1、浅究复杂城区的 VOLTE 语音性能摘 要该文主要阐述了 LTE 语音升级方案 VoLTE 的语音性能影响因素，然后通过模拟真实城区场景进行了相应的仿真分析，针对不同的网络配置以及用户数，探究 VoLTE 的语音业务性能，最后得出较为合理的 VoLTE 语音性能评估结果。 关键词VoLTE；城区；语音性能 中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0120-01 LTE 技术是在原有技术的基础上演化来的，数据传输效率以及频谱效率均得到了很大提升。伴随着 LTE 网络技术的广泛使用，4G 网络基本上能够满足用户们的高数据要求，但是 LTE 的语音业
2、务水平仍然有待提升。现如今 VoLTE 受到了相关人士的普遍关注，人们目前比较关心的一个问题就是 VoLTE 语音质量能够提升到哪个层次，所以我们需要非常客观地对 VoLTE 语音性能做出评估。 1 VoLTE 语音性能相关因素 LTE 网络是一个全 IP 的网络，只能提供分组域业务，在 LTE 网络全IP 环境下实现 VoIP（VoiceoverIP）服务（即 VoLTE） ，接人侧主要由EPS 系统提供承载，核心侧由 IMS 系统提供业务控制，此外由 PCC 架构来实现用户业务 QoS 控制以及计费策略控制。网络架构上的变化，使得VoLTE 相比 CS 域通话，时延更小，吞吐量更高。下面分
3、析 VoLTE 的关键技术和语音性能相关因素。 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。 1.1 时延 I）VoLTE 的业务流程 通过分析下图中的相关信息，我们不难发现，首次使用 EPS 系统的用户要经历几个不同的阶段才能实现端到端的 VolP 业务。 VoLTE 语音业务流程如图 1 所示。 2）时延分析 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产生时延。端到端的时延主要由以下四个部分组成：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
4、法时延；三是编码过程及将话音采样包发往分组网络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。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 所谓的时延抖动就是指时延的一系列变化。通常情况下，出现抖动的原因是网络中的缓冲或队列导致数据包到达的时延不同，进而使得声音断断续续，直接关系到语音通信质量。通常采用抖动缓冲技术来消除时延抖动：在接收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。抖动缓冲技术在一定限度内可以有效地消除话音抖动，但也相
5、应增加了网络时延。所以缓冲世界大小是个关键，应该在延时和丢包之间取得平衡。 1.3 丢包率 所谓的丢包现象就是语音包由于一些原因被丢弃，进而影响语音通信质量。发生丢包会直接导致声音的间断，丢包率较高时就会严重影响语音通信，为人们所不能接受。丢包原因可以归结于以下两方面：一是话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。二是由于延时过大，超过抖动缓冲处理能力而被丢弃。如果由于终端的带宽不够造成包丢失，可以考虑比较适合的语音编码方式来进行通信；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解码器、丢包补偿、自动选择中间路由。 1.4 编解码 语音压缩编码
6、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，不同的编解码技术特性不同。 2 模拟场景建立及仿真分析 2.1 场景的描述和特性分析 为了能够更加真实的评估出 VoLTE 在复杂城区的语音性能，我们需要先模拟一个较为真实的繁华城区场景，模拟城区中需要有居民楼、商场、人群以及树木等，并且建筑物均以高层建筑为主，按照密集城区的定义，楼房平均高度大于 30m，平均楼距为 10 一 20m，基站附近的建筑物较为密集，部分建筑物庞大，存在地下商城和停车场。场景里，用户随机地分布在户外、室内、街道等处。 2.2 小区在不同容量取值和不同配置下的语音性能仿真及结果分析 LTE 网络的语音业务
7、是通过在共享信道上传送 IP 数据包来实现的，存在延时、抖动、丢包等问题，而在以往的电路域语音和固定电话系统对这些问题并敏感，因此以前的语音评测机制，如 PSQM、PESQ 等方法就不再适用于 LTE 系统。这些方法不能反映出时延、丢包等带给数据网络的影响，知识从收发信号差异的角度分析网络的语音问题，而 E-Model方法克服了这些缺点，能够很好地适应数据网络中的语音性能评估。 针对数据网络的损伤因素，采用以离散时间为基础的 NS-3 作为网络仿真工具，在其上的 LTE 模块中进行实现仿真，并通过仿真脚本设置仿真场景。核心调度器会对一个个经过编码的语音包进行版持续调度，并在一定的容量下仿真出语
8、音数据包的时延和丢包率。 下面是小区在不同容量取值和不同配置下的语音性能仿真结果分析。（1）使用 G.711 音频编码器时，对于 5MHz 的信道带宽，当连接时延为 100ms 时，单向时延已经远超 150ms，而 MOS 也只有 1.75。对于VoIP 呼叫来说，这已经是不可接受的性能评价。当把信道宽带增加到10MHz 时，提高了网络性能，但由于小区只有 300 个用户，资源没有得到高效的分配。使用 G.723 音频编码器时，对于 5MHz 的信道宽带，即使使用 150ms 的连接时延，单向时延和丢包率都很小，网络性能非常好。 （2）使用 G.711 音频编码器时，对于 10MHz 带宽，如
9、前面情况，MOS 为不可接受值。因为增加连接时延不可取，因此音频编码器的比特率必须降低。而 20MHz 带宽在 600 用户下却能提供高品质的网络性能，又一次说明，增加信道带宽可以提升整体性能，但由于低效率的资源分配也使得这成为不实际的选择。 使用 G.723 音频编码器时，对于 10MHz 的信道带宽，在 600 用户下，仍然可以提供较高的服务质量。 （3）在 20MHz 信道带宽和 G.723 编码技术的条件下，1200 个用户的MOS 值超过 4，从而也验证了 VoLTE 可以提供相当甚至优于“电信级”的语音服务。 3 结语 通过分析 VoLTE 关键技术和语音性能相关因素，针对密集城区的繁华街道场景，在一定的并发用户数下结合带宽、编码对时延、丢包率等话音质量相关因素进行仿真，并应用 E 模型工具，对语音质量进行评估。结果表明在 20MHz 信道带宽和 1200 个并发用户的条件下，VoLTE 可以提供相当甚至优于“运营商级”的服务体验。从而为后续全面部署 VoLTE提供参考。 参考文献 1胡宏林，徐景.3GPPLTE 无线链路关键技术M.北京：北京电子工业出版社，2008.
