VoLTE 語音質(zhì)量MOS 提升與應(yīng)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I(xiàn)P 的端到端語音解決方案，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)均承載在LTE 上的目標(biāo)。VoLTE 主要有五大優(yōu)勢：全I(xiàn)P 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(shí)延低，相比2/3G VoLTE 呼叫接通率時(shí)延可低至1-3 秒，大幅減少等待時(shí)間，改善用戶體驗(yàn)頻譜利用率高；容量大，實(shí)際容量可增大為2.5 倍左右；業(yè)務(wù)可靈活集成各類業(yè)務(wù)平臺(tái)，擴(kuò)展出更為豐富的業(yè)務(wù)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(jìn)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(kuò)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(jìn)入LTE PDCP 層，由LTE 空口協(xié)議棧再進(jìn)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?xí)掃吔缈刂破鱏BC。

（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(dāng)會(huì)話雙方經(jīng)SBC 進(jìn)行媒體報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，若兩側(cè)媒體格式不一致，由SBC 實(shí)現(xiàn)會(huì)話兩側(cè)的媒體格式轉(zhuǎn)換，使會(huì)話雙方在使用的媒體格式不一致時(shí)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)媒體互通，滿足基本會(huì)話要求,實(shí)現(xiàn)音頻編解碼轉(zhuǎn)換。

2.2 VOLTE 語音編碼

語音編碼就是對(duì)模擬的語音信號(hào)進(jìn)行編碼，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，從而降低傳輸碼率并進(jìn)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(shí)域的模擬話音的波形信號(hào)經(jīng)過取樣、量化、編碼而形成的數(shù)字話音信號(hào)，參量編碼是基于人類語言的發(fā)音機(jī)理，找出表征語音的特征參量，對(duì)特征參量進(jìn)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(diǎn)，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(píng)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(duì)比計(jì)算得出的，MOS采樣為8s 一次。為進(jìn)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(duì)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(shí)器

PDCP 設(shè)置對(duì)PDCP SDU 的丟棄機(jī)制，當(dāng)高層接收到一個(gè)新的PDCP SDU 時(shí)，為每個(gè)PDCP SDU 啟動(dòng)一個(gè)丟棄計(jì)時(shí)器。當(dāng)定時(shí)器超時(shí)或通過PDCP 狀態(tài)報(bào)告證實(shí)PDCP SDU 已被成功發(fā)送，PDCP 丟棄對(duì)應(yīng)的PDCP 以及其關(guān)聯(lián)的PDCP PDU，如果對(duì)應(yīng)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(shí)超時(shí)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(biāo)，設(shè)置越大丟包率越小，但是包傳輸?shù)臅r(shí)延越長。

3.2 RLC 分段增強(qiáng)對(duì)MOS 的影響

當(dāng)處于小區(qū)邊緣，UE 功率受限時(shí)，上行覆蓋能力下降，導(dǎo)致終端無法在一個(gè)TTI 時(shí)間內(nèi)發(fā)送一個(gè)完整的語音數(shù)據(jù)包，通過RLC 分段，可將一個(gè)RLC SDU 拆分成若干個(gè)小的SDU，減小了每個(gè)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(duì)MOS 的影響

當(dāng)處于小區(qū)邊緣，UE 功率受限時(shí)，可能導(dǎo)致上行丟包率增加。使用TTI bundling，4 個(gè)連續(xù)子幀中發(fā)送同一個(gè)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(shí)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(duì)MOS 的影響

切換過程中會(huì)導(dǎo)致RTP 抖動(dòng)增加，如果存在乒乓切換或頻繁切換，MOS 值會(huì)迅速下降。此外，如果由于切換參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致手機(jī)切換到一個(gè)信號(hào)質(zhì)量不是最好的小區(qū)也會(huì)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(shí)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(shí)器設(shè)置為300ms 時(shí)，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(qiáng)對(duì)MOS 的影響

開 啟 RLC 分 段 功 能， 選 取 基 站 好 點(diǎn)（RSRP ＞-70dBm&SINR＞20）和差點(diǎn)（RSRP＜-90dBm&SINR＜10），分別對(duì)RLC 分段功能進(jìn)行限制大小，對(duì)比測試后的平均MOS 值。實(shí)際測試RLC 實(shí)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(duì)MOS 的影響

開啟TTIB 功能，選取基站好點(diǎn)（RSRP＞-70dBm&SINR＞20）和差點(diǎn)（RSRP＜-90dBm&SINR＜10），分別對(duì)TTIB 功能進(jìn)行開啟和關(guān)閉，對(duì)比測試后的平均MOS 值。實(shí)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(duì)MOS 的影響

統(tǒng)計(jì)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(duì)RTP 抖動(dòng)影響明顯，異頻切換對(duì)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(shí)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(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置及特性開啟，從而提升MOS 值。同時(shí)需注意切換關(guān)系梳理，盡量減少乒乓切換，特別信號(hào)差的環(huán)境下時(shí)候，合適設(shè)置切換門限，避免過多異頻切換。