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VoLTE漸行漸近：語(yǔ)音承載容量催生多天線需求

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專業(yè)方向移動(dòng)網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化——理論與實(shí)踐
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發(fā)表于 2013-08-11 06:57:46 只看樓主

8月9日技術(shù)評(píng)論毋庸置疑，LTE已經(jīng)成為全球發(fā)展最快的寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在全球也已進(jìn)入規(guī)�；A段。根據(jù)CSA的最新數(shù)據(jù)，截至7月16號(hào)，全球有74個(gè)國(guó)家擁有194張LTE網(wǎng)絡(luò)，LTE用戶超1億。
而作為全球最大的移動(dòng)通信市場(chǎng)之一，中國(guó)的LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)注定是今年的熱門話題。目前，中國(guó)各運(yùn)營(yíng)商及產(chǎn)業(yè)各方正積極部署LTE的網(wǎng)絡(luò)及終端測(cè)試。以中國(guó)移動(dòng)為例，中國(guó)移動(dòng)董事長(zhǎng)奚國(guó)華在年初的GSMA大會(huì)上就提出了雙百計(jì)劃；而另外一家運(yùn)營(yíng)商中國(guó)電信，則在今年7月份釋放出了明確的LTE技術(shù)方向。
對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，LTE意味著重塑產(chǎn)業(yè)格局的機(jī)遇：因?yàn)?/font>LTE可以提供更大的帶寬、更大的容量、更高的傳輸速率、更低的傳輸時(shí)延和更低的運(yùn)營(yíng)成本，而這些技術(shù)特性將會(huì)幫助運(yùn)營(yíng)商推出很多LTE ONLY業(yè)務(wù)。當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中，我們不能將目光僅僅停留在爆炸性增長(zhǎng)的PS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上，傳統(tǒng)的CS話音業(yè)務(wù)更是可以借助LTE和IMS實(shí)現(xiàn)“新生”，也就是業(yè)界所共同期待的VoLTE。
但要在類似于我國(guó)這樣人口眾多，業(yè)務(wù)流量地域性特征明顯的應(yīng)用場(chǎng)景下大規(guī)模部署VoLTE，就要充分考慮到語(yǔ)音業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)容量，因?yàn)闀?huì)話類業(yè)務(wù)對(duì)于上下行鏈路的開(kāi)銷相對(duì)一致。在LTE系統(tǒng)中，由于終端在發(fā)送功率上顯著低于基站側(cè)，根據(jù)鏈路預(yù)算，上行業(yè)務(wù)信道相比下行業(yè)務(wù)信道更受限，所以VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)的容量將取決于上行，而提高上行容量最有效的方式就是采用多天線技術(shù)。
VoLTE漸行漸近
隨著全球LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的快速興起，LTE離普通百姓的生活漸行漸近。作為LTE網(wǎng)絡(luò)下的最佳話音解決方案，基于IMS的VoLTE實(shí)現(xiàn)了LTE網(wǎng)絡(luò)支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)的重要演進(jìn)路徑。
但在LTE網(wǎng)絡(luò)部署的初期，引入LTE的地區(qū)主要集中在高流量城市，2G/3G/4G多張網(wǎng)絡(luò)同時(shí)運(yùn)營(yíng)、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、成本很高；隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)部署，2G和3G網(wǎng)絡(luò)PS業(yè)務(wù)負(fù)荷逐漸降低，VoLTE技術(shù)和產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，LTE逐步形成全覆蓋網(wǎng)絡(luò)；最終，LTE支持全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)能力使得LTE全面替代2G、3G網(wǎng)絡(luò)，原有2G、3G頻譜refarming供LTE使用。
LTE支持全業(yè)務(wù)的能力使得運(yùn)營(yíng)商能夠轉(zhuǎn)移2G、3G業(yè)務(wù)至LTE網(wǎng)絡(luò)，從而使2G、3G頻譜資源的釋放成為可能，目前，包括AT&T在內(nèi)的國(guó)際著名運(yùn)營(yíng)商已將GSM退網(wǎng)計(jì)劃排上日程。將2G和3G的頻譜用于LTE一方面提升了頻譜利用效率，同時(shí)使得運(yùn)營(yíng)商更專注于一種無(wú)線制式，從而降低了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本。
3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，VoLTE在FDD LTE和TD-LTE均可承載。2013年6月26日，在GTI亞洲大會(huì)會(huì)議期間，中國(guó)移動(dòng)發(fā)布了VoLTE技術(shù)白皮書，提出了包括核心網(wǎng)、無(wú)線側(cè)、終端等在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈需要具備支持VoLTE能力的技術(shù)要求，在其TD-LTE網(wǎng)絡(luò)上承載VoLTE業(yè)務(wù)。同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)還公布了其VoLTE商用路標(biāo)：2013年Q3進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)，2014年上半年商用試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2014年年底實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)商業(yè)部署VoLTE。

圖為中國(guó)移動(dòng)VoLTE技術(shù)路標(biāo)
語(yǔ)音業(yè)務(wù)容量受限不容忽視
從業(yè)務(wù)的特點(diǎn)分析看，目前的PS業(yè)務(wù)主要是WEB瀏覽、緩沖視頻、FTP業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)交互類業(yè)務(wù)等。這些業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求較低，多出3-5秒也可容忍，用戶身處邊界（小區(qū)邊界）服務(wù)質(zhì)量差的體驗(yàn)不明顯。
同時(shí)，LTE系統(tǒng)以完全共享的信道設(shè)計(jì)和靈活的調(diào)度機(jī)制保證了其在承載PS業(yè)務(wù)時(shí)相對(duì)于3G系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)，不再需要專用的伴隨信道，從而大大提升了可承載的業(yè)務(wù)用戶數(shù)，即提高了網(wǎng)絡(luò)容量。在中國(guó)移動(dòng)組織的一階段外場(chǎng)測(cè)試中，各設(shè)備商都輕松完成了超過(guò)200個(gè)用戶的同時(shí)FTP上傳下載測(cè)試。
再來(lái)分析語(yǔ)音業(yè)務(wù)，TD-LTE系統(tǒng)中，除了關(guān)注VoLTE的eSRVCC、AMR-WB codec等VoLTE重要技術(shù)外，在關(guān)注話音質(zhì)量的同時(shí)，更應(yīng)關(guān)注用戶容量，否則容量不足，LTE全面替代2/3G網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期目標(biāo)將難以實(shí)現(xiàn)。
LTE系統(tǒng)中，由于終端在發(fā)送功率上顯著低于基站側(cè)，根據(jù)鏈路預(yù)算，上行業(yè)務(wù)信道相比下行業(yè)務(wù)信道更受限，所以VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)的容量將取決于上行。同時(shí)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)相比數(shù)據(jù)有更加嚴(yán)格的時(shí)延要求，每個(gè)語(yǔ)音包到達(dá)接收端的時(shí)延通常不應(yīng)超過(guò)50ms，否則就可令聽(tīng)者感受到語(yǔ)音質(zhì)量的惡化。
可能影響語(yǔ)音業(yè)務(wù)容量的因素包括控制信道的容量限制和業(yè)務(wù)信道的容量限制。針對(duì)控制信道的容量限制，3GPP標(biāo)準(zhǔn)中提出半持續(xù)調(diào)度方式，可有效降低控制信道的需求。而針對(duì)業(yè)務(wù)信道的容量限制，如果對(duì)于上行語(yǔ)音包采用動(dòng)態(tài)重傳的方式，則會(huì)導(dǎo)致難以滿足時(shí)延50ms的限制；而且無(wú)論是標(biāo)準(zhǔn)中定義的子幀綁定TTI Bundling傳輸還是其他的重傳方式均會(huì)耗費(fèi)大量的業(yè)務(wù)信道資源，并令小區(qū)的整體VoLTE業(yè)務(wù)承載容量大打折扣。由此可見(jiàn)，針對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)信道的容量限制，增強(qiáng)上行信道接收能力問(wèn)題亟待解決。
8天線可有效提升上行容量
對(duì)TD-LTE基站采用8天線可提高上行接收增益，有效解決上行容量限制。基站8天線相比4天線、2天線的接收增益增加明顯，根據(jù)仿真，假設(shè)用戶均勻分布，8天線小區(qū)可支持的用戶數(shù)相比4天線提升接近1倍。

4天線相比2天線的用戶變化較小，而4天線到8天線的用戶數(shù)變化較大，其原因在于即使半徑變化相同，覆蓋面積越大對(duì)應(yīng)的受影響用戶會(huì)更多。
TD-LTE基站側(cè)采用8天線可有效克服TD-LTE系統(tǒng)上行受限的問(wèn)題，滿足語(yǔ)音類業(yè)務(wù)包的時(shí)延抖動(dòng)要求，并大幅提高語(yǔ)音業(yè)務(wù)的承載用戶數(shù)，全面保障LTE后續(xù)全面替代2G、3G的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的演進(jìn)路線。

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難點(diǎn)在于IMS！

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