pucch（高清语音通话VoLTE业务容量）

1 概述

在VoLTE业务正式推广后，随着语音业务由CDMA至LTE的迁移，网络容量与负荷是急需考虑的一个因素，特别是对于只有5MHz带宽配置的LTE800M。与CDMA一个语音业务固定消耗码资源不同，VoLTE业务对于网络资源的消耗与用户所处无线环境有直接关联，更高的MSC以及CCE聚合度将占用更少的空口资源，而不同的调度方式也会影响VoLTE的容量。本文结合了实际测试数据以及网络配置，通过理论计算，结合小区的覆盖情况，对于LTE800M的VoLTE容量进行了详细的计算，为之后VoLTE业务开展以及相关网络调整提供了良好的基础。

2 LTE 5MHz资源计算与映射

在中国电信800M重耕完成后，由于800M带宽与无线传播特性与原有的1.8G、2.1G频段差距较大，需要对于800M特性以及与1.8G、2.1G对比分析，评估其在整体多频组网中适合的配置情况（例如800M是作为基础覆盖还是补充覆盖）。

2.1 下行资源计算

2.1.1 控制域资源映射

Ø PCFICH：PCFICH在每个下行子帧占用4个REG，其中包含了CFI信息

Ø PHICH：映射到同一组RE的多个PHICH组成一个PHICH组，PHICH组占用3个REG

Ø PDCCH：PDCCH有 一个或者多个连续的CCE进行承载，一个CCE由9个REG构成

2.1.2 5MHz带宽可用CCE

根据图一，在CFI=3是，可用REG为8个(（12*3-4RS）/4）,Ng=1/2，即PHICH占用2个REG。5MHz带宽场景下，可用CCE=[8*25（带宽）-4（PCFICH）-6（PHICH）]/9,计算结果向下取整为21个。即5MHz带宽最大可用CCE为21个。

2.1.3 系统消息调度使用的CCE与PRB资源计算

为计算实际VoLTE业务可使用的CCE与PRB资源，需要先计算系统开销占用的CCE与PRB资源。根据现网测试数据，得到系统消息的CCE聚合度以及占用的PRB数量，如下图所示：

由于系统消息为周期性发送，占用的资源比例相对固定，可以结合其消息周期，CCE聚合度以及RB占用数量，计算得到系统消息在20ms内占用的CCE比例与RB数量比例，计算过程如下表所示：

根据上表，可以计算得到系统消息CCE与RB占用比例分别为1.369%（5.75/420）以及2.425%(12.125/500)。

2.2 上行资源计算

2.2.1 控制域资源映射

Ø PRACH：现网PRACH- ConfigIndex采用3，4，5配置，即10ms内可发送一次PRACH，占用连续6个PRB

Ø PUCCH：nRB-CQI设置为1，PUCCH format 2占用1个RB，PUCCH format 1占用一对RB。即PUCCH一个子帧内，总共占用3个RB

Ø PUSCH：平均每个子帧可用RB数为20.4个。[（25-3-1）*10-6）]/10

上行信道映射图如下所示：

3 VoLTE业务PDCCH容量计算

3.1 信令开销对于PDCCH容量影响

对于一通VoLTE通话，假设通话时长Avg_call_duration为2分钟，即120000毫秒，根据测试日志，统计在呼叫建立以及切换步骤中，信令开销对于PDCCH影响如下：

在呼叫建立阶段，PDCCH占用次数PDCCHcall_setup=50，包含RRC消息，SIP消息与NAS消息

在切换阶段，PDCCH占用次数PDCCHper_HO=6，包含RRC消息，平均每次通话包含3次切换，即18个PDCCH占用次数

对于VoLTE的RTP业务，其每次通话RTP包对于PDCCH占用次数（PDCCHRTP）计算如下所示：

Avg_call_duration：平均通话时长，取120000ms

scheduling_interval:调度周期，取20ms

PDCCHRTP_per_interval：每调度周期RTP包PDCCH占用次数，在上下行均为20ms调度周期情况下，取值为2

考虑HAQR重传因素，增加10%的占用

VAF（Voice_activity_factor）：语音激活因子，考虑语音通话静默期，取0.65

根据以上输入参数设置与公式，可以统计PDCCHRTP=8580，而信令开销为（50+18）*（1+0.1），则信令开销占比为0.86%

3.2 寻呼开销对于PDCCH容量影响

现网800M小区，寻呼信道设置nB=1T , defaultPagingCycle =1280ms。nB=1T，表示每帧里面，有一个子帧可以用于发送寻呼消息，即每秒可发送100个寻呼消息。在测试日志中，每个1280ms或者2560ms可以收到系统侧下发的寻呼消息，表名系统侧平均每秒下发寻呼消息数量在50至100之间。

现网VoLTE采用3次寻呼方式，单次寻呼成功率约在95%左右，则平均核心网一次寻呼，在无线侧会产生的寻呼次数为1+（1-0.95）+（1-0.95）2=1.0525次。综合考虑寻呼消息CCE聚合度采用4，则在每秒发送50个寻呼消息的情况下，占用CCE比例为1.0024%(1.0525*4*50/21/1000)

3.3 VoLTE的PDCCH容量分析

在计算VoLTE业务可用的PDCCH容量（即CCE资源）时，以下2点需要明确：

1. 用户分布对于PDCCH容量影响：在计算VoLTE业务占用的平均CCE资源，该数值需要考虑用户远近分布，进行CCE的聚合度归一化处理

2. 可用资源：PDCCH去除系统与信令开销后，剩余的可用资源。

3.3.1 用户分布对于PDCCH容量影响

对于用户分布不同，系统会自适应采用不同的CCE聚合度进行上、下行数据的调度，根据规范，CCE聚合度包含1，2，4，8共计4种可能性。根据覆盖情况，我们按照2种模式进行用户不同聚合度的配比设置

1. 常规覆盖：CCE聚合度1，2，4，8的用户比例为：3：5：5：3

2. 弱覆盖：考虑现网800M小区主要承接1.8、2.1弱覆盖区域业务，相对弱覆盖用户更多，CCE聚合度1，2，4，8的用户比例为：0：3：10：3

根据以上2个用户分布模式，平均RTP业务包对于CCE占用分别为3.5625与4.375

CCEAL=1*（3/16）+2*(5/16)+4*(5/16)+8*(3/16)=3.5625

CCEAL=1*（0/16）+2*(3/16)+4*(10/16)+8*(3/16)=4.375

3.3.2 PDCCH可用资源与VoLTE用户数计算

根据2.1.2内容，可知5MHz带宽下，PDCCH每子帧可用CCE数量为21个，则在20ms的语音包调度周期内，可用CCE是420个。

根据2.1.3内容，20ms内系统消息（CCE聚合度=4）占用CCE数量均值为5.75

根据3.2内容，在每秒发送50个寻呼消息（CCE聚合度=4）时，在20ms内占用CCE数量为4.

根据3.1内容，信令开销（SIP，RRC，NAS）CCE聚合度为系统自适应，故采用百分比进行资源占用计算，其占比为0.86%,平均CCE占用数量与RTP业务包一致

则VoLTE用户数计算过程如下：

CCELIS=21*20-5.75-4=410.25

用户数VoLTENUM= Floor[CCELIS/ CCEAL*(1-0.86%)/2*（1-0.1）/0.65]

4 VoLTE业务PDSCH与PUSCH容量计算

4.1 RTP包数据量计算

VoLTE业务属于上下行对称业务，首先我们需要对于VoLTE的激活器与静默期RTP包大小进行计算。根据测试日志以及现网系统配置，在开启ROHC功能情况下，统计如下：

据以上表格计算，激活期RTP包消耗74BYTE，592Bits，静默期消耗20BYTE，160Bits。

4.2 下行RTP包消耗RB资源计算

通过4.1，可以确认RTP报数据量为74BYTE，即592个Bits。其次需要计算592个Bits映射至物理资源栅格时需要占用的PRB数量。

通过码率与调整方式，初步可以将CQI划分为3档，分别对应1、3、6个PRB数量。

4.3 上行RTP包消耗RB资源计算

上行PRB进行调度分配至，需要分配连续PRB数量，数量为2、3、5的倍数，故我们选在PRB数量为2，3，5共计3个区间进行计算。根据测试数据，上行MAC大约12.94%的添加率（MAC命令等数据），上行需要592*1.1294=669Bits。在下表中，对应ITBS分别为8、12、17，分别对应QPSK（8）与16QAM（12，17）。

4.4 寻呼消息消耗

根据3.2章节，每秒系统下发的寻呼消息数量在50或者100个之间，单条寻呼消息根据测试日志，平均包含1.25个UE_ID(75%包含1个用户，25%包含2个用户)，具体占用RB数分别为3个（1个UE_ID）与5个（2个UE_ID），则平均每个寻呼消息占用RB数量为3.5[（3*3+5）/4],占比为0.7368%

4.5 信令开销

根据测试日志统计，在呼叫建立阶段，上行信令开销为9250Byte，下行系统开销9800Byte。对于每次切换，下行占用100Byte，上行占用70Byte，切换次数为3。为计算信令开销占比，推导过程如下

T：通话时长，X：语音业务进行时长，VAF：语音激活因子，取65%

=》X=T*[(VAF-1/8)*8/7]

VoLTE业务的数据量=X/20ms*74+(T-X)/160ms*20，将X根据X=T*[(VAF-1/8)*8/7]代理其中，并T设置为2分钟，计算信令开销占比如下

下行信令开销占比=下行信令开销/(下行信令开销+ VoLTE业务的数据量)=3.5725%

上行信令开销占比=上行信令开销/(上行信令开销+ VoLTE业务的数据量)=3.3563%

4.6 用户分布对于PDSCH与PUSCH容量影响

对于单RTP报占用下行PRB数量（1，2，6）与上行PRB数量（2，3，5），根据覆盖情况，我们按照2种模式进行用户不同聚合度的配比设置

1. 常规覆盖：下行PRB数量（1，2，6）与上行PRB数量（2，3，5）用户比例为3：10：3

2. 弱覆盖：下行PRB数量（1，2，6）与上行PRB数量（2，3，5）用户比例为0：10：6

根据以上2个用户分布模式，平均RTP业务包对于下行、上行业务信道占用分别为（3.1875，3.1875）与（4.125，3.75）

根据2.1.3、4.4、4.5、4.6结论，可以计算PDSCH与PUSCH的VoLTE用户数量，如下表所示：

5 VoLTE语音业务用户数

根据第3，4章节的计算结果，PDCCH信道容量为VoLTE容量瓶颈，在考虑了系统消息，寻呼消息以及信令开销之后，根据不同的CCE聚合度比例，其用户数也不同。本文举例了2种用户分布模式，CCE聚合度比例分别为3：5：5：3以及0：3：10：3，2种分布模式VoLTE用户数分别为79与64， 统计如下：

根据小区CCE聚合度比例不同，5MHz带宽下，各小区的平均CCE也略有不同。以本次测试区域为例，统计忙时平均800M小区CCE聚合度比例为1：10：12：27，可以发现大部分场景下，网络采用了聚合度8进行调度，其平均CCE计算为5.7279，计算得到平均每小区VoLTE用户数可支持49个。

VoLTE支持用户数也受厂家设备调度算法影响。在中兴区域测试你时，发现中兴设备在容量受限场景下，会采用40ms的调度周期进行RTP语音包调度，每次调度2个语音包，可以有效降低PDCCH负荷，但是会影响语音抖动指标，如下图所示：

1. RTP的包序号连续

2. RTP包的收到间隔，主要是0ms或者40ms，而非一般场景下的20ms

3. 计算出来的抖动比较大

在该类场景下，在计算小区VoLTE容量时，需要对周期内每终端调度次数进行调整，例如上下行包调度模式为每40ms，则周期内每终端调度次数需要由2调整至1.

6 总结

在VoLTE容量计算过程中，由于其控制信道与业务信道采用控制面与业务面共享的方式，计算方式对比CDMA采用专用码信道的方式更为复杂。目前中国电信LTE800M是今后的打底网络，LTE800M不同场景分布情况与调度方式下的VoLTE语音业务容量计算，可用于后期VoLTE业务大规模推广时的容量评估参考，保障VOLTE用户通话感知。

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