VoLTE增强功能

VoLTE（Voice over LTE）是LTE提供语音服务的关键技术。随着高清（High-Definition，高清）语音甚至全高清（full-HD）语音比以前更高的性能和更好的体验呈现出来的吸引力，3GPP指定了一种新的语音编解码器EVS（Enhanced voice Services，增强语音服务）。EVS在很大的速率范围内提供高的语音质量，这使得低EVS编解码器速率仍然具有足够好的质量，并且可以在恶劣的覆盖环境和过载情况下使用。EVS还具有更高的灵活性，具有更宽的速率范围和完整的音频带宽，提供与存储的音乐等其他音频输入匹配的语音质量，同时提供对时延抖动和数据包丢失的高鲁棒性。

语音编解码器的配置是影响VoLTE服务用户体验的关键因素之一。众所周知，运营商需要平衡语音编解码速率和网络容量。例如，更高的AMR语音编码速率可以提供更高的清晰度语音呼叫并且相应地提供更好的用户体验，然而，更高的编解码器速率需要更多的无线资源分配，这意味着更少的可用网络容量。无线条件也可能影响编解码器模式和编解码器速率。例如，在恶劣的无线电条件下，可以使用较低的编解码器速率来减少分组丢失，另一方面，可以在良好的无线条件下使用较高的编解码器速率来确保VoLTE呼叫的更好的用户体验。因此，在进行电压测试时，语音编解码器的选择应综合考虑网络容量、无线条件和用户体验。此外，决定编解码器速率的一些特性（例如，无线条件）将动态地改变。因此，一个灵活有效的编解码器修改机制是有用的，需要满足这种复杂的场景。同样的原理也适用于其他高比特率媒体，例如MTSI中的视频（VoLTE with added video，ViLTE），其中比特率变化和最大比特率通常比语音大得多。

除了上面提到的编解码器速率自适应之外，VoLTE的设计也不能完美地满足特定于语音的要求，并在覆盖方面充分利用EVS编解码器。高清语音质量在很大程度上依赖于无线传输的可靠性，这在某些环境中可能是至关重要的，例如室内环境。协议以前专门针对328位mac PDU（12.2kbps）增强了覆盖范围，并且没有考虑EV，EV可以通过较低的编解码器速率提供更好的质量，例如，具有224位MAC PDU的7.2kbps。因此，研究覆盖范围增强方面的可能改进似乎很有用。

此外，在拥塞条件下，语音移动终端接入或语音相关信令可能不能保证为高优先级，在拥塞条件下，移动期间的掉话率将增加，这将对用户体验产生不利影响。例如，尽管语音承载QCI＝1可以与其他承载区分开来，但是不能以更高的优先级来处理会话之前和期间的语音接入过程和SIP信令，并且这可能影响会话质量，例如增加的呼叫建立延迟。对VoLTE信令的一些增强将有助于运营商改善用户体验。

VoLTE增强

在Rel-12中，通过e-HARQ-Pattern-r12字段为TTI捆绑引入了减少的12ms HARQ往返时间。这允许每个语音帧传输5个TTI包，如图1所示。在这种情况下，每个语音帧最多可以使用20个子帧（即每12ms分配5个TTI包）进行传输。最大时延为52ms，接近分配给物理层的典型50ms时延预算。

Rel-13中引入了eMTC的覆盖增强技术。它们包括重复、多子帧信道估计和跳频。此外，还引入了其他一些技术，包括增加DMRS密度和子PRB分配（即PSD增强）。这些技术使eMTC覆盖范围提高了18dB，以达到155.6dB的目标MCL。关于将eMTC中研究的技术应用于VoLTE，需要注意以下几点：

l Repetition ：在eMTC CE Mode A中，最多可支持32次重复。然而，VoLTE业务具有时延敏感性和周期性。由于语音帧每20ms到达一次，从图1可以看出Rel-12 HARQ定时已经被优化以填充所有子帧。如果使用eMTC重复而不是TTI捆绑，那么对于CE Mode A，支持的重复次数是{2,4,8,16,32}。这将留下一些空白，因为重复次数并不能完全填满所有子帧。因此，eMTC重复不太可能优于Rel-12 TTI bundling ，后者可以充分利用所有子帧。

l 多子帧信道估计：通过TTI bundling ，在VoLTE中已经可以进行多子帧信道估计。然而，eMTC重复可以提供更好的信道估计增益，因为重复是连续的而不是不连续的。然而，信道估计增益对频率误差敏感。对于100Hz的频率误差，最多可以使用3个子帧进行信道估计。因此，在连续重复的信道估计中可能只有微小的增益。另一方面，使用eMTC重复可以获得较少的时间分集。

l 跳频：跳频已经可以在VoLTE中使用子帧内或子帧间跳频。然而，这不能容易地与多个子帧信道估计一起使用。因此，一种很有前途的方法是采用eMTC中的跳频方案，它可以很容易地支持多子帧信道估计。

l 增加DMR密度：增加DMR密度也可以提高性能，尤其是在低SNR情况下。这尤其适用于中高速的UE，因为信道变化太快，使得多个子帧信道估计无法正常工作。

l Sub-PRB分配：这可以提供系统容量方面的一些增益，但在覆盖方面影响不大。

基于以上讨论，可以看出，最有希望获得VoLTE质量的两种新eMTC技术是：（1）跳频多子帧信道估计和（2）增加DMRS密度。其他技术已经通过实现（例如，多子帧信道估计）可用，或者不太可能改善VoLTE质量（例如，重复或子PRB分配）。

观察结果1:eMTC的两种很有前途的VoLTE增强技术是：（1）具有多子帧信道估计的跳频和（2）增加DMRS密度。

如图1所示，由于VoLTE业务的时间敏感性和周期性，很难在Re-12 UE之外改善VoLTE性能。一种可以考虑的方法是使用语音帧聚合。这减少了高层开销，从而以由于聚合而导致的较大时延为代价提供了一些增益。例如，使用evs7.2kbps编解码器，UE必须每20ms传输256位。当两个语音帧聚合在一起时，由于只需要1个PDCP/RLC/MAC开销，有效负载大小仅为每40ms 440比特。结果，所需的瞬时数据速率降低。在这种情况下，可以通过开销减少来实现约0.5dB的增益。由于更长的传输，时间分集也可能产生额外的增益。但是，这种聚合将引入额外的时延。因此，在宽松的时延预算下，语音帧聚合可以提供一些增益。

图2显示了具有2帧聚合的VoLTE传输（即每40ms传输一个数据包）。如果使用Rel-12 HARQ模式，这将需要高达112ms来传输包的10个副本（即40ms的传输时间，这是不进行语音帧聚合的传输时间的两倍）。然后，第一个语音帧的时延为132ms。因此，可以看出时延显著增加。注意，可以通过减少最大重传次数来减少延迟。然而，这又影响覆盖范围。

另一方面，如果eMTC重复与语音帧聚合一起使用，则时延可以显著减少，如图2所示。这是因为eMTC重复是连续的。在该示例中，第一分组的时延从132ms减少到52ms。

然而，由于CE Mode A支持{2,4,8,16,32}重复，因此只能使用32ms而不是40ms来传输分组。这表示大约1dB的编码丢失。因此，应该研究在CE模式A中是否可以支持额外的重复次数。例如，可以包括20和40次重复以允许所有子帧用于VoLTE。

观察4：考虑CE模式A中的额外重复次数（例如20、40），以便使用VoLTE的所有子帧。