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高铁场景VoLTE语音质量分析及影响因素研究
作者：马向辰 焦燕鸿 庞浩 范苑 来源：《移动通信》2017年第01期
【摘 要】为了进一步提升高铁场景下的VoLTE语音业务质量，提高用户业务感知，对于高铁场景因列车运行速度快、车体穿透损耗高、切换频次多等带来的VoLTE业务质量下降问题，通过对典型线路测试数据进行分析，并研究高铁场景下的VoLTE语音质量与无线覆盖质量、列车车速、终端纠偏能力、eSRVCC等因素的相关性，得出了提升高铁VoLTE语音业务质量的策略及解决方案。
【关键词】VoLTE 高铁场景 语音业务质量 MOS 纠偏能力
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被作为4G语音的目标解决方案，国内各运营商均积极开展VoLTE业务的部署工作，并正在逐步实现商用。VoLTE业务以其更短的接通等待时间、更高的语音质量、更自然的语音效果，给用户带来了更好的业务体验。但在高铁场景下，由于存在列车运行速度快、车体穿透损耗高、切换频次多等客观因素，给高铁环境下的VoLTE业务质量带来了较大的影响。为了提升高铁场景下的VoLTE质量，有必要对其业务质量进行分析，研究影响VoLTE业务质量的因素，以有针对性地提升用户体验。 2 高铁VoLTE语音业务质量分析
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为了客观分析、评价高铁环境下VoLTE语音业务的质量，选取不同车速、不同站间距设置的三条典型高铁线路作为研究场景，分别对23.85 kbps、12.65 kbps编码速率的VoLTE语音业务、2G语音业务以及微信OTT电话业务使用POLQA算法进行语音质量评估。 2.1 高铁VoLTE语音业务MOS得分
通过对测试数据整理分析，高铁场景下的不同语音业务质量MOS分情况如表1所示。从测试结论来看，高铁场景的VoLTE语音业务质量优于2G和OTT业务，MOS分平均值为3.25，MOS分高于3.0的占比为73%，与大网的85%要求有一定差距，高铁85%边缘MOS分为1.98。但VoLTE语音业务质量要高于GSM网络，比GSM业务MOS平均值高0.9分左右。高铁上使用OTT电话业务MOS平均分仅为2.09，在所有语音业务中质量最差。 2.2 高铁VoLTE质量MOS分布
从高铁VoLTE语音业务MOS分可以看出，高铁VoLTE语音质量与大网相比有一定差距，均达不到MOS分大于3.0占比高于85%的要求。且低速线路语音质量要明显好于高速线路，受速度影响明显。对于时速200 km/h的线路，MOS值大于3.0的占比为81%，MOS值大于2.5的占比为85%的要求。对于时速300km/h的线路，MOS值大于3.0的占比为68%，MOS值大于2.5的占比为76%。
3 高铁VoLTE质量影响因素分析 3.1 无线覆盖质量对VoLTE质量的影响
典型测试线路的RSRP、SINR与MOS关系如图1和图2所示，从图中可以看出，在无线覆盖质量较好的区域，可以保持较好的VoLTE语音业务通话质量，但在无线覆盖弱区，VoLTE语音业务质量明显下降。
在原数据业务要求的无线覆盖指标（RSRP>
-113 dBm、SINR>-3 dB）下，VoLTE语音业务MOS分达不到3.0，在RSRP=-113 dBm时，MOS分处于1.93～2.53；
SINR=-3 dB时，MOS分处于2.68～2.83。如果取MOS值为3.0分，对应的RSRP为-104 dBm～-98 dBm，SINR为-1 dB～2 dB。若取MOS值为2.5，对应的RSRP为-112 dBm～-105 dBm，SINR为-9 dB～-4 dB。
由于高铁专网建设存在站址选择困难、沿线桥梁和隧道众多等难点，提升高铁无线覆盖质量的工程难度大、投资高，因此，建议综合考虑高铁的建设难度、投资情况、用户对话音质量预期等因素，确定高铁语音质量要求。
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3.2 列车车速对语音质量的影响
从列车车速与语音MOS值的关系可以看出，高铁VoLTE语音业务质量受车速影响明显，随着车速的增加，MOS整体呈下降趋势。当车速低于300 km/h时，MOS能达到3.0以上，当车速高于300 km/h时，平均MOS低于3分。不同速度、RSRP与MOS的关系图如图3所示。 综合以上分析可以看出：无线覆盖质量、列车车速是影响高铁场景VoLTE语音质量的两个关键因素。在无线覆盖质量较差的区域，MOS分普遍较低；当列车车速高于300 km/h时，即使无线覆盖质量较好，MOS值也低于3.0分。因此，提升VoLTE语音业务质量要同时考虑这两个因素的影响。一方面，可通过优化补站、使用4T4R增强覆盖方案等措施，减少弱覆盖区域；另一方面，可通过优化网络高铁场景算法和参数配置，提高设备解调能力，降低车速对语音质量的影响。
3.3 终端纠偏能力对语音质量的影响
由于高铁车速高，相对于大网环境，对终端有着更高的纠偏能力要求。早期终端的纠偏能力较差，在±500 Hz左右，为了满足高铁高速移动性要求，各终端芯片厂家也在积极提升终端的纠偏能力，新终端的纠偏能力可达到±1 kHz。
理论上进行计算分析，当车速达到250 km/h时，下行纠偏能力的要求为440 Hz，车速达到300 km/h时，对下行纠偏能力的要求为528 Hz。因此，旧终端不能满足车速达到300 km/h的场景的纠偏能力需求，新终端可以满足。
实际测试结果验证了理论分析的结论，旧版本终端语音MOS分值在低速场景下与新版本终端基本相当，在高速场景下差于新版本终端，且随着车速的增加，旧终端MOS分下降幅度高于新终端。因此，需要推动终端厂家加大对纠偏能力的支持，可帮助提升高铁场景VoLTE业务质量。
3.4 eSRVCC对语音质量的影响
在LTE覆盖较差或无LTE覆盖时，VoLTE会通过eSRVCC切换将正在进行的VoLTE语音业务切换到2G/3G，使通话得以保持，保证其业务连续性。但高铁场景的无线环境与大网存在明显差异，LTE基站在高铁沿线呈链状覆盖，无线质量呈周期性波动，在短时出现无线覆盖弱区后，下一时刻无线覆盖质量会迅速改善。因此高铁场景的eSRVCC设置需结合其场景的无线覆盖特点进行特殊考虑。
对高铁沿线开启eSRVCC和关闭eSRVCC的两种情况进行了对比测试，通过对出现eSRVCC切换的小区前后无线覆盖质量，关闭eSRVCC后，在原来eSRVCC切换点是否出现掉话等情况的对比分析，发现在共13次eSRVCC切换中，关闭eSRVCC后，在原先发生eSRVCC切换的小区仅有3处发生掉话，大部分可维持VoLTE不掉话，仅语音质量有些波