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1、语音质量（MOS）优化手册Contents1概述42MOS理论背景42.1语音质量评估指标42.1.1RxQual52.1.2SQI52.1.3MOS62.1.4RXQUAL,SQI,MOS之间的关系72.2MOS测试方法和设备介绍82.3MOS影响因素分析102.3.1编码方式对于MOS影响102.3.2无线环境对于MOS影响112.3.3切换对于MOS影响123MOS值整体情况分析133.1整体情况分析133.1.1整体情况分析目标133.1.2整体情况分析示例133.2编码方式分析153.2.1编码方式分析目标153.2.2编码方式分析示例153.3无线环境分析203.3.1无线环境分析
2、目标203.3.2无线环境分析示例213.4切换情况分析243.4.1切换情况分析目标243.4.2切换情况分析示例253.5问题点确定283.5.1问题点定位目标283.5.2问题点定位示例294MOS值提升方案314.1无线环境优化324.1.1网内干扰优化324.1.2网外干扰优化384.1.3覆盖优化414.2编码方式优化424.2.1半速率优化424.2.2AMR Codec优化434.2.3AMR Codec优化实例504.3切换优化564.3.1切换参数优化564.3.2利用TEMS Layer2&3信令和Combination MRR进行道路优化574.3.3切换参数优化示例6
3、34.4传输质量优化654.5新功能应用654.5.1TFO功能654.5.2AMR Wideband674.5.3其他功能685总结71 1 概述随着网络的不断发展，语音质量已越来越为终端客户及各运营商关注。为满足这种不断提升的需求，移动公司针对语音质量的主要衡量指标MOS (Mean Opinion Score，详见2.1.3) 也提出了两项要求：MOS值优于竞争对手；MOS值大于3的比例在90%以上。为达到上述指标要求，本手册在对广东现网语音质量分析的基础上给出优化语音质量的指导建议及方法。2 MOS理论背景2.1 语音质量评估指标在GSM网络中，对无线质量的评价是通过RxQual来实现
4、的。但是语音在GSM网络中是经过信道及信源编码的，而RxQual只能描述空中接口的传输质量，并不能给出终端用户对无线网络的实际感受。为此，在*的TEMS Investigation中提出了一个用于表达终端用户对话音质量直接感受的指标SQI。 SQI用于表达语音由于无线链路传输造成的失真度，该算法为*的专利算法。该算法考虑诸多的无线参数，包括BER，FER，切换频率，切换状态，DTX是否激活，以及所用的编码器等，从而给出最终的语音质量评估值SQI。SQI的取值从20到30，从小到大其语音质量逐步提升。它与另一种国际通用的语音评估方法MOS之间有直接的对应关系。在实际语音系统应用中，MOS评分法使
5、用最为普遍。它不仅用于语音编码，通信设备性能测试上，也是语音客观评估方法研究中，作为衡量评价方法好坏的重要依据之一。MOS法用于对语音整体满意度或语音通信质量的评价。其分值如表1所示。参加测试的评听人在听完测试语音后，从5个等级中选择其中某一级作为他对所测语音质量的评价。全体实验者的平均分就是所测语音质量的MOS值。由于主观上和客观上的种种原因，每次测试得到的MOS大都会有波动，为了减少波动的方差，除了参加测试的评听人要足够多之外(一般至少40人)，所测语音材料也应足够丰富，测试环境也要尽量保持相同。在数字语音通信中，通常认为MOS在4.0-5.0分为高质量数字化语音，达到长途电话网的质量要求
6、，接近于透明信道编码，也常称为网络质量或长途质量。MOS在3.5左右称为通信质量，这是感到重建话音质量下降，但不妨碍正常通话，可以满足话音系统使用要求，MOS在3.0以下常称为合成语音质量，系指一些声码器合成的语音所能达到的质量。它一般具有足够的可懂度，但自然度及讲话人的确认等方面不够好。现阶段对于语音质量的评估主要采取RxQual(信号质量)、SQI(Speech Quality Index) 、MOS等三种指标。2.1.1 RxQualRxQual是通过将误比特率BER(bit *or rate)转换为0至7级来获得的(见 3GPP TS 05.08). 也就是说Rxqual是一个非常基本
7、的测量值，它只反映在一定时间内(0.5秒)的误比特率BER。BER的值则是用于估计信道解码之前的评估的一个全帧或子帧的差错概率。Rxqual的定义如下：因此Rxqual主要反映无线传输过程中的BER情况，可以反映空口的无线传输质量。但是相同BER情况下不同编码方式、切换情况、误比特率的波动情况下的实际语音质量也相差很大，而这些因素对于语音质量的影响无法通过RxQual展现，所以其不能给出终端用户对于语音质量的真实感受。2.1.2 SQISQI(Speech Quality Index)是*提出的表示用户对话音质量直接感受的指标。与通常使用的RxQual 相比，SQI 不仅考虑了无线环境中的干扰
8、造成的误码率，还涉及到了语音编码模式、帧删除率、切换、不连续发射这些影响话音质量的因素；在进行定量的计算之后，得出表征无线话音质量的SQI 值，其单位为dBQ；SQI 数值越大表明质量越好，一般认为SQI 大于22.5即是比较优异的通话质量。SQI 指标是基于测量报告中的通话质量数据，反映了实际通话效果。在上行链路，SQI 值由BSC 测量和计算，并存放在话务统计中，Objtype 为CELLSQI；在下行链路，可以通过路测，由TEMS Investigation 收集并计算。在BSC 统计中，根据SQI 的值，把SQI 分为三个级别： TSQIGOOD：SQI采样大于22.5dBQ的次数 T
9、SQIACCPT：SQI采样为13.5-22.5dBQ的次数 TSQIBAD：SQI采样小于13.5dBQ的次数SQI是对无线网络的话音质量的测量，而不是对空中接口的无线环境的直接测量，这意味着在相同的无线条件下，由于相关条件不同SQI有可能不同。另外，由于SQI与误帧率(FER)有着密切的联系，可以预见SQI对不同的信道是不一样的。实验室仿真的结果也显示SQI vs. C/I的分布图与FER vs. C/I的分布图是吻合的，因此我们认为SQI是比RxQual更合理的评价网络语音质量的参数，其结果对不同信道是有可比性的。另一方面，SQI与另一种国际通用的语音评估方法MOS之间有直接的对应关系，
10、这更加说明SQI可以反映用户对于网络语音质量的真实感受。2.1.3 MOS早期语音服务质量的测量主要采用主观评分的方式：调查用户被要求按照1-5分对接收到的电话语音质量进行评分，评分标准如下所示。用户满意度优 4.05.0 很好，听得清楚，延迟很小，交流流畅。良 3.54.0 稍差，听得清楚，延迟小，交流欠缺顺畅，有点杂音。中3.03.5还可以，听不太清，有一定延迟，可以交流。差1.53.0勉强，听不太清，延迟较大，交流重复多次。劣01.5 劣01.5极差，听不懂，延迟大，交流不通畅。 这种主观判断评测法由ITU组织在1996年8月制定为标准，其P.800标准详细定义了这种MOS评测法。但是在
11、现实中让一组人接听语音和评价语音的质量实现起来是非常困难和昂贵的，因此ITU在建议P.861中提出了PSQM(Perceptual Speech Quality Measurement)方法。根据P.861提出的PSQM方法，语音质量的测试开始摆脱原始的人类主观评估，而开始使用计算机产生的波型文件，通过比较其通过通信网络传输前后的变化计算出PSQM中相对应的级别及好坏程度。2001年2月ITU组织继续发布了新的语音传输质量测量标准：P.862 PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality)。PESQ是评价各类端对端网络条件和语音编码与解码的最新标准
12、。PESQ的测量的方法是将一段话音样本从发射器发送，在接收器接收后与原来参考话音样本进行波形比较后评分。PESQ由荷兰的KPN公司和英国电信公司协作开发，比其前身PSQM有了长足的进展。ITU-TP.862（PESQ）是目前ITU推荐用于端到端网络语音质量测试的方法。原理下图所示：发送一个语音参考信号通过网络，在网络的另一端采用数字信号处理的方式比较样本信号和接收到的信号，进而估算出网络的语音质量。它是一种基于听觉模型的语音评估方法，能提供主客观相关性较高的音质评价。可提供上、下行PESQ语音评分，对上、下行语音评分结果进行综合比较。 【PESQ原理图】2.1.4 RXQUAL,SQI,MOS
13、之间的关系RXQUAL对应C/I关系MOS与SQI*的研究人员经过大量的测试得出了SQI和MOS的近似对应关系，由于受环境，语音习惯，测试仪器，比较方法等的影响，每次测试可能结果会有差别。下图/表为*推荐的SQI和MOS的对应关系表：SQI 与MOS值的换算表： 2.2 MOS测试方法和设备介绍目前，对于DT方面的MOS测试方法主要采用鼎利测试软件进行测试，通过一个语音盒单元将主、被叫手机的语音链路相连。对于主叫手机的下行MOS值是通过被叫手机端发一个标准的声音波形，经过网络达到主叫手机，测试软件对收到的波形与发出的波形进行比较、计算后得出下行MOS，上行MOS为相反过程。对于主叫手机的下行M
14、OS值也为被叫手机的上行，因此，该软件测试的最终结果，主、被叫手机的MOS值是一样的。MOS测试文件输出例子TimeLongitudeLatitudeRxLevelSubRxQualSubLACCellIDBCCHLevelMOS_DownEventMessage Type07:55:48:981113.8210923.29527-610974314202-61Dedicated Report07:55:49:201113.8210923.29527-610974314202-61RR System Information Type 607:55:49:311113.8210923.29527
15、-590974314202-59Dedicated Report07:55:49:681113.8210923.29527-590974314202-594.06RR System Information Type 507:55:49:841113.8210923.29527-640974314202-64Dedicated Report07:55:50:181113.8210923.29527-640974314202-64RR System Information Type 5 ter07:55:50:271113.8210923.29527-600974314202-60Dedicate
16、d Report07:55:50:651113.8210923.29527-600974314202-60RR System Information Type 607:55:50:751113.8210923.29527-620974314202-62Dedicated Report07:55:51:121113.8210923.29527-620974314202-62RR System Information Type 507:55:51:251113.8210923.29527-590974314202-59Dedicated Report07:55:51:711113.8210923.
17、29527-630974314202-63Dedicated Report07:55:52:111113.8210923.29527-630974314202-63EFEM Periodic07:55:52:111113.8210923.29527-630974314202-63RR System Information Type 607:55:52:181113.8210923.29527-610974314202-61Dedicated Report2.3 MOS影响因素分析影响MOS值的因素有两部份：有线部份和无线部份。有线部分涉及基站、A-bis传输、BSC(TRA) 、MSC和PST
18、N等失真问题影响。无线部分主要涉及信号质量、切换问题和编码方式。以下结合2011年1月21日MOS测试结果分析三个主要无线因素对MOS值的影响。2.3.1 编码方式对于MOS影响语音编码方式决定了最基本的语音质量。在*BSS系统中，有五种不同的语音编码：全速率（FR）、增强型全速率（EFR）、半速率编码（HR）以及自适应多速率编码全速率（AMR-FR）和以及自适应多速率编码半速率（AMR-HR）。编码类型的不同，得到的语音质量就不同，所对应SQI上限也不同。各种编码器所对应的SQI上限如下CodecSQIMOSHR17 dBQ3.57FR21 dBQ3.91EFR30 dBQ4.24AMR H
19、R28 dBQ4.20AMR FR30 dBQ4.24因此对于编码方式的优化一方面可以减少HR话务，对覆盖道路的小区分配更多的AMR HR载波；另一方面可增加AMR FR载波，因为在C/I较差的情况下AMR FR能够比EFR得到更好的语音质量，如下图所示。2.3.2 无线环境对于MOS影响载干比(C/I)是决定通话质量的重要因素，随着无线环境的恶化、C/I的降低语音质量会随之下降，。下图是MOS的经验值，显示AMRFR和AMRHR的各种编码速率与EFR、FR及HR在各种载干比环境下可达到的MOS值。AMR FR各种编码速率的MOS值与载干比的关系：AMRHR各种编码速率的MOS值与载干比的关系
20、：2.3.3 切换对于MOS影响切换过程中会产生偷帧(Stolen Frame)问题，即将TCH作为FACCH用于切换时信令的传送。这将会导致话音帧的丢失从而对语音质量产生影响。如果存在乒乓切换或频繁切换，SQI 及MOS值会迅速下降。此外，如果由于切换参数设置不合理导致手机切换到一个信号质量不是最好的小区也会影响语音质量。时间小区下行质量下行电平TA速率MOS路径MOS值(MS1)(MS1)(MS1)(MS1)(MS1)(MS1)14:31:11:28270430-6821MS2-MS13.2214:31:15:92970430-6821MS1-MS23.3114:31:20:8067043
21、0-7211MS2-MS13.2914:31:25:5726910-6800MS1-MS21.6114:31:30:560106910-6120MS2-MS12.5314:31:35:316106910-6420MS1-MS23.3814:31:39:933106910-6520MS2-MS13.2714:31:44:470106910-6620MS1-MS23.2414:31:49:07670430-7201MS2-MS1114:31:54:03370430-7311MS1-MS23.3914:31:58:65070430-7511MS2-MS12.7614:32:03:2876930-52
22、20MS1-MS21.5714:32:08:394106930-5710MS2-MS12.0714:32:13:141106930-4410MS1-MS23.26如上述MOS测试记录所示，测试中只要发生切换就会产生1个MOS小于3的测量值。因此合理设置切换参数、提高切换性能、减少不必要切换次数。可以提高网络的语音质量及MOS值。3 MOS值整体情况分析对于网络MOS的分析应按以下步骤进行： 整体情况分析 编码方式分析 无线环境分析 切换情况分析 问题点确定3.1 整体情况分析3.1.1 整体情况分析目标网络整体MOS情况需要通过测试数据了解网络的MOS均值、MOS值大于3比例、编码方式比例、9
23、00/1800话务比例、各种RxQual话务占比等信息。3.1.2 整体情况分析示例以下为具体分析示例。根据MOS测试数据，其中包含MOS值样本9967个。MOS评分均值3.48分，其中大于3.0分的样本占78.76%，小于2.5分的样本占9.41%。测试中出现的语音编码有AFR，EFR、AHR和HR四种。MOS值区间分布比例如下图其中占用1800占用比例55.38%，900占用比例44.62%其中Rxqual=5占比99.03%测试中主要占用AFR和EFR，其次是AHR，HR只占极少数各种Codec方式的样本比例：3.2 编码方式分析3.2.1 编码方式分析目标编码方式的分析主要是基于测试数
24、据，了解各编码方式在现网中的分布，以及各编码方式的MOS测量情况。并且分析900与1800小区不同的MOS情况。3.2.2 编码方式分析示例以下为分析示例（广州网络的MOS测试统计）。首先按MOS采样期间的采用的编码方式将MOS采样点进行分类。因为在每个MOS采样点的评估周期内，手机可能一直使用某一种类型的Codec，也可能使用了多种Codec方式；可能使用了单频网络，也可能使用了双频网络。在测试种占用四种编码方式组合的结果有15种，如下表所示（以广州网络的MOS测试统计为例）：AFR仅使用GSM900样点仅使用DCS1800样点使用双频网样点总计采样点1111229711174525最大值4
25、.164.174.164.17最小值1.071.071.131.07均值3.54 3.67 3.29 3.54 3样点比例81.01%89.20%65.53%81.35%3样点比例88.58%89.17%69.40%84.79%3样点比例75.45%86.71%62.79%81.54%3样点比例63.64%80.00%0.00%71.88%3样点比例61.76%61.45%54.94%57.84%3样点比例0.00%37.50%64.52%51.79%3样点比例100.00%20.00%33.33%3样点比例51.35%57.14%54.97%55.15%3样点比例33.33%66.67%40
26、.74%42.42%3样点比例66.67%66.67%3样点比例0.00%0.00%3样点比例63.64%61.96%55.51%58.44%3样点比例12.50%28.57%70.67%62.22%3样点比例50.00%87.50%80.00%3样点比例100.00%33.33%0.00%18.18%3样点比例汇总81.95%86.32%63.17%78.76%3.0分以上的指标。假设以10个样本点为考核粒度，考核指标对Rxqual的要求则严格得多，见下图。从上图来看，AFR要达到90%的考核目标值，要求Rxqual均值逼近0.7。3.3.2.2 EFR编码采用与评估AFR相同方法，得到下面
27、的散点图。剔除切换对MOS值的影响，选取切换为0的MOS周期采样点通过对趋势分析，我们发现，在使用EFR的时候，要使MOS得分均值控制在3.0分以上，要将Rxqual均值控制在5.1左右，见图中红色箭头指示。满足指标的条件指标满足条件是指对测试数据进行分析，分段计算MOS3.0分以上的指标。假设以10个样本点为考核粒度，考核指标对Rxqual的要求则严格得多，见下图。从上图来看，EFR要达到90%的考核目标值，要求Rxqual均值逼近1。3.3.2.3 AHR编码剔除切换对MOS值的影响，选取切换为0的MOS周期采样点通过对趋势分析，我们发现，在使用AHR编码的时候，要使MOS得分均值保持在3
28、.0分以上，必须将Rxqual控制在2以下。满足指标的条件指标满足条件是指对测试数据进行分析，分段计算MOS3.0分以上的指标。假设以10个样本点为考核粒度，考核指标对Rxqual的要求则严格得多，见下图。从上图来看，即使AHR的Rxqual等于0，也无法达到90%的考核目标值。3.3.2.4 HR编码剔除切换对MOS值的影响，选取切换为0的MOS周期采样点通过对趋势分析，我们发现，在使用AHR编码的时候，要使MOS得分均值保持在3.0分以上，必须将Rxqual控制在0.7左右，但由于HR采样点的个数比较少，参考意义不是非常大。根据上述分析可以提供无线环境优化的目标及指导。3.4 切换情况分析
29、3.4.1 切换情况分析目标切换情况分析主要根据MOS采样期间发生的切换数量对采样点分类，计算不同切换次数所能达到的MOS均值即MOS大于3的百分比。3.4.2 切换情况分析示例3.4.2.1 切换对于全网MOS指标的影响通过分析MOS值及MOS大于3的比例随采样期间内切换次数的增加而下降。理论上1个MOS采样点的周期为20秒，现网中TINIT的设置为10或12，因此1个MOS采样周期最多包含4次切换。但是由于测试结果中部分采样点的测量时间高于20秒，因此存在个别切换次数较多的测量点。切换次数012345MOS均值3.713.363.153.023.062.97MOS3比例92.88%71.0
30、8%58.15%51.58%52.52%44.00%样本数50162842135553913950可以看出随着切换次数的增加，MOS均值与MOS大于3比例均呈下降趋势。MOS均值除发生5次切换外均在3.0以上；但是MOS大于3.0以上比例受切换次数影响较为明显，基本上在有切换的情况下该比例均在90%以下。其中切换4次的测量值较切换3次的较好可能是由于样本数量较少导致误差较大的原因。因此减少切换可以提高MOS大于3的比例，尤其是减少MOS测量周期内发生3次及以上的切换。这类采样点共有373个，若将其减少至2次、1次、或没有切换则MOS大于3比例可由目前现网平均78.87%分别达到79.37%、8
31、0.32%、以及81.92%。此外如果将切换次数大于1次的MOS采样点切换次数均减低1次侧MOS大于3比例可达到81.01%；若将其切换次数降低至1次侧该比例可达到82.08%。3.4.2.2 切换对特定编码MOS指标的影响以下分别分析切换对于各编码方式MOS值的影响。为了减少无线环境的影响，以下分析在无线环境对MOS影响分析的基础上，去除RxQual较差造成MOS小于3的采样点。 AMR FRValues012345MOS均值3.743.403.203.093.053.02MOS3比例93.84%72.26%59.48%51.55%50.98%50.00%样本数248312585431615116AMR FR的MOS均值在3.0以上，但是只要出现切换则MOS
