高鐵場景VoLTE語音質量分析及影響因素研究

馬向辰+焦燕鴻+龐浩+范苑

【摘 要】為了進一步提升高鐵場景下的VoLTE語音業務質量，提高用戶業務感知，對于高鐵場景因列車運行速度快、車體穿透損耗高、切換頻次多等帶來的VoLTE業務質量下降問題，通過對典型線路測試數據進行分析，并研究高鐵場景下的VoLTE語音質量與無線覆蓋質量、列車車速、終端糾偏能力、eSRVCC等因素的相關性，得出了提升高鐵VoLTE語音業務質量的策略及解決方案。

【關鍵詞】VoLTE 高鐵場景 語音業務質量 MOS 糾偏能力

Analysis on VoLTE Voice Quality and Investigation on Influencing Factors

in High-Speed Rail Scenario

[Abstract]In order to further enhance the quality of VoLTE voice service in high-speed rail scenario and improve user service-awareness， considering the decreased quality of VoLTE voice service due to the high-speed train movement， high penetration loss and frequent handover， the testing data on typical railway lines was analyzed in this paper. The correlation of VoLTE voice quality with wereless coverage quality， train speed， terminal deviation correction ability and eSRVCC was investigated to derive the strategy and solution of enhancing the quality of VoLTE voice service in high-speed rail scenario.

[Key words]VoLTE high-speed rail scenario voice service quality MOS deviation correction ability

1 引言

由于VoLTE被作為4G語音的目標解決方案，國內各運營商均積極開展VoLTE業務的部署工作，并正在逐步實現商用。VoLTE業務以其更短的接通等待時間、更高的語音質量、更自然的語音效果，給用戶帶來了更好的業務體驗。但在高鐵場景下，由于存在列車運行速度快、車體穿透損耗高、切換頻次多等客觀因素，給高鐵環境下的VoLTE業務質量帶來了較大的影響。為了提升高鐵場景下的VoLTE質量，有必要對其業務質量進行分析，研究影響VoLTE業務質量的因素，以有針對性地提升用戶體驗。

2 高鐵VoLTE語音業務質量分析

為了客觀分析、評價高鐵環境下VoLTE語音業務的質量，選取不同車速、不同站間距設置的三條典型高鐵線路作為研究場景，分別對23.85 kbps、12.65 kbps編碼速率的VoLTE語音業務、2G語音業務以及微信OTT電話業務使用POLQA算法進行語音質量評估。

2.1 高鐵VoLTE語音業務MOS得分

通過對測試數據整理分析，高鐵場景下的不同語音業務質量MOS分情況如表1所示。從測試結論來看，高鐵場景的VoLTE語音業務質量優于2G和OTT業務，MOS分平均值為3.25，MOS分高于3.0的占比為73%，與大網的85%要求有一定差距，高鐵85%邊緣MOS分為1.98。但VoLTE語音業務質量要高于GSM網絡，比GSM業務MOS平均值高0.9分左右。高鐵上使用OTT電話業務MOS平均分僅為2.09，在所有語音業務中質量最差。

2.2 高鐵VoLTE質量MOS分布

從高鐵VoLTE語音業務MOS分可以看出，高鐵VoLTE語音質量與大網相比有一定差距，均達不到MOS分大于3.0占比高于85%的要求。且低速線路語音質量要明顯好于高速線路，受速度影響明顯。對于時速200 km/h的線路，MOS值大于3.0的占比為81%，MOS值大于2.5的占比為85%的要求。對于時速300km/h的線路，MOS值大于3.0的占比為68%，MOS值大于2.5的占比為76%。

3 高鐵VoLTE質量影響因素分析

3.1 無線覆蓋質量對VoLTE質量的影響

典型測試線路的RSRP、SINR與MOS關系如圖1和圖2所示，從圖中可以看出，在無線覆蓋質量較好的區域，可以保持較好的VoLTE語音業務通話質量，但在無線覆蓋弱區，VoLTE語音業務質量明顯下降。

在原數據業務要求的無線覆蓋指標（RSRP>

-113 dBm、SINR>-3 dB）下，VoLTE語音業務MOS分達不到3.0，在RSRP=-113 dBm時，MOS分處于1.93～2.53；

SINR=-3 dB時，MOS分處于2.68～2.83。如果取MOS值為3.0分，對應的RSRP為-104 dBm～-98 dBm，SINR為-1 dB～2 dB。若取MOS值為2.5，對應的RSRP為-112 dBm～-105 dBm，SINR為-9 dB～-4 dB。

由于高鐵專網建設存在站址選擇困難、沿線橋梁和隧道眾多等難點，提升高鐵無線覆蓋質量的工程難度大、投資高，因此，建議綜合考慮高鐵的建設難度、投資情況、用戶對話音質量預期等因素，確定高鐵語音質量要求。

3.2 列車車速對語音質量的影響

從列車車速與語音MOS值的關系可以看出，高鐵VoLTE語音業務質量受車速影響明顯，隨著車速的增加，MOS整體呈下降趨勢。當車速低于300 km/h時，MOS能達到3.0以上，當車速高于300 km/h時，平均MOS低于3分。不同速度、RSRP與MOS的關系圖如圖3所示。

綜合以上分析可以看出：無線覆蓋質量、列車車速是影響高鐵場景VoLTE語音質量的兩個關鍵因素。在無線覆蓋質量較差的區域，MOS分普遍較低；當列車車速高于300 km/h時，即使無線覆蓋質量較好，MOS值也低于3.0分。因此，提升VoLTE語音業務質量要同時考慮這兩個因素的影響。一方面，可通過優化補站、使用4T4R增強覆蓋方案等措施，減少弱覆蓋區域；另一方面，可通過優化網絡高鐵場景算法和參數配置，提高設備解調能力，降低車速對語音質量的影響。

3.3 終端糾偏能力對語音質量的影響

由于高鐵車速高，相對于大網環境，對終端有著更高的糾偏能力要求。早期終端的糾偏能力較差，在±500 Hz左右，為了滿足高鐵高速移動性要求，各終端芯片廠家也在積極提升終端的糾偏能力，新終端的糾偏能力可達到±1 kHz。

理論上進行計算分析，當車速達到250 km/h時，下行糾偏能力的要求為440 Hz，車速達到300 km/h時，對下行糾偏能力的要求為528 Hz。因此，舊終端不能滿足車速達到300 km/h的場景的糾偏能力需求，新終端可以滿足。

實際測試結果驗證了理論分析的結論，舊版本終端語音MOS分值在低速場景下與新版本終端基本相當，在高速場景下差于新版本終端，且隨著車速的增加，舊終端MOS分下降幅度高于新終端。因此，需要推動終端廠家加大對糾偏能力的支持，可幫助提升高鐵場景VoLTE業務質量。

3.4 eSRVCC對語音質量的影響

在LTE覆蓋較差或無LTE覆蓋時，VoLTE會通過eSRVCC切換將正在進行的VoLTE語音業務切換到2G/3G，使通話得以保持，保證其業務連續性。但高鐵場景的無線環境與大網存在明顯差異，LTE基站在高鐵沿線呈鏈狀覆蓋，無線質量呈周期性波動，在短時出現無線覆蓋弱區后，下一時刻無線覆蓋質量會迅速改善。因此高鐵場景的eSRVCC設置需結合其場景的無線覆蓋特點進行特殊考慮。

對高鐵沿線開啟eSRVCC和關閉eSRVCC的兩種情況進行了對比測試，通過對出現eSRVCC切換的小區前后無線覆蓋質量，關閉eSRVCC后，在原來eSRVCC切換點是否出現掉話等情況的對比分析，發現在共13次eSRVCC切換中，關閉eSRVCC后，在原先發生eSRVCC切換的小區僅有3處發生掉話，大部分可維持VoLTE不掉話，僅語音質量有些波動。同時，考慮到高鐵VoLTE語音業務質量要高于2G語音業務，如果語音保持在VoLTE將能為用戶提供更好的業務體驗，因此建議應分場景開啟eSRVCC功能：

對于VoLTE可以保持連續的區域，建議關閉eSRVCC，或降低eSRVCC切換門限；

對于存在TAU拒絕、弱覆蓋和干擾導致掉話的場景，建議開啟eSRVCC，保障語音業務連續性。

4 結束語

從高鐵的語音業務實際質量情況和對業務質量的影響因素分析可以看出：

（1）高鐵VoLTE語音業務質量與大網相比還有一定差距。

（2）無線覆蓋質量、列車車速是影響高鐵VoLTE語音業務質量的兩個關鍵因素，提升高鐵VoLTE語音業務質量要同時考慮這兩個因素的影響。一方面，通過優化補站、使用4T4R增強覆蓋方案等措施，減少弱覆蓋區域；另一方面，通過優化網絡高鐵場景算法和參數配置，提高設備解調能力，降低車速對語音質量的影響。

（3）要推動終端廠家加大對糾偏能力的支持，以提升高鐵場景VoLTE業務質量。

（4）在高鐵場景下，建議分場景開啟eSRVCC，對于VoLTE可以保持連續的區域，建議關閉eSRVCC或降低eSRVCC切換門限。

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