無線側(cè)提升VoLTE用戶語音感知的優(yōu)化策略研究

任小強(qiáng)，敬嘉亮（.中移動(dòng)信息技術(shù)有限公司甘肅分公司，蘭州 730000；.中國移動(dòng)通信集團(tuán)甘肅有限公司蘭州分公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

VoLTE 是基于IMS 網(wǎng)絡(luò)的LTE 語音解決方案，相對(duì)于傳統(tǒng)VoIP 語音，能提供更好的QoS 保障。在衡量VoLTE 網(wǎng)絡(luò)性能、運(yùn)營質(zhì)量和客戶感知的評(píng)估體系中，VoLTE 語音的時(shí)延和丟包是關(guān)鍵指標(biāo)。時(shí)延的縮短對(duì)減少網(wǎng)絡(luò)信令資源消耗和減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷具有重要價(jià)值，也對(duì)提升客戶體驗(yàn)和客戶滿意度具有顯著意義。5G 時(shí)代到來后，VoNR 將成為主流語音技術(shù)，在5G 建設(shè)初期，VoNR 將和VoLTE 一起共同組成解決語音業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，當(dāng)手機(jī)移動(dòng)到5G信號(hào)覆蓋較差的區(qū)域時(shí)，需要切換到LTE 網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE 來提供語音服務(wù)。為給客戶提供優(yōu)質(zhì)的語音質(zhì)量和感知體驗(yàn)，VoLTE 語音感知優(yōu)化成為當(dāng)前重點(diǎn)研究課題之一。

1 無線側(cè)的影響因素

在3GPP LTE 協(xié)議中，VoLTE 業(yè)務(wù)編碼有AMRNB寬帶（12.2k）和AMR-WB（23.85k）寬帶2種編碼，每20 ms 產(chǎn)生一個(gè)語音包，每160 ms 生成一個(gè)語音靜默包，幀長20 ms。AMR-NB 和AMR-WB 的本質(zhì)區(qū)別在于其語音帶寬和抽樣頻率有所區(qū)別，NB的語音帶寬范圍為300～3 400 kHz，抽樣頻率為8 kHz；而WB 的語音帶寬為50～7 000 kHz，抽樣頻率為16 kHz［1］。

用戶語音感知差歸納為3種現(xiàn)象：吞字、斷續(xù)和單通。吞字是指感覺對(duì)方說話不清或漏字；斷續(xù)是指感覺對(duì)方說話時(shí)斷時(shí)續(xù)，有明顯停頓；單通是指無法聽到對(duì)方說話。影響上述現(xiàn)象的無線側(cè)的因素有空口時(shí)延、空口抖動(dòng)、空口問題導(dǎo)致的丟包，各類因素說明如表1所示。

表1 無線側(cè)VoLTE感知影響因素

2 語音通話質(zhì)差模型

2.1 TD-LTE語音解決方案

TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)的語音解決方案主要包括SVLTE、CSFB 和VoLTE/eSRVCC 等3 種，SVLTE 屬于雙待終端解決方案，終端同時(shí)駐留在2G/3G 以及LTE 網(wǎng)絡(luò)；CSFB 屬于單待終端解決方案，涉及2G/3G/4G 系統(tǒng)，流程較復(fù)雜，呼叫時(shí)延較長；VoLTE 通過IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高清語音功能，呼叫時(shí)延較短。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)3種語音解決方案的特點(diǎn)對(duì)比如表2所示［2］。

表2 主流語音解決方案的特點(diǎn)對(duì)比

2.2 空口丟包原理

VoLTE 語音包傳輸過程中，空口丟包是引起吞字、單通、斷續(xù)的最常見原因，如何降低VoLTE 空口丟包率是提升VoLTE 語音通話質(zhì)量的重要手段。上行空口丟包原理如圖1所示，eNB 的PDCP層從RLC層接收到PDCP 數(shù)據(jù)包，比對(duì)本數(shù)據(jù)包的序列號(hào)和期待接收的序列號(hào)（等于已經(jīng)成功接收的序列號(hào)加一），如果本序列號(hào)大于期待接收的序列號(hào)，即認(rèn)為上行有丟包，丟包個(gè)數(shù)等于本序列號(hào)減去期待接收的序列號(hào)。下行空口丟包是基站側(cè)根據(jù)終端在MAC 層反饋的確認(rèn)（ACK）/否認(rèn)（NACK）消息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。例如，基站向終端下發(fā)了1個(gè)PDCP包，終端反饋否認(rèn)消息表示未收到，基站再次重傳，如果終端反饋確認(rèn)消息，則表示終端已經(jīng)收到，這個(gè)包不統(tǒng)計(jì)為丟包。如果經(jīng)過多次重傳終端仍然反饋否認(rèn)消息，達(dá)到重傳的最大次數(shù)后，基站則會(huì)統(tǒng)計(jì)為1個(gè)丟包。

圖1 上行空口丟包原理

2.3 基于丟包的質(zhì)差模型

質(zhì)差模型通過5 s 時(shí)間線將用戶通話進(jìn)行切片［3］，每個(gè)語音切片單獨(dú)打分，實(shí)時(shí)監(jiān)控客戶感知。單通是指連續(xù)丟包200 個(gè)，丟包率80%，相當(dāng)于用戶有4 s 沒有聽到聲音，感知為單通。吞字是指當(dāng)連續(xù)丟6～9 個(gè)RTP 包，即認(rèn)為發(fā)生一個(gè)漢字的吞字。斷續(xù)是指丟包數(shù)大于3 小于6，即未完全吞字時(shí)，一個(gè)字可被解碼器譯出，人耳的感知是不清晰。實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)值發(fā)現(xiàn)，若切片內(nèi)發(fā)生2～3 次以上單字不清晰事件，以1 個(gè)切片250個(gè)語音包估算，對(duì)應(yīng)于間斷性丟包10 個(gè)以上，則認(rèn)為發(fā)生了丟包導(dǎo)致的斷續(xù)，基于丟包的質(zhì)差模型如圖2所示。

圖2 基于丟包的VoLTE質(zhì)差模型

2.4 基于時(shí)延的質(zhì)差模型

單通是指包間隔大于4 s，用戶有約4 s 內(nèi)聽不到任何聲音。吞字是指包間隔大于400 ms，且小于4 s，去除緩沖區(qū)150 ms后，將有250 ms時(shí)間語音解碼器沒有還原出任何聲音，用戶感知為1～2個(gè)字的時(shí)間沉默，等同于吞字，可能發(fā)生了連續(xù)丟包，或未丟包但時(shí)延過大，用戶以為吞字。斷續(xù)是指切片內(nèi)相對(duì)時(shí)延大于解碼緩沖區(qū)150 ms 時(shí)，開始發(fā)生聲音形變和拉伸，但此時(shí)人耳不能明顯感知，實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)值發(fā)現(xiàn)，當(dāng)相對(duì)時(shí)延大于200 ms 時(shí)（200 ms 為實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)值），開始被人耳感知為斷續(xù)和不清晰的語音質(zhì)量，相對(duì)時(shí)延越大，斷續(xù)效果越明顯，基于時(shí)延的質(zhì)差模型如圖3所示。

圖3 基于時(shí)延的VoLTE質(zhì)差模型

2.5 基于丟包、時(shí)延的通話質(zhì)差模型

單通是指切片時(shí)長大于等于2 s，且RTP 丟包率大于0.8；RTP 實(shí)際收包數(shù)（含靜默包）小于10（經(jīng)驗(yàn)取值），即表示切片“幾乎”沒有收到RTP 包；RTP 連續(xù)丟包大于等于200個(gè)；RTP最大包間隔大于等于4 s，即持續(xù)4 s 時(shí)間沒有收到RTP 包。吞字RTP 非靜默幀連續(xù)丟包大于等于6 個(gè)，且小于等于200 個(gè)，即短時(shí)連續(xù)丟包導(dǎo)致的吞字，但未達(dá)到單通程度；RTP非靜默幀的最大包間隔大于400 ms且小于等于4 s，用戶感知為短時(shí)無聲音和停頓，連續(xù)丟包或包間抖動(dòng)過大均可導(dǎo)致該指標(biāo)異常。丟包導(dǎo)致的斷續(xù)是指RTP 非靜默幀丟包大于10 個(gè)，且非靜默幀最大連續(xù)丟包數(shù)大于等于3 小于6；時(shí)延導(dǎo)致的斷續(xù)是指以切片第1個(gè)RTP報(bào)文為基準(zhǔn)，切片內(nèi)其他RTP 報(bào)文的最大相對(duì)傳輸時(shí)延大于200 ms 時(shí)，將明顯超出終端解碼緩沖區(qū)，發(fā)生時(shí)延導(dǎo)致的斷續(xù)。

3 無線側(cè)的優(yōu)化流程

VoLTE 用戶語音感知的影響要素包括終端側(cè)、無線側(cè)、EPC 側(cè)和IMS 側(cè)等4 類，由于無線側(cè)丟包、時(shí)延和抖動(dòng)是影響語音感知的直接因素，這里從覆蓋、故障、干擾、參數(shù)、鄰區(qū)和容量等6方面展開分析，關(guān)聯(lián)告警、MR、性能、信令等數(shù)據(jù)，定位質(zhì)差小區(qū)產(chǎn)生問題的原因，整體的優(yōu)化流程如圖4所示［4］。

3.1 覆蓋類

覆蓋主要分為弱覆蓋、超遠(yuǎn)覆蓋、重疊覆蓋等。超遠(yuǎn)、弱覆蓋場景超出鏈路預(yù)算最大路損，上、下行覆蓋不平衡，導(dǎo)致丟包。重疊覆蓋，造成無線環(huán)境差，導(dǎo)致上下行質(zhì)差丟包。針對(duì)超遠(yuǎn)覆蓋、弱覆蓋以及重疊覆蓋問題，可以通過調(diào)整天線角度、功率參數(shù)配置、添加站點(diǎn)等方式進(jìn)行解決。弱覆蓋是指MR 弱覆蓋比例大于50%，越區(qū)覆蓋根據(jù)場景計(jì)算TA 的距離進(jìn)行判斷，農(nóng)村以TA 大于2 km 占比20%為越區(qū)覆蓋，城區(qū)以TA 大于1 km 占比20%為越區(qū)覆蓋。重疊覆蓋是指主服務(wù)小區(qū)電平大于-110 dBm，同頻鄰區(qū)與主服務(wù)小區(qū)的接收電平差的絕對(duì)值大于6 dB，且滿足條件的鄰區(qū)數(shù)≥3的小區(qū)。

3.2 故障類

常見影響性能的設(shè)備告警，共計(jì)58 種，此類告警對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)影響較大，平時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注，對(duì)出現(xiàn)的告警需及時(shí)處理。

3.3 干擾類

LTE 干擾分為系統(tǒng)內(nèi)干擾與系統(tǒng)間干擾，系統(tǒng)內(nèi)干擾是指干擾來自于LTE 小區(qū)之間產(chǎn)生的干擾，影響范圍呈區(qū)域性、全網(wǎng)性，影響范圍大。系統(tǒng)間干擾，不同的通信制式對(duì)LTE 系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，影響范圍為單個(gè)站點(diǎn)或區(qū)域站點(diǎn)。系統(tǒng)內(nèi)一般引起干擾的原因有：GPS 失步干擾，參數(shù)配置錯(cuò)誤，遠(yuǎn)距離同頻干擾，小區(qū)間下行干擾，設(shè)備故障等。系統(tǒng)間干擾形成的原因主要有雜散干擾、交調(diào)干擾、阻塞干擾和帶內(nèi)同頻干擾等。

3.4 參數(shù)類

核查重選、切換參數(shù)是否合理，避免由于參數(shù)原因?qū)е赂兄?，通過VoLTE 參數(shù)優(yōu)化，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能提升，從降低QCI上下行丟包現(xiàn)象，提升用戶VoLTE語音感知，涉及到的關(guān)鍵參數(shù)有eSRVCC 切換參數(shù)、VoLTE特性參數(shù)、RLC分片特性參數(shù)、SCTP鏈路參數(shù)。

3.5 切換類

鄰區(qū)漏配、信息配置錯(cuò)誤、切換失敗、乒乓切換導(dǎo)致的語音感知差問題，通過提取兩兩小區(qū)切換對(duì)查看小區(qū)切換，核查鄰區(qū)的配置信息。

3.6 容量類

VoLTE 容量受限主要為信令信道、業(yè)務(wù)信道受限，VoLTE 相較數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在業(yè)務(wù)信道調(diào)度時(shí)有優(yōu)先級(jí)，但在信令信道調(diào)度時(shí)確沒有優(yōu)先，所以如果小區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)消耗過多的信令資源，會(huì)影響VoLTE 用戶的感知；如果VoLTE 用戶過多，業(yè)務(wù)信道會(huì)搶占數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，影響數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶感知。網(wǎng)絡(luò)初期，需要重點(diǎn)關(guān)注信令信道資源受限的情況。隨著用戶數(shù)的增長，需同時(shí)關(guān)注業(yè)務(wù)信道資源受限問題。

圖4 無線側(cè)語音感知的優(yōu)化流程

4 優(yōu)化效果

本文結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)研究和實(shí)踐情況，探討了VoLTE 用戶無線側(cè)語音感知的優(yōu)化思路和方法，通過6 個(gè)維度的聯(lián)合整治，VoLTE 質(zhì)差小區(qū)占比減少了7%，改善效果顯著，DT 拉網(wǎng)測(cè)試結(jié)果顯示，VoLTE 平均值MOS 值由3.6 提高至4.4 s，有效提升了VoLTE 語音業(yè)務(wù)質(zhì)量和客戶滿意度。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)傳統(tǒng)的優(yōu)化方法提升VoLTE 語音感知的不足，提出基于5 s切片技術(shù)的語音質(zhì)差模型。從表征用戶體驗(yàn)的單通、吐字、斷續(xù)入手，分析無線側(cè)影響因素和提升策略，該方案對(duì)VoLTE 語音感知優(yōu)化帶來較大幫助，具有一定的推廣意義。