黎建波

（中國電信股份有限公司湖南分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

1 引言

MOS值是衡量通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的重要指標(biāo)，在MOS語音評(píng)估方法中，0代表語音質(zhì)量最差，5代表語音質(zhì)量最好。目前在用的3G UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）的MOS值一般為2.2~2.8分。VoLTE是LTE網(wǎng)絡(luò)的端到端高清視音頻解決方案，是基于IMS網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P視音頻技術(shù)。相比傳統(tǒng)的2G/3G語音技術(shù)，VoLTE的MOS值有明顯的提升，一般為3.5~4分。

語音源、終端、空口、eNB、傳輸、核心網(wǎng)等都是影響MOS值的重要因素，本文著重探討空口的RoHC、RLC、TTI bundling三種技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響。

2 MOS增強(qiáng)技術(shù)

（1）RoHC（Robust Header Compression，健壯性報(bào)頭壓縮技術(shù)）

全I(xiàn)P技術(shù)的VoLTE語音數(shù)據(jù)包的一個(gè)顯著特點(diǎn)是IP頭部數(shù)據(jù)包開銷過大。以12.2的編碼方式為例，有效凈負(fù)荷為32個(gè)字節(jié)，而一個(gè)IPv6報(bào)頭約60個(gè)字節(jié)，頭部開銷可達(dá)188%，帶寬利用率不足35%，即使是報(bào)頭開銷相對(duì)較小的IPv4報(bào)頭也需要40個(gè)字節(jié)，頭部開銷也達(dá)到125%，帶寬利用率僅44%。

但實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸過程中，相鄰的甚至同一分組報(bào)文中，都存在冗余信息，冗余信息約占用50%左右的報(bào)頭開銷?；诖?，RoHC將IP報(bào)頭分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、半動(dòng)態(tài)3個(gè)部分。如IP地址等數(shù)據(jù)可作為靜態(tài)報(bào)頭，僅需在初次傳送時(shí)發(fā)送；如實(shí)際的語音數(shù)據(jù)，作為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)按實(shí)傳送；如IP-ID等可由上下文推算出來的數(shù)據(jù)，僅需發(fā)送必須的數(shù)據(jù)。RoHC通過對(duì)冗余信息的壓縮，降低了PRB的占用率，提高了網(wǎng)絡(luò)的容量，同時(shí)也提升了MOS值。

（2）TTI bundling

TTI（Transmission Time Interval，傳輸時(shí)間間隔）是指MAC層的一個(gè)傳輸塊的時(shí)間長(zhǎng)度。在LTE中的一個(gè)TTI即為一個(gè)子幀（1 ms），傳輸時(shí)延較小。無線傳輸場(chǎng)景通常上行受限，UE因功率較小，處于小區(qū)邊緣的時(shí)候更容易出現(xiàn)丟包情況，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`塊率（BLER）通常較高，從而影響語音通話質(zhì)量。

因此增加小區(qū)邊緣數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間間隔能降低因時(shí)間間隔較小而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包情況。TTI bundling是將幾個(gè)連續(xù)子幀捆綁在一起用于傳輸同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，從而增加了數(shù)據(jù)塊的傳輸時(shí)長(zhǎng)，如：將4個(gè)子幀捆綁傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)長(zhǎng)從1 ms延長(zhǎng)至4 ms，從而提高了數(shù)據(jù)解碼的成功率。在基站端，只有當(dāng)所有捆綁的上行幀都被接收后，eNodeB才會(huì)反饋HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求）的ACK/NACK（應(yīng)答/非應(yīng)答）信息，這樣就避免了過多的HARQ重傳。

TTI bundling技術(shù)增加了每個(gè)數(shù)據(jù)塊的傳輸時(shí)長(zhǎng)，因而傳輸時(shí)延相對(duì)較長(zhǎng)，但是對(duì)小區(qū)邊緣場(chǎng)景MOS值的提升有較大的改善，提升了LTE的上行覆蓋范圍。

（3）RLC分片

同樣是因?yàn)樵谛^(qū)邊緣，上行受限導(dǎo)致語音質(zhì)量問題，RLC（Radio Link Control，無線鏈路層控制協(xié)議）分片技術(shù)是將一個(gè)較長(zhǎng)的RLC SDU（Service Data Unit，服務(wù)數(shù)據(jù)單元）數(shù)據(jù)包分割成2個(gè)或者4個(gè)較短的小數(shù)據(jù)包，減小在每一個(gè)子幀上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度，確保能在規(guī)定的TTI時(shí)隙內(nèi)完成一個(gè)完整數(shù)據(jù)包的傳輸，達(dá)到降低數(shù)據(jù)丟包率、提升信號(hào)質(zhì)量的目的，進(jìn)一步增強(qiáng)上行覆蓋范圍。

RLC（Radio Link Control，無線鏈路層控制協(xié)議）普遍應(yīng)用在當(dāng)前的無線通信系統(tǒng)中，為用戶和控制數(shù)據(jù)提供重傳和分段功能。RLC層有三種傳輸模式，AM模式又稱確認(rèn)模式，是三種模式中最重要的一種，發(fā)送側(cè)先要在高層數(shù)據(jù)上添加必要的控制協(xié)議開銷然后才進(jìn)行傳送，并確保傳遞到對(duì)等實(shí)體。實(shí)體是RLC層實(shí)現(xiàn)功能的基本單元，不同的模式對(duì)應(yīng)不同的實(shí)體，如在AM模式下的RLC實(shí)體稱為AM實(shí)體。RLC實(shí)體從上層接收RLC SDU，然后添加控制協(xié)議開銷進(jìn)行封裝，封裝之后的數(shù)據(jù)RLC PDU（Packet Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）通過下層發(fā)送至對(duì)端對(duì)等的RLC實(shí)體。其中，AM模式具備ARQ（Automatic RepeatreQuest，自動(dòng)重傳請(qǐng)求）機(jī)制，接收端的AM實(shí)體接收到數(shù)據(jù)后，向發(fā)送端的AM實(shí)體回復(fù)狀態(tài)報(bào)告，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸是否有效，對(duì)于無效傳輸，發(fā)送端再重傳對(duì)應(yīng)的RLC PDU數(shù)據(jù)。AM實(shí)體的ARQ機(jī)制能確保數(shù)據(jù)的有效性，確保無線信道信息的可靠傳輸。

RLC分片技術(shù)增加了數(shù)據(jù)包的數(shù)量，對(duì)輕載或中載網(wǎng)絡(luò)更為適合。

3 MOS值常用測(cè)試方法

根據(jù)ITU-T P.800.1定義，業(yè)界的語音質(zhì)量評(píng)估方法可以分類為主觀測(cè)量方法、客觀測(cè)量方法、估計(jì)測(cè)量方法。

ITU-T P.800定義的PAMS（Perceptual Analysis Measurement System，知覺分析測(cè)試系統(tǒng)）是由英國電信提出的主觀測(cè)試方案，以大量主觀測(cè)試為基礎(chǔ)，通過波形對(duì)比建立波形差與主觀評(píng)分的客觀算法，提供一種預(yù)測(cè)主觀評(píng)分的手段。

ITU-T P.861定義的PSQM（Perceptual Speech Quality Measure，知覺通話質(zhì)量測(cè)試）是由荷蘭的KPN提出，以大量主觀測(cè)試為基礎(chǔ)分析現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的設(shè)備性能（如信噪比、誤碼率、編碼壓縮損傷和傳輸損傷等），建立語音質(zhì)量與主觀評(píng)分的算法。

ITU-T P.862定義的PESQ（Perceptual Evaluation of Speech Quality，知覺通話質(zhì)量評(píng)估）是前兩者結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今通信領(lǐng)域通用的標(biāo)準(zhǔn)，但不適配VoLTE的語音質(zhì)量測(cè)試。

ITU-T P.863定義的POLQA（Perceptual Objective Listening Quality Assessement，知覺客觀語音質(zhì)量評(píng)估）是PESQ的升級(jí)版，是將已經(jīng)準(zhǔn)備好的語音樣本，通過軟件傳送到語音盒，再由語音盒通過語音線把樣本傳到手機(jī)。發(fā)送方從語音盒接收樣本，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳到接收方，接收方將接收的語音樣本通過語音線傳回到語音盒。通過將語音盒的發(fā)送和接收的兩個(gè)樣本進(jìn)行對(duì)比，客觀地評(píng)出無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)語音信號(hào)的干擾。

4 測(cè)試分析

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境選取基站近點(diǎn)（RSRP＞-70 dBm，SINR＞20 dB）及遠(yuǎn)點(diǎn)（RSRP＜-90 dBm，SINR＜10 dB）測(cè)試上述三種技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響，MOS值的測(cè)試方式采用POLQA，測(cè)試工具采用鼎力PILOT PIONEER，測(cè)試情況如下所示：

（1）RoHC技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響

編碼方式使用12.2，有效凈負(fù)荷為32字節(jié)，使用IPv6報(bào)頭，測(cè)試結(jié)果如圖1所示：

圖1 RoHC技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響

結(jié)論：測(cè)試結(jié)果表明，RoHC對(duì)VoLTE MOS值的影響并不明顯，主要是因?yàn)檫x取的測(cè)試站點(diǎn)業(yè)務(wù)量較少，RoHC是否開啟可以根據(jù)基站的負(fù)載情況靈活選擇。

（2）TTI bundling技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響

開啟TTI bundling功能，以4個(gè)連續(xù)子幀捆綁為例進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

結(jié)論：TTI bundling技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的提升在0.1左右，提升較為明顯，對(duì)于無線傳輸條件較差的場(chǎng)景，可以選擇性地開啟。

（3）RLC分片技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響

圖2 TTI bundling技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響

對(duì)RLC SDU進(jìn)行2分片測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示：

圖3 RLC分片技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響

結(jié)論：RLC分片技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的提升在0.06左右，對(duì)于無線傳輸條件較差的場(chǎng)景，可以選擇性地開啟。但是RLC分片技術(shù)會(huì)帶來額外的網(wǎng)絡(luò)容量負(fù)擔(dān)，因此需要綜合考慮語音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載兩方面情況選擇合適的分段方式。

5 結(jié)論

本文討論了RoHC、TTI bundling、RLC分片三種技術(shù)對(duì)VoLTE MOS值的影響，其中RoHC是一種報(bào)頭壓縮技術(shù)，提高了無線信道的利用率，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)容量；TTI bundling、RLC分片兩種技術(shù)都是從TTI時(shí)隙較小引起的數(shù)據(jù)傳輸丟包的問題出發(fā)，TTI bundling是將多個(gè)子幀捆綁用于傳輸同一個(gè)傳輸塊，提高解碼的成功率；而RLC分片技術(shù)是將數(shù)據(jù)塊進(jìn)行分割，減小單個(gè)子幀上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而提高數(shù)據(jù)的解碼成功率。

測(cè)試結(jié)果表明，RoHC對(duì)MOS值的影響不大，但是TTI bundling和RLC分片技術(shù)在無線環(huán)境較差的情況下，對(duì)MOS值的提升較為明顯。基站可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際負(fù)荷情況，選擇性開啟相關(guān)功能以提升語音質(zhì)量。