RLC层分段算法对VOLTE语音质量的影响分析
VoLTE语音无线侧高丢包优化探讨
VoLTE语音无线侧高丢包优化探讨罗利军中国电信湖南公司常德分公司VoLTE作为LTE网络实现语音通话的最终方案，其通话质量、用户感知成为主要关注方向。
目前无线问题导致丢包是影响VoLTE用户感知的主要因素之一，为迎接VoLTE商用，小区级的相关统计值可以作为日常优化工作的抓手，以提升全网VoLTE语音感知。
目前VoLTE业务在完整性即通话质量方面仍然有大量的问题需要解决，需要摸索出一套语音质量问题定界定位方法，指导今后的VoLTE语音质量提升优化工作。
FDD 语音质量 丢包率 VoLTE 干扰VoLTE无线侧丢包原理(1)丢包率统计方法丢包率即eNodeB成功接收到的PDCP SDU和预期接收到的PDCP SDU的比率。
当SDU由于RLC达到最大重传次数被丢弃，或PDCP层从RLC层接收SDU，检测到序列号不连续时统计为丢包。
(2)上行丢包原因●上行调度不及时会导致UE PDCP层定时器超时进而丢包，目前现网设置为无限长，不存在该问题。
●空中接口传输质量差，MAC层多次传输错误后导致丢包。
(3)下行丢包原因下行丢包基本是由于用户处于小区弱覆盖区域，CQI测量不准或者PUCCH或全带宽存在强干扰使下行数据反馈连续出现DTX/NACK导致。
VoLTE高丢包优化思路VoLTE丢包主要原因为：空中接口丢包、传输丢包、EPC丢包等，本次主要对空中接口丢包的问题进行分析，如对频繁切换、下行质差、上行干扰、小区重载、失步重建和上行接入受限等问题进行分析，解决空中接口丢包的问题，具体排查流程如图1所示。
(1)提取上下行丢包率指标的TOP小区；(2)匹配TOP小区是否告警；(3)匹配TOP小区的MR数据，若MR覆盖率＜90%，则先进行网络覆盖处理；(4)提取TOP小区的平均噪声干扰，若平均噪声干扰＞-110dB，则先进行上行干扰处理；(5)根据平均CQI指标判断下行信道质量，若CQI＜9，则先进行下行干扰分析和处理；(6)根据重建比例指标判断，若重建比例＞5%，则转重建问题处理；(7)判断小区负荷是否较高，若上下行PRB平均利用率＞60%，则分析忙时和闲时丢包趋势，判断是否跟负荷强相关，如果强相关，则转到高负荷小区处理流程；(8)排除以上异常，或按以上异常流程处理后仍然存在高丢包问题，判断用户所处位置是否是小区边缘，存在弱覆盖/下行质差/上行质差/重建，如果不存在无线环境问题/重建，则判断为个别终端异常；(9)确认是否用户所处无线环境差，以及是否重建，如果存在重建和无线环境差，则转网络优化处理；(10)如以上流程都无法定位和解决丢包问题，则进行现场复现，抓取基站侧和终端侧LOG进行详细分析，此外也需要关注TOP小区是否是特殊类型小区，如超级小区、微站等。
Volte-VoLTE语音质量优化案例精编个
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3GPPLTE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VoLTE12.2kbps）和VoLTE高清语音（或VoLTE23.85kbps）。
【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。
可见两者显着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。
AMRNB的语音带宽范围：300－3400Hz，8KHz采样。
AMRWB 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。
AMRWB与AMRNB不同之处在于AMRWB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，AMRWB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。
VoLTE语音质量研究
近些年，OTT语音业务迅猛发展，新业务层出不穷，运营商也根据自身网络演进推出VoLTE 语音业务，但VoLTE语音相比OTT语音是否更具有优势是大家关注的问题。
首先介绍了VoLTE网络架构、VoLTE优化关键技术，并研究语音质量评估的方法以及影响语音的主要因素，然后通过实验数据分析VoLTE语音与OTT语音在MOS评分、呼叫建立时延、流量占用等方面的对比优势。
0前言OTT VoIP语音在移动互联网时代得到极大的关注与应用，给运营商传统语音业务带来了较大冲击。
语音业务在2G/3G网络中是运营商收入的主要来源，可以预期未来的LTE网络中，语音将仍然是重要的业务。
众多方案中，通过IMS控制的VoLTE语音必然成为运营商的最终方案，截至2015年4月，包括中国移动在内全球已经有超过90家运营商开始部署或试验VoLTE业务。
VoLTE语音能否给用户带来更好的用户体验、语音质量能否优于2G/3G网络以及“号称”免费的OTT VoIP语音应用？本文围绕如何评价VoLTE语音质量以及VoLTE与其他类型语音的性能进行分析和探讨。
1概述1.1VoLTE网络架构VoLTE即Voice over LTE，是指语音业务由LTE无线网和EPC核心网提供的IP通道承载，由IMS进行会话控制，从而实现数据与语音业务在同一网络下的统一。
另外，通过PCC架构能够合理、灵活地对多媒体会话进行计费，实现用户业务QoS及计费策略的控制。
VoLTE 网络架构如图1所示。
VoLTE业务涉及网元较多，包括现网CS域、EPS域、IMS域，以及PCC等。
IMS域主要完成呼叫控制等功能，它通过和EPS网络配合，提供和电路域类似的语音业务及其补充业务，包括号码显示、呼叫转移、呼叫等待、会议电话等。
EPC配合IMS系统完成P-CSCF发现、初始附着的信令默认承载建立、语音及视频等业务专有承载的建立等。
PCC主要联合P-CSCF（AF功能点）以及GGSN/PGW（PCEF功能点）完成策略控制决策和基于流进行计费控制的功能。
经典案例-话统六元法评估VoLTE网络质量方法研究实践总结
话统六元法评估VOLTE网络质量方法研究实践总结摘要：VOLTE业务已经陆续开展试商用体验,语音通话感知好坏直接影响运营商网络品牌，面对VOLTE业务大规模商用可能带来了网络风险，如何通过现有话统指标来预评估VOLTE网络质量则是非常必要的。
嘉兴结合日常网络优化经验积累，通过实践总结梳理出一套通过KPI信息评估VOLTE 网络的话统六元法，从而指导嘉兴电信VOLTE网络质量的提升。
1、概述VOLTE业务是基于分组域的通话业务，包括语音通话业务和视频通话业务。
VOLTE业务和普通数据业务的异同点如下：1、VOLTE业务也是分组业务的一种，在无线侧信令流程和普通数据业务流程是基本一致的。
2、普通数据业务一般以下载业务居多，对下行带宽要求高于上行，VOLTE业务是上下行对称业务，对上行带宽要求和下行是一致的。
3、和普通数据业务不同，VOLTE业务是GBR业务，如果上行和下行RB资源一旦不能满足最低保障速率的话，VOLTE业务将出现严重丢包，影响感知。
4、普通数据业务数据包传输采用TCP协议，RLC层为确认模式，因切换导致业务中断对用户感知影响较小。
而VOLTE业务的RTP包传输采用UDP协议，RLC层传输为非确认模式，频繁切换对语音质量MOS分影响较大。
5、VOLTE业务和普通数据业务对业务质量QOS要求不同。
普通数据业务承载在QCI9上，而语音通话业务承载QCI1上，视频通话业务承载在QCI2上。
各种QCI对QOS要求如下表所示：VOLTE业务对时延要求要高于普通数据业务，而普通数据业务对丢包率的要求要高于VOLTE 业务。
基于VOLTE业务和普通数据业务的异同点，本文重点探讨如下内容：1、通过哪些KPI可以评估VOLTE语音质量，指导VOLTE网络优化。
2、在VOLTE未上量的情况下，如何利用现网数据业务KPI来评估VOLTE网络质量。
3、VOLTEKPI和语音质量MOS分的关系。
4、通过KPI评估来指导VOLTE网络质量提升思路。
以无线“感知丢包”指标表征VoLTE质差小区
1 概述无线问题导致丢包是影响VoLTE用户感知的关键因素之一，在VoLTE商用初期网优中心以“RRC重建”为抓手，利用LTE数据业务异常特征挖掘发现VoLTE语音吞字感知隐患点,牵引全网VoLTE无线网络优化。
随着VoLTE业务的快速普及、VoLTE用户数和业务量进入了快速上涨期，为更加准确找到全网VOLTE语音感知差点，网优中心深入分析空口语音调度机制，发现“空口丢包”和“基站弃包”两大关键统计指标可有效表征VoLTE语音感知，减少“空口丢包”和“基站弃包”是VoLTE语音质量优化提升的重要方向。
2VoLTE语音质量的关键特征VoLTE高清语音编码速率为23.85kbps，终端每20ms生成一个VoLTE 语音包（使用RTP 实时流媒体协议传输），再加上UDP包头、IP包头，在应用层最终打包成IP包进行传输。
在无线空口，按照协议IP包进一步被转换成PDCP包，PDCP包就是空口传输的有效数据。
下图为VoLTE语音包在无线网络传输的协议栈。
为实现VoLTE语音包(PDCP层)在终端与基站间的正常传输，则务必保证两个关键点：•其一：基站不能丢弃语音包。
业务高负荷、质差引发重传都会大量消耗无线资源，若基站因为缺乏有效的无线资源无法完成对VoLTE语音包的及时调度时，基站会主动丢弃VoLTE语音包；•其二：空口不能丢失语音包。
弱覆盖，系统内干扰，系统外干扰都会引发无线网络质差，会直接导致VoLTE语音包在无线空口传输过程中出现丢失。
无论空口丢包还是基站弃包，都会直接影响VoLTE用户的实际语音感知,以每20ms一个语音包的频度计算，若连续出现50个以上的丢包/弃包，用户将会出现1秒钟的语音吞字。
3 VoLTE“感知丢包”统计与应用在VoLTE的话务性能统计中，可以通过“空口丢包率”和“基站弃包率”两项指标来评估和分析VoLTE语音包在无线网络中的传输质量。
3.1空口丢包率终端或基站调度发出VoLTE语音包（PDCP层）后，由于空口质量问题导致在空口传输过程中丢失称为空口丢包。
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。
4G优化案例：VOLTE感知领先之优化“四步法”优化案例
VOLTE 感知领先之优化“四步法”目录VOLTE 感知领先之优化“四步法” (3)一、问题描述 (4)1概述 (4)2VoLTE&数据的差异性分析 (4)2.1覆盖质量要求的差异性 (4)2.2无线因素影响差异 (5)二、分析过程 (5)3步法一：全网洞察消除网络隐患 (5)3.1ANR 异常核查 (5)3.2PCI 冲突混淆核查 (6)3.3四超站点核查 (8)3.4TAC 不合理核查 (8)3.5干扰核查 (8)4步法二：基础优化夯实网络基础 (12)4.1覆盖优化提升 (12)4.2干扰优化 (13)三、解决措施 (14)VOLTE 特性应用提升用户感知 (20)语数分层策略实现VOLTE 感知的差异化提升 (20)TTI Bundling 提升边缘用户感知 (21)四、经验总结 (25)VOLTE 感知领先之优化“四步法”【摘要】按集团“双提升”要求，打造一张竞争力强、感知优先的电信VOLTE 网络，成为目前VOLTE 工作的核心。
而由于VOLTE 与数据业务行为的差异性，对时延、感知不同的敏感性，使得VOLTE 业务对无线环境变化更为敏感，对网络质量要求更为苛刻；所以，需要根据不同场景的无线环境，以VOLTE 优化为抓手，对VOLTE 网络进行个性化、优质化的精细化优化，以实现VOLTE 网络“四领先”之战略要求。
本文主要通过VOLTE 的系统性综合手段，紧抓“覆盖、质量、感知”三提升，采用“一洞察、二基础、三协同、四特性”之VOLTE 四步优化法，全面提升覆盖、MOS>3.5 占比、时延等与VOLTE 强相关指标，形成一套全面提升VOLTE 质量的优化经验。
本次双提升优化中，综合VOLTE 与数据的异同，从DT 至MR 质量问题；从MR 质量问题至Volte 问题；从广覆盖问题到质量提升问题，实现了VOLTE 网络质量的全面提升，为快速实现“双提升专项行动”移动网目标提供了清晰可行的优化策略。
Volte-4-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3GPPLTE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VoLTE12.2kbps）和VoLTE高清语音（或VoLTE23.85kbps）。
【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。
可见两者显着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。
AMRNB的语音带宽范围：300－3400Hz，8KHz采样。
AMRWB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。
AMRWB与AMRNB不同之处在于AMRWB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，AMRWB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。
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RLC层分段算法对VOLTE语音质量的影
响分析
作者：梁建民
来源：《科学与信息化》2018年第14期
摘 要 本文对小区边缘覆盖区域VOLTE语音上行受限、语音包丢包较高，导致语音质量
差原因进行了分析，并根据不同的RLC层分段算法参数设置对语音质量的影响做了具体研
究，通过验证得出最佳的算法参数设置，为特殊小区边缘用户的VOLTE语音质量提升提供了
参考方法。
关键词 RLC分层；VOLTE；语音质量；小区边缘
1 影响VOLTE语音业务质量的主要因素
影响Volte语音质量的因素有语音编码、端到端时延、抖动、丢包率等，语音编码和端到
端时延对语音质量的影响显而易见，本文不做讨论。
丢包和抖动
空口信号质量空口信号质量差可能导致误包增加，过多的重传和分段会造成丢包和抖动增
加。
eNodeB的负载当eNodeB上负载较重时，包括CPU占有率偏高或者高优先级业务的PRB
占用率偏高，可能导致部分用户的语音包不能及时调度，从而造成超时丢包或者抖动增加。
传输网络丢包或者抖动传输网络上丢包或者存在抖动，会造成端到端丢包率上升和抖动增
加。
2 RLC层分段对VOLTE语音质量的影响
从上述影响VOLTE语音业务质量的主要因素来看，丢包是影响语音业务质量的主要因
素，对于空口无线环境来讲，覆盖越差，丢包的概率越高，那么如何在小区边缘覆盖保障用户
感知。
VoLTE语音的发包周期为20ms的周期，在小区覆盖边缘，上行由于UE发射功率受限，
基站侧根据上行功控，分配给UE的MCS和PRB资源可能无法承载一个语音包，造成部分语
音数据丢包影响语音质量，这也是VOLTE上行覆盖受限的原因，打开上行RLC层分段后，语
音包会在RLC层对数据包分段，利用多个TTI传输完成，这样就可以有效降低VoIP的空口速
率要求，增强上行覆盖，提升用户感知和语音质量。
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如上图：采用AMR-WB23.85k一个语音包加上各层的包头和ROHC压缩是71Byte，基站
根据无线环境和功控等因素，如果分配给用户的PRB资源为（7PRB MCS5），则可以承载一
个语音包，但是边缘用户在无线环境更差的情况下，如果分配的资源为（4PRB MCS2），只
能承载TBS=22Byte的语音包，无法在一个TTI内传输完语音包，定时器超时后会丢弃该语音
包；通过在RLC层打开分段功能，语音数据包可以分为4段，每个小语音包加上各层的包头
总计也就20Byte，这时候远点用户（4PRB MCS2）完全可以满足语音包的传输要求，降低定
时器超时导致的丢包。
备注：（TBS的大小与MCS和PRB的对应关系：（4PRB MCS2）对应的
TBS=176bite=176/8=22Byte）
3 RLC分段数量对语音质量的影响
VoLTE业务上行RLC分段增强通过限制上行动态调度的TBS来限制VoLTE语音包的上
行RLC分段数，以提高信道质量很差时的语音质量。选取某RSRP在-115左右的LTE小区信
号差点进行测试，关闭小区基于覆盖的SRVCC和基于质量的SRVCC，使整个测试在V2V进
行。进行5组参数配置，设置VoIP上行最大RLC分段数分别为1、2、3、4和6，取每组测试
平均值分析每次测试时的端到端平均时延、抖动、丢包率和MOS值，发现RLC分段数为1和
6时丢包率增加，MOS降低，改为2和3时丢包率改善，MOS上升0.25分左右，如何确定
RLC最大分段数配置？
将RLC最大分段数从4修改为2和3时，丢包率从1.79%减小到0.69%和0.68%，MOS分
从3.707上升到3.953和3.944分，MOS分可提升0.2分左右。将RLC最大分段数设置为6
时，丢包率恶化到10.47%，丢包率的恶化也直接导致MOS分降低到2.873分。RLC最大分段
数设置为1时，丢包率恶化到8.51%，MOS分降低为2.953分。
首先，误码率和丢包率没有绝对关系，一般呈正向关系，测试结果受样本和无线环境影响
误码率变化为合理的波动范围。
其次，VoIP业务的上行动态调度的RLC分段数若超过对应制式下的推荐值（现网推荐为
4），UE侧的PDCP层丢包定时器超时导致的主动丢包变多，导致VoIP业务的上行覆盖变
差，丢包率恶化，因此不建议将RLC最大分段数设置为超过4的值。当RLC设置为1时，信
号差点时UE功率受限，上行RB数不足，分段过少将导致上行丢包率恶化。上行RLC最大分
段数现网建议值为4，是设置经验值，实际设置时仍需要考虑基站的具体情况，根据测试结果
在2，3和4时丢包率较低，MOS分最高。实际设置范围建议为3和4，可选取试点更改配置
为3考察后台指标变化。不建议设置为2，在大话务和干扰等情况下，分段为2仍可能导致上
行覆盖差，丢包率增加。
根据实际情况建议上行RLC分段数设置为3，跟踪后台指标评估特性实施效果
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选取某基站小区进行CQT测试，平均RSRP在-110左右，SINR为-1，在该小区下进行长
呼测试，呼叫保持1200秒，通过后台统计的QCI1上行的丢包率从0.06%下降到0.02%，提升
明显，同样15分钟内发包的数量增加明显，丛原来的11304增加26941，由于该小区下无其
他VOLTE用户，同样的时间段内语音包数量增加，说明RLC层对语音包进行过分段处理。
前台CQT测试对比如下：参数修改前后各保持通话1200S，从测试指标可以看到打开
RLC分段功能后，弱覆盖区域下MOS3.0的占比从89.12%提升到96.64%，抖动从29.28%降低
到7.67%，提升效果明显。
12点修改某地市某个区域共计124个小区的上行RLC分段数从0改为4，整体的上行丢
包率从原来的0.08%下降到0.03%，14点回退该参数后上行的丢包率上升到0.10%。
4 结束语
小区边缘区域用户，由于上行功控和其他因素分配给UE的MCS和PRB资源无法承载一
个VOLTE语音包，会造成PDCP层丢包定时器超时后主动丢包变多，打开上行RLC分段语音
包功能，可以将一个正常的语音包进行分段，提升边缘用户的覆盖，降低上行边缘的速率要
求，减少定时器超时导致的主动丢包，提升边缘用户的MOS感知。
作者简介
梁建民（1976-），现从事网络运维管理工作。