VoLTE语音质量优化案例

1VoLTE语音质量优化2案例1：VoLTE窄带与宽带语音质量对比【问题现象】在3GPPLTE中，VoLTE业务编码有AMR-NB窄带和AMR-WB宽带两种编码，两种编码速率具有不同的话音质量，所以又分别称为VoLTE标清语音（或VoLTE12.2kbps）和VoLTE高清语音（或VoLTE23.85kbps）。【问题分析】AMR-NB和AMR-WB这2种编码具有如下特点：每20ms产生一个语音包，包括了RTP/UDP/RLC-Security压缩头；每160ms生成一个SID语音静默包。帧长20ms；AMR-NB编码特点为：4.75kbps到12.2kbps共8个码率，分别为：4.75、5.15、5.9、6.7、7.4、7.95、10.2、12.2kbps；采样率为8kHz。AMR-WB编码特点为：6.6kbps到23.85kbps共8个码率，分别为：6.6、8.85、12.65、14.25、15.85、18.25、19.85、23.05、23.85kbps；采样率为16kHz。可见两者显著的差异是采样速率不一样，窄带一个语音帧是160个点，宽带一个语音帧采样320个点。AMRNB的语音带宽范围：300－3400Hz，8KHz采样。AMRWB的语音带宽范围：50－7000Hz，16KHz采样。用户可主观感受到话音比以前更加自然、舒适和易于分辨。AMRWB与AMRNB不同之处在于AMRWB按16kHz采样，分别按频率带50~6400Hz和6400~7000Hz进行编码。用来降低复杂度，AMRWB将位算法集中到更重要的频率区。低频带使用ACELP算法进行编码。添加几个特征来达到一个高的主观质量。线性预测（LP）算法是在每隔20ms的帧要进行一次线性预测算法，每5ms搜索一次自适应码本，这个过程是3在12.8Kbs速率下进行。高频带是在解码器端使用低带和随机激励的参数重建的,目的是调整与在声音基础上的低频有关的高频带.高频带的声频通过使用由低带LP过滤器产生的LP滤波器进行重建。AMRWB与AMRNB的MUSHRA评分（multi-stimulustestwithhiddenreferenceandanchor，ITU-RrecommendationBS.1534.)参考见下图。利用传统的MOS值进行AMR-NB和AMR-WB进行对比测试，结果如下图：由以上分析可见AMR-WB比AMR-NB有更高的话音质量。【问题解决】在语音质量上AMR-WB更优于AMR-NB，因此AMR-WB又称为高清语音。4.324.284.254.224.184.164.084.053.64.144.14.053.93.853.73.63.50.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.0023.85,12.223.05,10.219.85,7.9518.25,7.415.85,6.714.25,5.912.65,5.158.85,4.756.6AMR-WBAMR-NB4案例2：VoLTE与GSM语音质量比较【问题现象】杭州现场使用POLQASWB评分标准，评估GSM打GSM，VoLTE（23.85kbps）和VoLTE（12.65kbps）三种长呼语音质量，VoLTEMOS相比GSM有较大改善，MOS评分参见下表。语音拨打类型MOS(POLQASWB)2G打2G2.64VoLTE（23.85kbps）3.98VoLTE（12.65kbps）3.84【问题分析】2G使用窄带语音AMR-NB12.2k和EFR编码方式，使用POLQASWB评分时会比传统PESQ评分会低，具体映射关系如下：表从上可以看出：AMR（12.2k）/EFRPOLQA评分先比PESQ评分低0.5分左右。按照上表，将2G打2GMOS(POLQASWB)折算为PESQMOS分应为2.64+0.5=3.14分。分析2GMOS分值，大量2分MOS分值对应的语音编码方式为EFR，AMR12.2k编码MOS分一般在3分左右。【问题解决】POLQASWB评分按照64Kbps采样率进行语音质量评分，评分标准比传统PESQ高。同样的2G语音，POLQA评分先比PESQ评分低0.5分左右。5案例3：VoLTE与OTT语音质量比较【问题现象】微信电话本是腾讯公司在2014年11月11日推出的基于微信的VoIP电话，其具有低接通时延、无通信费用（仅有流量费用）和高清晰音质等特点。微信电话本对语音业务有很强的替代作用。对微信电话本和VoLTE电话进行了对比测试，分析其产品差异。【问题分析】VoLTE试点区域内共有4G基站400个，主覆盖区域为D频段，覆盖良好。使用设备为ASCOM公司的TEMS16.1.3，测试手机为HTCM8t。1、音质对比分析从现有的PDCP层速率和MoS进行推测，微信电话本采用的编码为skype的SILKCodec。SILKCodec是一个语音和音频编解码算法,对于音频带宽、网络带宽和算法复杂度都具有很好的弹性，支持4种采样率：8KHz、12KHz、16KHz、24KHz；三种复杂度：低、中、高。编码码率在6~40kbps（不同采样率具有不同的码率范围）以及还支持VAD、DTX、FEC等模块，已经在QQ，AIM，GOOGLETALk上使用，性能在高掉包环境下优于AMR-WB。为适应其编码方式，这里采用的打分标准使用基于48K采样的POLQA。微信电话本在好点（-88.33dBm，12.67）下，其MoS可以达到3.78，在坏点为1.93。在坏点的条件下，其6时延，抖动，丢包都在急剧上涨，用户感知急剧降低。而VoLTE具备QoS保障，其MOS比较稳定，无明显波动，祥见下表。对比项目RSRPSINR端到端时延（POLQA）抖动（ms）丢包率（%）最大连续丢包数（%）控制面切换中断时延MOS微信电话本-88.3312.67无7.210.332.0035.623.78-116.970.941151.0028.444.73无数据1.93VoLTE-89.5311.72255.148.130.093.4031.313.86-114.830.53227.365.930.252.003.89为进一步对其微信电话本的语音MOS值进行分析，找出其能力拐点，优化人员对其RSRP的从-125dBm到-110dBm，SINR从-4到10的范围进行测试，详见下图。从RSRP走势中可以看出:在RSRP-110dBm，SINR10的在LTE轻载网络环境下，MOS可以保持在3.5以上。当RSRP-111dBm的时候，语音质量会出现大幅提升，MoS会大于3.22，已经超过了GSM的MoS，其音质和VoLTEAMR-WB在感知上差异不大。从SINR走势中可以看出，其在3的时候，其质量会出现大幅提升，MoS会到2.85以上，1.882.151.791.781.781.781.981.901.741.741.711.571.511.883.222.62.92.92.92.933.33.33.43.43.53.63.63.73.701234012345-125-124-123-122-121-120-119-118-117-116-115-114-113-112-111微信和VoLTE的RSRP走势对比微信-MOSVoLTE-MOS1.831.821.911.761.841.872.012.302.852.552.592.533.193.503.703.803.53.63.63.63.63.73.73.73.83.83.83.83.83.83.83.801234-5-4-3-2-1012345678910微信和VoLTE的SINR走势对比微信-MOSVoLTE7已经超过GSM的EFR的MoS，当SINR提升到9的时候，其值已经和VoLTE差距不大。下图4个波形分为标准语料，GSM波形，VoLTE波形和微信波形。微信语音压缩方法与2G/4G不一样，微信语音对标准语料毛刺部分压缩比较干净，将标准语音样本中的背景噪声被简单给过滤掉了，故MOS峰值较低。在同样的MOS分下，用户可能会觉得微信声音更加干脆清澈。测试标准语料GSM语音波形VoLTE23.85高清语音波形微信电话本语音波形2、容量对比分析微信电话本采用SLIK编码，具备VAD、DTX、FEC能力，具备不连续发射，静默期检查，前向纠错能力。微信电话本传输效率要低于VoLTE。下表为微信电话本和VoLTE在好点时候的资源占用情况。微信电话本和VoLTE高清语音的网络好点资源占用对比类型SINR下行上行物理层速率（kbps）PDCP速率（kbps）平均MCSRB数TBsize（bite）物理层速率（kbps）PDCP速率（kbps）MCSRB数TBsize（bite）微信电话本18.2658.1440.2719.773.281268.2452.7640.3322.452.51285.14VoLTE20.0218.211.1315.262.8819.4721.8211.2122.011.681086.69微信语音每TTI调度RB数和VoLTE（23.85k）基本近似，微信没有语音静默包，每TTI调度次数明显高于VoLTE，微信语音总调度RB数明显高于VoLTE。8微信电话本和VoLTE高清语音的网络差点资源占用对比（下行）类型SINR物理层速率（下行）PDCP速率（下行）传输模式MCS每TTIRB数总调度RB数TBsize微信电话本-0.0950.4836.232.006.3111.94910.89668.44VoLTE0.0215.6110.442.154.958.78227.22590.79微信语音包走默认承载，没有RoHC功能，语音包大于VoLTE，与不打开RoHC的VoLTE语音包相似）。RoHC功能开启对VoLTE语音包压缩参见下表。语音AMR封装负荷RTPUDPIPPDCP头RLC头MAC头TotalVoLTE23.85477+21966432088161010VoLTE23.85（RoHC）477+21408816570微信语音没有语音静默包，不具备头压缩功能，导致微信PDCP速率（40k左右）高于VoLTE（10k左右）。按好点的包大小计算，微信语音每分钟消耗流量为（40.27+40.33）*60/8=600kbyte，其通话一个小时占用流量为35Mbytes。如按移动的50元1G进行收费，其50元可以通话1700分钟左右，折合3分钱/分钟，且无长途，漫游费用，其资费优势明显。在差点时，微信语音掉包和时延会恶化，资源占用会加大。从现网测试情况看：在-110dBm，SINR=0的情况下，会占用12个RB,资源占用增加了三倍，VoLTE占用9个RB。在资源紧张时，VoLTE有QoS保障机制，语音各项指标会远好于微信电话本。从无线环境和微信电话本语音包大小进行走势对比，可以清楚的发现：当其无线环境好的时候，其语音包较大，语音采样编码方式越高，语音越清晰，用户感知越好。当无线环境恶化时，语音采样编码方式变差，用户感知不好。0500100015002000-6-4-20246810121416微信电话本语音包大小与SINR关系包大小（byte）802804806808801,0801,280-128-125-122-119-116-113-109-106-103-100-90-86-83-80微信电话本语音包大小与RSRP关系包大小（bite）9案例4：小区边缘通话时下行BLER较高导致质差【问题现象】统计发现，爱立信VoLTE测试的DLBLER在SINR低于-2dB后严重下降，高于10%。【问题分析】其他厂家多在8天线的环境下测试，而爱立信的测试结果都是在2天线的环境下测试得出，少了波束赋形的增益。【问题解决】在8天线的环境下，DLBLER有了较大的提高，在SINR=-6左右也没有达到10%。【问题后续建议】在8天线的环境下，DLBLER的指标有大幅提升，BLER控制在10%之内。厂家应针对2天线环境提出