張偉偉　北京中創(chuàng)信測信息技術(shù)有限公司監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品線產(chǎn)品規(guī)劃部博士

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某省移動VoLTE語音質(zhì)量分析報告

張偉偉北京中創(chuàng)信測信息技術(shù)有限公司監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品線產(chǎn)品規(guī)劃部博士

編者按：在VoLTE通話過程中，語音通過不同的網(wǎng)元進行傳輸，網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的問題會造成語音質(zhì)量變差，從而直接影響用戶的通話體驗，使用戶滿意度指標下降。北京中創(chuàng)信測信息技術(shù)有限公司監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品線產(chǎn)品規(guī)劃部張偉偉撰寫的《某省移動VoLTE語音質(zhì)量分析報告》一文基于中創(chuàng)公司采集的現(xiàn)網(wǎng)語音數(shù)據(jù)對某省移動的VoLTE語音質(zhì)量進行了分析，有助于維護人員更好地維護VoLTE網(wǎng)絡(luò)。

摘要VoLTE通話過程中，語音通過不同的網(wǎng)元進行傳輸，由于網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的問題會造成語音質(zhì)量變差，從而直接影響用戶的通話體驗。因此，有必要對VoLTE通話的語音質(zhì)量進行分析。本文首先對比了VoLTE和OTT語音質(zhì)量，介紹了VoLTE系統(tǒng)的優(yōu)勢。然后，基于中創(chuàng)公司采集的現(xiàn)網(wǎng)語音數(shù)據(jù)對某省移動的VoLTE語音質(zhì)量進行了分析。本文包括的5個應(yīng)用功能分別是語音MOS值分析、高清語音質(zhì)量分析、語音失真性分析、語音單通故障分析和語音斷續(xù)故障分析?；谶@些語音質(zhì)量分析功能，可幫助維護人員對VoLTE網(wǎng)絡(luò)進行更好的維護。

關(guān)鍵詞VolTE語音質(zhì)量MOS評分單通現(xiàn)場

1　VoLTE系統(tǒng)簡介

隨著智能手機終端的普及和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，移動手機用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量顯著增加；為了能夠為用戶提供更高速率的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通道，4G LTE （Long Term Evolution）技術(shù)應(yīng)運而生。VoLTE（Voice over LTE）是4G時代的最終語音解決方案，為LTE手機終端提供的一種語音業(yè)務(wù)。

2/3G手機終端、LTE雙待手機終端是使用2/3G無線網(wǎng)和核心網(wǎng)電路域提供的語音業(yè)務(wù)；CS FallBack LTE手機終端的話音業(yè)務(wù)是從LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)回落到2/ 3G無線網(wǎng)和核心網(wǎng)電路域的，仍舊是電路域提供的語音業(yè)務(wù)；VoLTE手機終端則是利用LTE無線網(wǎng)和EPC核心網(wǎng)提供的IP承載通道接入IMS核心網(wǎng)，由IMS相關(guān)業(yè)務(wù)平臺提供語音業(yè)務(wù)呼叫出來。可見，VoLTE語音解決方案與2/3G、LTE雙待、LTE CS FallBack的語音解決方案完全不同。

LTE雙待、LTE CS FallBack手機終端的語音業(yè)務(wù)均嚴重依賴2/3G無線網(wǎng)和核心網(wǎng)電路域，而語音業(yè)務(wù)又是移動手機用戶的基礎(chǔ)通信業(yè)務(wù)，因此面向手機用戶的移動運營商在建設(shè)和運營4G LTE網(wǎng)絡(luò)的同時，必須保證有一張2G或3G無線網(wǎng)以及核心電路域。若移動運營商希望僅通過一張4G LTE網(wǎng)絡(luò)同時滿足移動手機用戶的語音業(yè)務(wù)和IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則必須采用VoLTE技術(shù)。

采用VoLTE技術(shù)的手機終端通過4G LTE無線網(wǎng)和EPC（Evolved Packet Core）核心網(wǎng)提供的IP數(shù)據(jù)通道接入IMS（IP Multimedia Subsystem）核心網(wǎng)，由IMS核心網(wǎng)分析被叫號碼，將呼叫接續(xù)到被叫用戶；由IMS業(yè)務(wù)平臺負責(zé)用戶的語音業(yè)務(wù)控制。IMS支持豐富的接入類型和多媒體業(yè)務(wù)，早已被3GPP、GSMA確定為移動語音向All IP演進的標準架構(gòu)?；贗MS核心網(wǎng)和IMS業(yè)務(wù)平臺的VoLTE語音業(yè)務(wù)，不但能夠提供音頻語音業(yè)務(wù)，而且還能夠支持視頻語音業(yè)務(wù)，以及智能網(wǎng)等增值業(yè)務(wù)，為VoLTE用戶帶來更好的語音業(yè)務(wù)體驗；同時，也能夠為VoLTE用戶提供短信業(yè)務(wù)以及更豐富的消息類業(yè)務(wù)。

2　VoLTE和OTT語音質(zhì)量的對比

VoLTE（Voice over LTE）是4G時代的最終語音解決方案，為LTE手機終端提供的一種語音業(yè)務(wù)。OTT （Over The Top）是指第三方業(yè)務(wù)提供商通過互聯(lián)網(wǎng)向電信運營商用戶提供的各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)。目前，典型的OTT業(yè)務(wù)包括騰訊公司提供的微信和QQ服務(wù)等。

OTT語音指利用OTT技術(shù)提供的數(shù)據(jù)話音業(yè)務(wù)。目前，互聯(lián)網(wǎng)OTT廠商的語音產(chǎn)品，如Skype、微信等，在4G高速上網(wǎng)的條件保證下，與傳統(tǒng)的運營商語音業(yè)務(wù)形成了競爭。那么，VoLTE和OTT所提供語音的區(qū)別有哪些？VoLTE語音通信具有哪些優(yōu)勢？下面進行一一介紹。

●VoLTE語音優(yōu)勢之一：在技術(shù)上，VoLTE具有技術(shù)保障

VoLTE有4大技術(shù)保障其語音業(yè)務(wù)提供高標準的QoS（服務(wù)質(zhì)量）：一是SPS半持續(xù)調(diào)度，減少控制信令開銷，提高控制信道可調(diào)度用戶數(shù)；二是TTIbundling，可以提升上行覆蓋性能；三是RoHC包頭壓縮，減少數(shù)據(jù)包頭開銷，從而對VoLTE業(yè)務(wù)信道覆蓋和容量有顯著增益；四是DRX非連續(xù)接收，允許UE不再一直監(jiān)視PDCCH信道，從而達到終端省電的目的。

OTT語音應(yīng)用都是基于VoIP技術(shù)的，包括微信、QQ、來往、易信等都具有VoIP特性。所謂VoIP，即Voiceover Internet Protocol，是將模擬聲音訊號（Voice）以數(shù)據(jù)封包（Data Packet）的形式在IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（IPNetwork）上做實時傳遞。由于OTT沒有QoS端到端保障，體驗受網(wǎng)絡(luò)波動影響很大，所以VoLTE體驗無論質(zhì)量和穩(wěn)定都要優(yōu)于OTT同類應(yīng)用。

●VoLTE語音優(yōu)勢之二：在通話上，VoLTE有更小的時延，更高的質(zhì)量

在業(yè)內(nèi)，VoLTE有“通話好聲音”之稱。與傳統(tǒng)通訊相比，VoLTE的語音更清晰。VoLTE采用50～7000Hz的AMR-WB 23.85kbit/s編碼方式。而傳統(tǒng)語音通話一直采用300～3400Hz的語音編碼。由于音域更廣，同樣的語音通話，自然是VoLTE的語音清晰、效果更逼真。

與傳統(tǒng)通訊相比，VoLTE的接通時間更短，呼叫時延是2/3G通話的1/10。通常，2/3G通話從客戶開始撥打到返回提示音（或彩鈴）平均約需6～9s，而基于VoLTE技術(shù)的4G高清通話平均等待時間僅需2s左右，未來可以控制在1s以內(nèi)。那么，在VoLTE與OTT應(yīng)用之間，兩者的對比情況又如何呢？據(jù)中國移動對VoLTE 和OTT進行網(wǎng)絡(luò)實測：VoLTE的MOS值為3.6～3.8，時延為2.2～2.5s；OTT的MOS值為2.1～3.5，時延為2.5～7.5s。

MOS值是衡量通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的重要指標，0分代表最差的質(zhì)量，5分為最高分。其主要反應(yīng)的是用戶的感知度，一般和語音編碼方案、信號強度、干擾情況、切換情況等有關(guān)。

即便是在4G信號較弱的地方，VoLTE也能實現(xiàn)與現(xiàn)網(wǎng)2/3G的語音互通和無縫切換。通過eSRVCC，VoLTE的切換時延已降低至300ms以內(nèi)，人耳基本無法感知。而OTT應(yīng)用一旦從4G網(wǎng)絡(luò)掉到2G網(wǎng)絡(luò)，語音通話就會中斷。

●VoLTE語音優(yōu)勢之三：在安全性上，VoLTE業(yè)務(wù)網(wǎng)更可靠

VoIP建立在Internet基礎(chǔ)之上，繼承了IP網(wǎng)絡(luò)易受攻擊的先天不足。VoIP有不少弱點和安全隱患，比如其服務(wù)器容易遭受病毒、網(wǎng)上黑客等的攻擊。但其中，最為人所擔(dān)憂的就是——VoIP與傳統(tǒng)通信相比更容易實現(xiàn)竊聽。由于VoIP技術(shù)的常用協(xié)議本身是開放的，一些竊聽方式能將在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的語音數(shù)據(jù)加以重放，就會造成用戶通信信息的泄露，就連用戶的IP電話的登錄密碼也會被竊取。所以，安全性問題一直制約著VoIP的進一步發(fā)展。

而VoLTE業(yè)務(wù)走的是中國移動具有高可靠性及安全性的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。通過IMS域、EPS域及PCC架構(gòu)的聯(lián)合保障，語音業(yè)務(wù)端到端時延、誤碼率等服務(wù)質(zhì)量也都獲得嚴格保證，這些都是OTT語音業(yè)務(wù)無法做到的。

另一方面，VoLTE也是以真實手機號和實名制為前提的，信息安全更有保障。

●VoLTE語音優(yōu)勢之四：在頻譜效率上，VoLTE擁有更高的頻譜效率

VoLTE在語音業(yè)務(wù)上擁有更高的頻譜效率，這意味著單位頻譜上可承載更多的語音用戶。OTT語音還會與其他業(yè)務(wù)搶占公共帶寬資源，體驗受網(wǎng)絡(luò)波動影響大。在網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力較大的時候，OTT語音易出現(xiàn)誤碼、丟包、時延大等一系列服務(wù)質(zhì)量問題。而VoLTE擁有QoS保障，滿足語音高優(yōu)先級需求，掉話率很小。

3　VoLTE語音質(zhì)量分析整體框架

在4G網(wǎng)絡(luò)高速接入的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，大流量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將得以發(fā)展，各種多媒體業(yè)務(wù)將極大豐富用戶的移動終端。語音業(yè)務(wù)是運營商的傳統(tǒng)主營業(yè)務(wù)，在4G時代的很長一段時間內(nèi)仍將是其重要的服務(wù)業(yè)務(wù)。但在LTE網(wǎng)絡(luò)中，所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括語音數(shù)據(jù)都將做為IP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，語音不再擁有專用的數(shù)據(jù)通道，所以VoLTE與E-mail、彩信、HTTP等業(yè)務(wù)一樣，也是多種數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)中的一種，其也是運行在EPS為用戶建立的數(shù)據(jù)承載面中。

在對VoLTE網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測的時候，不僅要從信令面進行基礎(chǔ)信令監(jiān)測，還需要從媒體面，對媒體業(yè)務(wù)質(zhì)量進行監(jiān)測。VoLTE通話過程中，語音/視頻通過不同的網(wǎng)元進行傳輸，由于網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備的問題會帶來不同的傳輸質(zhì)量。由于語音/視頻質(zhì)量直接地影響著用戶體驗，因此需要對VoLTE通話的語音/視頻質(zhì)量進行分析和監(jiān)測。所以監(jiān)測和保證VoLTE網(wǎng)絡(luò)的媒體面的語音/視頻的感知質(zhì)量，也是運營商目前需要解決的重要問題。

根據(jù)以上的需求分析，VoLTE語音質(zhì)量分析專題監(jiān)測功能應(yīng)該能夠解決用戶的如下問題：

●通過RTP媒體CDR查詢功能，可以查詢不同接口語音業(yè)務(wù)質(zhì)量的狀態(tài)，分析單接口的語音業(yè)務(wù)質(zhì)量。

●通過RTP媒體端到端的SDR查詢功能，將不同接口的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)端到端的語音業(yè)務(wù)質(zhì)量分析。

●通過分析VoLTE整體的質(zhì)量指標數(shù)據(jù)，查詢和統(tǒng)計各網(wǎng)元維度和端到端的媒體業(yè)務(wù)的KPI&KQI指標。

●能夠分析LTE承載和IP傳輸端到端QoS，定位用戶媒體面的質(zhì)量問題。

●能夠?qū)崿F(xiàn)VoLTE語音業(yè)務(wù)的故障診斷功能，輸出媒體業(yè)務(wù)的故障報告。

●實現(xiàn)VoLTE端到端的整體語音質(zhì)量分析和統(tǒng)計，快速定位VoLTE語音質(zhì)量問題和輸出質(zhì)量報告。

通過RTP媒體記錄查詢功能，可以查詢不同接口語音業(yè)務(wù)質(zhì)量的詳細狀態(tài)，分析單接口的語音業(yè)務(wù)質(zhì)量。下面根據(jù)某省移動VoLTE現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)，對此功能進行詳細的介紹，并且，可以根據(jù)此RTP媒體記錄查詢發(fā)現(xiàn)語音較差的通話記錄，還可以分析出語音差的原因。

RTP媒體記錄程序的界面可以呈現(xiàn)每次通話過程的多個字段的結(jié)果。不僅可以查詢每次通話的開始時間、記錄的接口類型、通話的主叫號碼和被叫號碼，還可以查詢此次語音通話過程的媒體和語音編碼類型，更重要的是可以查詢同向語音MOS值和反向語音MOS。具體可見如圖1所示的RTP媒體記錄查詢界面。

圖1給出了某省移動VoLTE的現(xiàn)網(wǎng)通話的媒體記錄，為了保證用戶的隱私，主叫號碼和被叫號碼沒有顯示完整。根據(jù)圖形的顯示結(jié)果可以看出，序號104的通話記錄的同向平均意見值和反向平均意見值也就是同向語音MOS值和反向語音MOS值都比較低，大概是2.8分左右，所以可以判斷此次通話的語音質(zhì)量較差。那么，根據(jù)后面字段的內(nèi)容可以分析出，造成MOS值低的原因是由于同向平均時延值和反向平均時延值較大，都是360ms左右。根據(jù)用戶的感知特性，當(dāng)語音數(shù)據(jù)包的時延值大于150ms時，用戶可以感覺到語音質(zhì)量變差。而此次通話的值是360ms，會使用戶感覺到明顯的延時，所以語音質(zhì)量會變差。

4　VoLTE語音質(zhì)量的具體功能分析

4.1VoLTE語音MOS值分析

圖1　RTP媒體記錄查詢界面

根據(jù)某省移動的VoLTE現(xiàn)網(wǎng)的通話數(shù)據(jù)來對語音MOS值進行分析。如圖2所示，按照小時維度對語音的MOS值進行統(tǒng)計，其中統(tǒng)計了語音最大MOS值、最小MOS值和平均MOS，又區(qū)分了主叫和被叫雙方向的MOS值，所以一共有6個KPI統(tǒng)計指標。

在語音MOS值分析的功能中共統(tǒng)計了的6個指標分別是主叫語音最小MOS、主叫語音最大MOS、主叫語音平均MOS、被叫語音最小MOS、被叫語音最大MOS和被叫語音平均MOS。在這6個指標中，最可以體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體狀態(tài)的，也是用戶最關(guān)心的指標應(yīng)該是平均MOS值。從圖2可以看出在2015年10月7日的24h時間段內(nèi)，13：00—14：00之間的主叫語音平均MOS和被叫語音平均MOS值都是最低的，所以應(yīng)該重點關(guān)注這段時間的語音的通話質(zhì)量。

圖2　語音MOS值分析統(tǒng)計結(jié)果

4.2VoLTE高清語音質(zhì)量分析

VoLTE語音通話和OTT語音通話競爭的關(guān)鍵是要保證VoLTE通話的高清語音質(zhì)量，那么就需要統(tǒng)計VoLTE的所有語音通話中高質(zhì)量語音通話的次數(shù)和比率、中等質(zhì)量語音通話的次數(shù)和比率，還有低質(zhì)量語音通話的次數(shù)和比率。圖3給出了VoLTE高清語音質(zhì)量的統(tǒng)計結(jié)果。

圖3給出了高質(zhì)量和低質(zhì)量的語音通話的次數(shù)和比率，需要重點關(guān)注的是低質(zhì)量語音通話的記錄。在圖3的序號5中，顯示主要低質(zhì)量語音通話的次數(shù)比率是10%，通話的次數(shù)是2條。為了分析這2條低質(zhì)量的通話書，進行跳轉(zhuǎn)功能，跳轉(zhuǎn)到主叫低質(zhì)量語音的通話的詳細記錄，如圖4所示。

從圖4可以看出，這2條語音通話的同向平均意見值是1.294和2.488，也就是說主叫MOS分是1.294和 2.488。由于這兩條的MOS值都比較低，所以這兩條通話是低質(zhì)量的語音通話。那么繼續(xù)看詳細的記錄，繼續(xù)分析語音MOS低的原因。從圖4中的同向丟包率可以看出，丟包率較大，所以這2條語音質(zhì)量低是由丟包率大引起的。

4.3VoLTE語音失真性分析

VoLTE的語音失真性分析，是從失真的角度對語音質(zhì)量進行分析的，主要關(guān)注的是語音數(shù)據(jù)包在經(jīng)過傳輸以后失真性的大小，如果失真性較小可以不予關(guān)注。但是，對于語音質(zhì)量失真較嚴重的通話，就需要重點關(guān)注，并分析造成其失真嚴重的原因是什么。圖5給出了VoLTE語音失真性的統(tǒng)計結(jié)果。

圖5分別列出了失真可接受的通話數(shù)和比率、失真需注意的語音通話數(shù)和比率，還有失真嚴重的語音通話數(shù)和比率，并且區(qū)分主叫和被叫兩個方向。需要重點關(guān)注的是主叫嚴重的語音通話數(shù)和被叫嚴重的語音通話數(shù)。以22：00的通話為例，跳轉(zhuǎn)到主叫嚴重的通話的詳單，即跳轉(zhuǎn)到圖6所示界面。從圖6可以看出這兩次通話過程的語音MOS值是2.543和2.863，因此這兩次通話過程的語音失真性比較嚴重。

圖3　VoLTE高清語音質(zhì)量的統(tǒng)計結(jié)果

圖4　VoLTE主叫質(zhì)量通話記錄的詳單

圖5　VoLTE語音失真性的統(tǒng)計結(jié)果

圖6　VoLTE主叫失真嚴重的通話記錄的詳單

4.4VoLTE語音單通故障分析

在VoLTE通話過程中，通話單通故障是常見故障之一，它的出現(xiàn)會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行質(zhì)量，容易引起用戶投訴，對用戶滿意度指標影響較大。單通現(xiàn)象一般表現(xiàn)為：鏈路建立成功后，通話雙方不能正常進行通話，其中一方可以聽到對方的聲音，而對方聽不到聲音。從影響的時長上看，單通可分為兩種短暫單通和長時單通兩種。

●短暫單通：這種類型的單通基本現(xiàn)象是正常通話一段時間后出現(xiàn)單通，單通時長維持在約幾秒左右聽不見對方聲音的現(xiàn)象，之后業(yè)務(wù)可以自動恢復(fù)，屬于短暫單通。該類型單通的特點是：持續(xù)的時間比較短，等待一段時間后，可以自動恢復(fù)通話過程。

●長時單通：這種類型單通的基本現(xiàn)象是在通話業(yè)務(wù)建立后，立即出現(xiàn)單通或過一段時間后才出現(xiàn)單通，且單通持續(xù)的時間較長或直至用戶一方掛斷業(yè)務(wù)。該類型單通的特點是：持續(xù)時間長，一般不能自動發(fā)生掉話，除非人為掛斷來結(jié)束此次通話。

VoLTE語音單通故障的統(tǒng)計結(jié)果如圖7所示，在此統(tǒng)計功能中統(tǒng)計了長時單通的通話數(shù)和所占比率，還有短時單通的通話數(shù)和通話比率，按照主叫方向和被叫方向兩個方向進行統(tǒng)計。從圖中可以看出，在14：00—15：00之間的主叫長時單通的比率較大，在15：00—16：00之間的主叫短時單通的比率較大。此統(tǒng)計功能還支持跳轉(zhuǎn)，可以跳轉(zhuǎn)到具體發(fā)生單通的詳細通話記錄。

4.5VoLTE語音斷續(xù)故障分析

在VoLTE通話過程中，除了存在通話單通故障現(xiàn)象，還存在另外一種對通話影響較大的故障，那就是通話斷續(xù)故障。通話斷續(xù)：這種故障的基本現(xiàn)象是在通話的過程中，通話出現(xiàn)語音斷續(xù)的情況，每次出現(xiàn)的時間比較短，并且會連續(xù)地出現(xiàn)，導(dǎo)致用戶聽到的語音是斷斷續(xù)續(xù)的。

圖7　VoLTE語音單通故障的統(tǒng)計結(jié)果

通話斷續(xù)和通話單通的區(qū)別是：通話斷續(xù)一般指中斷時間較短的通話，而單通一般指的是中斷時間較長的通話。如果在某次通話中，話音中斷的時間比較短，并且會多次連續(xù)出現(xiàn)則診斷為通話斷續(xù)，如果話音中斷的時間比較長，那么就診斷為通話單通故障。

VoLTE語音斷續(xù)故障的統(tǒng)計結(jié)果如圖8所示，在此統(tǒng)計功能中統(tǒng)計主叫語音斷續(xù)的通話數(shù)和通話比率，還有被叫語音斷續(xù)的通話數(shù)和通話比率。從圖中可以看出在8：00—9：00之間的被叫語音斷續(xù)的通話比率較大，在10：00—11：00之間的主叫語音斷續(xù)的比率較大。此統(tǒng)計功能還支持跳轉(zhuǎn)，可以跳轉(zhuǎn)到具體發(fā)生斷續(xù)的詳細通話記錄。

圖8　VoLTE語音斷續(xù)故障的統(tǒng)計結(jié)果

思博倫技術(shù)專欄