VoLTE MOS值提升方案探讨

黎建波

（中国电信股份有限公司湖南分公司，湖南 长沙 410000）

1 引言

MOS值是衡量通信系统语音质量的重要指标，在MOS语音评估方法中，0代表语音质量最差，5代表语音质量最好。目前在用的3G UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）的MOS值一般为2.2~2.8分。VoLTE是LTE网络的端到端高清视音频解决方案，是基于IMS网络的全IP视音频技术。相比传统的2G/3G语音技术，VoLTE的MOS值有明显的提升，一般为3.5~4分。

语音源、终端、空口、eNB、传输、核心网等都是影响MOS值的重要因素，本文着重探讨空口的RoHC、RLC、TTI bundling三种技术对VoLTE MOS值的影响。

2 MOS增强技术

（1）RoHC（Robust Header Compression，健壮性报头压缩技术）

全IP技术的VoLTE语音数据包的一个显著特点是IP头部数据包开销过大。以12.2的编码方式为例，有效净负荷为32个字节，而一个IPv6报头约60个字节，头部开销可达188%，带宽利用率不足35%，即使是报头开销相对较小的IPv4报头也需要40个字节，头部开销也达到125%，带宽利用率仅44%。

但实际的数据传输过程中，相邻的甚至同一分组报文中，都存在冗余信息，冗余信息约占用50%左右的报头开销。基于此，RoHC将IP报头分为静态、动态、半动态3个部分。如IP地址等数据可作为静态报头，仅需在初次传送时发送；如实际的语音数据，作为动态数据按实传送；如IP-ID等可由上下文推算出来的数据，仅需发送必须的数据。RoHC通过对冗余信息的压缩，降低了PRB的占用率，提高了网络的容量，同时也提升了MOS值。

（2）TTI bundling

TTI（Transmission Time Interval，传输时间间隔）是指MAC层的一个传输块的时间长度。在LTE中的一个TTI即为一个子帧（1 ms），传输时延较小。无线传输场景通常上行受限，UE因功率较小，处于小区边缘的时候更容易出现丢包情况，数据传输的误块率（BLER）通常较高，从而影响语音通话质量。

因此增加小区边缘数据传输的时间间隔能降低因时间间隔较小而导致的数据丢包情况。TTI bundling是将几个连续子帧捆绑在一起用于传输同一个数据块，从而增加了数据块的传输时长，如：将4个子帧捆绑传输一个数据块，该数据的传输时长从1 ms延长至4 ms，从而提高了数据解码的成功率。在基站端，只有当所有捆绑的上行帧都被接收后，eNodeB才会反馈HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传请求）的ACK/NACK（应答/非应答）信息，这样就避免了过多的HARQ重传。

TTI bundling技术增加了每个数据块的传输时长，因而传输时延相对较长，但是对小区边缘场景MOS值的提升有较大的改善，提升了LTE的上行覆盖范围。

（3）RLC分片

同样是因为在小区边缘，上行受限导致语音质量问题，RLC（Radio Link Control，无线链路层控制协议）分片技术是将一个较长的RLC SDU（Service Data Unit，服务数据单元）数据包分割成2个或者4个较短的小数据包，减小在每一个子帧上传输的数据长度，确保能在规定的TTI时隙内完成一个完整数据包的传输，达到降低数据丢包率、提升信号质量的目的，进一步增强上行覆盖范围。

RLC（Radio Link Control，无线链路层控制协议）普遍应用在当前的无线通信系统中，为用户和控制数据提供重传和分段功能。RLC层有三种传输模式，AM模式又称确认模式，是三种模式中最重要的一种，发送侧先要在高层数据上添加必要的控制协议开销然后才进行传送，并确保传递到对等实体。实体是RLC层实现功能的基本单元，不同的模式对应不同的实体，如在AM模式下的RLC实体称为AM实体。RLC实体从上层接收RLC SDU，然后添加控制协议开销进行封装，封装之后的数据RLC PDU（Packet Data Unit，协议数据单元）通过下层发送至对端对等的RLC实体。其中，AM模式具备ARQ（Automatic RepeatreQuest，自动重传请求）机制，接收端的AM实体接收到数据后，向发送端的AM实体回复状态报告，用于确认数据传输是否有效，对于无效传输，发送端再重传对应的RLC PDU数据。AM实体的ARQ机制能确保数据的有效性，确保无线信道信息的可靠传输。

RLC分片技术增加了数据包的数量，对轻载或中载网络更为适合。

3 MOS值常用测试方法

根据ITU-T P.800.1定义，业界的语音质量评估方法可以分类为主观测量方法、客观测量方法、估计测量方法。

ITU-T P.800定义的PAMS（Perceptual Analysis Measurement System，知觉分析测试系统）是由英国电信提出的主观测试方案，以大量主观测试为基础，通过波形对比建立波形差与主观评分的客观算法，提供一种预测主观评分的手段。

ITU-T P.861定义的PSQM（Perceptual Speech Quality Measure，知觉通话质量测试）是由荷兰的KPN提出，以大量主观测试为基础分析现代通信系统中的设备性能（如信噪比、误码率、编码压缩损伤和传输损伤等），建立语音质量与主观评分的算法。

ITU-T P.862定义的PESQ（Perceptual Evaluation of Speech Quality，知觉通话质量评估）是前两者结合的产物，是当今通信领域通用的标准，但不适配VoLTE的语音质量测试。

ITU-T P.863定义的POLQA（Perceptual Objective Listening Quality Assessement，知觉客观语音质量评估）是PESQ的升级版，是将已经准备好的语音样本，通过软件传送到语音盒，再由语音盒通过语音线把样本传到手机。发送方从语音盒接收样本，通过无线网络传到接收方，接收方将接收的语音样本通过语音线传回到语音盒。通过将语音盒的发送和接收的两个样本进行对比，客观地评出无线网络对语音信号的干扰。

4 测试分析

在实验室环境选取基站近点（RSRP＞-70 dBm，SINR＞20 dB）及远点（RSRP＜-90 dBm，SINR＜10 dB）测试上述三种技术对VoLTE MOS值的影响，MOS值的测试方式采用POLQA，测试工具采用鼎力PILOT PIONEER，测试情况如下所示：

（1）RoHC技术对VoLTE MOS值的影响

编码方式使用12.2，有效净负荷为32字节，使用IPv6报头，测试结果如图1所示：

图1 RoHC技术对VoLTE MOS值的影响

结论：测试结果表明，RoHC对VoLTE MOS值的影响并不明显，主要是因为选取的测试站点业务量较少，RoHC是否开启可以根据基站的负载情况灵活选择。

（2）TTI bundling技术对VoLTE MOS值的影响

开启TTI bundling功能，以4个连续子帧捆绑为例进行测试，测试结果如图2所示。

结论：TTI bundling技术对VoLTE MOS值的提升在0.1左右，提升较为明显，对于无线传输条件较差的场景，可以选择性地开启。

（3）RLC分片技术对VoLTE MOS值的影响

图2 TTI bundling技术对VoLTE MOS值的影响

对RLC SDU进行2分片测试，测试结果如图3所示：

图3 RLC分片技术对VoLTE MOS值的影响

结论：RLC分片技术对VoLTE MOS值的提升在0.06左右，对于无线传输条件较差的场景，可以选择性地开启。但是RLC分片技术会带来额外的网络容量负担，因此需要综合考虑语音质量和网络负载两方面情况选择合适的分段方式。

5 结论

本文讨论了RoHC、TTI bundling、RLC分片三种技术对VoLTE MOS值的影响，其中RoHC是一种报头压缩技术，提高了无线信道的利用率，扩大了网络容量；TTI bundling、RLC分片两种技术都是从TTI时隙较小引起的数据传输丢包的问题出发，TTI bundling是将多个子帧捆绑用于传输同一个传输块，提高解码的成功率；而RLC分片技术是将数据块进行分割，减小单个子帧上传输的数据量，从而提高数据的解码成功率。

测试结果表明，RoHC对MOS值的影响不大，但是TTI bundling和RLC分片技术在无线环境较差的情况下，对MOS值的提升较为明显。基站可根据网络实际负荷情况，选择性开启相关功能以提升语音质量。