影響GSM通信系統(tǒng)MOS值的因素分析及優(yōu)化措施

范躍飛

【摘 要】本文就影響GSM通信系統(tǒng)MOS值的因素及優(yōu)化措施進(jìn)行了探討，評(píng)估了MOS值對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量的影響，并詳細(xì)分析了MOS的工作原理，得出了影響MOS值最關(guān)鍵的三個(gè)因素：語(yǔ)音編程方式、RxQual以及切換頻次，還提出了一系列優(yōu)化的方法，旨在對(duì)此類工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】GSM通信系統(tǒng)；語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估；因素分析；評(píng)估

隨著電信運(yùn)營(yíng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和整體語(yǔ)音服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高。在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)內(nèi)容日益同質(zhì)化的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量的好壞會(huì)直接影響到用戶對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的選擇。所以，為了可以更好評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音服務(wù)的質(zhì)量，就要制定一套能客觀反映客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量實(shí)際感受的指標(biāo)。因此，采用MOS值對(duì)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估逐漸受到重視。

1.MOS評(píng)價(jià)及測(cè)試方法

主觀語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估（PESQ）是目前常用于端到端網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試的方法。原理如圖1 所示，發(fā)送一個(gè)語(yǔ)音參考信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)的另一端采用數(shù)字信號(hào)處理的方式比較樣本信號(hào)和接收到的信號(hào)，進(jìn)而估算出網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音質(zhì)量。它是一種基于聽覺模型的語(yǔ)音評(píng)估方法，能提供主客觀相關(guān)性較高的音質(zhì)評(píng)價(jià)。

2.影響MOS值的關(guān)鍵因素

從圖1可知，PESQ算法考慮了整個(gè)信號(hào)傳輸過程中的中斷及衰變，而不僅是空中接口部分，通過對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的一系列實(shí)際網(wǎng)絡(luò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找到了影響MOS值高低的幾個(gè)關(guān)鍵因素。

2.1語(yǔ)音編碼方式

在GSM網(wǎng)絡(luò)中主要采用的語(yǔ)音編碼方式有AMR-FR（自適應(yīng)全速率）、EFR（增強(qiáng)型全速率）、FR（普通全速率）、AMR-HR（自適應(yīng)半速率）和HR（普通半速率）。通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好的情況下，語(yǔ)音編碼方式與MOS值的關(guān)系為：EFR>AMR>FR>AMR-HR>HR。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

2.2 RxQual與C/I（載干比）

C/I反映的是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的整體干擾水平，直接決定著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的好壞，也是影響手機(jī)RxQual的主要因素，兩者成負(fù)相關(guān)關(guān)系，是用于評(píng)估移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量好壞的傳統(tǒng)指標(biāo)。很顯然，手機(jī)RxQual差必然會(huì)對(duì)通話質(zhì)量產(chǎn)生影響，同樣也會(huì)影響MOS值。通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用全速率語(yǔ)音編碼方式，當(dāng)下行RxQual>4.5時(shí)，MOS值開始惡化；當(dāng)下行RxQual>5.4時(shí)，下行MOS值<3.0；當(dāng)下行RxQual>6時(shí)，下行MOS值<2.0。

2.3切換頻次

GSM網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)微蜂窩小區(qū)組成，為了保證用戶在移動(dòng)過程中能得到持續(xù)的服務(wù)，也為了使網(wǎng)絡(luò)性能更優(yōu)，GSM系統(tǒng)中采用了切換技術(shù)，切換是GSM系統(tǒng)中最基本、最重要的特性。但在切換過程中需要借用TCH（業(yè)務(wù)信道）幀作為FACCH（快速隨路信道）來(lái)傳送切換信令，這種暫時(shí)的中斷是為了滿足保持網(wǎng)絡(luò)的連接性能和完成向更合適小區(qū)切換的需要，但卻是以犧牲話音的連續(xù)性為代價(jià)，對(duì)話音質(zhì)量有很大影響。由于PESQ算法考慮了切換對(duì)語(yǔ)音的影響，因此，切換過多也會(huì)影響MOS的整體水平。通過現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在MOS值采樣周期內(nèi)主被叫出現(xiàn)2次以上切換，MOS值將小于3。因此，消滅乒乓切換并盡可能減少不必要的切換是提高M(jìn)OS值的有效措施。

2.4不連續(xù)發(fā)射

從理論上說(shuō)，DTX（不連續(xù)發(fā)射）的開啟會(huì)降低單個(gè)通話過程中的話音質(zhì)量，但全網(wǎng)DTX的開啟卻能提升網(wǎng)絡(luò)的C/I，有助于平均話音質(zhì)量的提高。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，DTX功能的開啟與否對(duì)MOS值影響很小，關(guān)閉DTX功能，全網(wǎng)干擾水平上升，MOS值反而有少許下降。因此建議在現(xiàn)網(wǎng)中開啟DTX功能，以降低全網(wǎng)干擾水平。

影響MOS值的因素還有很多，如核心網(wǎng)故障、傳輸誤碼、基站天饋故障和外部上行干擾等，該類問題只需根據(jù)故障告警信息進(jìn)行故障排查和處理即可，在此不再贅述。

3.優(yōu)化措施

從對(duì)影響MOS值關(guān)鍵因素的研究中發(fā)現(xiàn)，語(yǔ)音編碼方式、RxQual和切換頻次是影響MOS值最關(guān)鍵的三個(gè)因素，因此MOS值的優(yōu)化提升也主要從這三個(gè)方面進(jìn)行。

3.1語(yǔ)音編碼方式優(yōu)化

從表1語(yǔ)音編碼方式與MOS值的關(guān)系中可以知道，要提高全網(wǎng)MOS大于等于3的比例，應(yīng)該避免手機(jī)使用半速率語(yǔ)音編碼方式，并盡可能多使用全速率語(yǔ)音編碼方式。但在實(shí)際的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中，運(yùn)營(yíng)商為提高每載波運(yùn)營(yíng)收入，同時(shí)也受到基站建設(shè)的限制，全網(wǎng)會(huì)有20%～30%的半速率話務(wù)量，并根據(jù)半速率話務(wù)量購(gòu)買全網(wǎng)載波數(shù)30%左右的AMR-HR功能版權(quán)。由于AMR-HR語(yǔ)音編碼方式大大優(yōu)于普通HR語(yǔ)音編碼方式，因此合理的分配小區(qū)AMR-HR載波資源就顯得非常重要。通過在現(xiàn)網(wǎng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們總結(jié)出了確實(shí)可行的AMR-HR載波分配公式：

AMR-HR載波增加數(shù)=Roundup（普通HR話務(wù)量×0.8/14）

公式中分子乘以0.8的系數(shù)為本地移動(dòng)用戶中支持AMR語(yǔ)音編碼方式的手機(jī)數(shù)量約占80%，該系數(shù)可以根據(jù)各地市場(chǎng)用戶特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。由于每載波理論上支持的AMR-HR話務(wù)量為16Erl，但考慮到每載波SDCCH（獨(dú)立專用控制信道）的開銷，取值14，該系數(shù)也可以根據(jù)各地市每載波SDCCH信道的配置情況進(jìn)行修正。

通過上述公式對(duì)全網(wǎng)小區(qū)AMR-HR載波數(shù)進(jìn)行精確配置后，全網(wǎng)DT（路測(cè)）測(cè)試占用普通HR語(yǔ)音編碼方式的比例由17.93%下降到0.83%，MOS值大于等于3的比例由79.82%提高到82.31%。

3.2 RxQual質(zhì)差

無(wú)線環(huán)境對(duì)MOS的影響主要來(lái)自于弱覆蓋或者較強(qiáng)的頻率干擾，這些都會(huì)引起手機(jī)RxQual的惡化，造成MOS值變差。RxQual的優(yōu)化主要從控制干擾及增強(qiáng)覆蓋兩方面著手。優(yōu)化流程如圖2所示。

首先分析是否存在干擾，對(duì)干擾問題進(jìn)一步定位，判斷是由于網(wǎng)內(nèi)干擾還是網(wǎng)外干擾引起，針對(duì)不同干擾原因采取針對(duì)性的優(yōu)化方法。對(duì)于網(wǎng)內(nèi)干擾可以通過ICM（干擾分級(jí)統(tǒng)計(jì)）找出上行干擾嚴(yán)重的小區(qū)，并通過FAS（愛立信頻率定位輔助工具）定位具體的干擾原因，通過頻率調(diào)整等方式進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于網(wǎng)外干擾可以通過掃頻儀定位外部干擾源，排除外部干擾源或調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)避開外部干擾源。對(duì)于不存在頻率干擾的區(qū)域，則主要通過覆蓋優(yōu)化解決弱覆蓋問題。

3.3切換優(yōu)化

過多的切換會(huì)影響MOS值整體水平，尤其是頻繁的乒乓切換將嚴(yán)重影響客戶通話感知。要減少網(wǎng)絡(luò)的切換頻次，除了通過調(diào)整小區(qū)天線方向角和下傾角進(jìn)行覆蓋優(yōu)化外，通過切換參數(shù)的合理調(diào)整是最為快捷有效的方式。以愛立信的GSM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為例，其主要的切換參數(shù)有BSC（基站控制器）級(jí)別的TINIT（切換間隔）參數(shù)，它控制的是兩次切換的最小時(shí)間間隔。增加TINIT值，將使切換成功后，在TINIT限定的時(shí)間內(nèi)避免手機(jī)再次切換，從而達(dá)到減少切換次數(shù)的效果。另外，通過增加小區(qū)級(jí)的KHYST（切換遲滯值）、SSLENSD/I（場(chǎng)強(qiáng)濾波長(zhǎng)度）和QLENSD/I（質(zhì)量濾波長(zhǎng)度），可以有效推遲小區(qū)間的切換，也是減少切換次數(shù)的有效方法。但調(diào)整以上切換參數(shù)也會(huì)帶來(lái)切換不及時(shí)造成掉話的負(fù)面影響，因此需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)置。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了三套方案，并在切換頻次較高的密集城區(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果見表2。

其中，方案1是系統(tǒng)的默認(rèn)值，可以看出系統(tǒng)默認(rèn)值過于保守，切換次數(shù)過多造成MOS值偏低。方案3的設(shè)置雖然可以大幅減少切換次數(shù)，但由于切換不及時(shí)造成了兩次掉話事件，MOS均值反而有所下降。因此方案2是比較合適的一組參數(shù)設(shè)置，建議在此基礎(chǔ)上根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過上述對(duì)MOS的深入研究，我們可以得出影響MOS值最關(guān)鍵的三個(gè)因素：語(yǔ)音編碼方式、RxQual和切換頻次。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步改善用戶的實(shí)際感知，提高M(jìn)OS分值，采取了一些切實(shí)可行的優(yōu)化方法，這其中包括有切換優(yōu)化、做好頻率規(guī)劃等，對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

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