VoLTE语音质量优化案例(14个)
VoLTE语音质量优化
案例1：VoLTE窄带与宽带语音质量对比
【问题现象】
在3GPP LTE中，VoLTE业务编码有AMR-NB窄带和AMR-WB宽带两种编码，两种编码速率具有不同的话音质量，所以又分别称为VoLTE标清语音（或VoLTE 12.2kbps）和VoLTE 高清语音（或VoLTE 23.85kbps）。
【问题分析】
AMR-NB和AMR-WB这2种编码具有如下特点：
●每20ms产生一个语音包，包括了RTP/UDP/RLC-Security压缩头；
●每160ms生成一个SID语音静默包。
●帧长20ms；
AMR-NB编码特点为：
● 4.75kbps到12.2kbps共8个码率，分别为：4.75、5.15、5.9、6.7、7.4、7.95、
10.2、12.2kbps；
●采样率为8kHz。
AMR-WB编码特点为：
● 6.6kbps到23.85kbps共8个码率，分别为：6.6、8.85、12.65、14.25、15.85、
18.25、19.85、23.05、23.85kbps；
●采样率为16kHz。
可见两者显著的差异是采样速率不一样，窄带一个语音帧是160个点，宽带一个语音帧采样320个点。AMR NB的语音带宽范围：300－3400Hz，8KHz采样。AMR WB的语音带宽范围：50－7000Hz，16KHz采样。用户可主观感受到话音比以前更加自然、舒适和易于分辨。
AMR WB与AMR NB不同之处在于AMR WB按16kHz采样，分别按频率带50~6400Hz 和6400~7000Hz 进行编码。用来降低复杂度，AMR WB将位算法集中到更重要的频率区。低频带使用ACELP算法进行编码。添加几个特征来达到一个高的主观质量。线性预测（LP）算法是在每隔20ms 的帧要进行一次线性预测算法，每5ms搜索一次自适应码本，这个过程是
在12.8Kbs 速率下进行。高频带是在解码器端使用低带和随机激励的参数重建的, 目的是调整与在声音基础上的低频有关的高频带. 高频带的声频通过使用由低带LP 过滤器产生的LP 滤波器进行重建。
AMR WB与AMR NB的MUSHRA评分（multi-stimulustest with hidden reference and anchor，ITU-R recommendation BS.1534.)参考见下图。
利用传统的MOS值进行AMR-NB和AMR-WB进行对比测试，结果如下图：
由以上分析可见AMR-WB比AMR-NB有更高的话音质量。
【问题解决】
在语音质量上AMR-WB更优于AMR-NB，因此AMR-WB又称为高清语音。
案例2：VoLTE与GSM语音质量比较
【问题现象】
杭州现场使用POLQA SWB评分标准，评估GSM打GSM，VoLTE（23.85kbps）和VoLTE （12.65kbps）三种长呼语音质量，VoLTE MOS相比GSM有较大改善，MOS评分参见下表。
【问题分析】
2G使用窄带语音AMR-NB 12.2k和EFR编码方式，使用POLQA SWB评分时会比传统PESQ 评分会低，具体映射关系如下：
表从上可以看出：AMR（12.2k）/EFR POLQA评分先比PESQ评分低0.5分左右。
按照上表，将2G打2G MOS(POLQA SWB)折算为PESQ MOS分应为2.64+0.5=3.14分。分析2G MOS分值，大量2分MOS分值对应的语音编码方式为EFR，AMR 12.2k编码MOS分一般在3分左右。
【问题解决】
POLQA SWB评分按照64Kbps采样率进行语音质量评分，评分标准比传统PESQ高。同样的2G语音， POLQA评分先比PESQ评分低0.5分左右。
案例3：VoLTE与OTT语音质量比较
【问题现象】
微信电话本是腾讯公司在2014年11月11日推出的基于微信的VoIP电话，其具有低接通时延、无通信费用（仅有流量费用）和高清晰音质等特点。微信电话本对语音业务有很强的替代作用。对微信电话本和VoLTE电话进行了对比测试，分析其产品差异。
【问题分析】
VoLTE试点区域内共有4G基站400个，主覆盖区域为D频段，覆盖良好。使用设备为ASCOM公司的TEMS16.1.3，测试手机为HTC M8t。
1、音质对比分析
从现有的PDCP层速率和MoS进行推测，微信电话本采用的编码为skype的SILK Codec。SILK Codec是一个语音和音频编解码算法, 对于音频带宽、网络带宽和算法复杂度都具有很好的弹性，支持4种采样率：8KHz、12KHz、16KHz、24KHz；三种复杂度：低、中、高。编码码率在 6~40kbps（不同采样率具有不同的码率范围）以及还支持VAD、DTX、FEC等模块，已经在QQ，AIM，GOOGLE TALk上使用，性能在高掉包环境下优于AMR-WB。
为适应其编码方式，这里采用的打分标准使用基于48K采样的POLQA。微信电话本在好点（-88.33dBm，12.67）下，其MoS可以达到3.78，在坏点为1.93。在坏点的条件下，其时延，抖动，丢包都在急剧上涨，用户感知急剧降低。而VoLTE具备QoS保障，其MOS比较稳定，无明显波动，祥见下表。
为进一步对其微信电话本的语音MOS值进行分析，找出其能力拐点，优化人员对其RSRP 的从-125dBm到-110dBm，SINR从-4到10的范围进行测试，详见下图。
从RSRP走势中可以看出:在RSRP>-110dBm，SINR >10的在LTE轻载网络环境下，MOS 可以保持在3.5以上。当RSRP>-111dBm的时候，语音质量会出现大幅提升，MoS会大于3.22，已经超过了GSM的MoS，其音质和VoLTE AMR-WB在感知上差异不大。
从SINR
走势中可以看出，其在3的时候，其质量会出现大幅提升，MoS会到2.85以上，
已经超过GSM的EFR的MoS，当SINR提升到9的时候，其值已经和VoLTE差距不大。
下图4个波形分为标准语料，GSM波形，VoLTE波形和微信波形。微信语音压缩方法与2G/4G不一样，微信语音对标准语料毛刺部分压缩比较干净，将标准语音样本中的背景噪声被简单给过滤掉了，故MOS峰值较低。在同样的MOS分下，用户可能会觉得微信声音更加干脆清澈。
测试标准语料GSM语音波形
VoLTE 23.85高清语音波形微信电话本语音波形
2、容量对比分析
微信电话本采用SLIK编码，具备VAD、DTX、FEC能力，具备不连续发射，静默期检查，
前向纠错能力。微信电话本传输效率要低于VoLTE。下表为微信电话本和VoLTE在好点时候的资源占用情况。
微信电话本和VoLTE高清语音的网络好点资源占用对比
微信语音每TTI调度RB数和VoLTE（23.85k）基本近似，微信没有语音静默包，每TTI 调度次数明显高于VoLTE，微信语音总调度RB数明显高于VoLTE。
微信电话本和VoLTE高清语音的网络差点资源占用对比（下行）
微信语音包走默认承载，没有RoHC功能，语音包大于VoLTE，与不打开RoHC的 VoLTE 语音包相似）。RoHC功能开启对VoLTE语音包压缩参见下表。
微信语音没有语音静默包，不具备头压缩功能，导致微信PDCP速率（40k左右）高于VoLTE（10k左右）。按好点的包大小计算，微信语音每分钟消耗流量为（40.27+40.33）*60/8=600kbyte，其通话一个小时占用流量为35Mbytes。如按移动的50元1G进行收费，其50元可以通话1700分钟左右，折合3分钱/分钟，且无长途，漫游费用，其资费优势明显。
在差点时，微信语音掉包和时延会恶化，资源占用会加大。从现网测试情况看：在-110dBm，SINR=0的情况下，会占用12个RB,资源占用增加了三倍，VoLTE占用9个RB。在资源紧张时，VoLTE有QoS保障机制，语音各项指标会远好于微信电话本。
从无线环境和微信电话本语音包大小进行走势对比，可以清楚的发现：当其无线环境好的时候，其语音包较大，语音采样编码方式越高，语音越清晰，用户感知越好。当无线环境恶化时，语音采样编码方式变差，用户感知不好。
案例4：小区边缘通话时下行BLER较高导致质差
【问题现象】
统计发现，爱立信VoLTE测试的DL BLER在SINR低于-2dB后严重下降，高于10%。
【问题分析】
其他厂家多在8天线的环境下测试，而爱立信的测试结果都是在2天线的环境下测试得出，少了波束赋形的增益。
【问题解决】
在8天线的环境下，DL BLER有了较大的提高，在SINR=-6左右也没有达到10%。
【问题后续建议】
在8天线的环境下，DL BLER的指标有大幅提升，BLER控制在10%之内。厂家应针对2
天线环境提出相应的算法改进，保证网络质量。
案例5： ZUC算法开启导致R8终端通话8S自动中断
【问题现象】
用HTC M8对在目前LTE弱覆盖或信号质量差的网络环境下的通话质量进行MOS评估时，发现通话拨打8S左右通话中断，手机进入FAST BOOT工程模式。更换站点后恢复，再回到问题站点拨打电话，分析基站侧EMIL包（EMIL为诺基亚内部用于分析基站侧log的一个工具）后发现该基站祖冲之ZUC加密算法开关打开，且ZUC算法优先级为最高。
【问题分析】
更改站点后手机通话恢复正常，可以判断为站点问题。在后台检查后发现该基站并无告警，排除由硬件故障造成的通话问题。由EMIL包中ATTACH REQUEST里UE CAPBILITY列出终端支持使用ZUC算法。（注意EEA3与EIA3的值都为1）
为确定M8在该站下是否使用ZUC算法，通话先在其他站点建立后再切换进问题站点，从切换请求中可以看出切换后进入问题站点选择的加密算法为EEA3、EIA3，且切换完成6S 后手机进入FAST BOOT模式。确定问题为ZUC算法的启用导致。（下图为切换入问题站点后选择的加密算法，基站R10以前的版本是spare5，R11后改成了eea3和eia3）
由于ZUC是3GPP R9才加入的算法，故R9之前的终端并不支持ZUC算法。部分R9的终端（如HTC M8）并不完全支持在ZUC算法开启下进行所有业务。
【问题解决】
通过后台关闭ZUC算法，问题解决。
案例6：基站不支持VoLTE功能导致切换掉话
【问题现象】
终端无线链路失败后在PCI329上重新建立RRC连接，网络侧没有建立专用承载，5s之后网络侧发送SIP BYE 503 导致掉话。
【问题分析】
问题出现的过程如下图，当MO/MT UE在PCI 343上出现无线链路失败后，在PCI 329上进行重建，被拒绝。之后同时在PCI 329上建立RRC连接，但是网络侧并没有建立专用UM承载，RTP在AM承载上传输5s之后，MO/MT UE收到IMS发送的SIP BYE 503消息，原因是“Session released - loss of bearer”。
进一步确定站点的位置，如下图，我们可以发现PCI 329在试验区域之外，存在越区覆盖现象。该站未开启VoLTE功能。
【问题解决】
首先应保证测试过程中终端收到信号的所有基站均支持VoLTE功能。其次应对网络进行优化，尽量减少越区覆盖。此外，在VoLTE开通的过程中，应保证成片开通。
案例7：跨MME定时器超时导致切换失败率高
【问题现象】
丽水VoLTE测试区域采用新建D频段基站区域，为避免对现网影响，核心网侧采用单独的MME进行管理，与现网F频段基站分属不同的MME。测试中通过网管统计发现F频段与D 频段间的S1切换成功率较低，从核心网侧信令看基站侧频繁进行S1切换请求和切换取消，见下图：
【问题分析】
根据核心网信令对应失败的基站ID，分析基站侧的日志文件，发现目标基站每收到一条HO REQUEST都回复了HO REQUEST ACK，没有FAILURE的消息，表明目标侧没有处理失败的；而源侧基站发送了HO REQURIED消息后，没有收到MME反馈回来的Ho Command消息，之后S1切换准备定时器超时后，源基站发起了Ho Cancel，从而导致切换失败，即切换的
消息交互需要的时间较长，原因是两个基站处在不同的MME下。
【问题解决】
丽水VoLTE测试基站下挂在杭州MME下，与本地MME不在同一个POOL内，切换需要时间较长。为了避免定时器切换超时，可以将基站侧的S1切换准备定时器修拉长进行规避解决。
【问题后续建议】
因该类切换为跨MME切换，完成切换需交互时间变长，为了避免定时器切换超时造成切换失败，将基站侧的S1切换准备定时器调整到3s解决。
案例8：基站版本不同导致站间切换失败
【问题现象】
在进行室内外切换测试中，室外站为Band 38（EARFCN 37900，PCI 48），R10版本，室内站为Band40（EARFCN 38950，PCI 0），R8版本。当进行室外站至室内站切换时，出现RLF 导致切换失败。
【问题分析】
如下图所示的信令，当UE驻留在PCI48（室外站）站上时，该eNB为UE配置的AntennaInfo 参数为AntennaInfo-r10格式。
但是当UE切换至R8版本的PCI0（室内站）的过程中，eNB下发给UE的重配置消息中的AntennaInfo字段为AntennaInfo格式（即r8格式），而不是一个完整的配置，如下图信令：
UE对收到的切换命令进行检查时，发现对antennaInfo参数的配置不正确而导致切换失败，从而触发RLF。
【问题解决】
按照标准要求，在往低版本基站的切换命令中再增加一个内容为空的AntennaInfo-r10字段。
附：3GPP 36.311中如下规定此种情形。
案例9：跨厂家站点间切换失败
【问题现象】
在跨厂家区域做切换验证，从诺基亚到中兴切换都成功，中兴小区(PCI=29)到诺基亚小区（PCI=264），切换均失败，原因为网路侧配置错误。
【问题分析】
如下图所示的信令，当UE驻留在PCI29小区时，该eNB为UE配置的AntennaInfo参数为AntennaInfo-r10格式。
当UE切换至诺基亚小区PCI=264的时候，eNB下发给UE的重配置消息中的AntennaInfo 字段为AntennaInfo格式（即r8格式），而不是一个完整的配置，如下图信令：
UE对收到的切换命令进行检查时，发现对antennaInfo参数的配置不正确而导致切换失败，从而触发RLF。
【问题解决】
9月中旬外场升级了基站版本。升级后用高通终端验证室内外切换均正常。