基于实测数据的VoLTE业务感知关键无线要素影响分析

范星宇　陆钧　苗守野

【摘 要】为解决电信运营商建维优支撑系统下VoLTE业务感知保障无线侧指标体系不完善的问题，通过结合理论分析与现网实测数据，并基于VoLTE技术特点，从信号水平、传输效能、资源效率三方面给出了在保障VoLTE业务感知优良前提下的指标需求，相关结果已成为VoLTE业务部署和运维的无线侧参考。

【关键词】VoLTE 无线指标 用户感知 实测数据

1 引言

在网络建设逐步扩大、终端渗透率突飞猛进和市场大力推动三管齐下的助力中，用户对高清语音业务的需求不断增加，VoLTE的全面部署进一步加快。全球已有数十个国家和地区部署了百余张VoLTE商用网络；2016年VoLTE用户数已超过3亿；国内三大运营商均已加速VoLTE的部署与运维工作，相应终端也已全面上市[1-2]。VoLTE的首要价值在于推动2G/3G频谱重耕，高频谱效率使得其在规模商用后可迅速释放2G/3G空闲频谱用于部署LTE或开展其他业务。VoLTE能提供更优的通话质量、更快的连接速度和更少的终端电池消耗，是运营商对抗OTT的关键技术点[3-6]。

基于对上述价值的预期，国内各运营商均加快了VoLTE试商用的步伐。目前中国联通已在北部、中部、东部地区分别对VoLTE进行了大规模的功能检验和拉网测试工作，并获取了大量的重要实测数据。本文将围绕VoLTE技术特点，结合现网实测数据，对影响VoLTE业务感知的关键无线要素及其影响程度进行分析。

2 VoLTE业务质量的评价体系与影响要素

2.1 VoLTE业务感知的评价标准

语音质量的评判一般基于ITU（International Telecommunication Union，国际电信联盟）制订的MOS（Mean Opinion Score，平均主观意见分）测试方法实现，VoLTE作为一种高清语音业务同样适用MOS评测方法[7]。MOS评测对用户接听和感知语音质量的行为进行调研及量化，由不同用户分别对原始标准语音和经过无线网传播后的衰退声音进行主观感受对比，进而评出MOS分值。

现网中，VoLTE语音业务感知以长呼MOS值衡量。MOS在3.5以上时通话清晰，感知优良；MOS在3.0以上时话音略有失真，内容基本完整，可正常沟通；MOS在2.5以上时可以勉强通话，但已出现吞字、杂音、断续等问题，感知严重下降；MOS在2.5以下时无法完成通话。

2.2 影响VoLTE业务感知的关键无线要素

VoLTE作为高清语音通话业务，其业务价值的充分发挥有赖于对业务感知的充分保障[8-10]。语音通话的质量取决于语音传送的完整性和保真性，因此传输时延小且均衡、误码及丢包率低是VoLTE高清语音通话质量的关键，而决定性因素就是讲话方的上行及受话方的下行无线信道质量。换言之，上下行无线环境是影响VoLTE业务感知的关键因素。

具体而言，信号水平、传输效能、资源效率是对VoLTE业务感知具有重要影响的关键无线要素。下面将结合实测数据分别予以分析。

3 信号水平对VoLTE业务的影响

3.1 信号水平主要影响因素

现网中，用户业务的开展和保障首先受到无线环境质量亦即信号水平的影响。以往以数据为主要业务的LTE网络，其对于信号水平的需求随着VoLTE的部署而水涨船高。相比于传统数据业务对延迟和重建相对较高的容忍度，VoLTE业务要求更小的时延及避免重建，否则将严重影响用户感知[11]。

因此，信号水平对VoLTE业务质量具有决定性的影响。其主要包括信号质量和信号覆盖两方面。

3.2 信号质量与VoLTE业务感知的关系

信号质量的衡量指标是SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比），其表征无线信道上有效信号与噪声的比值。在LTE系统中，SINR可分为上行和下行两类，分别影响无线业务的上下行部分。

LTE是下行受限的无线网络，基站和终端接收灵敏度差异以及上下行信道噪声水平差距决定了下行信道的衰耗余量低于上行信道，因此下行信号质量是VoLTE业务感知的主要制约因素。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到VoLTE业务感知与下行SINR的关联分布情況如图1所示。

其中，SINR值以5 dB为步长分区间表示，每区间内包含三组数据，两条虚线为分别基于不同组数据拟合的结果。

由图1可见，SINR值高于10 dB时基本不出现差点，VoLTE语音通话质量完全可以得到保障，VoLTE感知优异；SINR值为-5 dB至10 dB时，通话过程中可能出现部分MOS一般质差时段，严重质差出现概率低，VoLTE语音通话质量略有下降，但业务质量可以得到基本保障；SINR值为-10 dB至-5 dB时，通话过程中MOS质差点占比高于20%，严重质差点占比也高于10%，VoLTE业务感知明显下降，交流困难；SINR值低于-10 dB后，几乎所有MOS样点都严重质差，已无法正常交流。

基站侧的上行SINR影响着VoLTE上行段的业务感知。LTE上行链路采用闭环功控机制，即在保证MAC层重传率低于10%的前提下使用较小的发射功率，以延长手机待机时间并降低系统上行干扰。因此，上行侧SINR主要是通过上行发射功率来体现。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到VoLTE业务感知与上行发射功率的关联分布情况如图2所示。

其中，上行发射功率以1 dBm为步长分区间表示，每区间内包含两组数据，两条虚线为分别基于不同组数据拟合的结果，实线表示求得的MOS均值。

由图2可见，随着上行衰耗的增加，UE发射功率相应增大。此时MOS值相应降低，MOS质差占比相应增高，但MOS均值仍处于可接受范围内，上行SINR依旧可以保证VoLTE语音业务的质量感知。endprint

3.3 信号覆盖与VoLTE业务感知的关系

信号覆盖的衡量指标是RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率），现网中要求RSRP水平保持在一定程度以上且不存在明显的覆盖空洞。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到MOS样点与RSRP的关联分布情况如图3所示。

由图3可见，MOS值低于3.5的差点分布不存在明显的聚集性，这表明现网中MOS差点的分布与RSRP大小并无直接线性关联。换言之，只要保证信号覆盖水平达到不影响VoLTE业务开展的程度，则现网中RSRP水平不直接影响VoLTE业务质量。

如上文所述，要保证VoLTE业务开展需保证SINR值高于-5 dB，因此信号覆盖水平应高于某一阈值以便以高概率获取SINR高于-5 dB的无线环境。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到RSRP与SINR的关联分布情况如图4所示。

由图4可见，RSRP与SINR存在关联性，SINR小于-5 dB的概率随着RSRP的提升而相应降低。当RSRP提升至-115 dBm以上时，SINR小于-5 dB的概率已经低于1%，不会对VoLTE业务感知造成影响。

4 传输效能对VoLTE业务的影响

4.1 传输效能主要影响因素

传输效能同样是VoLTE语音业务质量的重要影响因素[6，12]。VoLTE语音业务在应用层使用RTP（Real-time Transport Protocol，实时传输协议）进行数据传送，因此VoLTE语音业务的感知质量受限于RTP层的传输效能。

对于强调数据传输实时性和可靠性的VoLTE高清语音业务而言，业务感知的关键影响因素主要包括丢包、时延、抖动三方面。

4.2 丢包与VoLTE业务感知的关系

VoLTE业务感知受RTP丢包率的影响。现网中，送话端RTP实体会给每个被传送的RTP包按顺序标记序号；受话端RTP实体根据接收的RTP序号就能判断出在端到端的RTP传送链路上是否发生了丢包现象，并依此计算出RTP丢包率。过高丢包率的链路无法满足VoLTE业务对实时性和可靠性的需求。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到RTP丢包率与VoLTE业务质量MOS值之间的关联分布情况如图5所示。

其中，RTP丢包率以5%为步长分段统计，虚线是数据拟合的结果。

由图5可见，丢包率与VoLTE业务质量之间存在高关联性。下行RTP丢包率均值低于2%时，可保证VoLTE业务的MOS均值高于3.5，感知质量优良；下行RTP丢包率为2%至8%时，相应的MOS均值可维持在3.0以上，保证基本的语音交流顺畅；下行RTP丢包率为8%至16%时，相应的MOS均值为2.5至3.0，语音交流勉强，感知质差明显；下行RTP丢包率高于16%后，MOS均值低于2.5，通话断续且声音失真严重，VoLTE业务感知严重质差；下行RTP丢包率高于25%后，MOS均值低于2.0，无法进行语音正常交流。

4.3 时延与VoLTE业务感知的关系

現网中，RTP传送时延同样对VoLTE业务质量具有重要的影响。送话端RTP实体在发送每个业务数据包时会为其打上发送时间戳，受话端RTP实体在接收到该业务数据包时也会打上接收时间戳，根据两个时间戳的差值即可计算VoLTE语音业务RTP数据包的传送时延。传送时延过高时会造成嘴耳延迟，影响语音感知。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到RTP时延与VoLTE业务质量MOS值之间的关联分布情况如图6所示。

其中，虚线是数据拟合的结果。

由图6可见，传输时延与VoLTE业务质量之间存在关联性。VoLTE语音业务质量在RTP时延小于200 ms时可以保持在MOS值大于3.5的优良感知；RTP时延为200 ms至260 ms时，VoLTE语音业务感知质量略有下降，但可保证基本的沟通顺畅；RTP时延为260 ms至280 ms时，VoLTE语音业务感知质差，尚能正常沟通；RTP时延大于280 ms后，VoLTE语音通话会显现严重的音调失真，影响正常语音沟通。

4.4 抖动与VoLTE业务感知的关系

VoLTE业务数据包在传送过程中延迟时间的变化表现为RTP时延抖动，对VoLTE业务质量的影响与丢包的影响效果相似。抖动程度取决于数据包延迟时间的差异程度，抖动严重时会造成吞字或错字，从而影响VoLTE语音通话质量。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到RTP时延抖动与VoLTE业务质量MOS值之间的关联分布情况如图7所示。

其中，虚线是数据拟合的结果。

由图7可见，时延抖动与VoLTE业务质量之间存在关联性。VoLTE语音业务质量在RTP时延抖动小于60 ms时，可以保持在MOS值大于3.5的优良感知；RTP时延抖动为60 ms至90 ms时，VoLTE语音业务感知质量略有下降，但可保证基本的沟通顺畅；RTP时延抖动为90 ms至110 ms时，VoLTE语音业务感知质差，尚能正常沟通；RTP时延大于110 ms后，VoLTE语音通话会显现严重失真，影响正常通话功能。

5 资源效率对VoLTE业务的影响

5.1 资源效率主要影响因素

资源效率始终是无线网络关注的焦点，现网中任何业务的开展和保持都依赖于有效的资源保障。

与传统数据业务不同，VoLTE业务以小带宽、长占用为特点，控制VoLTE业务空口资源耗费水平处于合理范围有利于保持网络容量，是现网关注的重点[2，10]。空口资源主要包括上行和下行两类。

5.2 上行空口资源与VoLTE业务感知的关系endprint

VoLTE业务对上行空口资源的耗费可通过上行RB（Resource Block，资源块）占用情况予以反映。正常情况下，通话中每20 ms发送一次数据包，每个包的数据量处于相似水平，故而每次调度的上行RB数也基本一致。随着RSRP的下降，上行SINR也会相应下降，网络侧会指示UE降低MCS（Modulation and Coding Scheme，调制与编码策略）以便通过处理增益来弥补衰耗，从而导致同样的数据量需要占用更多上行RB资源。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到VoLTE业务终端在不同RSRP条件下的上行空口RB占用情况如图8所示。

其中，虚线是数据拟合的结果。

由图8可见，在RSRP水平达到一定阈值后，VoLTE业务占用的RB资源趋于稳定。RSRP大于-80 dBm时，VoLTE业务每时隙调度的上行RB数均值稳定在2个RB；RSRP为-80 dBm至-100 dBm时，VoLTE业务每时隙调度的上行RB数均值略有上升；RSRP小于-100 dBm后，VoLTE高清语音每时隙调度的上行RB数均值几乎随着RSRP值的下降而线性上升；RSRP小于-107 dBm后，每时隙调度的上行RB数超过4；RSRP小于-115 dBm后，每时隙调度的上行RB数超过7。综上所述，现网中RSRP大于-115 dBm时，可保持VoLTE高清语音通话上行RB占用数处在合理的范围内。

5.3 下行空口资源与VoLTE业务感知的关系

VoLTE业务对下行空口资源的耗费可通过下行RB占用情况予以反映。与上行过程类似，正常情况下通话中每20 ms发送一次数据包，每次调度的RB数也基本一致。随着下行SINR的下降，网络侧指示UE通过处理增益来弥补衰耗，从而导致占用下行RB资源的增加。

在连续覆盖良好的区域进行现网实测，得到VoLTE业务终端在不同SINR条件下的下行空口RB占用情况如图9所示。

其中，虚线是数据拟合的结果。

由图9可见，在SINR水平达到一定阈值后，VoLTE业务占用的RB资源趋于稳定。下行SINR大于10 dB时，VoLTE高清语音每时隙调度的下行RB数均值稳定在4个RB；下行SINR小于10 dB后，VoLTE高清语音每时隙调度的RB数均值几乎随着SINR的下降而线性上升；下行SINR小于-5 dB后，VoLTE高清语音每时隙调度的下行RB数均值超过8个。综上所述，现网中下行SINR大于-5 dB时，可保持VoLTE高清语音通话下行RB占用数处在一个较合理的范围内。

6 分析结果

综上所述，现网VoLTE业务的部署和运维需考量无线侧性能的影响。信号水平、传输效能、资源效率是对VoLTE业务感知具有重要影响的关键无线要素，其保障VoLTE业务感知优良的建议值如表2所示：

7 结束语

本文围绕VoLTE技术特点，以中国联通VoLTE功能检验和拉网测试工作中获取的实测数据为基础，从无线侧对影响VoLTE业务感知的关键要素进行梳理，随后通过数据分析得到在保障VoLTE业务感知优良的前提下上述各要素的建议值。下一步，将对影响VoLTE业务感知的无线指标体系进一步细化以及结合具体场景优化指标阈值等。

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