某省移動VoLTE語音質量分析報告

張偉偉　北京中創信測信息技術有限公司監測系統產品線產品規劃部博士

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某省移動VoLTE語音質量分析報告

張偉偉北京中創信測信息技術有限公司監測系統產品線產品規劃部博士

編者按：在VoLTE通話過程中，語音通過不同的網元進行傳輸，網絡或設備的問題會造成語音質量變差，從而直接影響用戶的通話體驗，使用戶滿意度指標下降。北京中創信測信息技術有限公司監測系統產品線產品規劃部張偉偉撰寫的《某省移動VoLTE語音質量分析報告》一文基于中創公司采集的現網語音數據對某省移動的VoLTE語音質量進行了分析，有助于維護人員更好地維護VoLTE網絡。

摘要VoLTE通話過程中，語音通過不同的網元進行傳輸，由于網絡或設備的問題會造成語音質量變差，從而直接影響用戶的通話體驗。因此，有必要對VoLTE通話的語音質量進行分析。本文首先對比了VoLTE和OTT語音質量，介紹了VoLTE系統的優勢。然后，基于中創公司采集的現網語音數據對某省移動的VoLTE語音質量進行了分析。本文包括的5個應用功能分別是語音MOS值分析、高清語音質量分析、語音失真性分析、語音單通故障分析和語音斷續故障分析。基于這些語音質量分析功能，可幫助維護人員對VoLTE網絡進行更好的維護。

關鍵詞VolTE語音質量MOS評分單通現場

1　VoLTE系統簡介

隨著智能手機終端的普及和移動互聯網業務的迅猛發展，移動手機用戶的數據業務量顯著增加；為了能夠為用戶提供更高速率的IP數據業務通道，4G LTE （Long Term Evolution）技術應運而生。VoLTE（Voice over LTE）是4G時代的最終語音解決方案，為LTE手機終端提供的一種語音業務。

2/3G手機終端、LTE雙待手機終端是使用2/3G無線網和核心網電路域提供的語音業務；CS FallBack LTE手機終端的話音業務是從LTE/EPC網絡回落到2/ 3G無線網和核心網電路域的，仍舊是電路域提供的語音業務；VoLTE手機終端則是利用LTE無線網和EPC核心網提供的IP承載通道接入IMS核心網，由IMS相關業務平臺提供語音業務呼叫出來。可見，VoLTE語音解決方案與2/3G、LTE雙待、LTE CS FallBack的語音解決方案完全不同。

LTE雙待、LTE CS FallBack手機終端的語音業務均嚴重依賴2/3G無線網和核心網電路域，而語音業務又是移動手機用戶的基礎通信業務，因此面向手機用戶的移動運營商在建設和運營4G LTE網絡的同時，必須保證有一張2G或3G無線網以及核心電路域。若移動運營商希望僅通過一張4G LTE網絡同時滿足移動手機用戶的語音業務和IP數據業務，則必須采用VoLTE技術。

采用VoLTE技術的手機終端通過4G LTE無線網和EPC（Evolved Packet Core）核心網提供的IP數據通道接入IMS（IP Multimedia Subsystem）核心網，由IMS核心網分析被叫號碼，將呼叫接續到被叫用戶；由IMS業務平臺負責用戶的語音業務控制。IMS支持豐富的接入類型和多媒體業務，早已被3GPP、GSMA確定為移動語音向All IP演進的標準架構。基于IMS核心網和IMS業務平臺的VoLTE語音業務，不但能夠提供音頻語音業務，而且還能夠支持視頻語音業務，以及智能網等增值業務，為VoLTE用戶帶來更好的語音業務體驗；同時，也能夠為VoLTE用戶提供短信業務以及更豐富的消息類業務。

2　VoLTE和OTT語音質量的對比

VoLTE（Voice over LTE）是4G時代的最終語音解決方案，為LTE手機終端提供的一種語音業務。OTT （Over The Top）是指第三方業務提供商通過互聯網向電信運營商用戶提供的各種互聯網應用服務。目前，典型的OTT業務包括騰訊公司提供的微信和QQ服務等。

OTT語音指利用OTT技術提供的數據話音業務。目前，互聯網OTT廠商的語音產品，如Skype、微信等，在4G高速上網的條件保證下，與傳統的運營商語音業務形成了競爭。那么，VoLTE和OTT所提供語音的區別有哪些？VoLTE語音通信具有哪些優勢？下面進行一一介紹。

●VoLTE語音優勢之一：在技術上，VoLTE具有技術保障

VoLTE有4大技術保障其語音業務提供高標準的QoS（服務質量）：一是SPS半持續調度，減少控制信令開銷，提高控制信道可調度用戶數；二是TTIbundling，可以提升上行覆蓋性能；三是RoHC包頭壓縮，減少數據包頭開銷，從而對VoLTE業務信道覆蓋和容量有顯著增益；四是DRX非連續接收，允許UE不再一直監視PDCCH信道，從而達到終端省電的目的。

OTT語音應用都是基于VoIP技術的，包括微信、QQ、來往、易信等都具有VoIP特性。所謂VoIP，即Voiceover Internet Protocol，是將模擬聲音訊號（Voice）以數據封包（Data Packet）的形式在IP數據網絡（IPNetwork）上做實時傳遞。由于OTT沒有QoS端到端保障，體驗受網絡波動影響很大，所以VoLTE體驗無論質量和穩定都要優于OTT同類應用。

●VoLTE語音優勢之二：在通話上，VoLTE有更小的時延，更高的質量

在業內，VoLTE有“通話好聲音”之稱。與傳統通訊相比，VoLTE的語音更清晰。VoLTE采用50～7000Hz的AMR-WB 23.85kbit/s編碼方式。而傳統語音通話一直采用300～3400Hz的語音編碼。由于音域更廣，同樣的語音通話，自然是VoLTE的語音清晰、效果更逼真。

與傳統通訊相比，VoLTE的接通時間更短，呼叫時延是2/3G通話的1/10。通常，2/3G通話從客戶開始撥打到返回提示音（或彩鈴）平均約需6～9s，而基于VoLTE技術的4G高清通話平均等待時間僅需2s左右，未來可以控制在1s以內。那么，在VoLTE與OTT應用之間，兩者的對比情況又如何呢？據中國移動對VoLTE 和OTT進行網絡實測：VoLTE的MOS值為3.6～3.8，時延為2.2～2.5s；OTT的MOS值為2.1～3.5，時延為2.5～7.5s。

MOS值是衡量通信系統語音質量的重要指標，0分代表最差的質量，5分為最高分。其主要反應的是用戶的感知度，一般和語音編碼方案、信號強度、干擾情況、切換情況等有關。

即便是在4G信號較弱的地方，VoLTE也能實現與現網2/3G的語音互通和無縫切換。通過eSRVCC，VoLTE的切換時延已降低至300ms以內，人耳基本無法感知。而OTT應用一旦從4G網絡掉到2G網絡，語音通話就會中斷。

●VoLTE語音優勢之三：在安全性上，VoLTE業務網更可靠

VoIP建立在Internet基礎之上，繼承了IP網絡易受攻擊的先天不足。VoIP有不少弱點和安全隱患，比如其服務器容易遭受病毒、網上黑客等的攻擊。但其中，最為人所擔憂的就是——VoIP與傳統通信相比更容易實現竊聽。由于VoIP技術的常用協議本身是開放的，一些竊聽方式能將在數據網絡上的語音數據加以重放，就會造成用戶通信信息的泄露，就連用戶的IP電話的登錄密碼也會被竊取。所以，安全性問題一直制約著VoIP的進一步發展。

而VoLTE業務走的是中國移動具有高可靠性及安全性的內部網絡。通過IMS域、EPS域及PCC架構的聯合保障，語音業務端到端時延、誤碼率等服務質量也都獲得嚴格保證，這些都是OTT語音業務無法做到的。

另一方面，VoLTE也是以真實手機號和實名制為前提的，信息安全更有保障。

●VoLTE語音優勢之四：在頻譜效率上，VoLTE擁有更高的頻譜效率

VoLTE在語音業務上擁有更高的頻譜效率，這意味著單位頻譜上可承載更多的語音用戶。OTT語音還會與其他業務搶占公共帶寬資源，體驗受網絡波動影響大。在網絡帶寬壓力較大的時候，OTT語音易出現誤碼、丟包、時延大等一系列服務質量問題。而VoLTE擁有QoS保障，滿足語音高優先級需求，掉話率很小。

3　VoLTE語音質量分析整體框架

在4G網絡高速接入的網絡環境下，大流量數據業務將得以發展，各種多媒體業務將極大豐富用戶的移動終端。語音業務是運營商的傳統主營業務，在4G時代的很長一段時間內仍將是其重要的服務業務。但在LTE網絡中，所有的業務數據，包括語音數據都將做為IP數據包在網絡中傳輸，語音不再擁有專用的數據通道，所以VoLTE與E-mail、彩信、HTTP等業務一樣，也是多種數據服務業務中的一種，其也是運行在EPS為用戶建立的數據承載面中。

在對VoLTE網絡進行監測的時候，不僅要從信令面進行基礎信令監測，還需要從媒體面，對媒體業務質量進行監測。VoLTE通話過程中，語音/視頻通過不同的網元進行傳輸，由于網絡或設備的問題會帶來不同的傳輸質量。由于語音/視頻質量直接地影響著用戶體驗，因此需要對VoLTE通話的語音/視頻質量進行分析和監測。所以監測和保證VoLTE網絡的媒體面的語音/視頻的感知質量，也是運營商目前需要解決的重要問題。

根據以上的需求分析，VoLTE語音質量分析專題監測功能應該能夠解決用戶的如下問題：

●通過RTP媒體CDR查詢功能，可以查詢不同接口語音業務質量的狀態，分析單接口的語音業務質量。

●通過RTP媒體端到端的SDR查詢功能，將不同接口的數據關聯，實現端到端的語音業務質量分析。

●通過分析VoLTE整體的質量指標數據，查詢和統計各網元維度和端到端的媒體業務的KPI&KQI指標。

●能夠分析LTE承載和IP傳輸端到端QoS，定位用戶媒體面的質量問題。

●能夠實現VoLTE語音業務的故障診斷功能，輸出媒體業務的故障報告。

●實現VoLTE端到端的整體語音質量分析和統計，快速定位VoLTE語音質量問題和輸出質量報告。

通過RTP媒體記錄查詢功能，可以查詢不同接口語音業務質量的詳細狀態，分析單接口的語音業務質量。下面根據某省移動VoLTE現網數據，對此功能進行詳細的介紹，并且，可以根據此RTP媒體記錄查詢發現語音較差的通話記錄，還可以分析出語音差的原因。

RTP媒體記錄程序的界面可以呈現每次通話過程的多個字段的結果。不僅可以查詢每次通話的開始時間、記錄的接口類型、通話的主叫號碼和被叫號碼，還可以查詢此次語音通話過程的媒體和語音編碼類型，更重要的是可以查詢同向語音MOS值和反向語音MOS。具體可見如圖1所示的RTP媒體記錄查詢界面。

圖1給出了某省移動VoLTE的現網通話的媒體記錄，為了保證用戶的隱私，主叫號碼和被叫號碼沒有顯示完整。根據圖形的顯示結果可以看出，序號104的通話記錄的同向平均意見值和反向平均意見值也就是同向語音MOS值和反向語音MOS值都比較低，大概是2.8分左右，所以可以判斷此次通話的語音質量較差。那么，根據后面字段的內容可以分析出，造成MOS值低的原因是由于同向平均時延值和反向平均時延值較大，都是360ms左右。根據用戶的感知特性，當語音數據包的時延值大于150ms時，用戶可以感覺到語音質量變差。而此次通話的值是360ms，會使用戶感覺到明顯的延時，所以語音質量會變差。

4　VoLTE語音質量的具體功能分析

4.1VoLTE語音MOS值分析

圖1　RTP媒體記錄查詢界面

根據某省移動的VoLTE現網的通話數據來對語音MOS值進行分析。如圖2所示，按照小時維度對語音的MOS值進行統計，其中統計了語音最大MOS值、最小MOS值和平均MOS，又區分了主叫和被叫雙方向的MOS值，所以一共有6個KPI統計指標。

在語音MOS值分析的功能中共統計了的6個指標分別是主叫語音最小MOS、主叫語音最大MOS、主叫語音平均MOS、被叫語音最小MOS、被叫語音最大MOS和被叫語音平均MOS。在這6個指標中，最可以體現網絡總體狀態的，也是用戶最關心的指標應該是平均MOS值。從圖2可以看出在2015年10月7日的24h時間段內，13：00—14：00之間的主叫語音平均MOS和被叫語音平均MOS值都是最低的，所以應該重點關注這段時間的語音的通話質量。

圖2　語音MOS值分析統計結果

4.2VoLTE高清語音質量分析

VoLTE語音通話和OTT語音通話競爭的關鍵是要保證VoLTE通話的高清語音質量，那么就需要統計VoLTE的所有語音通話中高質量語音通話的次數和比率、中等質量語音通話的次數和比率，還有低質量語音通話的次數和比率。圖3給出了VoLTE高清語音質量的統計結果。

圖3給出了高質量和低質量的語音通話的次數和比率，需要重點關注的是低質量語音通話的記錄。在圖3的序號5中，顯示主要低質量語音通話的次數比率是10%，通話的次數是2條。為了分析這2條低質量的通話書，進行跳轉功能，跳轉到主叫低質量語音的通話的詳細記錄，如圖4所示。

從圖4可以看出，這2條語音通話的同向平均意見值是1.294和2.488，也就是說主叫MOS分是1.294和 2.488。由于這兩條的MOS值都比較低，所以這兩條通話是低質量的語音通話。那么繼續看詳細的記錄，繼續分析語音MOS低的原因。從圖4中的同向丟包率可以看出，丟包率較大，所以這2條語音質量低是由丟包率大引起的。

4.3VoLTE語音失真性分析

VoLTE的語音失真性分析，是從失真的角度對語音質量進行分析的，主要關注的是語音數據包在經過傳輸以后失真性的大小，如果失真性較小可以不予關注。但是，對于語音質量失真較嚴重的通話，就需要重點關注，并分析造成其失真嚴重的原因是什么。圖5給出了VoLTE語音失真性的統計結果。

圖5分別列出了失真可接受的通話數和比率、失真需注意的語音通話數和比率，還有失真嚴重的語音通話數和比率，并且區分主叫和被叫兩個方向。需要重點關注的是主叫嚴重的語音通話數和被叫嚴重的語音通話數。以22：00的通話為例，跳轉到主叫嚴重的通話的詳單，即跳轉到圖6所示界面。從圖6可以看出這兩次通話過程的語音MOS值是2.543和2.863，因此這兩次通話過程的語音失真性比較嚴重。

圖3　VoLTE高清語音質量的統計結果

圖4　VoLTE主叫質量通話記錄的詳單

圖5　VoLTE語音失真性的統計結果

圖6　VoLTE主叫失真嚴重的通話記錄的詳單

4.4VoLTE語音單通故障分析

在VoLTE通話過程中，通話單通故障是常見故障之一，它的出現會影響整個網絡的運行質量，容易引起用戶投訴，對用戶滿意度指標影響較大。單通現象一般表現為：鏈路建立成功后，通話雙方不能正常進行通話，其中一方可以聽到對方的聲音，而對方聽不到聲音。從影響的時長上看，單通可分為兩種短暫單通和長時單通兩種。

●短暫單通：這種類型的單通基本現象是正常通話一段時間后出現單通，單通時長維持在約幾秒左右聽不見對方聲音的現象，之后業務可以自動恢復，屬于短暫單通。該類型單通的特點是：持續的時間比較短，等待一段時間后，可以自動恢復通話過程。

●長時單通：這種類型單通的基本現象是在通話業務建立后，立即出現單通或過一段時間后才出現單通，且單通持續的時間較長或直至用戶一方掛斷業務。該類型單通的特點是：持續時間長，一般不能自動發生掉話，除非人為掛斷來結束此次通話。

VoLTE語音單通故障的統計結果如圖7所示，在此統計功能中統計了長時單通的通話數和所占比率，還有短時單通的通話數和通話比率，按照主叫方向和被叫方向兩個方向進行統計。從圖中可以看出，在14：00—15：00之間的主叫長時單通的比率較大，在15：00—16：00之間的主叫短時單通的比率較大。此統計功能還支持跳轉，可以跳轉到具體發生單通的詳細通話記錄。

4.5VoLTE語音斷續故障分析

在VoLTE通話過程中，除了存在通話單通故障現象，還存在另外一種對通話影響較大的故障，那就是通話斷續故障。通話斷續：這種故障的基本現象是在通話的過程中，通話出現語音斷續的情況，每次出現的時間比較短，并且會連續地出現，導致用戶聽到的語音是斷斷續續的。

圖7　VoLTE語音單通故障的統計結果

通話斷續和通話單通的區別是：通話斷續一般指中斷時間較短的通話，而單通一般指的是中斷時間較長的通話。如果在某次通話中，話音中斷的時間比較短，并且會多次連續出現則診斷為通話斷續，如果話音中斷的時間比較長，那么就診斷為通話單通故障。

VoLTE語音斷續故障的統計結果如圖8所示，在此統計功能中統計主叫語音斷續的通話數和通話比率，還有被叫語音斷續的通話數和通話比率。從圖中可以看出在8：00—9：00之間的被叫語音斷續的通話比率較大，在10：00—11：00之間的主叫語音斷續的比率較大。此統計功能還支持跳轉，可以跳轉到具體發生斷續的詳細通話記錄。

圖8　VoLTE語音斷續故障的統計結果

思博倫技術專欄