1. 引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，LTE已經(jīng)在世界各地普遍商用。在中國(guó)，中國(guó)移動(dòng)率先于2013年獲得了TDD-LTE運(yùn)營(yíng)牌照；2014年中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信也同時(shí)獲得了FDD-LTE運(yùn)營(yíng)牌照。

由于LTE網(wǎng)絡(luò)采用基于分組交換的全I(xiàn)P扁平網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，與傳統(tǒng)2G/3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同，LTE徹底摒棄了專(zhuān)門(mén)用于承載語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)的CS（Circuit Switched）電路交換域和專(zhuān)用無(wú)線信道。而語(yǔ)音業(yè)務(wù)又是運(yùn)營(yíng)商必不可少的一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)和收入來(lái)源，因此LTE網(wǎng)絡(luò)也必須支持語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)。

VoLTE（Voice over LTE）方案采用在LTE核心網(wǎng)上疊加部署一個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò)的方式，從而讓LTE網(wǎng)絡(luò)直接承載手機(jī)用戶的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。該方案較CS語(yǔ)音在信令時(shí)延和語(yǔ)音通話質(zhì)量上有明顯提升。LTE語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸層都采用基于分組交換的IP網(wǎng)絡(luò)，可以同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，手機(jī)無(wú)須回落到CS電路域，因此VoLTE本質(zhì)上是一種VoIP業(yè)務(wù)，并且可以提供有保障的電信級(jí)語(yǔ)音通話質(zhì)量。那么VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量如何衡量，又有哪些運(yùn)營(yíng)商關(guān)心的測(cè)試用例呢？

2. VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的評(píng)判，最初的MOS（Mean opinion score）分值評(píng)定是由測(cè)評(píng)參與者對(duì)聽(tīng)到的語(yǔ)音質(zhì)量進(jìn)行主觀打分，這個(gè)方法的缺點(diǎn)是，測(cè)試時(shí)間、數(shù)量和人為主觀因素，會(huì)對(duì)真實(shí)的結(jié)果產(chǎn)生影響。

圖1 POLQA心理聲學(xué)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(jìn)的心理聲學(xué)模型來(lái)模擬人類(lèi)感知,把聲音轉(zhuǎn)換成內(nèi)部神經(jīng)刺激，對(duì)比輸入音頻信號(hào)（或者高質(zhì)量的參考信號(hào)）和退化的測(cè)試信號(hào)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(yǔ)音和VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)算法。同時(shí)ITU組織給出了MOS評(píng)定等級(jí)，分為1-5個(gè)等級(jí)，其中5分為最高分，代表語(yǔ)音沒(méi)有任何失真；1分最差，代表接收到的語(yǔ)音都是噪音，沒(méi)有有效信息。

3. 聯(lián)通VoLTE測(cè)試用例

聯(lián)通根據(jù)用戶實(shí)際通話場(chǎng)景和現(xiàn)網(wǎng)情況，制定了自己特有的語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試用例。其中聯(lián)通VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試用例包含7個(gè)章節(jié)，60個(gè)測(cè)試項(xiàng)。詳細(xì)測(cè)試內(nèi)容如表1所示：

Table 1 聯(lián)通VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試用例

1.不同語(yǔ)音聲碼器驗(yàn)證測(cè)試（驗(yàn)證不同聲碼率條件下的語(yǔ)音質(zhì)量）

2.IP損傷傳輸條件下的語(yǔ)音質(zhì)量（不同丟包率和抖動(dòng)條件下的語(yǔ)音質(zhì)量）

3.IP損傷傳輸條件下的語(yǔ)音時(shí)延（不同丟包率和抖動(dòng)條件下的語(yǔ)音時(shí)延）

4.數(shù)據(jù)并發(fā)業(yè)務(wù)下的語(yǔ)音質(zhì)量（手機(jī)ping和iperf數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下的語(yǔ)音質(zhì)量）

5.cDRX非連續(xù)接收條件下的語(yǔ)音質(zhì)量（非連續(xù)接收和半靜態(tài)調(diào)度條件下的語(yǔ)音質(zhì)量）

6.通話中語(yǔ)音編碼速率重新配置前后的語(yǔ)音質(zhì)量

7.切換場(chǎng)景下的語(yǔ)音質(zhì)量和時(shí)延（LTE帶內(nèi)切換和SRVCC切換）

4.R&S 聯(lián)通VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試方案

圖2 R&S VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試解決方案

R&S的解決方案由無(wú)線綜測(cè)儀CMW500，音頻分析儀UPV以及自動(dòng)化測(cè)試軟件CMWrun組成，如圖2所示。其中CMW500作為L(zhǎng)TE，WCDMA基站仿真器，可以進(jìn)行小區(qū)切換，信令參數(shù)的靈活設(shè)置，如cDRX, SPS等參數(shù)；內(nèi)置HTTP，F(xiàn)TP，IMS服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的傳輸；并提供數(shù)字IQ硬件模塊，用于模擬下行衰落場(chǎng)景；同時(shí)配有模擬/數(shù)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(hào)源和音頻分析器組成。其中音頻信號(hào)源可以播放窄帶，寬帶和超寬帶語(yǔ)音文件；音頻分析器用于分析音頻信號(hào)質(zhì)量。同時(shí)UPV內(nèi)置POLQA算法軟件，用于語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)評(píng)。

CMW500和UPV組成的音頻質(zhì)量測(cè)試解決方案，具有以下功能和測(cè)試能力,詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考表2:

Table2 R&S VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試系統(tǒng)的能力

CMWrun通過(guò)SCPI控制指令來(lái)完成對(duì)CMW500和UPV的參數(shù)配置。通過(guò)該軟件可以靈活編輯測(cè)試腳本，其中我們將聯(lián)通VoLTE的7個(gè)章節(jié)編輯成一個(gè)整體的測(cè)試腳本，一鍵完成測(cè)試，中間過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。當(dāng)測(cè)試完成后，可以自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，方便快捷。

5. 詳細(xì)用例分析

5.1 語(yǔ)音質(zhì)量MOS的測(cè)試方法

如圖3所示，上行鏈路語(yǔ)音質(zhì)量：UPV的信號(hào)源發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)給手機(jī)話筒，語(yǔ)音被編碼后經(jīng)過(guò)射頻信號(hào)傳送給CMW500，然后攜帶有語(yǔ)音信息的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)CMW500音頻板的輸出端口回到UPV的分析器進(jìn)行分析。

下行鏈路語(yǔ)音質(zhì)量：UPV的信號(hào)源發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)給CMW500音頻板的輸入端口，經(jīng)過(guò)編碼后通過(guò)射頻輸出傳送給手機(jī)聽(tīng)筒，語(yǔ)音被解碼后反饋回UPV的分析器進(jìn)行分析。

UPV通過(guò)內(nèi)置的POLQA算法軟件，對(duì)比原始語(yǔ)音文件和退化后的語(yǔ)音文件，從而得到手機(jī)在VoLTE通話下的MOS分值。

圖3 上下行語(yǔ)音鏈路示意圖

聯(lián)通VoLTE語(yǔ)料由4秒時(shí)長(zhǎng)的靜默和4秒時(shí)長(zhǎng)的男聲組成。圖4為語(yǔ)音不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的MOS分值，其中直線部分代表語(yǔ)料的靜默部分，波浪線部分為語(yǔ)料的男聲部分。

圖4 MOS分值分布圖

圖5為CMWrun自動(dòng)化軟件生成的VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試報(bào)告。其中，每個(gè)用例會(huì)循環(huán)測(cè)試5次，取平均值后得到最終結(jié)果。

圖5 MOS測(cè)試結(jié)果報(bào)告

5.2 回環(huán)時(shí)延的測(cè)量方法

UPV產(chǎn)生音頻信號(hào)給手機(jī)，手機(jī)編碼后通過(guò)射頻鏈路傳給CMW500,語(yǔ)音數(shù)據(jù)包通過(guò)IMS服務(wù)器回環(huán)到下行射頻鏈路，手機(jī)接收到語(yǔ)音信號(hào)后，經(jīng)過(guò)解碼后將音頻文件傳送回UPV進(jìn)行分析，UPV通過(guò)對(duì)比產(chǎn)生信號(hào)的時(shí)間和接收到的信號(hào)時(shí)間，得到這個(gè)整個(gè)語(yǔ)音鏈路中的時(shí)延，但這段時(shí)延包含了CMW500網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)延，因此需要將網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)延減去，從而得到手機(jī)端的時(shí)延，其中在網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)延路徑如圖6所示。在進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試時(shí)，CMWrun軟件會(huì)自動(dòng)將網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)延減去，得到如圖7所示的測(cè)試報(bào)告。

圖6 回環(huán)時(shí)延測(cè)試

圖7 時(shí)延測(cè)試結(jié)果報(bào)告

6. 結(jié)束語(yǔ)

R&S VoLTE語(yǔ)音質(zhì)量測(cè)試方案已被中國(guó)移動(dòng)，中國(guó)聯(lián)通，手機(jī)制造商，芯片商等所采用，成為認(rèn)證測(cè)試系統(tǒng)。高效的自動(dòng)測(cè)試方案，簡(jiǎn)單的系統(tǒng)配置得到了用戶的一致好評(píng)。該系統(tǒng)除了支持VoLTE語(yǔ)音測(cè)試外，還可以支持WCDMA，EVS（Enhanced Voice services）的高清語(yǔ)音測(cè)試，由此可見(jiàn)該系統(tǒng)具有多種用途和高性價(jià)比的特點(diǎn)，可以同時(shí)滿足客戶的多種測(cè)試需求。