通過對MOS的優(yōu)化改善3G用戶感受

摘要：影響語音質量的因素很多，比如時延（Delay）、抖動（Jitter）、丟包（Packet Loss）以及R系數(shù)等。本文通過實際的優(yōu)化案例分析，講述了如何對通信網(wǎng)絡內的所有網(wǎng)元的逐級分析，定位影響MOS的網(wǎng)員，再進行有針對性優(yōu)化的一種方法。

關鍵詞：3G WCDMA 語音質量 MOS 核心網(wǎng) 時延抖動

1 概述

在目前國內的移動運營商中，商用的網(wǎng)絡包含所有類型的3G網(wǎng)絡，這無疑會帶來激烈的競爭和對3G網(wǎng)絡發(fā)展的促進?；谟脩舾兄恼Z音質量評價方法逐漸成為用戶語音服務質量評測的最主要標準。

2 MOS語音質量評價方法

常用的語音質量評價方法分為主觀評價和客觀評價。實際網(wǎng)絡測試中，一般市區(qū)內MOS值達到3以上的時候，就表明網(wǎng)絡質量處于較好的水平。

然而，在現(xiàn)實中讓一組人接聽語音和評價語音質量是非常困難和昂貴的。因此，ITU組織推行了大量的端到端語音質量客觀測試技術的標準化工作，發(fā)布了幾種語音評估算法標準：PAMS、PSQM、PSQM+、MNB、PESQ。MOS評測開始擺脫原始的主觀評估方式，而使用量化算法計算相對應的級別及語音質量好壞程度。

AMR話音編碼是只針對話音的原編碼過程，它是根據(jù)空中接口的無線質量動態(tài)改變編碼方案。所遵循的原則是以較低的編碼速率獲得較好的話音質量，也就是通過添加更多的保護字段來提高話音質量。在較好的無線條件下，原編碼速率提高如12.2kbps，信道編碼速率可以下降；同樣在無線條件差的情況下，原編碼速率下降至4.75kbps，信道編碼速率增加，添加更多保護字段抵抗干擾。所以AMR的作用就是在不同的無線條件下獲得較恒定的話音質量。但引入AMR會增加系統(tǒng)的復雜程度。

在引入AMR技術后，話音處理間隔仍然是20ms，速率改變周期也可以是20ms一次。規(guī)范規(guī)定AMR一共定義了8種編碼方式，各廠家設備目前普遍支持的最大速率是EFR 12.2kbps，最小速率是4.75kbps。AMR子流即是8種速率流。每種子流都是以20ms來截取話音塊，所以對應12.2kbps模式20ms內244bits，10.2 kbps對應204bits，依此類推。每個子流對應比特分3個級別，為classA、B、C。規(guī)定了不同級別所對應的比特長度，其中classA級別最高，要經(jīng)過嚴格保護，classB次級，classC級別最低幾乎可以不作保護。

不同話音編碼速率在不同C/I（解擴之后的載干比）情況的話音質量會有所不同，在C/I值較好的情況下，高速率的話音編碼明顯有較好的話音質量，但在C/I值較低的狀況下，EFR、12.2等高速率編碼已無法偵聽，而低速率的話音編碼方案仍然可以得到較好的話音質量。如在C/I＝4dB時12.2對應的MOS值只有1.46，而5.9kbps方式對應的MOS值為3.69。

3 語音質量測試的主要參數(shù)

3.1 時延（Delay） 當一個數(shù)據(jù)包發(fā)送時，發(fā)送端在RTP報文頭上增加一個時間戳；當在另一端被接收時，接收端同樣記下接收包的時間戳；計算這兩個時間戳之差可以得到這個數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中的通路時間，即時延。

3.2 抖動（Jitter） 語音信號在發(fā)送端經(jīng)過壓縮打包后在網(wǎng)絡中傳輸時，由于數(shù)據(jù)包傳送的路徑可能不同，因此不同的數(shù)據(jù)包到達接收端的時間也可能不同，計算連續(xù)語音包端到端時延的差值，即抖動值。

3.3 丟包（Packet Loss） 是影響語音質量的又一個關鍵因素。當少量的丟包且是隨機地分布時，人耳并不容易感覺到較差的語音質量，當丟包數(shù)量變大時，語音質量也就相應的變差。

3.4 R系數(shù) ITU-T的G.107標準提出了E-Model的模型，這種模型考慮了時延、抖動、丟包、回音、編碼器性能等網(wǎng)絡損傷因素對有噪語音質量的影響。根據(jù)E模型提供的算法就可以求出相應的R值。R值的范圍是0～100，0是最差的，100是最好的。

3.5 MOS值 MOS模型是主觀評價方法，根據(jù)E模型MOS值是通過R值計算得到的。MOS值是1～5之間的數(shù)，1是最差的，5是最好的。

4 實際網(wǎng)絡的優(yōu)化方法

在我們對WCDMA網(wǎng)絡進行日常優(yōu)化測試的過程中，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡的MOS平均值為3.6，MOS值<3的比例為5.7%。其中，MOS值<3的比例不是很好，因此希望通過分析發(fā)現(xiàn)是什么原因導致的MOS分布問題。

在兩次對同一區(qū)域MOS測試的比較中，我們發(fā)現(xiàn)兩次測試中，MOS不好的點并不是總在一個位置。從兩次測試的結果看，MOS均值以及分布也沒什么規(guī)律和聯(lián)系。測試結果如下表所示：

從無線優(yōu)化的角度看，通常情況下，MOS的好壞與EC/NO有著直接的聯(lián)系，但從測試的結果看MOS不好的點與EC/NO不好的點也沒有必然聯(lián)系。通過前面的測試，可以發(fā)現(xiàn)MOS不好的點并不是固定的。通過對定點測試的結果分析，我們得出了以下結論：

MOS不好的EC/NO不好的點并不在一起。

MOS對比Audio Quality Delay Mean:MOS不好的地方，時延會比較大，通常大于20mS。

為了進一步找到問題產(chǎn)生的原因，以及找出帶來MOS值下降的網(wǎng)元，在對LOG做進一步分析的時候發(fā)現(xiàn)，由于鼎利給出的MOS 是呼叫的兩個方向綜合的結果，無法判斷是從主叫到被叫的方向，還是從被叫到主叫的方向有問題，因此我們決定改用Nemo再次進行測試。而實際的應用環(huán)境也是這樣的，那就是呼叫的一方信號感覺很好，但是呼叫的另一方卻聽的不是很清楚。所以單向MOS的計算更合理一些。并且，NEMO還可以將接收到的語言保存下來，這樣可以更好的進行MOS的分析。另外，利用Agilent Signaling Analyzer可以將語言從數(shù)據(jù)幀中解析出的特性，可以看看數(shù)據(jù)在從RNC傳到核心網(wǎng)以及在核心網(wǎng)中是否發(fā)生了變化。分析的其中一個呼叫：被叫MOS 不好，主叫MOS正常。

MOS的測量點語言情況以及時延抖動情況：主叫-〉被叫！2S 左右的靜默進過核心網(wǎng)后變成了只有0.5S。根據(jù)測試發(fā)現(xiàn)，和RNC到核心網(wǎng)（CN)的時延抖動相比（通常在3mS以內），CN的RNC的時延抖動較大，(經(jīng)常會見到接近10mS的)。根據(jù)從Agilent抓到的LOG看，CN發(fā)往RNC的使用有時很好，但是有時卻很嚴重。根據(jù)對主被叫不同MOS點的語言文件的分析，以及相關時延的分析，可以確定核心網(wǎng)的時延是導致MOS變差的主要原因。

根據(jù)ITU-T對ATM信元的要求(I.356: B-ISDN ATM layer cell transfer performance)，1類ATM的信元時延抖動（CDV)不能超過3ms，5類ATM的信元時延抖動（CDV)不能超過6ms，但石家莊核心網(wǎng)發(fā)出的數(shù)據(jù)包的時延抖動有時已經(jīng)超出了6ms的范圍，這對MOS會產(chǎn)生較大的影響。

在進一步的優(yōu)化中，我們知道打開TRFO功能可以避免語音幀在核心網(wǎng)被再次處理，因而從原理上可以提高MOS值（話音質量）。但是在聯(lián)通總部后續(xù)的測試過程中，增加了對MOS分布的考核（也就是MOS值小于3的比例）。而通過對MOS分布的分析發(fā)現(xiàn)石家莊的MOS分布不夠理想，因此針對性的進行了一段時間的測試、分析，發(fā)現(xiàn)和核心網(wǎng)在打開TrFo后，有時會出現(xiàn)比較大的時延抖動，從而導致MOS變差?；谏厦娴脑?，關閉核心網(wǎng)的TrFo功能后，再次進行測試，根據(jù)Nemo的定點測試結果，MOS 均值略有減低（3.538，3.37），但是分布要稍好(4.293%，3.434%)。在NEMO測試的基礎上，用鼎力測試設備再次進行了全網(wǎng)的MOS測試，對比之前的測試結果，發(fā)現(xiàn)關閉TRFO后MOS均值并無太大波動（3.862，3.882)，但是MOS分布卻改善了很多(4.97%，1.30%)?；谏厦娴慕Y果，決定在先關閉Trfo功能。至于核心網(wǎng)打開TrFo后的時延抖動問題，在后續(xù)的時間進行繼續(xù)跟蹤分析。關閉TRFO之前和關閉TRFO之后MOS拉網(wǎng)測試結果比較如下表所示：

5 結論

影響語音質量的因素很多，比如時延（Delay）、抖動（Jitter）、丟包（Packet Loss）以及R系數(shù)等。并且通信網(wǎng)絡內的所有網(wǎng)元都會對語音質量產(chǎn)生影響，通過對網(wǎng)元的逐級分析，定位影響MOS的網(wǎng)員，在進行有針對性的優(yōu)化，是提升語音質量直接有效的優(yōu)化手段。

隨著移動用戶對語音質量的要求越來越高，語音質量的好壞也越來越直接影響著用戶的對于運營商的選擇和對網(wǎng)絡質量好壞的評價，因此，通過提高網(wǎng)絡語音服務質量改善用戶感受度已經(jīng)成為了WCDMA網(wǎng)絡優(yōu)化的一個重要課題。