关于S联通VoLTE语音质量测试解决方案的介绍和分析

1. 引言

随着通信技术的发展，LTE已经在世界各地普遍商用。在中国，中国移动率先于2013年获得了TDD-LTE运营牌照；2014年中国联通和中国电信也同时获得了FDD-LTE运营牌照。

由于LTE网络采用基于分组交换的全IP扁平网络架构，与传统2G/3G网络架构不同，LTE彻底摒弃了专门用于承载语音呼叫业务的CS（Circuit Switched）电路交换域和专用无线信道。而语音业务又是运营商必不可少的一项重要业务和收入来源，因此LTE网络也必须支持语音呼叫业务。

VoLTE（Voice over LTE）方案采用在LTE核心网上叠加部署一个IMS网络的方式，从而让LTE网络直接承载手机用户的语音业务。该方案较CS语音在信令时延和语音通话质量上有明显提升。LTE语音和数据业务传输层都采用基于分组交换的IP网络，可以同时进行语音和数据业务，手机无须回落到CS电路域，因此VoLTE本质上是一种VoIP业务，并且可以提供有保障的电信级语音通话质量。那么VoLTE语音质量如何衡量，又有哪些运营商关心的测试用例呢？ 

2. VoLTE语音质量的评判标准

针对语音质量的评判，最初的MOS（Mean opinion score）分值评定是由测评参与者对听到的语音质量进行主观打分，这个方法的缺点是，测试时间、数量和人为主观因素，会对真实的结果产生影响。

图1 POLQA心理声学模型算法框图

如图1所示， POLQA（Perceptual Objective Listening Quality Analysis）是一种消除了主观因素的影响，采用先进的心理声学模型来模拟人类感知,把声音转换成内部神经刺激，对比输入音频信号（或者高质量的参考信号）和退化的测试信号之间差异的参考算法。POLQA被ITU组织指定为传统的2G，3G高清语音和VoLTE语音质量测试的标准算法。同时ITU组织给出了MOS评定等级，分为1-5个等级，其中5分为最高分，代表语音没有任何失真；1分最差，代表接收到的语音都是噪音，没有有效信息。

3. 联通VoLTE测试用例

联通根据用户实际通话场景和现网情况，制定了自己特有的语音质量测试用例。其中联通VoLTE语音质量测试用例包含7个章节，60个测试项。详细测试内容如表1所示：

Table 1 联通VoLTE语音质量测试用例

1.不同语音声码器验证测试（验证不同声码率条件下的语音质量）

2.IP损伤传输条件下的语音质量（不同丢包率和抖动条件下的语音质量）

3.IP损伤传输条件下的语音时延（不同丢包率和抖动条件下的语音时延）

4.数据并发业务下的语音质量（手机ping和iperf数据业务下的语音质量）

5.cDRX非连续接收条件下的语音质量（非连续接收和半静态调度条件下的语音质量）

6.通话中语音编码速率重新配置前后的语音质量

7.切换场景下的语音质量和时延（LTE带内切换和SRVCC切换）

4.R&S 联通VoLTE语音质量测试方案

图2 R&S VoLTE语音质量测试解决方案

R&S的解决方案由无线综测仪CMW500，音频分析仪UPV以及自动化测试软件CMWrun组成，如图2所示。其中CMW500作为LTE，WCDMA基站仿真器，可以进行小区切换，信令参数的灵活设置，如cDRX, SPS等参数；内置HTTP，FTP，IMS服务器，用于数据业务和语音业务的传输；并提供数字IQ硬件模块，用于模拟下行衰落场景；同时配有模拟/数字音频接口，适配不同的音频编码速率。

音频分析仪UPV由音频信号源和音频分析器组成。其中音频信号源可以播放窄带，宽带和超宽带语音文件；音频分析器用于分析音频信号质量。同时UPV内置POLQA算法软件，用于语音质量测评。

CMW500和UPV组成的音频质量测试解决方案，具有以下功能和测试能力,详细内容请参考表2:

Table2 R&S VoLTE语音质量测试系统的能力

CMWrun通过SCPI控制指令来完成对CMW500和UPV的参数配置。通过该软件可以灵活编辑测试脚本，其中我们将联通VoLTE的7个章节编辑成一个整体的测试脚本，一键完成测试，中间过程无需人工干预。当测试完成后，可以自动生成测试报告，方便快捷。

5. 详细用例分析

5.1 语音质量MOS的测试方法

如图3所示，上行链路语音质量：UPV的信号源发送语音信号给手机话筒，语音被编码后经过射频信号传送给CMW500，然后携带有语音信息的射频信号经过CMW500音频板的输出端口回到UPV的分析器进行分析。

下行链路语音质量：UPV的信号源发送语音信号给CMW500音频板的输入端口，经过编码后通过射频输出传送给手机听筒，语音被解码后反馈回UPV的分析器进行分析。

UPV通过内置的POLQA算法软件，对比原始语音文件和退化后的语音文件，从而得到手机在VoLTE通话下的MOS分值。

图3 上下行语音链路示意图

联通VoLTE语料由4秒时长的静默和4秒时长的男声组成。图4为语音不同时间节点对应的MOS分值，其中直线部分代表语料的静默部分，波浪线部分为语料的男声部分。

图4 MOS分值分布图

图5为CMWrun自动化软件生成的VoLTE语音质量测试报告。其中，每个用例会循环测试5次，取平均值后得到最终结果。

图5 MOS测试结果报告

5.2 回环时延的测量方法

UPV产生音频信号给手机，手机编码后通过射频链路传给CMW500,语音数据包通过IMS服务器回环到下行射频链路，手机接收到语音信号后，经过解码后将音频文件传送回UPV进行分析，UPV通过对比产生信号的时间和接收到的信号时间，得到这个整个语音链路中的时延，但这段时延包含了CMW500网络侧的时延，因此需要将网络侧的时延减去，从而得到手机端的时延，其中在网络侧的时延路径如图6所示。在进行自动化测试时，CMWrun软件会自动将网络侧的时延减去，得到如图7所示的测试报告。

图6 回环时延测试

图7 时延测试结果报告

6. 结束语

R&S VoLTE语音质量测试方案已被中国移动，中国联通，手机制造商，芯片商等所采用，成为认证测试系统。高效的自动测试方案，简单的系统配置得到了用户的一致好评。该系统除了支持VoLTE语音测试外，还可以支持WCDMA，EVS（Enhanced Voice services）的高清语音测试，由此可见该系统具有多种用途和高性价比的特点，可以同时满足客户的多种测试需求。