關于S聯通VoLTE語音質量測試解決方案的介紹和分析

1. 引言

隨著通信技術的發(fā)展，LTE已經在世界各地普遍商用。在中國，中國移動率先于2013年獲得了TDD-LTE運營牌照；2014年中國聯通和中國電信也同時獲得了FDD-LTE運營牌照。

由于LTE網絡采用基于分組交換的全IP扁平網絡架構，與傳統(tǒng)2G/3G網絡架構不同，LTE徹底摒棄了專門用于承載語音呼叫業(yè)務的CS（Circuit Switched）電路交換域和專用無線信道。而語音業(yè)務又是運營商必不可少的一項重要業(yè)務和收入來源，因此LTE網絡也必須支持語音呼叫業(yè)務。

VoLTE（Voice over LTE）方案采用在LTE核心網上疊加部署一個IMS網絡的方式，從而讓LTE網絡直接承載手機用戶的語音業(yè)務。該方案較CS語音在信令時延和語音通話質量上有明顯提升。LTE語音和數據業(yè)務傳輸層都采用基于分組交換的IP網絡，可以同時進行語音和數據業(yè)務，手機無須回落到CS電路域，因此VoLTE本質上是一種VoIP業(yè)務，并且可以提供有保障的電信級語音通話質量。那么VoLTE語音質量如何衡量，又有哪些運營商關心的測試用例呢？

2. VoLTE語音質量的評判標準

針對語音質量的評判，最初的MOS（Mean opinion score）分值評定是由測評參與者對聽到的語音質量進行主觀打分，這個方法的缺點是，測試時間、數量和人為主觀因素，會對真實的結果產生影響。

圖1 POLQA心理聲學模型算法框圖

如圖1所示， POLQA（Perceptual Objective Listening Quality Analysis）是一種消除了主觀因素的影響，采用先進的心理聲學模型來模擬人類感知,把聲音轉換成內部神經刺激，對比輸入音頻信號（或者高質量的參考信號）和退化的測試信號之間差異的參考算法。POLQA被ITU組織指定為傳統(tǒng)的2G，3G高清語音和VoLTE語音質量測試的標準算法。同時ITU組織給出了MOS評定等級，分為1-5個等級，其中5分為最高分，代表語音沒有任何失真；1分最差，代表接收到的語音都是噪音，沒有有效信息。

3. 聯通VoLTE測試用例

聯通根據用戶實際通話場景和現網情況，制定了自己特有的語音質量測試用例。其中聯通VoLTE語音質量測試用例包含7個章節(jié)，60個測試項。詳細測試內容如表1所示：

Table 1 聯通VoLTE語音質量測試用例

1.不同語音聲碼器驗證測試（驗證不同聲碼率條件下的語音質量）

2.IP損傷傳輸條件下的語音質量（不同丟包率和抖動條件下的語音質量）

3.IP損傷傳輸條件下的語音時延（不同丟包率和抖動條件下的語音時延）

4.數據并發(fā)業(yè)務下的語音質量（手機ping和iperf數據業(yè)務下的語音質量）

5.cDRX非連續(xù)接收條件下的語音質量（非連續(xù)接收和半靜態(tài)調度條件下的語音質量）

6.通話中語音編碼速率重新配置前后的語音質量

7.切換場景下的語音質量和時延（LTE帶內切換和SRVCC切換）

4.R&S 聯通VoLTE語音質量測試方案

圖2 R&S VoLTE語音質量測試解決方案

R&S的解決方案由無線綜測儀CMW500，音頻分析儀UPV以及自動化測試軟件CMWrun組成，如圖2所示。其中CMW500作為LTE，WCDMA基站仿真器，可以進行小區(qū)切換，信令參數的靈活設置，如cDRX, SPS等參數；內置HTTP，FTP，IMS服務器，用于數據業(yè)務和語音業(yè)務的傳輸；并提供數字IQ硬件模塊，用于模擬下行衰落場景；同時配有模擬/數字音頻接口，適配不同的音頻編碼速率。

音頻分析儀UPV由音頻信號源和音頻分析器組成。其中音頻信號源可以播放窄帶，寬帶和超寬帶語音文件；音頻分析器用于分析音頻信號質量。同時UPV內置POLQA算法軟件，用于語音質量測評。

CMW500和UPV組成的音頻質量測試解決方案，具有以下功能和測試能力,詳細內容請參考表2:

Table2 R&S VoLTE語音質量測試系統(tǒng)的能力

CMWrun通過SCPI控制指令來完成對CMW500和UPV的參數配置。通過該軟件可以靈活編輯測試腳本，其中我們將聯通VoLTE的7個章節(jié)編輯成一個整體的測試腳本，一鍵完成測試，中間過程無需人工干預。當測試完成后，可以自動生成測試報告，方便快捷。

5. 詳細用例分析

5.1 語音質量MOS的測試方法

如圖3所示，上行鏈路語音質量：UPV的信號源發(fā)送語音信號給手機話筒，語音被編碼后經過射頻信號傳送給CMW500，然后攜帶有語音信息的射頻信號經過CMW500音頻板的輸出端口回到UPV的分析器進行分析。

下行鏈路語音質量：UPV的信號源發(fā)送語音信號給CMW500音頻板的輸入端口，經過編碼后通過射頻輸出傳送給手機聽筒，語音被解碼后反饋回UPV的分析器進行分析。

UPV通過內置的POLQA算法軟件，對比原始語音文件和退化后的語音文件，從而得到手機在VoLTE通話下的MOS分值。

圖3 上下行語音鏈路示意圖

聯通VoLTE語料由4秒時長的靜默和4秒時長的男聲組成。圖4為語音不同時間節(jié)點對應的MOS分值，其中直線部分代表語料的靜默部分，波浪線部分為語料的男聲部分。

圖4 MOS分值分布圖

圖5為CMWrun自動化軟件生成的VoLTE語音質量測試報告。其中，每個用例會循環(huán)測試5次，取平均值后得到最終結果。

圖5 MOS測試結果報告

5.2 回環(huán)時延的測量方法

UPV產生音頻信號給手機，手機編碼后通過射頻鏈路傳給CMW500,語音數據包通過IMS服務器回環(huán)到下行射頻鏈路，手機接收到語音信號后，經過解碼后將音頻文件傳送回UPV進行分析，UPV通過對比產生信號的時間和接收到的信號時間，得到這個整個語音鏈路中的時延，但這段時延包含了CMW500網絡側的時延，因此需要將網絡側的時延減去，從而得到手機端的時延，其中在網絡側的時延路徑如圖6所示。在進行自動化測試時，CMWrun軟件會自動將網絡側的時延減去，得到如圖7所示的測試報告。

圖6 回環(huán)時延測試

圖7 時延測試結果報告

6. 結束語

R&S VoLTE語音質量測試方案已被中國移動，中國聯通，手機制造商，芯片商等所采用，成為認證測試系統(tǒng)。高效的自動測試方案，簡單的系統(tǒng)配置得到了用戶的一致好評。該系統(tǒng)除了支持VoLTE語音測試外，還可以支持WCDMA，EVS（Enhanced Voice services）的高清語音測試，由此可見該系統(tǒng)具有多種用途和高性價比的特點，可以同時滿足客戶的多種測試需求。