VoLTE 語音質(zhì)量MOS 提升與應用

叢葉欣

（中國電信內(nèi)蒙古赤峰市分公司，內(nèi)蒙古 赤峰024000）

1 VoLTE 基本概念

VoLTE 即VoiceoverLTE，是基于LTE 網(wǎng)絡(luò)全IP 的端到端語音解決方案，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與語音業(yè)務均承載在LTE 上的目標。VoLTE 主要有五大優(yōu)勢：全IP 低成本網(wǎng)絡(luò)，成本可降低70%左右；支持高輕音視頻通話，語音采樣頻寬增大到2 倍甚至2 倍以上，視聽效果更逼真；接通時延低，相比2/3G VoLTE 呼叫接通率時延可低至1-3 秒，大幅減少等待時間，改善用戶體驗頻譜利用率高；容量大，實際容量可增大為2.5 倍左右；業(yè)務可靈活集成各類業(yè)務平臺，擴展出更為豐富的業(yè)務特性。

2 語音流程與編碼介紹

2.1 VOLTE 語音流程

圖1

以VOLTE 用戶呼叫VOLTE 用戶為例，VoLTE 上行語音包處理流程涉及的網(wǎng)元包括終端、eNodeB、S/P-GW、SBC 以及傳輸承載網(wǎng)及其網(wǎng)元設(shè)備。在VoLTE 中大部分網(wǎng)元只是透傳語音數(shù)據(jù)包并不進行語音編解碼處理。

（1）UE 終端。

UE 終端中，處理語音的主要包含的模塊主要包括：CODEC/HIFI,其中CODEC 負責語音數(shù)據(jù)的采集和播放，主要功能有模/數(shù)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換(A/D)、變采樣處理(SRC)；HiFi 負責語音音效處理和編解碼，音效處理主要包括3A(回聲抑制、噪聲抑制和幅度調(diào)整)和BWE（擴頻算法）。目前編解碼支持AMR-NB 和AMR-WB 兩種。VoLTE AMR-NB/AMR-WB 語音包經(jīng)過RTP/UDP/IP 層封裝后，進入LTE PDCP 層，由LTE 空口協(xié)議棧再進行數(shù)據(jù)封裝和轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）EnodeB。

語音包以RTP 協(xié)議封裝透傳至核心網(wǎng)EPC 的S/P-GW。

（3）S/P-GW。

語音包以RTP 協(xié)議封裝透傳至會話邊界控制器SBC。

（4）SBC。

SBC 支持IMS 網(wǎng)絡(luò)與IMS 網(wǎng)絡(luò)、NGN 網(wǎng)絡(luò)、H.323 網(wǎng)絡(luò)以及其他IP 網(wǎng)絡(luò)間互通；當會話雙方經(jīng)SBC 進行媒體報文轉(zhuǎn)發(fā)時，若兩側(cè)媒體格式不一致，由SBC 實現(xiàn)會話兩側(cè)的媒體格式轉(zhuǎn)換，使會話雙方在使用的媒體格式不一致時仍然能夠?qū)崿F(xiàn)媒體互通，滿足基本會話要求,實現(xiàn)音頻編解碼轉(zhuǎn)換。

2.2 VOLTE 語音編碼

語音編碼就是對模擬的語音信號進行編碼，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，從而降低傳輸碼率并進行數(shù)字傳輸，語音編碼的基本方法可分為波形編碼、參量編碼和混合編碼，波形編碼是將時域的模擬話音的波形信號經(jīng)過取樣、量化、編碼而形成的數(shù)字話音信號，參量編碼是基于人類語言的發(fā)音機理，找出表征語音的特征參量，對特征參量進行編碼，混合編譯碼是結(jié)合波形編譯碼和參量編譯碼之間的優(yōu)點，終端最終能夠得到語音編碼將直接影響測試過程MOS 得分，語音編碼越高，MOS 分值也就越高。

3 MOS 提升優(yōu)化思路

MOS 是VOLTE 語音質(zhì)量評估的主要參考因素，MOS 值是根據(jù)8s 內(nèi)音頻文件質(zhì)量與原始提取文件對比計算得出的，MOS采樣為8s 一次。為進一步探究MOS 值的影響因素，總結(jié)高效易行的VoLTE 優(yōu)化方法，提升VOLTE 用戶感知。本文主要通過參數(shù)與特性及切換次數(shù)分析，對比不同情況下MOS 值變化情況，探究MOS 值提升方法。

3.1 QCI1 PDCP 層丟棄定時器

PDCP 設(shè)置對PDCP SDU 的丟棄機制，當高層接收到一個新的PDCP SDU 時，為每個PDCP SDU 啟動一個丟棄計時器。當定時器超時或通過PDCP 狀態(tài)報告證實PDCP SDU 已被成功發(fā)送，PDCP 丟棄對應的PDCP 以及其關(guān)聯(lián)的PDCP PDU，如果對應的PDCP PDU 已經(jīng)遞交給底層，則向低層指示丟棄操作。VoLTE 語音包傳輸?shù)絇DCP 層若SDU 傳輸失敗，定時超時后丟失將影響RTP 的丟包率，可能影響小區(qū)用戶面棄包率指標，設(shè)置越大丟包率越小，但是包傳輸?shù)臅r延越長。

3.2 RLC 分段增強對MOS 的影響

當處于小區(qū)邊緣，UE 功率受限時，上行覆蓋能力下降，導致終端無法在一個TTI 時間內(nèi)發(fā)送一個完整的語音數(shù)據(jù)包，通過RLC 分段，可將一個RLC SDU 拆分成若干個小的SDU，減小了每個子幀上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。RLC 分段，上行可以選擇小的PRB 和小的MCS，提升上行鏈路覆蓋能力。

圖2 RLC 分段圖

3.3 TTIB 對MOS 的影響

當處于小區(qū)邊緣，UE 功率受限時，可能導致上行丟包率增加。使用TTI bundling，4 個連續(xù)子幀中發(fā)送同一個傳輸塊，而不需等待ACK/NACK。這樣能提高發(fā)送成功率，避免過多的HARQ重傳，減小時延。TTI 綁定可以提高邊緣用戶的性能，從而提升MOS 值。

圖3 TTI Bundling 圖示

3.4 切換次數(shù)對MOS 的影響

切換過程中會導致RTP 抖動增加，如果存在乒乓切換或頻繁切換，MOS 值會迅速下降。此外，如果由于切換參數(shù)設(shè)置不合理導致手機切換到一個信號質(zhì)量不是最好的小區(qū)也會影響語音質(zhì)量。

4 MOS 提升優(yōu)化效果

4.1 QCI1 PDCP 層丟棄定時器

由上得出結(jié)論，在無線環(huán)境較好的情況下，PDCP 丟包定時器設(shè)置為300ms 時，平均MOS 較高，用戶感知最好。

表1 參數(shù)設(shè)置效果

4.2 RLC 分段增強對MOS 的影響

開 啟 RLC 分 段 功 能， 選 取 基 站 好 點（RSRP ＞-70dBm&SINR＞20）和差點（RSRP＜-90dBm&SINR＜10），分別對RLC 分段功能進行限制大小，對比測試后的平均MOS 值。實際測試RLC 實施效果：在無線環(huán)境較差的情況下，開啟RLC 分段功能后，MOS 值由3.89 提升到3.95，在無線環(huán)境較好情況MOS 值從3.99 提升到4.08 效果明顯。

4.3 TTIB 對MOS 的影響

開啟TTIB 功能，選取基站好點（RSRP＞-70dBm&SINR＞20）和差點（RSRP＜-90dBm&SINR＜10），分別對TTIB 功能進行開啟和關(guān)閉，對比測試后的平均MOS 值。實測在開啟TTIB 功能后，無線環(huán)境較差的情況下，MOS 由3.812 提升提升幅度在3.945，無線環(huán)境好情況下MOS 由3.961 提升到4.075，環(huán)境較差情況下效果更為明顯。

4.4 切換次數(shù)對MOS 的影響

統(tǒng)計分析不同切換頻次下MOS 值，由表2 可以看出，在無線環(huán)境較好的情況下，切換次數(shù)對RTP 抖動影響明顯，異頻切換對MOS 的影響較同頻切換明顯。

表2 切換頻次多MOS 影響

5 結(jié)論

MOS 值大小切實影響用戶感知，在不斷優(yōu)化過程中，可根據(jù)不同場景情況，進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置及特性開啟，從而提升MOS 值。同時需注意切換關(guān)系梳理，盡量減少乒乓切換，特別信號差的環(huán)境下時候，合適設(shè)置切換門限，避免過多異頻切換。