黎建波

（中國電信股份有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410000）

1 引言

MOS值是衡量通信系統(tǒng)語音質(zhì)量的重要指標，在MOS語音評估方法中，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IP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VoLTE MOS值的影響。

2 MOS增強技術(shù)

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

全IP技術(shù)的VoLTE語音數(shù)據(jù)包的一個顯著特點是IP頭部數(shù)據(jù)包開銷過大。以12.2的編碼方式為例，有效凈負荷為32個字節(jié)，而一個IPv6報頭約60個字節(jié)，頭部開銷可達188%，帶寬利用率不足35%，即使是報頭開銷相對較小的IPv4報頭也需要40個字節(jié)，頭部開銷也達到125%，帶寬利用率僅44%。

但實際的數(shù)據(jù)傳輸過程中，相鄰的甚至同一分組報文中，都存在冗余信息，冗余信息約占用50%左右的報頭開銷?；诖耍琑oHC將IP報頭分為靜態(tài)、動態(tài)、半動態(tài)3個部分。如IP地址等數(shù)據(jù)可作為靜態(tài)報頭，僅需在初次傳送時發(fā)送；如實際的語音數(shù)據(jù)，作為動態(tài)數(shù)據(jù)按實傳送；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，同時也提升了MOS值。

（2）TTI bundling

TTI（Transmission Time Interval，傳輸時間間隔）是指MAC層的一個傳輸塊的時間長度。在LTE中的一個TTI即為一個子幀（1 ms），傳輸時延較小。無線傳輸場景通常上行受限，UE因功率較小，處于小區(qū)邊緣的時候更容易出現(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間間隔能降低因時間間隔較小而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包情況。TTI bundling是將幾個連續(xù)子幀捆綁在一起用于傳輸同一個數(shù)據(jù)塊，從而增加了數(shù)據(jù)塊的傳輸時長，如：將4個子幀捆綁傳輸一個數(shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)的傳輸時長從1 ms延長至4 ms，從而提高了數(shù)據(jù)解碼的成功率。在基站端，只有當所有捆綁的上行幀都被接收后，eNodeB才會反饋HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自動重傳請求）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)增加了每個數(shù)據(jù)塊的傳輸時長，因而傳輸時延相對較長，但是對小區(qū)邊緣場景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

同樣是因為在小區(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)是將一個較長的RLC SDU（Service Data Unit，服務(wù)數(shù)據(jù)單元）數(shù)據(jù)包分割成2個或者4個較短的小數(shù)據(jù)包，減小在每一個子幀上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度，確保能在規(guī)定的TTI時隙內(nèi)完成一個完整數(shù)據(jù)包的傳輸，達到降低數(shù)據(jù)丟包率、提升信號質(zhì)量的目的，進一步增強上行覆蓋范圍。

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)議開銷然后才進行傳送，并確保傳遞到對等實體。實體是RLC層實現(xiàn)功能的基本單元，不同的模式對應(yīng)不同的實體，如在AM模式下的RLC實體稱為AM實體。RLC實體從上層接收RLC SDU，然后添加控制協(xié)議開銷進行封裝，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)送至對端對等的RLC實體。其中，AM模式具備ARQ（Automatic RepeatreQuest，自動重傳請求）機制，接收端的AM實體接收到數(shù)據(jù)后，向發(fā)送端的AM實體回復(fù)狀態(tài)報告，用于確認數(shù)據(jù)傳輸是否有效，對于無效傳輸，發(fā)送端再重傳對應(yīng)的RLC PDU數(shù)據(jù)。AM實體的ARQ機制能確保數(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，對輕載或中載網(wǎng)絡(luò)更為適合。

3 MOS值常用測試方法

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

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

ITU-T P.861定義的PSQM（Perceptual Speech Quality Measure，知覺通話質(zhì)量測試）是由荷蘭的KPN提出，以大量主觀測試為基礎(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)量評估）是前兩者結(jié)合的產(chǎn)物，是當今通信領(lǐng)域通用的標準，但不適配VoLTE的語音質(zhì)量測試。

ITU-T P.863定義的POLQA（Perceptual Objective Listening Quality Assessement，知覺客觀語音質(zhì)量評估）是PESQ的升級版，是將已經(jīng)準備好的語音樣本，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。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)送和接收的兩個樣本進行對比，客觀地評出無線網(wǎng)絡(luò)對語音信號的干擾。

4 測試分析

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

（1）RoHC技術(shù)對VoLTE MOS值的影響

編碼方式使用12.2，有效凈負荷為32字節(jié)，使用IPv6報頭，測試結(jié)果如圖1所示：

圖1 RoHC技術(shù)對VoLTE MOS值的影響

結(jié)論：測試結(jié)果表明，RoHC對VoLTE MOS值的影響并不明顯，主要是因為選取的測試站點業(yè)務(wù)量較少，RoHC是否開啟可以根據(jù)基站的負載情況靈活選擇。

（2）TTI bundling技術(shù)對VoLTE MOS值的影響

開啟TTI bundling功能，以4個連續(xù)子幀捆綁為例進行測試，測試結(jié)果如圖2所示。

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

（3）RLC分片技術(shù)對VoLTE MOS值的影響

圖2 TTI bundling技術(shù)對VoLTE MOS值的影響

對RLC SDU進行2分片測試，測試結(jié)果如圖3所示：

圖3 RLC分片技術(shù)對VoLTE MOS值的影響

結(jié)論：RLC分片技術(shù)對VoLTE MOS值的提升在0.06左右，對于無線傳輸條件較差的場景，可以選擇性地開啟。但是RLC分片技術(shù)會帶來額外的網(wǎng)絡(luò)容量負擔(dān)，因此需要綜合考慮語音質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)負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VoLTE MOS值的影響，其中RoHC是一種報頭壓縮技術(shù)，提高了無線信道的利用率，擴大了網(wǎng)絡(luò)容量；TTI bundling、RLC分片兩種技術(shù)都是從TTI時隙較小引起的數(shù)據(jù)傳輸丟包的問題出發(fā)，TTI bundling是將多個子幀捆綁用于傳輸同一個傳輸塊，提高解碼的成功率；而RLC分片技術(shù)是將數(shù)據(jù)塊進行分割，減小單個子幀上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而提高數(shù)據(jù)的解碼成功率。

測試結(jié)果表明，RoHC對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MOS值的提升較為明顯?；究筛鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)實際負荷情況，選擇性開啟相關(guān)功能以提升語音質(zhì)量。