比特的数据。因此一个PRB可传送120x5.55= 666比特的数据或者相当于两个声音样本。但LTE调度器为每个用户的资源分配不能少于一个PRB,所以每次调用需要一个PRB。
当 UE报告CQI=7时,eNodeB可使用16 QAM调制,编码率为378/1024 = 0.369,这意味着每个RE传送4 x 0.369 x 120 = 177比特的数据。对于300比特的数据就需要两个PRB:
当 UE报告CQI=1时, eNodeB将使用QPSK调制,有效编码率为78/1024 = 0.076,其支持2 x 0.076 x 120 = 18比特的数据(PRB),所以要传输300比特的数据大约需要16分钟。
三、单小区支持用户数计算VoLTE/VONR网络中每20毫秒生成一个语音数据包;如果正常没有重传,20个VOLTE呼叫可以共享同一组连续的PRB。小区支持最大用户数为:
结合VOLTE呼叫中CQI和小区带宽,小区可支持的VOLTE用户数见下表:
四、网络承载VOLTE/VONR用户数你可能会对如此高VOLTE用户数感到怀疑,这是因为以上只是理想条件的假设。而现网中这些假设大多数在实际不成立,其原因如下:
•小区内用户不会上报告相同CQI值,且CQI值为1时基本上不可用。
•数据包到达后不会在20毫秒的编码间隔内得到均匀分布。
•大多数数据包需一次HARQ重传,尤其在较低CQI时会消耗额外的PRBs。
•没有运营者希望保留所有PRBs供VOLTE使用,因此需将non-VOLTE资源的PRBs进行转换
•上行链路因需预留资源(PRACH,PUCCH),所以容量远低于下行链路。
•在TDD双工模式下VOLTE支持用户数直接取决于TDD的配置模式。
通过以上分析我们对VOLTE/VONR有了一定了解。在良好的无线条件下可以快速、高效地传输大量数据包节省PRBs,为其他用户提供了足够的PRBs。而在恶劣无线条件下网络则难以支持。根据无线射频的质量,用户容量也取决于带宽的可用性。当一个运营商使用20MHZ的带宽时,即使用户无线环境稍差其可用的PRBs相对也宽裕一些。
VoLTE语音通话质量远远超过传统无线语音解决方案。4G在每个20MHz带宽的小区大约可支持400到600个用户;运营商面对的挑战是如何提高端对端的话音质量及如何处理语音和数据用户互相矛盾的需求,以决定是否需要预留更多资源块作数据或话音之用。