VoLTE网络优化指导手册V3.0

VoLTE网络优化指导手册

项目名称

文档编号

版本号

作者

版权所有

大唐移动通信设备有限公司

本资料及其包含的所有内容为大唐移动通信设备有限公司(大唐移动)所有,受中国法律及适用之国际公约中有关著作权法律的保护。未经大唐移动书面授权，任何人不得以任何形式复制、传播、散布、改动或以其它方式使用本资料的部分或全部内容，违者将被依法追究责任。

文档更新记录

目录

1VoLTE总体背景 (5)

1.1概述 (5)

1.2V O LTE基本概念及技术特征 (5)

1.3V O LTE关键技术 (6)

1.3.1无线承载Qos等级标识 (6)

1.3.2AMR-WB语音编码 (7)

1.3.3SIP(Session Initiation Protocol)&SDP (8)

2.3.4 RoHC健壮性报头压缩协议 (10)

2.3.6 eSRVCC(Enhanced Single Radio V oice Call Continuity) (10)

2VoLTE网络优化流程 (12)

3VoLTE网络优化指导思想与原则 (13)

3.1基础优化 (13)

3.2邻区优化 (14)

3.3时延优化 (15)

3.4RTP丢包率优化 (17)

4TD-LTE关键过程信令流程解析 (17)

4.1概述 (17)

4.2关键过程信令流程解析 (18)

4.2.1注册过程 (18)

4.2.2语音呼叫过程 (20)

4.2.3eSRVCC过程 (22)

5VoLTE关键参数解析 (24)

6VoLTE专题优化分析 (25)

6.1全程呼叫成功率优化 (25)

6.1.1指标定义 (25)

6.1.2优化方法 (27)

6.1.2.1终端侧优化方向 (27)

6.1.2.2无线侧优化方向 (27)

6.1.2.3核心侧优化方向 (28)

6.2MOS简介 (28)

6.2.1优化方法 (28)

6.2.1.1编码速率 (28)

6.2.1.2ERAB保证速率 (28)

6.2.1.3RTP丢包率优化 (29)

6.2.1.4SINR优化 (29)

6.2.1.5切换优化 (30)

7Volte优化中CDL使用方法 (30)

7.1借助UE的M-TMSI在CDL信令中确定测试终端 (30)

7.2注册过程空口信令与CDL信令对应 (35)

7.3V O LTE在O UTUM与CDL中的呼叫信令对应 (39)

7.4E SRVCC切换流程中的信令对应 (44)

8TD-LTE优化案例分析 (45)

8.1SIM卡无V O LTE权限导致注册失败................................... 错误！未定义书签。

8.2RAC错误导致E SRVCC切换失败....................................... 错误！未定义书签。

8.3核心网和终端协商速率过低导致视频电话质量差 ............. 错误！未定义书签。

8.4LTE小区E SRVCC优化参数设置问题导致掉线 .................... 错误！未定义书签。

1 VoLTE总体背景

1.1 概述

目前业界对LTE语音的解决方案有三种，分别是VOLTE、CSFB、SGLTE， VOLTE与CSFB 是3GPP标准化方案，SGLTE为终端实现方案，其中VOLTE是移动4G语音解决方案的终极方案；SGLTE不需要对网络进行改动，VOLTE与CSFB均需对网络进行改造。

近年来，伴随着移动互联网的快速发展，传统电信运营商的业务体系不够丰富、商业模式创新不足、用户使用体验不佳的劣势日益凸显。在此背景下，以VoLTE为核心的融合通信成为运营商加快转型，应对互联网公司跨界竞争的重要业务形态。尤其是今年以来，移动集团高层在多个场合均强调将在2015年年底实现VoLTE商用，目前已有省份开始试商用，同时多个省份均在进行商用前的试点优化工作。

1.2 VoLTE基本概念及技术特征

VoLTE开启了向移动宽带语音演进之路，其给运营商带来两方面的价值，一是提升无线频谱利用率、降低网络成本。LTE的频谱利用效率GSM的4倍以上。另一个价值就是提升用户体验，VoLTE的体验明显优于传统CS语音。首先，高清语音和视频编解码的引入显著提高了通信质量；其次，VoLTE的呼叫接续时长大幅缩短，VoLTE比CS呼叫缩短一半以上。

下面是实际测试的一些指标：

呼叫建立时延更短：第一条随机接入消息到终端接收到网络侧下发的SIP 180 Ring消息之间的时间差，在外场短呼测试中看到平均时延为2S左右，而2G时代在6-7秒，用户感知为秒通。

语音质量更高：因为使用23.85K宽带AMR技术，语音质量相比2G、3G语音质量有质的提高，在外场测试时，在好点MOS值在4.1左右，而3G MOS值在3.0—3.5之间，在同一地点的OTT语音在3.5左右（无线资源不受限）。对运营商来说在这一点上体现了移动网络相对于OTT的优势。

系统间切换方面使用eSRVCC切换，测试切换时延在150MS以内，对用户感知无影响，且切换成功率高。

视频质量更好：在同一地点Volte采用更高的分辨率，视频通话的图像远比OTT视频通话的图像清晰。

1.3 VoLTE关键技术

1.3.1 无线承载Qos等级标识

EPS系统中，QoS控制的基本粒度是EPS承载(Bearer)，即相同承载上的所有数据流将获得相同的QoS保障（如调度策略，缓冲队列管理，链路层配置等），不同的QoS保障需要不同类型的EPS承载来提供，在接入网中，空口上承载的QoS是由eNodeB来控制的，每个承载都有相应的QoS参数QCI（QoS Class Identifier）。

根据QoS的不同， EPS Bear可以划分为两大类： GBR(Guranteed Bit Rate) 和 Non －GBR。所谓GBR，是指承载要求的比特速率被网络“永久”恒定的分配，即使在网络资源紧张的情况下，相应的比特速率也能够保持。MBR(Maximum Bit Rate)参数定义了GBR Bear 在资源充足的条件下，能够达到的速率上限。MBR的值有可能大于或等于GBR的值。相反的，Non－GBR指的是在网络拥挤的情况下，业务（或者承载）需要承受降低速率的要求，由于Non－GBR承载不需要占用固定的网络资源，因而可以长时间地建立。而GBR承载一般只是在需要时才建立。

LTE中共有9种不同的QCI，在VOLTE业务中主要用到了QCI 1、QCI 2、QCI 5，而普通的数据业务主要是QCI 8/9。不同QCI列表如下图，IMS信令使用QCI 5，语音业务共使用QCI 1、QCI 5、QCI 8/9，视频电话业务共使用QCI 1、QCI 2、QCI 5、QCI 8/9。

1.3.2 AMR-WB语音编码

AMR全称Adaptive Multi-Rate，自适应多速率编码，主要用于移动设备的音频，压缩比比较大，相对其他的压缩格式质量比较差，但主要用于人声，所以效果较好。2/3G使用的语音编码格式为AMR-NB，语音带宽范围：300－3400Hz，8KHz采样率，V oLTE使用AMR-WB编码，提供语音带宽范围达到50～7000Hz，16KHz采样率用户可主观感受到话音比以前更加自然、舒适和易于分辨。

AMR 一共有16种编码方式， 0-7对应8种不同的编码方式， 8-15 用于噪音或者保留用。

1.3.3 SIP(Session Initiation Protocol)&SDP

SIP协议是互联网行业标准组织IETF提出的，SIP(Session Initiation Protocol)是一个应用层的信令控制协议。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以是Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播（multicast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信。VoLTE选择了SIP协议，最主要的原因就是免费。

在VOLTE中引入了IMS，对VOLTE进行业务控制，MME只是做为业务的承载体，IMS对业务的控制全部通过SIP消息完成，在学习VoLTE的过程中必须学习SIP消息。

SIP有两种类型的消息，它们是：

（1）请求：从客户机发到服务器的消息（使用信令方法请求执行的操作，根据起始行中的Request-Line来区分的，一个Request_line包含方法名

字。）。

（2）响应：从服务器发到客户机的消息（对请求消息使用应答编码列表中的一种有效编码进行回复；响应和请求的区别在于在START-LINE中是否包含

一个STATUS-LINE，一个status-line在由数字表达的status－code之前，

status-Code 是一个3位的数字result code，用来标志处理请求的一个

结果。）

响应消息包含数字响应代码，SIP响应代码集部分基于HTTP响应代码。

有两种类型的响应，它们是：

·临时响应（1XX）：临时响应被服务器用来指示进程，但是不终结SIP事物。

·最终响应（2XX，3XX，4XX，5XX，6XX）：最终响应终止SIP事物。

SIP由于是采用文本格式编码，所以消息格式很简单，是由Message Header加可选的Message body构成，Message Header 从第二行开始每一行都由“Tag :Valued”格式组成，每一行描述一个属性，SDP也是用文本格式描述的，一个SDP Description可以包含很多行，每一行的格式如下：

Type = Value

Type只用一个字母来表示；一个SDP Description通常有一个Session-level和多个Media-level信息组成，常见的SDP属性如下：

2.3.4 RoHC健壮性报头压缩协议

在LTE中，为了在分组交换域(PS)提供语音业务且到达接近常规电路交换域的效率，必须对IP/UDP/RTP报头进行压缩。对于话音数据包，其包长较小，封装成IP包后，采用头压缩技术能有效提高频谱利用率，对于视频业务数据包，同样压缩后也可以提高频谱效率。在LTE系统中，规定PDCP子层支持健壮性报头压缩协议(ROHC)来进行报头压缩，并且同时支持IPv4和IPv6。

典型的，对于一个含有32 Byte有效载荷的VoIP分组传输来说，IPv6报头增加60 Byte，IPv4报头增加40 Byte，即188%和125%的开销。为了解决这个问题，在LTE系统中PDCP 子层采用ROHC报头压缩技术，可压缩成4～6个字节，即12.5%～18.8%的相对开销，从而提高了信道的效率和分组数据的有效性。

2.3.6 eSRVCC(Enhanced Single Radio Voice Call Continuity)

SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）是3GPP提出的一种VoLTE语音业务连续性方案，主要是为了解决当单射频UE 在LTE/Pre-LTE 网络和2G/3G CS 网络之间移动时，如何保证语音呼叫连续性的问题，即保证单射频UE 在IMS 控制的VoIP 语音和CS 域语音之间的平滑切换，SRVCC类似于UTRAN中的3G至2G的切换，主要是在CN侧多了PS域到CS域的转换过程。当LTE覆盖较差时，UE通过SRVCC切换到UTRAN/GERAN，目前移动公司的方案是切换到GERAN，3GPP TS 23.216中定义E-UTRAN切换到UTRAN/GERAN的流程图及主要信令流程如下：

eSRVCC即为增强的SRVCC，与SRVCC一样为3GPP在R8阶段引入的方案，相比SRVCC 最大的改进就是缩短了切换时延，改善用户感知。SRVCC与eSRVCC的主要区别如下：

1.SRVCC：媒体的切换点是对端网络设备（如对端UE），影响切换时长的主要因素是会

话切换后需要在IMS网络中创建新的承载。

2.eSRVCC：相比于SRVCC，媒体切换点改为更靠近本端的设备。具体方案就是增加

ATCF/ATGW功能实体作为媒体锚定点，无论是切换前还是切换后的会话消息都要经过ATCF（Access Transfer Control Function）/ATGW（AccessTransfer Gateway）转发。后续在发生eSRVCC切换时，只需要创建UE与ATGW之间的承载通道，对端设备

与ATGW之间的媒体流还是通过原承载通道传输。这样相当于减少了SBC至SCC AS 之间的时延，明显短于SRVCC方案，减少了切换时长。

2 VoLTE网络优化流程

3 VoLTE网络优化指导思想与原则

3.1 基础优化

V oLTE业务最高采用23.85kbit/S的编码格式，在空口对于上下行速率要求不高，在弱覆盖高干扰场景下可以通过牺牲RB资源来获得较好的MOS值，但是如果要想获得更高的MOS占比还需要优化SINR、降低BLER、降低频繁切换等手段来提升，基础优化文档可以参考《TD-LTE网络优化指导书》

例如：下图是山东枣庄某网格优化过程以及MOS值变化情况，可以明显看出SINR和MOS

值变化关系。

3.2 邻区优化

V oLTE 系统内切换流程与数据业务系统内切换流程一致，所以系统内邻区优化与当前邻区一致，本文不作说明，重点说明eSRVCC 切换的GSM 邻区优化。

LTE 中异系统互操作是根据系统下发的GSM 频点进行电平强度检测（RXLEV ），并不会检测信号载干比（C/I ）

，这样就有可能因为GSM 目标小区的信号强度满足要求而不满足C/I 要求导致入失败,2G 侧是以小区BCCH 频点+NCC+BCC 标识小区的，同频同码造成错误选择目标小区的可能性,所以合理配置GSM 邻区关系是优化的前提。

1、由于GERAN 测控下发时是下发频点，所以GSM 邻区的BCCH 必须包含在GERAN 频点列表中，否则会导致上报B2 MR 而ENB 无法判决切换；

2、如TDL 小区为双模小区，直接继承共天线TDS 小区的GSM 邻区；

3、如果4G 与2G 小区共站，4G 首先需要配置所有共站的2G 小区；同时需要继承配置其中同方向角的2G 共站小区切换次数最多的几个2G 邻区。

4、如果4G 仅与3G 小区共站，4G 需要配置同向3G 共站小区的2G 邻区。

5、如果4G 站点为新建站，优先添加第一圈2G 邻区，应重点检查以下两类2G 小区： 距离4G 站点最近的4个2G 站址中,如果存在室外小区,则选择天线方向指向本小区的2G 小区；

4G 小区天线法向方向正面对打小区且两小区天线相对方向角度在60°之内最近的2个候选邻区。

TD-LTE

TDS 或 GSM

6、如果4G与2G共室分，4G需要配置该2G室分小区，及该2G室分小区的邻区。

7、基于小区B2测量报告可以进行精确邻区优化，后续可以借助我司MORPHO工具GSM邻区自动优化功能进行优化。

3.3 时延优化

呼叫建立时延（Call Setup Time）定义：第一条随机接入消息到终端接收到网络侧下发的SIP 180 Ring消息之间的时间差。

信令流程分解（现在各地流程存在差异）：

1、发起INVITE到建立QCI=1承载时长大约0.4s；

2、IMS收到主叫建立QCI完成以后寻呼被叫时长大约在2S以内（寻呼周期

1280ms，如果运气比较差刚好需要等待一个寻呼周期寻呼时长就会比较长）；

3、被叫建立QCI承载时间大约0.5s

4、Modify过程时长大约0.2s；

5、PRACK预确认时长需要0.5s

6、UPDA TE编码格式协商时长需要0.7s；

整体计算出来影响时延主要是在寻呼、以及SIP信令交互过程，在空口的时延

是非常短的，下面流程是枣庄接入流程图：

当然如果能减少RRC接入整体接入时延将控制到3-3.5s之间，下图是去除RRC过程以后的接入流程图，接入时延为3.3S（下图中核心网发起3次MODIFY过程，所以在开网优化过程中如果存在多次MODIFY过程属于异常现象，需要和核心网进行沟通，按照协议只需要一次MODIFY过程，现在福州和广州为了减少时延将MODIFY过程已经全部删除）；

时延优化关键点：

1、无线优化为基础，避免被叫无线环境差导致收到寻呼延时；

2、关注UPDATE和MODIFY过程，协商是否能够去除MODFIY过程（后期中国移动

应该会出标准）；

3、优化网格切换次数，如果在接入过程中出现切换将影响接入时延；

3.4 RTP丢包率优化

V olte语音基于RTP协议传送，该项指标直接影响MOS，移动通信中满足覆盖目标的CS语音业务要求误帧率(FER)小于1%，LTE系统空口采用了增量冗余的HARQ机制，一般系统实现要求HARQ初传成功率达到90%，即初传误块率(BLER为10%)，因此为了达到语音质量要求，必须经过一次的HARQ重传语音误帧率才能小于1%，所以算法是基础无线优化是保障，现网参数设置必须在发布版本基础上按照SE给出的相关参数设置,最新的基站版本将RTP丢包率已经控制到1%以内。

4 TD-LTE关键过程信令流程解析

4.1 概述

优化工程师需要熟悉整个V olte从注册到呼叫以及切换的流程，便于异常事件准确定位和分析；

4.2 关键过程信令流程解析

4.2.1 注册过程

1、流程概述

UE注册到IMS网络的过程可以分为如下几个阶段:：

?UE附着到EPC网络：UE发起附着请求后，EPC网络首先对UE进行鉴权，鉴权通过后从融合HLR/HSS获取到UE的签约数据。EPC网络根据用户签约数据中的默认APN

和PDN签约上下文进行默认承载的建立，默认承载建立完成后即完成EPC网络的附

着。

?UE注册到IMS网络：包括基本注册和第三方注册。基本注册过程中，IMS网络对UE，以及UE对IMS网络进行双向鉴权，鉴权通过后，S-CSCF从融合HLR/HSS下载到用

户数据，基本注册完成。第三方注册过程中，S-CSCF根据用户数据中的iFC触发到ATS的注册，ATS从融合HLR/HSS下载到UE的业务数据后，第三方注册完成。

2、常见问题

早期开始优化时经常出现手机IMS无法注册问题，主要通过几方面排查： 与局方确认IMS是否已完成部署

手机是否打开IMS注册，在手机设置里，移动网络设置-->IMS服务查看

用普通卡插入手机，看手机能否正常发起APN为IMS的PDN连接请求，排除终端原因，注意PDN连接请求是终端行为，为终端自主发起；

使用测试软件抓取空口信令对比

4.2.2 语音呼叫过程

1、流程概述

VoLTE语音用户拨打的主要流程如下：

?主叫信令面流程：主叫用户发起呼叫请求后，首先MMTel AS进行主叫业务处理后，主叫侧S-CSCF根据被叫号码格式向ENUM/DNS请求被叫的入局I-CSCF的地址。

?被叫信令面流程：SCC AS向融合HLR/HSS请求被叫网络信息，融合HLR/HSS向MME 请求本地保存的用户最新的位置更新信息，将得到的域选网络信息发送给SCC AS，SCC AS得到被叫的最近一次驻留的网络后，指示S-CSCF通过P-CSCF将呼叫路由到被叫用户。

?被叫承载面建立流程：被叫用户收到呼叫请求后，向被叫P-CSCF回复183/180响应消息，P-CSCF向PCRF发起承载建立请求，PCRF向P-GW提供授权的QoS策略，P-GW

根据授权的QoS策略建立被叫UE的专有承载。