客户感知话音质量SQI的分析与提升方法探讨.doc

论文类别 a客户感知话音质量sqi的分析与提升方法探讨作者：网管维护中心网优室 曾晓文、李达、戈玲 主题词：客户感知 sqi 摘要：在gsm网络中,往往通过测量rxqual来评价无线信号的质量，但这一指标并不能反映终端用户对无线网络的实际感受。由爱立信公司提出的反映终端用户对话音质量直接感受的指标sqi用于表达语音经过无线链路传输后造成的失真度，该指标的算法考虑了诸多的无线参数，包括ber（误比特率）、fer（误帧率）、切换频率、dtx是否激活以及话音编码器等，最终给出语音质量评估值sqi。 话务量的高低对sqi有着直接的影响,为了提高网络质量，就需要在不影响覆盖的前提下加大1800小区的容量和话务承载比例;不同的编码方法对数据的压缩率不同，造成的语音失真也就不同。因此，提升sqi的一种可行方法就是尽量提高efr的使用比例;通过综合的网络整治和细致的频率优化，可以对提升sqi起到积极的作用，我们分阶段进行了南山、宝安的区域变频工作;关闭上行不连续发射功能(dtxu)是提高sqi的一种方法;过多的切换会带来掉话的增加，影响sqi，优化双频网间切换有助于网络质量的改善。为保持sqi指标的稳定，我们建立了sqi跟踪分析信息系统。通过每日监控小区sqi指标值、小区sqi变化值、小区对全网sqi指标的影响程度这三项指标的排名来把握全网sqi情况,并把这三项指标全网排名较差的二十个小区列为跟踪对象，具体分析原因，制订优化方案，跟踪实施过程，并且随时将跟踪情况入库。通过对影响话音质量sqi的多个因素进行相关的优化调整，同时建立跟踪分析信息系统来保持sqi指标的稳定性，深圳市全网话音质量sqi从调整前的91.5%逐步提升至94.4%，并在近两个月以来保持稳定，提升效果明显。第一章 sqi简介一、 sqi的基本概念在gsm网络中,往往通过测量rxqual来评价无线信号的质量。但对于话音来说，它在gsm网络中的传输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，并不能反映终端用户对无线网络的实际感受。为此爱立信公司提出了一个反映终端用户对话音质量直接感受的指标sqi（speech quality index）。话音质量指标sqi用于表达语音经过无线链路传输后造成的失真度，采用爱立信公司的专利算法，具体细节未公开。该算法考虑诸多的无线参数，包括ber（误比特率）、fer（误帧率）、切换频率、dtx是否激活，以及所用的话音编码器等，最终给出语音质量评估值sqi。sqi的取值范围由20到+30，从小到大语音质量逐步提升，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，见下表。通常认为当sqi小于0时语音质量为不可接受，当sqi大于0而小于18时语音质量为可接受，当sqi大于18时语音质量为良好。sqi的取值范围 客户感知200unsatisfactory018acceptable1830good二、 sqi与传统话音质量评估指标rxqual的比较上节提到，sqi实际上并非对空中接口无线环境的直接测量，而是测量无线网络的话音质量，这就意味着在相同的无线条件下由于相关条件不同，sqi有可能不一样。与rxqual相比，sqi在网络优化中有着显著的优点。rxqual的测量是基于ber的，以往的经验证明，ber与c/i之间有明确的接近线性的关系，当c/i增大时，ber随之减小，而且这种关系与信道类型无关，所以rxqual也与信道类型无关。由于gsm网络的语音信号在空中接口上是经过交织编码的，所以fer与ber之间不存在线性关系。语音信号的质量更多地取决于误帧率fer，而sqi与误帧率有着密切联系，因此在不同的传输信道下sqi是不一样的。可见对于不同类型的信道，rxqual并不能准确地表达语音的实际质量，只能反映空中接口的干扰情况，sqi是比rxqual更合理的评价网络语音质量的参数，其结果对于不同的信道是有可比性的，它可以帮助我们有效地评价无线网络的语音质量。三、 sqi的测量和计算在爱立信的bss r8及其后续版本中，提供了speech quality supervision的功能，这个功能可以使我们获得从全网级到小区级的详细的话音质量的信息。测量的过程如下：每个基站均会测量上行链路，同时结合相关无线参数，计算出sqi的绝对值，取值范围2030。在每个通话进行的过程中，每隔约2.5秒计算出一个sqi的数值，然后通过abis口传给bsc。bsc将所有的sqi测量值分为三类：“good”、“acceptable”和“unsatisfactory”，每个小区都会有三个计数器来对本小区通话所产生的这三类sqi值进行计数，从网络级、bsc级、小区级、子小区级获得网络多层次的话音质量信息。在日常的统计分析中，sqi值根据目标区域的“good”、“acceptable”和“unsatisfactory”计数器按照下面的公式计算：(good + accept*0.5) / ( good + accept + unsatisfactory ) * 100%通常用百分比的形式来描述sqi，反映了话音质量“良好”和“可接受”的采样点加权后占所有采样点的百分比，百分值越大，话音质量越好。第二章 影响sqi指标的因素分析由于爱立信公司对sqi算法的保密，我们不知道各项具体因素对sqi指标的影响程度，但通过长期对指标观察所积累的经验和分析参数调整试验的结果，可以得出sqi的好坏主要与以下方面有关：一、话音编码器类型话音编码由bsc中的tra完成，tra即码率适配器，是bsc的一种基本设备，主要负责将a接口上的64kbps和abis接口上的13kbps话音编码相互转换，以及进行带内信令的速率适配。目前全网使用的话音编码方式有三种，efr（增强型全速率）、fr（全速率）和hr（半速率），不同的话音编码需要使用不同的tra。对于不同的话音编码类型，sqi的上限是不一样的。半速率编码的sqi上限为19，全速率为21，而增强型全速率为30。这是因为不同的编码方法对数据的压缩率不同，造成的语音失真也就不同。因此，提升sqi的一种可行方法就是尽量提高efr的使用比例，并降低hr的使用比例。二、无线信道的干扰水平gsm网络中由于频率复用，不可避免地会带来同频和邻频干扰。过多的干扰会引起载干比的下降，进而造成误帧率的下降，而误帧率的高低与sqi有着直接密切的关系。因此，通过综合的网络整治和细致的频率优化，可以对提升sqi起到积极的作用。三、不连续发射控制参数dtx语音通话是双向交互的，统计数据表明，单方用户的平均说话时间占总通话时长的40以下，因此在gsm系统中可以采用不连续发射的方式传送信号。当手机采用不连续发射方式时(dtxu参数设为2)，在用户说话时向bts传送13kbit/s的话音编码，而在间隙期传输约500bit/s的低速编码，这种低速编码即所谓的舒适噪声，是为了避免听者误会通信中断而设置的。dtx的使用将会对话音质量起到正反两个方面的作用:一方面,减少了不必要的信号传送，降低了网络总体干扰水平，提高了频率利用率；另一方面，它引入舒适噪声代替真实的背景噪声，对原始的语音信号造成了一定的失真，降低了sqi值。因此在实际的网络中需要权衡利弊，选择性地使用dtx功能，才能使话音质量达到最佳。四、切换的频度通话时的切换会引起语音在上行链路和下行链路的瞬间中断，当切换非常频繁时，sqi会迅速地下降。sqi的算法考虑了切换中的偷帧问题，这同我们的主观感受是一致的。10月份在龙华镇ab、ah、z局进行的滤波器长度调整实验也表明，减小滤波器长度虽然加快了弱信号区域的切换速度，有利于减少通话质差时间，但也带来整个小区总体切换次数的增加，影响了sqi指标，下图的切换次数及sqi的变化数据很好地说明了这一点。为了提升sqi，应当调整无线参数抑制过于频繁的切换。五、跳频功能跳频功能开启的好处有两方面。首先跳频可以起到频率分集的作用，它保证了同一个信息使用几个频率发送，提高无线信道对抗快衰落效应的能力。不同频率信号的衰落特性不同，而且随着频率间隔的增大，衰落特性更加独立。通过跳频，可以使携带同一部分信息的所有突发脉冲不会被瑞利衰落以同一方式破坏。另外跳频还可以起到干扰源分集的作用，如果关闭跳频功能，则某一个频点出现干扰就会造成占用该频点用户的通话质量严重下降，而开启跳频功能可以将干扰产生的影响均分给多个用户，使整个网络的性能将得到提高。因此开启跳频功能有利于sqi指标的提升，应当在全网小区中尽可能多地使用跳频功能。六、话务量的影响在网络比较稳定的情况下，sqi也是在一定范围内合理波动的。从数据分析的结果可以看出，sqi的波动和话务量的变化有着一定的联动关系。这是因为话务量的增加会导致全网总体干扰水平上升和半速率话务比例增加，带来sqi的下降。从2005年4月10日到5月7日近一个月的sqi以及话务量变化走势来看，sqi和话务量基本上呈现反比关系，随着话务量的增加，sqi跟着下降，特别是在话务高峰5月1日，sqi的突降更明显。而从某一天的sqi以及话务量的变化走势来看，sqi和话务量基本上也是呈现反比关系。从下图中可以看到，在上午忙时和晚忙时的话务高峰期，sqi下降较大。有一点例外的是，在凌晨的几个小时内，sqi却随着话务量的下降而下降，这可能是由于到了凌晨，深圳地区的话务热点逐步集中到城中村等地方，而城中村普遍受到较严重的上行干扰，因而造成全网总体sqi的下降。第三章 提升sqi的解决方案今年8月份之前，我公司sqi指标虽然达到考核满分要求，但在全省各市公司中排名偏低。因此，迅速、有效提升sqi指标成为近期无线网络优化工作的重要任务之一。针对影响sqi的诸因素，我们采取了以下手段进行优化，以提高全网sqi指标。一、 平衡900和1800小区的话务分布，降低半速率话务比例从前面的分析中可以看出，话务量的高低对sqi有着直接的影响，而话务量是可以通过在900/1800之间进行话务均衡来进行优化的，因此，有必要研究一下全网900/1800话务量的分布情况。随着网络规模的不断发展，gsm1800小区在全网中所占的比例越来越大，目前深圳gsm网络大部分都采用了双频网基站共址、双层覆盖的结构，900和1800网共同分担网络话务，这在一定程度上缓解了900网络的话务负荷。但从频率资源上来看，gsm1800目前共有频点100个，gsm900有频点95+25个，其中gsm900根据市区和郊区网络结构的不同，分别给室内站和上层站预留了部分频点。下表是优化前某天忙时的统计数据。频点数忙时 总话务量平均每 载波话务平均每 频点话务mrr (上行)mrr (下行)sqi900室外站12074787.70 3.37 623.23 94.0596.470.9076 1800室外站10046812.91 3.26 468.13 97.2397.950.9344 为简化分析，上表900室外的频点按所有可用频点数120个来计算，可以看出，900和1800的平均每载波话务基本上持平，但900小区的平均每频点话务量却明显高于1800小区。事实上，现网中900小区e频点的使用受小区总载波数的限制，因此普通p频点的每频点话务量更高。以上说明了900和1800的载波资源利用率基本一致，但1800频率资源比900宽裕，同时1800小区质量总体比900好。为了提高网络质量，就需要在不影响覆盖的前提下加大1800的容量和话务承载比例，特别是道路上的话务承载比例，主要思路如下：1.通过参数调整进行话务均衡，加大1800小区承载话务的比例，提高1800频段的资源利用率。通过对功率参数、小区重选算法、层间切换算法以及切换算法等相关参数进行设置，在满足覆盖要求的条件下尽量利用1800小区吸收话务。具体的参数设置原则在很多资料中都有详细论述，篇幅所限这里就不再详述。2.道路上进行覆盖调整，调整1800小区的天线更对道路，900的天线错开道路，加强道路上1800小区的占用率。3.在网络扩容中尽量增加1800站点比例，从而提高1800小区承担的总话务量和平均每频点话务量。这在不断进行的gsm扩容工程中已经有所体现：在gsm10b规划中，1800载波占了全部扩容载波的68，如果只考虑室外站点，1800载波占了全部扩容载波的77，这将有效提高gsm1800的平均每频点话务量。4.具体分析半速率比例高和高载波配置的小区(大于10个载波的900小区和大于8个载波的1800小区被认为是高载波小区)，根据实际情况进行话务均衡、载波调整或提出新站建设需求，从而降低半速率话务比例，同时增加1800小区承担的话务量。 若存在共站共向的900/1800小区并且总话务量小于8+10个载波承载的容量，考虑与共站共向小区进行载波调整以及通过覆盖和参数调整进行话务均衡，目标是900小区与1800小区每频点承担的话务大致相同。 若没有共站共向的900/1800小区或有相应小区但话务总量大于8+10个载波所能承载的容量，考虑与周围站进行话务均衡或提出新站建设需求。经过参数优化、载波调整以及gsm扩容工程的逐步实施，目前深圳900/1800的话务分担情况变得更加合理(见下表)，在平均每频点话务量方面1800小区与900小区的差距已经从优化前的155爱尔兰/频点缩小到约119爱尔兰/频点。但是900小区的平均每频点话务量依然高于1800，还需要继续有针对性地进行话务均衡工作，减少半速率话务比例。频点数忙时 总话务量平均每 载波话务平均每 频点话务mrr (上行)mrr (下行)sqi900室外站12072519.18 3.24 604.33 94.4296.610.9302 1800室外站10048584.45 3.15 485.84 97.6798.040.9568 二、调整bsc中tra资源的配置,提高通话中efr的使用比例上章提到，语音编码分为半速率（hr）、全速率（fr）和增强型全速率（efr）三种，不同的编码方法对语音数据的压缩度不同，因此造成的语音失真也不同。语音编码由bsc中的tra单元完成，每个tra单元可以配置成三种编码方式中的任意一种。某一次语音通话在无线链路上占用半速率信道还是全速率信道首先是由bsc根据bts当前无线信道的利用率和手机的支持能力决定。若决定采用全速率信道，则bsc根据已知的ms是否支持efr的信息选取配置为efr或fr的tra进行语音编码，如果手机支持efr会优先选择efr，但如果bsc当前efr资源不足，就会发生efr的拥塞，转而使用配置为fr的tra。若决定采用半速率信道，则bsc试图分配配置为hr的tra进行语音编码。因此，一次语音通话的语音编码方式既与当前无线信道的利用率有关，也与bsc中tra资源的数量及配置有关。提高efr的使用比例有利于sqi的提升。根据话务、tra的相关统计数据，我们在10月下旬对部分bsc的tra资源进行了数量和配置的调整。调整原则是在满足半速率话务需求的前提下，减少hr的配置数，为部分不支持efr编码的手机保留适量的fr，增大efr的配置比例，避免在无线链路资源宽裕的情况下产生efr拥塞。将部分bsc局的tra调整情况及前后相关指标例举如下。局号调整前调整后efr数fr数hr数efr拥塞率使用efr比例efr数fr数hr数efr拥塞率使用efr比例sacbsc12452768112800.8253 2260576151200.8251 szkbsc2960108876800.8215 134470457600.8178 szlbsc252815127680.12970.7197 115274452800.8233 从sqi变化曲线图可以看出，对于原先有efr拥塞的bsc局，增加配置为efr的tra数量有利于efr使用比例的提高，因此sqi指标也随之上升(如l2局)；而对于原先没有efr拥塞的bsc局，单纯增加efr数量的方法由于受到无线链路资源的限制未能提高efr使用比例，对sqi指标改善不明显(如k2局)；ac1局的数据说明了即使减少efr的配置数量，只要不发生efr拥塞，就不会影响efr使用比例，sqi指标也不受影响。三、优化频率资源的配置，降低全网干扰水平为了从降低网内频率干扰的角度提升sqi，我们分阶段进行区域变频工作，在9月份分别实施了深圳宝安区和南山区整体变频项目。宝安的变频区域包括松岗镇、沙井镇、公明镇、光明镇、福永镇、石岩镇共计1004个小区。从变频前后道路测试、mrr、统计指标和投诉几个方面的对比来看，变频后网络性能稳定：sqi指标提高0.8%，道路测试情况良好，宝安六镇的镇内道路通话质量都有一定的提高，道路测试质量提高0.32%。南山变频区域涉及512个小区，2786个载波。项目小组针对南山区域无线环境特点，综合考虑由高层站、上层站、街道站、室内站/直放站构成的立体网络覆盖结构，设计了新型的频率分组方案；首次应用了无线小区覆盖数据库，采用新型自动配频工具，自主完成了此次变频，变频后路测信号质量提高0.41%。统计指标方面，话音质量sqi指标在后续优化完成后提升了1.5%，效果明显。四、关闭上行dtx上一章提到，关闭上行不连续发射功能(dtxu)是提高sqi的一种可行方法。但是关闭上行dtx会令手机发射能量增多，在改善服务小区sqi的同时也对附近其它小区带来额外的干扰，有可能对附近小区的接通率和掉话率等指标带来不利影响。为衡量效果，在龙岗区站点密度较小的地区选取了部分小区进行试验。试验选取了大鹏m等六个站的18个小区，关闭上行dtx后观察相关指标变化情况发现，试验小区的上行sqi都有较明显提升（平均提高1.5个百分点），而附近小区的接通率和掉话率均在正常范围内波动。接下来我们扩大范围，按照从站点密度低的地区到站点密度高的地区、从1800小区到900小区的原则，逐步推进试验区域。在推进的过程中注重精细分析和效果评估，对sqi改善效果不明显小区进行参数优化，对高层站和部分城中村小区重新开启上行dtx。经过这次调整，全网的sqi尤其是1800小区有较大的提升。五、优化切换策略，减少不必要的切换随着1800小区增多，目前双网小区的交叉覆盖区域过大，引起双频网切换过多、小区之间回切严重等切换问题，浪费了系统资源，同时过多的切换也带来了双网切换掉话的增加，降低了网络质量。因此，优化双频网间切换，提高双频网切换成功率有助于网络质量的改善。减少双频网间切换次数的调整思路是:idle状态下驻留在1800小区的手机起呼后保持在1800小区；idle状态驻留在900小区的手机起呼后仍保持在900小区。具体调整如下：1.对于900、1800共址的小区，900小区设为2层，1800小区设为1层；对于单900或单1800的小区不进行调整。2. 保证在1800小区有效覆盖区内，idle状态的手机能够驻留在1800小区上。为此参数设置应满足以下条件：(1)保证在满足accmin的条件下，手机开机进行小区选择时优选1800小区,因此将1800小区的cbq设为high，900小区的cbq设为low。(2)在满足accmin的条件下，位于1800有效覆盖区内的手机进行小区重选时优选1800小区，即满足c21800c2900。在pt=0、to=0情况下c21800-c2900=c11800+cro1800-(c1900+cro900) 又c1 = (rxlev - accmin)因此c21800-c2900=rxlev1800-accmin1800+ cro1800-(rxlev900-accmin900+cro900)0得到cro1800(rxlev900- rxlev1800)+( accmin1800-accmin900)+ cro900根据经验，共站小区900、1800强度衰减差为10dbm左右，这里取(rxlev900- rxlev1800)=15dbm得到cro1800=(accmin1800-accmin900)+15dbm (cro900为0时)3.1800小区有效覆盖区的确定（accmin1800）：手机在通话状态下保持在1800的充分条件是接收的1800m信号强度rxlev1800layerthr1800-layerhyst1800 如果把1800小区的accmin1800设成：accmin1800=layerthr1800-layerhyst1800这样在idle状态下满足accmin1800且驻留在1800小区的手机起呼后仍将保持在该1800小区。4.综上，900、1800共址的小区需进行修改的参数为：(1)accmin1800=layerthr1800-layerhyst1800(2)cbq1800=high；cbq900=low(3)小区的pt=0；to=0；cro900=0；900小区为2层、1800小区为1层;(4)cro1800=( accmin1800-accmin900)+15dbm即cro1800=( layerthr1800-layerhyst1800 -accmin900)+15dbm涉及修改参数有3个：accmin1800 、cro1800、cbq900，其它参数在满足条件(3)的基础上保持不变。我们按照上述分析的原则实验性选取了比较有代表性的ah、z局，该区域话务量较高，并含有一段高速公路和铁路，通过实验可以了解这种调整对高话务区、高速公路、铁路等的影响及改善情况。调整前后的道路测试数据对比如下:路测质量评分 （省公司）路测质量评分 （集团公司）语音质量 0-4级比例接通次数路测切换次数调整前97.17%96.18%96.52%3401060调整后97.18%96.22%96.49%380999调整后现场路测的覆盖率和通好率没有大的变化，但切换次数明显减少，sqi指标略有提高。其后我们将以上经验推广至南山区域和市区中片，并且注意在区域作参数统一调整后对局部进行精细分析和微调以获得最佳效果，在城中村、海域等覆盖不够好的地方不调整，在保证覆盖率和路测质量的基础上，有效减少了双频网间切换次数这一影响sqi的指标。六、对sqi指标偏低的区域和问题点进行集中优化在对全网从整体上进行了优化调整之后，接下来就需要具体分析全网sqi较低的区域和问题点，找到继续提升sqi的可行办法。 (1)高层900站受网内干扰严重，sqi指标约为68%，远低于全网平均水平94%，可以通过对高层站的整改提升sqi。但高层900站的话务量占全网比重小，即使不考虑高层900站，全网sqi指标也只能提升0.03%。(2)行政区中福田区，尤其是覆盖华强北的msci和覆盖上下沙城中村的mscj这两个局的sqi指标偏低。i局主要是因为万佳、振兴、通天地等站话务量大，引发大量的半速率话务，影响了该局sqi指标。考虑到这些站点的载波配置较高，我们提出了在这些区域建新站的需求，目前相关专业小组已制订了万佳m/d站的话务分担方案，通过在其原覆盖范围内新建明通数码l0以及扩容远望数码l0/p0来缓解万佳m/d站的话务压力，改善拥塞。j局sqi指标偏低的主要原因是小区上行干扰严重，干扰源来自上沙、下沙城中村私装直放站。私装直放站造成的干扰是长期困扰我们的老大难问题，经过与工程部门的反复协商和准备，我们在12月实施了城中村900站换型为1800站的项目,进行了上沙、下沙城中村900-1800基站设备的改造、换型以及覆盖优化。分析报告显示，该区域话音质量提高了23%，信号覆盖区域客户感受大大改善，但覆盖率有所下降，正在进行后继优化。(3)z局与ah局含1000号频点小区上行链路质量差。11月份的mrr统计数据显示，z局与ah局部分小区egsm频率组的上行质量较差，在关闭这些小区egsm频率组的跳频后分别查各个频点受干扰情况，发现1000号频点的icmband值为5，上行干扰严重。从地图来上看这些小区的天线方向呈现出一定的集中性，派单皇龙公司查外部干扰后确定是某公司研发实验网频率边带未能准确控制，致使约300k的强信号进入到egsm上行频段。我们更换了这些小区的1000号频点，并且通过无线资源管理部门与该公司协调，以保证合法频点能够得到正常使用。同时我们普查了全网含1000频点且指标相对较差的小区，未发现其余小区的1000频点有受外部干扰的情况。在对z局与ah局上行干扰指标差的小区更换了1000频点后，这两个局的sqi指标呈现上升趋势，变化曲线如下图。第四章 建立跟踪分析信息系统，保持sqi指标的稳定性通过对影响sqi的多个因素作分析并且有针对性地采取相关措施进行优化调整，全网话音质量sqi指标有了显著提升。接下来需要在保持指标稳定的同时，对sqi进行小区级的精细优化。为了达到这一目标，我们建立了sqi跟踪分析信息系统，以便了解和掌握全网sqi指标的变化情况，定位关键原因，跟踪处理流程，促进优化工作。首先，在观察全网每日整体sqi指标的基础上，从三个角度分别对全网小区进行排名：小区sqi指标值、小区sqi变化值、小区对全网sqi指标的影响程度。小区对全网sqi指标影响程度的计算方式为，其中、为该小区sqi统计中被评定为accept和bad的通话次数我们通过每日监控以上三项指标的排名来把握全网小区的sqi情况,并把这三项指标全网排名较差的二十个小区和降低程度较大的小区列为跟踪对象，具体分析其原因，与负责片区优化的同事一同制订优化方案，跟踪实施过程，并且随时将跟踪情况入库。例如，沙井m2和茂业城l0这两个小区的跟踪处理过程在数据库中记录如下： 小区名日期跟进情况跟进状态沙井m211月7日该小区对全网sqi影响程度位居全网第一，经查该小区上行干扰严重且h话务比高。继续跟踪沙井m211月8日观察小区ta，统计数据在合理范围之内，且无严重同邻频干扰。先排除小区自带直放站干扰的原因，做关闭直放站实验。继续跟踪沙井m211月12日关闭直放站后指标末见好转。优化组派单皇龙公司查外部干扰继续跟踪沙井m211月14日皇龙公