无线侧提升VoLTE用户语音感知的优化策略研究

2020-05-14任小强敬嘉亮中移动信息技术有限公司甘肃分公司兰州730000中国移动通信集团甘肃有限公司兰州分公司甘肃兰州730000

邮电设计技术 2020年4期

任小强，敬嘉亮（.中移动信息技术有限公司甘肃分公司，兰州 730000；.中国移动通信集团甘肃有限公司兰州分公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

VoLTE 是基于IMS 网络的LTE 语音解决方案，相对于传统VoIP 语音，能提供更好的QoS 保障。在衡量VoLTE 网络性能、运营质量和客户感知的评估体系中，VoLTE 语音的时延和丢包是关键指标。时延的缩短对减少网络信令资源消耗和减轻网络负荷具有重要价值，也对提升客户体验和客户满意度具有显著意义。5G 时代到来后，VoNR 将成为主流语音技术，在5G 建设初期，VoNR 将和VoLTE 一起共同组成解决语音业务的基础，当手机移动到5G信号覆盖较差的区域时，需要切换到LTE 网络，由VoLTE 来提供语音服务。为给客户提供优质的语音质量和感知体验，VoLTE 语音感知优化成为当前重点研究课题之一。

1 无线侧的影响因素

在3GPP LTE 协议中，VoLTE 业务编码有AMRNB宽带（12.2k）和AMR-WB（23.85k）宽带2种编码，每20 ms 产生一个语音包，每160 ms 生成一个语音静默包，帧长20 ms。AMR-NB 和AMR-WB 的本质区别在于其语音带宽和抽样频率有所区别，NB的语音带宽范围为300～3 400 kHz，抽样频率为8 kHz；而WB 的语音带宽为50～7 000 kHz，抽样频率为16 kHz［1］。

用户语音感知差归纳为3种现象：吞字、断续和单通。吞字是指感觉对方说话不清或漏字；断续是指感觉对方说话时断时续，有明显停顿；单通是指无法听到对方说话。影响上述现象的无线侧的因素有空口时延、空口抖动、空口问题导致的丢包，各类因素说明如表1所示。

表1 无线侧VoLTE感知影响因素

2 语音通话质差模型

2.1 TD-LTE语音解决方案

TD-LTE 网络的语音解决方案主要包括SVLTE、CSFB 和VoLTE/eSRVCC 等3 种，SVLTE 属于双待终端解决方案，终端同时驻留在2G/3G 以及LTE 网络；CSFB 属于单待终端解决方案，涉及2G/3G/4G 系统，流程较复杂，呼叫时延较长；VoLTE 通过IMS网络实现高清语音功能，呼叫时延较短。TD-LTE网络3种语音解决方案的特点对比如表2所示［2］。

表2 主流语音解决方案的特点对比

2.2 空口丢包原理

VoLTE 语音包传输过程中，空口丢包是引起吞字、单通、断续的最常见原因，如何降低VoLTE 空口丢包率是提升VoLTE 语音通话质量的重要手段。上行空口丢包原理如图1所示，eNB 的PDCP层从RLC层接收到PDCP 数据包，比对本数据包的序列号和期待接收的序列号（等于已经成功接收的序列号加一），如果本序列号大于期待接收的序列号，即认为上行有丢包，丢包个数等于本序列号减去期待接收的序列号。下行空口丢包是基站侧根据终端在MAC 层反馈的确认（ACK）/否认（NACK）消息进行统计。例如，基站向终端下发了1个PDCP包，终端反馈否认消息表示未收到，基站再次重传，如果终端反馈确认消息，则表示终端已经收到，这个包不统计为丢包。如果经过多次重传终端仍然反馈否认消息，达到重传的最大次数后，基站则会统计为1个丢包。

图1 上行空口丢包原理

2.3 基于丢包的质差模型

质差模型通过5 s 时间线将用户通话进行切片［3］，每个语音切片单独打分，实时监控客户感知。单通是指连续丢包200 个，丢包率80%，相当于用户有4 s 没有听到声音，感知为单通。吞字是指当连续丢6～9 个RTP 包，即认为发生一个汉字的吞字。断续是指丢包数大于3 小于6，即未完全吞字时，一个字可被解码器译出，人耳的感知是不清晰。实测经验值发现，若切片内发生2～3 次以上单字不清晰事件，以1 个切片250个语音包估算，对应于间断性丢包10 个以上，则认为发生了丢包导致的断续，基于丢包的质差模型如图2所示。

图2 基于丢包的VoLTE质差模型

2.4 基于时延的质差模型

单通是指包间隔大于4 s，用户有约4 s 内听不到任何声音。吞字是指包间隔大于400 ms，且小于4 s，去除缓冲区150 ms后，将有250 ms时间语音解码器没有还原出任何声音，用户感知为1～2个字的时间沉默，等同于吞字，可能发生了连续丢包，或未丢包但时延过大，用户以为吞字。断续是指切片内相对时延大于解码缓冲区150 ms 时，开始发生声音形变和拉伸，但此时人耳不能明显感知，实测经验值发现，当相对时延大于200 ms 时（200 ms 为实测经验值），开始被人耳感知为断续和不清晰的语音质量，相对时延越大，断续效果越明显，基于时延的质差模型如图3所示。

图3 基于时延的VoLTE质差模型

2.5 基于丢包、时延的通话质差模型

单通是指切片时长大于等于2 s，且RTP 丢包率大于0.8；RTP 实际收包数（含静默包）小于10（经验取值），即表示切片“几乎”没有收到RTP 包；RTP 连续丢包大于等于200个；RTP最大包间隔大于等于4 s，即持续4 s 时间没有收到RTP 包。吞字RTP 非静默帧连续丢包大于等于6 个，且小于等于200 个，即短时连续丢包导致的吞字，但未达到单通程度；RTP非静默帧的最大包间隔大于400 ms且小于等于4 s，用户感知为短时无声音和停顿，连续丢包或包间抖动过大均可导致该指标异常。丢包导致的断续是指RTP 非静默帧丢包大于10 个，且非静默帧最大连续丢包数大于等于3 小于6；时延导致的断续是指以切片第1个RTP报文为基准，切片内其他RTP 报文的最大相对传输时延大于200 ms 时，将明显超出终端解码缓冲区，发生时延导致的断续。

3 无线侧的优化流程

VoLTE 用户语音感知的影响要素包括终端侧、无线侧、EPC 侧和IMS 侧等4 类，由于无线侧丢包、时延和抖动是影响语音感知的直接因素，这里从覆盖、故障、干扰、参数、邻区和容量等6方面展开分析，关联告警、MR、性能、信令等数据，定位质差小区产生问题的原因，整体的优化流程如图4所示［4］。

3.1 覆盖类

覆盖主要分为弱覆盖、超远覆盖、重叠覆盖等。超远、弱覆盖场景超出链路预算最大路损，上、下行覆盖不平衡，导致丢包。重叠覆盖，造成无线环境差，导致上下行质差丢包。针对超远覆盖、弱覆盖以及重叠覆盖问题，可以通过调整天线角度、功率参数配置、添加站点等方式进行解决。弱覆盖是指MR 弱覆盖比例大于50%，越区覆盖根据场景计算TA 的距离进行判断，农村以TA 大于2 km 占比20%为越区覆盖，城区以TA 大于1 km 占比20%为越区覆盖。重叠覆盖是指主服务小区电平大于-110 dBm，同频邻区与主服务小区的接收电平差的绝对值大于6 dB，且满足条件的邻区数≥3的小区。

3.2 故障类

常见影响性能的设备告警，共计58 种，此类告警对网络性能指标影响较大，平时需重点关注，对出现的告警需及时处理。

3.3 干扰类

LTE 干扰分为系统内干扰与系统间干扰，系统内干扰是指干扰来自于LTE 小区之间产生的干扰，影响范围呈区域性、全网性，影响范围大。系统间干扰，不同的通信制式对LTE 系统产生的干扰，影响范围为单个站点或区域站点。系统内一般引起干扰的原因有：GPS 失步干扰，参数配置错误，远距离同频干扰，小区间下行干扰，设备故障等。系统间干扰形成的原因主要有杂散干扰、交调干扰、阻塞干扰和带内同频干扰等。

3.4 参数类

核查重选、切换参数是否合理，避免由于参数原因导致感知差，通过VoLTE 参数优化，促进网络性能提升，从降低QCI上下行丢包现象，提升用户VoLTE语音感知，涉及到的关键参数有eSRVCC 切换参数、VoLTE特性参数、RLC分片特性参数、SCTP链路参数。

3.5 切换类

邻区漏配、信息配置错误、切换失败、乒乓切换导致的语音感知差问题，通过提取两两小区切换对查看小区切换，核查邻区的配置信息。

3.6 容量类

VoLTE 容量受限主要为信令信道、业务信道受限，VoLTE 相较数据业务在业务信道调度时有优先级，但在信令信道调度时确没有优先，所以如果小区内数据业务消耗过多的信令资源，会影响VoLTE 用户的感知；如果VoLTE 用户过多，业务信道会抢占数据业务，影响数据业务用户感知。网络初期，需要重点关注信令信道资源受限的情况。随着用户数的增长，需同时关注业务信道资源受限问题。