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多维场景下VOLTE语音质量和信道质量分析
引言
VoLTE 是一个全IP 的网络,可以为用户提供高速率的数据服务,无需 2G/3G 网,全部业务承载于4G 网络上,可实现数据与语音业务在同一网络下的统一[1].换言之,4G网络下不仅仅提供高速率的数据业务,同时还提供高质量的音视频通话,后者便需要VoLTE 技术来实现.VoLTE 相较2G、3G 语音通话,语音质量能提高 40% 左右[2].VoLTE 为用户带来更低的接入时延（拨号后的等待时间）,比3G 降50%,大概在2 秒左右,而2G 时代在6-7 秒.
一、影响VOLTE 语音质量的主要无线因素
VOLTE 无线优化面临更高的挑战,分四个因素的影响,VOLTE 业务对弱覆盖更加敏感,对邻区要求更高,上行干扰对语音质量影响较大,系统复杂网络众多定位困难[1],众多因素叠加导致VOLTE 业务质量优化提升较为困难.影响Volte 语音质量的因素主要有时延、抖动（时延变化）、丢包率（差错效应）、编码技术、带宽等[3].如图1.
从业务实现流程来看,一个初次签约到EPS 系统的用户,如果要实现端到端的VOIP 业务,要经过EPS 附着、IMS 注册、业务发起和会话控制、资源释放过程等几个阶段.VOLTE语音业务流程如图2 所示.
在VOLTE 通话过程中,把数据从发送地传送到目的地需要一定的时间,节点在交换信息过程中就会有产生时延.端到端的时延主要由四部分组成：一是语音的端到端网络传输时延；二是包转化时延,即语音编解码器处理语音信号所引起的算法时延；三是编码过程及将语音采样包发往分组网路时所引起的处理时延；四是用来克服数据包到达时间差异的抖动缓冲时延[2].时延严重影响语音的重现,因此降低时延对提高VOLTE 网络质量至关重要.
1.2 时延抖动
时延抖动是指时延的变化.抖动大多起源于网络中的队列或缓冲,会使数据包到达的时延产生差异,引起声音的不连续,对语音通信质量有着直接的影响.通常采用抖动缓冲技术来消除时延抖动：在接受端预留一个抖动缓冲区,当语音数据包到达时,先暂存在缓冲池中,等各包的时延基本一致后,再将语音数据包从缓冲池中平滑地取出,经解压后播放给收听者[3].抖动缓冲技术在一定限度内可以有效的消除语音抖动,但也响应的增加了网络时延.
1.3 丢包率
丢包是指语音包没有及时到达接收端而被丢弃,是影响语音质量的重要损伤因素.包的丢失会使声音断断续续,当丢包超过一定的比率时,语音会变得让用户不可接受.丢包原因可以归结于两方面：一是语音包在传输过程中遭到破坏,由于传输损伤、网络拥塞、超过生存周期等,造成丢包.二是由于时延过大,超过抖动缓冲处理能力而被丢弃[1].如果由于终端的宽带不够造成丢失,可以考虑比较适合的语音编码方式来通信；如果是中间路由器堵塞,解决措施有：采用对丢包不明显的语音编码解码器、丢包补偿、自动选择中间路由.如图3 为VOLTE 语音感知调度说明.
1.4 编解码
语音压缩编码技术的目的是为了适应不同的信道带宽,以较少的带宽产生较低的时延,不同的编码技术特性不同.
二、VoLTE 语音性能相关因素
无线网络中常见的覆盖问题主要有弱覆盖和越区覆盖,进而造成接通低、掉线率高、下载速率低等后果,直接影响用户感知.
2.1 弱覆盖优化
弱覆盖是指有信号,但是信号强度不能保证网络达到要求的区域,解决弱覆盖的思路是在保证该区域基站无故障、告警的情况下,在弱覆盖区域找一个适合信号使之增强后者新增一个主覆盖信号.一是功率提升：增加小区导频信号功率,扩大覆盖范围,增强该区域信号强度,在业务量需求较小的区域可以通过降低带宽的方式来获取更大的功率；二是天线调整：通过调整基站天线的方向角和抬升下倾角来改变或增加覆盖范围；三是小微站补盲：在解决局部区域弱覆盖时,可以采用新建小微站或者直放站来进行信号补盲；四是新建宏站：在合适位置新建宏站可以解决大范围覆盖,也同时满足大话务量需求.
越区覆盖是指某一小区信号覆盖范围过大,在本应该是其他小区覆盖区域内仍然成为主覆盖小区,越区覆盖容易产生孤岛效应,引起错误切换或无法切换,最终导致用户掉话,越区覆盖的思路是合理控制各小区覆盖范围.
2.2 干扰优化
干扰是影响网络质量的重要因素,对VOLTE 通话质量、掉话、切换、硬塞等均有显著影响.根据干扰源的不同,主要分为系统内干扰和系统外干扰.引起系统内干扰的因素主要有设备设备故障、PCI 干扰、重叠覆盖引起的子载波间干扰.对于设备故障,需要及时排障处理,并加强日常网络监控,及时发现告警,强化维护力度.系统外干扰主要有外部设备引起,有杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰.
2.3 切换优化
无线通信的一个显著特点就是移动性,为保障其业务的连续性,切换的重要不言而喻.LTE 网络的切换过程主要有切换测量、切换判决和切换执行.
2.4 系统参数优化
虽然VOLTE 的会话控制功能在IMS 中,但是在无线侧通过相关系统参数的优化,也会对VOLTE 的通话体验产生立竿见影的效果.常见的系统参数优化包括干扰规避参数、小区选择/ 重选参数、无线资源管理参数（切换控制、功率控制、资源分配策略）等.如修改QCI 相关参数可以提高VOLTE 呼叫接通率.
三、无线环境对VOLTE 语音质量的影响
为验证无线环境对VOLTE 语音质量MOS 值的影响,分别从两个维度（单小区和大数据）、单个无线参数（RSRP/SINR/RSRQ）进行全面分析,得出四者相关性.
3.1 单小区验证
终端一直占用固定小区,验证期间,不发生异频切换,由-125 至-70 区间,按照每5dbm 逐级递减,分别测试5 分钟,至到电平衰减至-125 结束.（图1）
结论：VOLTE 语音质量MOS 值与RSRP/SINR/RSRQ 正相关,MOS ＞ 3,要求RSRP ＞ -115,RSRQ ＞ -10,SINR＞ 5.
3.2 多轮路测
整个荆州5 轮路测数据,数据采样点达到500 多万条.海量数据处理：以每个VOLTE 语音质量MOS 值为基准,向前35 个数据（RSRP/SINR/RSRQ）取平均；以RSRP/SINR/RSRQ 为基准,各自分段统计其中的MOS 均值.（图2）结论：RSRP ＜ -100 后,MOS 快速下降,与重叠覆盖、无主覆盖,和QCI 的A2 门限设置,三个因素相关；SINR ＜ 6后,MOS 快速下降；RSRQ ＜ -9 后,MOS 快速下降,与重叠覆盖、无主覆盖两个因素相关.
MOS 与RSRP/SINR/RSRQ 正相关,MOS ＞ 3.5, 要求RSRP ＞ -100,RSRQ ＞ -9,SINR ＞ 6.
3.3 不同场景验证- 切换场景
选取4 种场景进行验证,即同频切换、异频切换、乒乓切换、异频异系统切换.如表1：
结论：切换均会降低MOS 值,尤其在进行乒乓切换时,MOS 值会大幅度下滑；异频异系统测量参数配置对MOS 存在一定影响,将A2 门限设置低些,可在一定程度上提升MOS 值.
3.4 不同场景验证- 高负荷场景
将场景负荷分为三类：一是低负荷,用户数100 以下；二是中等负荷,用户数200 左右；三是高负荷,用户数达300 以上.如表2：
结论： 在不同负荷程度的小区上进行业务, 对MOS ≥ 3.5 占比影响较大；在日常优化中,应将小区用户数控制在300 以内,避免用户使用VOLTE 业务出现杂音护着失真现象.
四、结论
通过分析VOLTE质量无线影响因素和语音性能相关性,对VOLTE 语音质量与RSRP/SINR/RSRQ 相关性进行仿真验证,结果表明无线环境（RSRP、SINR、RSRQ）与MOS 结果呈正相关性,RSRQ 与MOS 的曲线斜率最大,影响最明显,上行干扰对MOS>3.5 分布有明显影响,频繁切换和ESRVCC切换对MOS 的影响明显,小区处于高负荷时,MOS>3.5 分布受到明显影响.
提升MOS 性能主要手段RF 基础优化、频繁切换优化、上行干扰优化和容量优化,为以后全部优化VOLTE 提供参考.
场景论文范文结:
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