学习讨论-VoIP 业务调度问题

zlei8323

首先先容一下LTE 系统中的资源调度。

与传统3G 技术不同的是，LTE 系统采用下行OFDMA、上行SC-FDMA 的接入方式，供基站进行调度的传输资源由以前3******MA 系统的码域资源变成了时频二维资源。同时，LTE 系统中取消了专用信道，采用共享信道的调度式资源分配方式，eNB（基站）可以根据不同用户的不同信道质量、业务的QoS 要求以及系统整体资源的利用情况和干扰水平来进行综合调度，从而更加有效地利用系统资源，提高系统的吞吐量，使得无线资源可以得到最大限度的有效利用。但同时，这种调度方式带来的开销也是系统设计者必须考虑的问题之一。

                              

在LTE 系统中，取消了全部电路域的语音业务，而代之以数据域的VoIP 业务。但由于语音用户的数量往往比较庞大，LTE又采用共享式调度的资源分配方式，每次传输都需要相关的控制信息，所以过大控制信息开销可能会成为LTE 系统同时支撑的用户数能达到的系统吞吐量的瓶颈。在LTE 系统中，其带宽所能支撑的VoIP用户数是其可调度指示用户数的5倍左右，于是，对于VoIP 业务而言，LTE 系统控制信息的不足将极大地限制其所同时支撑的用户数。针对这类数据包大小比较固定，到达时间间隔满足一定规律的实时性业务，LTE 引入了一种新的调度方式———半静态调度技术。

LTE 系统中，每个用户会配置独有的无线网络标识（RNTI），eNB 通过用UE 的RNTI 对授权指示PD-CCH进行掩码来区分用户，对于同一个UE 的不同类型的授权信息，可能会通过不同的RNTI 进行授权指示。如对于动态业务，eNB 会用UE 的小区无线网络标识（C-RNTI）进行掩码，对于半静态调度业务，使用半静态小区无线网络标识（SPS-C-RNTI）等。

在LTE 的调度传输过程中，起初eNB通过PDCCH 指示UE 当前的调度信息，UE 识别是半静态调度，则保存当前的调度信息，每隔固定的周期在相同的时频资源位置上进行该业务数据的发送或接收。使用半静态调度传输，可充分利用语音数据包周期性到达的特点，一次授权，周期使用，可以有效地节省LTE系统用于调度指示的PDCCH资源，从而在不影响通话质量和系统性能的同时，支撑更多的语音用户，并且为动态调度的业务保留一定的控制信息以供使用。

以典型的VoIP 业务为例，其数据包到达周期为20 ms，则eNB 只要通过PDCCH 给UE 半静态调度指示，UE 即按照PDCCH 的指示进行本次调度数据的传输或接收，并且在每隔20 ms，在相同的时频资源位置上进行新到达的VoIP 数据包的传输或接收。如图2 所示，标记为绿色的资源即为UE 周期进行发送或接收的资源位置。

对于半静态调度传输，主要有3 个关键的步骤，即半静态调度传输的激活、半静态调度传输的HARQ 过程和半静态调度传输资源的释放。

VoIP业务具有的特点, 例如包比较小, 为几十个字节, 包的到达间隔和包的大小基本上是固定的。如果针对VoIP 业务的这些小包采用动态调度方法, 信令负荷会很大。在LTE 系统中要达到一定的VoIP 用户容量, 需要减少开销。因此, 提出了持续调度( PersistentScheduling) 的方法, 即为VoIP业务周期性的持续分配资源。如何利用VoIP 业务的特点进行有效的调度，保证QoS( Quality of Service)，最大程度的减少信令开销，是需要研究的问题。

VoIP 业务存在三个状态: 瞬态、激活期和静默期。瞬态包只发生在会话开始以及会话过程中, 包的头没有进行头压缩, 因此这个状态的包比较大, 包大小为97byte。激活期的包为进行了头压缩的语音业务的数据, 包大小为35～49byte。在静默期没有语音数据传输, 只有由于背景噪声产生的SID( Silence Descriptor)包, 包大小为10～24byte。以上包的大小值都是基于AMR( Adaptive Multi Rate) 声码器, 速率为12.2kbps。包到达间隔是固定的, 在瞬态/ 激活期时为20ms, 静默期为160ms。从业务模型可以看出, VoIP 业务具有包比较小,包的大小比较固定, 到达间隔比较固定的特点。VoIP业务的调度方案应当充分利用这些特点, 优化系统性能。

参考：LTE系统语音业务调度研究 (1)；LTE系统的半静态调度传输解决方案。