VoLTE语音MOS的提升方法

chenj0319

根据LTE无线协议架构，PDCP丢弃包率跟PDCP，RLC，MAC，无线环境有关，当然，很明显还和硬件设备故障、传输、以及高层的参数设定有关。
本文重点分析PDCP丢弃包率的各种可能原因，及其提升手段。
一、基础性检查

1. 基站故障处理
主要是检查eNB有无显性和隐形的故障。
显性故障，可以重点观察硬件告警，驻波告警，校准问题等。
隐形故障，需要结合统计和用户投诉检查，如存在小区吞吐量低，现场测试速率低，用户投诉等。
2. 无线质量提升
a. 覆盖优化
通过网管和MR统计确定弱覆盖小区。
检查参数设置，主要包括功率、小区重选、异系统操作、234G邻区等参数；
结合mapinfo、GoogleEarth等工具辅助进行分析；
勘察现场无线环境及公参，结合用户分布的情况，判断是否存在不合理。
b. 干扰优化
语音业务对丢包敏感，在上行干扰区域，容易出现丢包及误包率增高。上行干扰场景下，会引起数据重传率增高，抖动频繁，影响用户语音通话质量。
检查帧头偏移参数，帧头调整参数配置为“0”;
核查全网GPS告警，发现有GPS相关告警的小区及时进行故障处理;
检查特殊子帧GP配置，关注可能的干扰;
c. 传输丢包定位
请PTN协助排查是否存在因为拥塞或者带宽受限不能传输的数据包。
d. 切换影响
VoLTE 做inter-LTE切换时，会带来较大的用户面时延，如果此时有乱序或者丢包，将会不可避免的带来丢弃包率的上升。因此应该合理调整切换门限，特别是要避免乒乓切换，以降低切换的影响。
二：主要优化提升手段

1. 上行资源请求SR(scheduling request)周期
Cell scheduling request periodicity (cellSrPeriod) 定义了发出上行资源调度请求的周期。参数设置太小，会导致RAC拒绝调度请求。
从VoLTE的角度出发，SR周期不要设置的小于20ms( 5ms，10ms)，因为只有当有新的数据进入传输buffer时才需要SR(一般20ms)。另一方面，如果设置为较大的周期 (40ms，80ms)，虽然会提升小区的容量，但是可能会提升VoIP包的抖动。
建议设置周期为20ms，极端情况下最大不超过40ms

2. Target BLER和HARQ重传次数
较低的Target BLER和最大HARQ重传次数带来用户面时延和抖动的降低，有助于改善PDCP丢弃包率。

3. RLC层相关配置参数
RLC-UM相关的参数主要有：
SN field length (snFieldLengthDL，snFieldLengthUL)
t-Reordering (tReord)
a. t-Reordering
由于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。
针对RLC的研究，得到下面的结论：
1) 当SN长度一定的前提下，t-Reordering设置较小容易造成无谓的丢包，设置较大，可以减少丢包，但是传递时延较长；反之，在t-Reordering设置一定的情况下，SN长度较小（5bit）相对而言更容易造成包的错传。
2) 如果t-Reordering设置过小，会造成频繁的包的上传，而且当话音接续过程中，会造成定时器频繁、周期性的超时/重启，而如果设置过大的话，会造成缓存过大，这样接收缓存上传的包时延较大，对话音音质有一定的影响（jitter）。
3) 一般来说，t-Reordering > = HARQ RTT * 最大HARQ重传次数

b. SN field Length
5bits or 10bits ？
对于RLC-UM，SN field Length可以设置为5bits或者10bits，那么如何选择呢？先看看下面摘自3GPP TS 36.322 Radio Link Control (RLC) protocol specification
很明显，5bit的开销更小，且用于支持QCI1 VoLTE业务已经足够。若速率比较高的业务(如视频)，若5bit SN无法满足传输要求，可以使用10bit。
但是，根据上面的分析，在t-Reordering设置一定的情况下，SN长度较小（5bit）相对而言更容易造成包的错传。此外有案列，列出不同厂家的SN length设置不同时，VoLTE切换时可能会出现掉话。我们在诺基亚的站点下设置不同的SN length做过测试，可以正常切换。但不同厂家对协议的理解和实现可能会有不同，因此尽管5bit开销更小，但当前推荐设置仍建议为10bit。
对于RLC-AM(QCI9业务采用)，SN的长度要保证经过HARQ以及ARQ之后，高层收到的SN不混淆。因此需要分析HARQ、ARQ以及传输过程中时延总的时间内可能支持发送多少RLC PDU。在单天线下需要8bit够用，考虑到MIMO的情况，用10bit足够，因此对于RLC-AM传输，总是用10bit。
4. PDCP相关参数
PDCP相关的参数主要有：
SN field size (snSize)
discardTimer (tDiscard)
SN field size
取值范围为7bit和12bit，正如RLC的SN length一样，对于QCI1，VoLTE语音，7bit已经足够，但需按照CMCC总部/省公司规范设置。

discardTimer
弃包定时器，是对规定时间内没有收到的数据包进行弃包处理。该时间设置越大，收到包的概率将越大，但时延也越大。对于VoLTE语音而言，MOS值是收到通话样本并与语音样本进行比较，最后通过POLQA算法计算得出的MOS分值，收到包与原始包比较差异越大，MOS越低，因此理论上该参数设置较大，丢弃包率会降低，RTP包时延会增大，MOS值会升高。
为了提升指标，可以设置tDiscard为infinity，由上层应用的时延要求来决定PDCP包是否可用。
5. QCI1 table
QCI1 table中关键的2个可优化参数：
Delay Target (delayTarget)
Scheduling bucket size duration (schedulBSD)
一般推荐schedulBSD 的设置接近并稍大于delay Target

4.参数调整试验总结及建议
4.1 试验总结
1. 随着cellSrPeriod参数的减小，MOS均值、MOS3.0占比、丢包率、抖动、呼叫建立时延等指标呈改善提升趋势。各种参数设置测试指标对比：20ms对比40ms，5ms对比20ms， MOS 3.0占比分别提升6.11%，3.87%，呼叫建立时延分别提升0%，5.73%，RTP丢包率分别提升76.77%,-8.70%，参数设置为5ms每次指标会有波动。
2. 随着drxProfile2drxLongCycle参数的减小或关闭，MOS均值、MOS3.0占比、丢包率、抖动、呼叫建立时延呈改善提升趋势。各种参数设置测试指标对比：20ms对比40ms，关闭drx对比20ms，MOS 3.0占比分别提升8.07%，2.06%，丢包率分别提升39.51%,67.35%，呼叫建立时延分别提升5.32%，3.75%。 3. 其他测试指标无异常变化，如接通率、掉话率、注册成功率等指标保持稳定，无异常变化。
4.2参数设置建议
由试验结果可知，随着cellSrPeriod和drxProfile2drxLongCycle参数值的减小，测试指标呈改善提升趋势；cellSrPeriod设置为5ms时，指标会有异常波动，因此建议cellSrPeriod设置为20ms；为提升MOS等指标同时又尽可能避免UE终端过多耗电，建议drxProfile2drxLongCycle设置为20ms。