VoLTE（Voice over LTE）是LTE提供語音服務的關鍵技術。隨著高清（High-Definition，高清）語音甚至全高清（full-HD）語音比以前更高的性能和更好的體驗呈現出來的吸引力，3GPP指定了一種新的語音編解碼器EVS（Enhanced voice Services，增強語音服務）。EVS在很大的速率范圍內提供高的語音質量，這使得低EVS編解碼器速率仍然具有足夠好的質量，并且可以在惡劣的覆蓋環境和過載情況下使用。EVS還具有更高的靈活性，具有更寬的速率范圍和完整的音頻帶寬，提供與存儲的音樂等其他音頻輸入匹配的語音質量，同時提供對時延抖動和數據包丟失的高魯棒性。
語音編解碼器的配置是影響VoLTE服務用戶體驗的關鍵因素之一。眾所周知，運營商需要平衡語音編解碼速率和網絡容量。例如，更高的AMR語音編碼速率可以提供更高的清晰度語音呼叫并且相應地提供更好的用戶體驗，然而，更高的編解碼器速率需要更多的無線資源分配，這意味著更少的可用網絡容量。無線條件也可能影響編解碼器模式和編解碼器速率。例如，在惡劣的無線電條件下，可以使用較低的編解碼器速率來減少分組丟失，另一方面，可以在良好的無線條件下使用較高的編解碼器速率來確保VoLTE呼叫的更好的用戶體驗。因此，在進行電壓測試時，語音編解碼器的選擇應綜合考慮網絡容量、無線條件和用戶體驗。此外，決定編解碼器速率的一些特性（例如，無線條件）將動態地改變。因此，一個靈活有效的編解碼器修改機制是有用的，需要滿足這種復雜的場景。同樣的原理也適用于其他高比特率媒體，例如MTSI中的視頻（VoLTE with added video，ViLTE），其中比特率變化和最大比特率通常比語音大得多。
除了上面提到的編解碼器速率自適應之外，VoLTE的設計也不能完美地滿足特定于語音的要求，并在覆蓋方面充分利用EVS編解碼器。高清語音質量在很大程度上依賴于無線傳輸的可靠性，這在某些環境中可能是至關重要的，例如室內環境。協議以前專門針對328位mac PDU（12.2kbps）增強了覆蓋范圍，并且沒有考慮EV，EV可以通過較低的編解碼器速率提供更好的質量，例如，具有224位MAC PDU的7.2kbps。因此，研究覆蓋范圍增強方面的可能改進似乎很有用。
此外，在擁塞條件下，語音移動終端接入或語音相關信令可能不能保證為高優先級，在擁塞條件下，移動期間的掉話率將增加，這將對用戶體驗產生不利影響。例如，盡管語音承載QCI＝1可以與其他承載區分開來，但是不能以更高的優先級來處理會話之前和期間的語音接入過程和SIP信令，并且這可能影響會話質量，例如增加的呼叫建立延遲。對VoLTE信令的一些增強將有助于運營商改善用戶體驗。
VoLTE增強
在Rel-12中，通過e-HARQ-Pattern-r12字段為TTI捆綁引入了減少的12ms HARQ往返時間。這允許每個語音幀傳輸5個TTI包，如圖1所示。在這種情況下，每個語音幀最多可以使用20個子幀（即每12ms分配5個TTI包）進行傳輸。最大時延為52ms，接近分配給物理層的典型50ms時延預算。
Rel-13中引入了eMTC的覆蓋增強技術。它們包括重復、多子幀信道估計和跳頻。此外，還引入了其他一些技術，包括增加DMRS密度和子PRB分配（即PSD增強）。這些技術使eMTC覆蓋范圍提高了18dB，以達到155.6dB的目標MCL。關于將eMTC中研究的技術應用于VoLTE，需要注意以下幾點：
l Repetition ：在eMTC CE Mode A中，最多可支持32次重復。然而，VoLTE業務具有時延敏感性和周期性。由于語音幀每20ms到達一次，從圖1可以看出Rel-12 HARQ定時已經被優化以填充所有子幀。如果使用eMTC重復而不是TTI捆綁，那么對于CE Mode A，支持的重復次數是{2,4,8,16,32}。這將留下一些空白，因為重復次數并不能完全填滿所有子幀。因此，eMTC重復不太可能優于Rel-12 TTI bundling ，后者可以充分利用所有子幀。
l 多子幀信道估計：通過TTI bundling ，在VoLTE中已經可以進行多子幀信道估計。然而，eMTC重復可以提供更好的信道估計增益，因為重復是連續的而不是不連續的。然而，信道估計增益對頻率誤差敏感。對于100Hz的頻率誤差，最多可以使用3個子幀進行信道估計。因此，在連續重復的信道估計中可能只有微小的增益。另一方面，使用eMTC重復可以獲得較少的時間分集。
l 跳頻：跳頻已經可以在VoLTE中使用子幀內或子幀間跳頻。然而，這不能容易地與多個子幀信道估計一起使用。因此，一種很有前途的方法是采用eMTC中的跳頻方案，它可以很容易地支持多子幀信道估計。
l 增加DMR密度：增加DMR密度也可以提高性能，尤其是在低SNR情況下。這尤其適用于中高速的UE，因為信道變化太快，使得多個子幀信道估計無法正常工作。
l Sub-PRB分配：這可以提供系統容量方面的一些增益，但在覆蓋方面影響不大。
基于以上討論，可以看出，最有希望獲得VoLTE質量的兩種新eMTC技術是：（1）跳頻多子幀信道估計和（2）增加DMRS密度。其他技術已經通過實現（例如，多子幀信道估計）可用，或者不太可能改善VoLTE質量（例如，重復或子PRB分配）。
觀察結果1:eMTC的兩種很有前途的VoLTE增強技術是：（1）具有多子幀信道估計的跳頻和（2）增加DMRS密度。
如圖1所示，由于VoLTE業務的時間敏感性和周期性，很難在Re-12 UE之外改善VoLTE性能。一種可以考慮的方法是使用語音幀聚合。這減少了高層開銷，從而以由于聚合而導致的較大時延為代價提供了一些增益。例如，使用evs7.2kbps編解碼器，UE必須每20ms傳輸256位。當兩個語音幀聚合在一起時，由于只需要1個PDCP/RLC/MAC開銷，有效負載大小僅為每40ms 440比特。結果，所需的瞬時數據速率降低。在這種情況下，可以通過開銷減少來實現約0.5dB的增益。由于更長的傳輸，時間分集也可能產生額外的增益。但是，這種聚合將引入額外的時延。因此，在寬松的時延預算下，語音幀聚合可以提供一些增益。
圖2顯示了具有2幀聚合的VoLTE傳輸（即每40ms傳輸一個數據包）。如果使用Rel-12 HARQ模式，這將需要高達112ms來傳輸包的10個副本（即40ms的傳輸時間，這是不進行語音幀聚合的傳輸時間的兩倍）。然后，第一個語音幀的時延為132ms。因此，可以看出時延顯著增加。注意，可以通過減少最大重傳次數來減少延遲。然而，這又影響覆蓋范圍。
另一方面，如果eMTC重復與語音幀聚合一起使用，則時延可以顯著減少，如圖2所示。這是因為eMTC重復是連續的。在該示例中，第一分組的時延從132ms減少到52ms。
然而，由于CE Mode A支持{2,4,8,16,32}重復，因此只能使用32ms而不是40ms來傳輸分組。這表示大約1dB的編碼丟失。因此，應該研究在CE模式A中是否可以支持額外的重復次數。例如，可以包括20和40次重復以允許所有子幀用于VoLTE。
觀察4：考慮CE模式A中的額外重復次數（例如20、40），以便使用VoLTE的所有子幀。
