VoLTE 语音质量MOS 提升与应用

2020-05-08丛叶欣

科学技术创新 2020年8期

丛叶欣

（中国电信内蒙古赤峰市分公司，内蒙古赤峰024000）

1 VoLTE 基本概念

VoLTE 即VoiceoverLTE，是基于LTE 网络全IP 的端到端语音解决方案，实现了数据与语音业务均承载在LTE 上的目标。VoLTE 主要有五大优势：全IP 低成本网络，成本可降低70%左右；支持高轻音视频通话，语音采样频宽增大到2 倍甚至2 倍以上，视听效果更逼真；接通时延低，相比2/3G VoLTE 呼叫接通率时延可低至1-3 秒，大幅减少等待时间，改善用户体验频谱利用率高；容量大，实际容量可增大为2.5 倍左右；业务可灵活集成各类业务平台，扩展出更为丰富的业务特性。

2 语音流程与编码介绍

2.1 VOLTE 语音流程

图1

以VOLTE 用户呼叫VOLTE 用户为例，VoLTE 上行语音包处理流程涉及的网元包括终端、eNodeB、S/P-GW、SBC 以及传输承载网及其网元设备。在VoLTE 中大部分网元只是透传语音数据包并不进行语音编解码处理。

（1）UE 终端。

UE 终端中，处理语音的主要包含的模块主要包括：CODEC/HIFI,其中CODEC 负责语音数据的采集和播放，主要功能有模/数或数/模转换(A/D)、变采样处理(SRC)；HiFi 负责语音音效处理和编解码，音效处理主要包括3A(回声抑制、噪声抑制和幅度调整)和BWE（扩频算法）。目前编解码支持AMR-NB 和AMR-WB 两种。VoLTE AMR-NB/AMR-WB 语音包经过RTP/UDP/IP 层封装后，进入LTE PDCP 层，由LTE 空口协议栈再进行数据封装和转发。

（2）EnodeB。

语音包以RTP 协议封装透传至核心网EPC 的S/P-GW。

（3）S/P-GW。

语音包以RTP 协议封装透传至会话边界控制器SBC。

（4）SBC。

SBC 支持IMS 网络与IMS 网络、NGN 网络、H.323 网络以及其他IP 网络间互通；当会话双方经SBC 进行媒体报文转发时，若两侧媒体格式不一致，由SBC 实现会话两侧的媒体格式转换，使会话双方在使用的媒体格式不一致时仍然能够实现媒体互通，满足基本会话要求,实现音频编解码转换。

2.2 VOLTE 语音编码

语音编码就是对模拟的语音信号进行编码，将模拟信号转化成数字信号，从而降低传输码率并进行数字传输，语音编码的基本方法可分为波形编码、参量编码和混合编码，波形编码是将时域的模拟话音的波形信号经过取样、量化、编码而形成的数字话音信号，参量编码是基于人类语言的发音机理，找出表征语音的特征参量，对特征参量进行编码，混合编译码是结合波形编译码和参量编译码之间的优点，终端最终能够得到语音编码将直接影响测试过程MOS 得分，语音编码越高，MOS 分值也就越高。

3 MOS 提升优化思路

MOS 是VOLTE 语音质量评估的主要参考因素，MOS 值是根据8s 内音频文件质量与原始提取文件对比计算得出的，MOS采样为8s 一次。为进一步探究MOS 值的影响因素，总结高效易行的VoLTE 优化方法，提升VOLTE 用户感知。本文主要通过参数与特性及切换次数分析，对比不同情况下MOS 值变化情况，探究MOS 值提升方法。

3.1 QCI1 PDCP 层丢弃定时器

PDCP 设置对PDCP SDU 的丢弃机制，当高层接收到一个新的PDCP SDU 时，为每个PDCP SDU 启动一个丢弃计时器。当定时器超时或通过PDCP 状态报告证实PDCP SDU 已被成功发送，PDCP 丢弃对应的PDCP 以及其关联的PDCP PDU，如果对应的PDCP PDU 已经递交给底层，则向低层指示丢弃操作。VoLTE 语音包传输到PDCP 层若SDU 传输失败，定时超时后丢失将影响RTP 的丢包率，可能影响小区用户面弃包率指标，设置越大丢包率越小，但是包传输的时延越长。

3.2 RLC 分段增强对MOS 的影响

当处于小区边缘，UE 功率受限时，上行覆盖能力下降，导致终端无法在一个TTI 时间内发送一个完整的语音数据包，通过RLC 分段，可将一个RLC SDU 拆分成若干个小的SDU，减小了每个子帧上传输的数据量。RLC 分段，上行可以选择小的PRB 和小的MCS，提升上行链路覆盖能力。

图2 RLC 分段图

3.3 TTIB 对MOS 的影响

当处于小区边缘，UE 功率受限时，可能导致上行丢包率增加。使用TTI bundling，4 个连续子帧中发送同一个传输块，而不需等待ACK/NACK。这样能提高发送成功率，避免过多的HARQ重传，减小时延。TTI 绑定可以提高边缘用户的性能，从而提升MOS 值。

图3 TTI Bundling 图示

3.4 切换次数对MOS 的影响

切换过程中会导致RTP 抖动增加，如果存在乒乓切换或频繁切换，MOS 值会迅速下降。此外，如果由于切换参数设置不合理导致手机切换到一个信号质量不是最好的小区也会影响语音质量。

4 MOS 提升优化效果

4.1 QCI1 PDCP 层丢弃定时器

由上得出结论，在无线环境较好的情况下，PDCP 丢包定时器设置为300ms 时，平均MOS 较高，用户感知最好。

表1 参数设置效果

4.2 RLC 分段增强对MOS 的影响

开启 RLC 分段功能，选取基站好点（RSRP ＞-70dBm&SINR＞20）和差点（RSRP＜-90dBm&SINR＜10），分别对RLC 分段功能进行限制大小，对比测试后的平均MOS 值。实际测试RLC 实施效果：在无线环境较差的情况下，开启RLC 分段功能后，MOS 值由3.89 提升到3.95，在无线环境较好情况MOS 值从3.99 提升到4.08 效果明显。

4.3 TTIB 对MOS 的影响

开启TTIB 功能，选取基站好点（RSRP＞-70dBm&SINR＞20）和差点（RSRP＜-90dBm&SINR＜10），分别对TTIB 功能进行开启和关闭，对比测试后的平均MOS 值。实测在开启TTIB 功能后，无线环境较差的情况下，MOS 由3.812 提升提升幅度在3.945，无线环境好情况下MOS 由3.961 提升到4.075，环境较差情况下效果更为明显。