高鐵場景VoLTE語音質(zhì)量分析及影響因素研究

馬向辰+焦燕鴻+龐浩+范苑

【摘 要】為了進(jìn)一步提升高鐵場景下的VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量，提高用戶業(yè)務(wù)感知，對于高鐵場景因列車運(yùn)行速度快、車體穿透損耗高、切換頻次多等帶來的VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量下降問題，通過對典型線路測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并研究高鐵場景下的VoLTE語音質(zhì)量與無線覆蓋質(zhì)量、列車車速、終端糾偏能力、eSRVCC等因素的相關(guān)性，得出了提升高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量的策略及解決方案。

【關(guān)鍵詞】VoLTE 高鐵場景 語音業(yè)務(wù)質(zhì)量 MOS 糾偏能力

Analysis on VoLTE Voice Quality and Investigation on Influencing Factors

in High-Speed Rail Scenario

[Abstract]In order to further enhance the quality of VoLTE voice service in high-speed rail scenario and improve user service-awareness， considering the decreased quality of VoLTE voice service due to the high-speed train movement， high penetration loss and frequent handover， the testing data on typical railway lines was analyzed in this paper. The correlation of VoLTE voice quality with wereless coverage quality， train speed， terminal deviation correction ability and eSRVCC was investigated to derive the strategy and solution of enhancing the quality of VoLTE voice service in high-speed rail scenario.

[Key words]VoLTE high-speed rail scenario voice service quality MOS deviation correction ability

1 引言

由于VoLTE被作為4G語音的目標(biāo)解決方案，國內(nèi)各運(yùn)營商均積極開展VoLTE業(yè)務(wù)的部署工作，并正在逐步實(shí)現(xiàn)商用。VoLTE業(yè)務(wù)以其更短的接通等待時(shí)間、更高的語音質(zhì)量、更自然的語音效果，給用戶帶來了更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。但在高鐵場景下，由于存在列車運(yùn)行速度快、車體穿透損耗高、切換頻次多等客觀因素，給高鐵環(huán)境下的VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量帶來了較大的影響。為了提升高鐵場景下的VoLTE質(zhì)量，有必要對其業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)行分析，研究影響VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量的因素，以有針對性地提升用戶體驗(yàn)。

2 高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量分析

為了客觀分析、評價(jià)高鐵環(huán)境下VoLTE語音業(yè)務(wù)的質(zhì)量，選取不同車速、不同站間距設(shè)置的三條典型高鐵線路作為研究場景，分別對23.85 kbps、12.65 kbps編碼速率的VoLTE語音業(yè)務(wù)、2G語音業(yè)務(wù)以及微信OTT電話業(yè)務(wù)使用POLQA算法進(jìn)行語音質(zhì)量評估。

2.1 高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)MOS得分

通過對測試數(shù)據(jù)整理分析，高鐵場景下的不同語音業(yè)務(wù)質(zhì)量MOS分情況如表1所示。從測試結(jié)論來看，高鐵場景的VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量優(yōu)于2G和OTT業(yè)務(wù)，MOS分平均值為3.25，MOS分高于3.0的占比為73%，與大網(wǎng)的85%要求有一定差距，高鐵85%邊緣MOS分為1.98。但VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量要高于GSM網(wǎng)絡(luò)，比GSM業(yè)務(wù)MOS平均值高0.9分左右。高鐵上使用OTT電話業(yè)務(wù)MOS平均分僅為2.09，在所有語音業(yè)務(wù)中質(zhì)量最差。

2.2 高鐵VoLTE質(zhì)量MOS分布

從高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)MOS分可以看出，高鐵VoLTE語音質(zhì)量與大網(wǎng)相比有一定差距，均達(dá)不到MOS分大于3.0占比高于85%的要求。且低速線路語音質(zhì)量要明顯好于高速線路，受速度影響明顯。對于時(shí)速200 km/h的線路，MOS值大于3.0的占比為81%，MOS值大于2.5的占比為85%的要求。對于時(shí)速300km/h的線路，MOS值大于3.0的占比為68%，MOS值大于2.5的占比為76%。

3 高鐵VoLTE質(zhì)量影響因素分析

3.1 無線覆蓋質(zhì)量對VoLTE質(zhì)量的影響

典型測試線路的RSRP、SINR與MOS關(guān)系如圖1和圖2所示，從圖中可以看出，在無線覆蓋質(zhì)量較好的區(qū)域，可以保持較好的VoLTE語音業(yè)務(wù)通話質(zhì)量，但在無線覆蓋弱區(qū)，VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量明顯下降。

在原數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求的無線覆蓋指標(biāo)（RSRP>

-113 dBm、SINR>-3 dB）下，VoLTE語音業(yè)務(wù)MOS分達(dá)不到3.0，在RSRP=-113 dBm時(shí)，MOS分處于1.93～2.53；

SINR=-3 dB時(shí)，MOS分處于2.68～2.83。如果取MOS值為3.0分，對應(yīng)的RSRP為-104 dBm～-98 dBm，SINR為-1 dB～2 dB。若取MOS值為2.5，對應(yīng)的RSRP為-112 dBm～-105 dBm，SINR為-9 dB～-4 dB。

由于高鐵專網(wǎng)建設(shè)存在站址選擇困難、沿線橋梁和隧道眾多等難點(diǎn)，提升高鐵無線覆蓋質(zhì)量的工程難度大、投資高，因此，建議綜合考慮高鐵的建設(shè)難度、投資情況、用戶對話音質(zhì)量預(yù)期等因素，確定高鐵語音質(zhì)量要求。

3.2 列車車速對語音質(zhì)量的影響

從列車車速與語音MOS值的關(guān)系可以看出，高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量受車速影響明顯，隨著車速的增加，MOS整體呈下降趨勢。當(dāng)車速低于300 km/h時(shí)，MOS能達(dá)到3.0以上，當(dāng)車速高于300 km/h時(shí)，平均MOS低于3分。不同速度、RSRP與MOS的關(guān)系圖如圖3所示。

綜合以上分析可以看出：無線覆蓋質(zhì)量、列車車速是影響高鐵場景VoLTE語音質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在無線覆蓋質(zhì)量較差的區(qū)域，MOS分普遍較低；當(dāng)列車車速高于300 km/h時(shí)，即使無線覆蓋質(zhì)量較好，MOS值也低于3.0分。因此，提升VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量要同時(shí)考慮這兩個(gè)因素的影響。一方面，可通過優(yōu)化補(bǔ)站、使用4T4R增強(qiáng)覆蓋方案等措施，減少弱覆蓋區(qū)域；另一方面，可通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)高鐵場景算法和參數(shù)配置，提高設(shè)備解調(diào)能力，降低車速對語音質(zhì)量的影響。

3.3 終端糾偏能力對語音質(zhì)量的影響

由于高鐵車速高，相對于大網(wǎng)環(huán)境，對終端有著更高的糾偏能力要求。早期終端的糾偏能力較差，在±500 Hz左右，為了滿足高鐵高速移動(dòng)性要求，各終端芯片廠家也在積極提升終端的糾偏能力，新終端的糾偏能力可達(dá)到±1 kHz。

理論上進(jìn)行計(jì)算分析，當(dāng)車速達(dá)到250 km/h時(shí)，下行糾偏能力的要求為440 Hz，車速達(dá)到300 km/h時(shí)，對下行糾偏能力的要求為528 Hz。因此，舊終端不能滿足車速達(dá)到300 km/h的場景的糾偏能力需求，新終端可以滿足。

實(shí)際測試結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的結(jié)論，舊版本終端語音MOS分值在低速場景下與新版本終端基本相當(dāng)，在高速場景下差于新版本終端，且隨著車速的增加，舊終端MOS分下降幅度高于新終端。因此，需要推動(dòng)終端廠家加大對糾偏能力的支持，可幫助提升高鐵場景VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量。

3.4 eSRVCC對語音質(zhì)量的影響

在LTE覆蓋較差或無LTE覆蓋時(shí)，VoLTE會通過eSRVCC切換將正在進(jìn)行的VoLTE語音業(yè)務(wù)切換到2G/3G，使通話得以保持，保證其業(yè)務(wù)連續(xù)性。但高鐵場景的無線環(huán)境與大網(wǎng)存在明顯差異，LTE基站在高鐵沿線呈鏈狀覆蓋，無線質(zhì)量呈周期性波動(dòng)，在短時(shí)出現(xiàn)無線覆蓋弱區(qū)后，下一時(shí)刻無線覆蓋質(zhì)量會迅速改善。因此高鐵場景的eSRVCC設(shè)置需結(jié)合其場景的無線覆蓋特點(diǎn)進(jìn)行特殊考慮。

對高鐵沿線開啟eSRVCC和關(guān)閉eSRVCC的兩種情況進(jìn)行了對比測試，通過對出現(xiàn)eSRVCC切換的小區(qū)前后無線覆蓋質(zhì)量，關(guān)閉eSRVCC后，在原來eSRVCC切換點(diǎn)是否出現(xiàn)掉話等情況的對比分析，發(fā)現(xiàn)在共13次eSRVCC切換中，關(guān)閉eSRVCC后，在原先發(fā)生eSRVCC切換的小區(qū)僅有3處發(fā)生掉話，大部分可維持VoLTE不掉話，僅語音質(zhì)量有些波動(dòng)。同時(shí)，考慮到高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量要高于2G語音業(yè)務(wù)，如果語音保持在VoLTE將能為用戶提供更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，因此建議應(yīng)分場景開啟eSRVCC功能：

對于VoLTE可以保持連續(xù)的區(qū)域，建議關(guān)閉eSRVCC，或降低eSRVCC切換門限；

對于存在TAU拒絕、弱覆蓋和干擾導(dǎo)致掉話的場景，建議開啟eSRVCC，保障語音業(yè)務(wù)連續(xù)性。

4 結(jié)束語

從高鐵的語音業(yè)務(wù)實(shí)際質(zhì)量情況和對業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響因素分析可以看出：

（1）高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量與大網(wǎng)相比還有一定差距。

（2）無線覆蓋質(zhì)量、列車車速是影響高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵因素，提升高鐵VoLTE語音業(yè)務(wù)質(zhì)量要同時(shí)考慮這兩個(gè)因素的影響。一方面，通過優(yōu)化補(bǔ)站、使用4T4R增強(qiáng)覆蓋方案等措施，減少弱覆蓋區(qū)域；另一方面，通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)高鐵場景算法和參數(shù)配置，提高設(shè)備解調(diào)能力，降低車速對語音質(zhì)量的影響。

（3）要推動(dòng)終端廠家加大對糾偏能力的支持，以提升高鐵場景VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量。

（4）在高鐵場景下，建議分場景開啟eSRVCC，對于VoLTE可以保持連續(xù)的區(qū)域，建議關(guān)閉eSRVCC或降低eSRVCC切換門限。

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