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4.5G移动语音及视频的发展方向

供稿人:李远东  供稿时间:2016-7-14   关键字:4.5G  移动语音  移动视频  MOS  vMOS  VoLTE+  

14.5G的移动语音及视频业务目标

 

4.5G将可极大程度地增强用户的移动业务体验。语音与视频是移动网络的主流业务形态,但是,这两项业务的用户满意度却较低:根据mLAB实验室的研究,全球移动语音业务的MOS均值仅为3.3分(注:理论上,语音MOS的最高值为5分),全球移动视频业务的vMOS均值仅为3.1分[1](笔者注:理论上,视频vMOS的最高值为5分。vMOS由华为mLAB实验室在2015年提出[2])。

 

通过采取增强型的移动语音及视频技术,4.5G的目标是通过移动网络为用户提供MOS值为4分的HD(高清晰度)语音服务及vMOS值为4分的HD视频服务[1]

 

24.5G的增强型移动语音:VoLTE Plus

 

1)移动语音通话面临的问题及4.5G语音的质量目标

 

在早期部署的4G LTE网络中,LTE语音采取的是CS(电路域)回落至2G3G网络,由此,用户就不能通过4G LTE网络同时使用语音及高速4G数据服务。CS回落增大了呼叫建立延迟(如图1所示),降低了语音质量,带来了不好的用户体验。

 

1

各种移动通信无线接入网络的呼叫建立延迟对比[1]

(注:主叫方到被叫方;CONRRC连接状态;IDLE:空闲状态)

 

总体上,GSM语音的MOS值约为3.0分,而UMTS语音的MOS值约为3.3分。影响用户体验的只要是:语音质量较差(不清晰)、噪声大、呼叫掉线。在各种第三方测试中,GSMUMTS在语音通话业务的提供质量方面均低于其他更高级的移动网络。图2所示为一家全球管理咨询公司P3 Group在全球部分一线城市中所作的移动语音质量测试结果(以MOS分值的形式)。

 

2

不同城市的移动语音MOS均值[1]

 

2中的数据由P3 Group发布于P3_US_Public_Benchmark。大多数城市的2G/3G语音MOS值均在3.3分左右。而在华盛顿,VoLTE语音MOS值更高,达3.6分。该白皮书指出,实际上还存在提升的空间。

 

VoLTE可极大程度地提高移动语音通话质量。但是,将4.5G全网的移动语音MOS值提高到4.0分以上仍然是一大技术挑战——主要原因在于小区边缘的信号质量较差且存在小区间相互干扰问题。

 

3

某运营商网络的VoLTE测试结果[1]

 

另一方面,移动通信运营商的语音业务也遭受到了来自互联网OTT/即时通信业务的激烈竞争。虽然免费提供相关业务,但OTT即时通信服务提供商们也在不断努力提高语音通话质量——从早期采取iLBC(互联网低比特率编/解码),到中期采取SILK(比如Skype),再到现在采取OpusOTT语音通话质量已经达到了HD水平(超过了采取AMR-WB作为编/解码技术的移动VoLTE)。

 

24.5G语音技术的三大发力方向

 

为了解决上述几大挑战性问题,并将移动语音通话的质量提高到超过4.0MOS的水平,4.5G需要在以下三个方向发力:

 

14.5G采取VoLTE Plus解决方案,以进一步提高小区边缘的VoLTE业务使用体验。

 

4

4  VoLTE Plus可增强移动语音的覆盖[1]

AMRC:自动多速率控制)

 

24.5G采取VoLTE Plus解决方案,以保证干扰、网络切换及网络拥塞环境中的VoLTE语音质量。这三种场景对于VoLTE MOS分值的影响(降低),分别占到了50%10%15%。而VoLTE Plus将可通过在干扰环境中采取“上行链路补偿调度”、在网络切换场景中采取“VoLTE切换优化”、在网络拥塞场景中采取“基于延迟/缓冲的调度”,可分别将MOS分值提高0.2分、0.1分、0.1分。

 

3)为应对来自OTT即时通信愈发激烈的市场竞争,4.5G必须要采取更先进的移动语音编/解码技术。移动通信国际标准组织3GPPLTE Release 12中对EVS(增强型语音服务)进行了标准化。通过EVS/解码,可获得高达20 kHz的音频带宽(此时,移动语音质量接近MP3),而且具备低延迟、小抖动、少丢包的技术能力。而且,4.5G网络将会基于EVS/解码对空口性能进行持续优化,以改善更高质量移动语音的覆盖,并保证在网络拥塞情况下的语音通话质量。

 

5

5  EVS/解码所能支持的音频范围[1]

 

34.5G的增强型移动视频:Video Plus

 

1)移动视频业务体验的评估问题:业界正研究相关国际标准

 

该白皮书指出,4.5G所要解决的首要问题在于“移动视频业务体验的量化评估”。ITU-T2009年启动vMOS标准研究项目,以期为OM系统对移动视频参数的精确监测奠定基础。后来,随着移动视频分辨率与图像质量不断提高、移动终端屏幕及编/解码技术的向前发展、移动及固定网络向超宽带网络的逐步演进、各种新兴视频体验的不断涌现,业界又进一步发展出U-vMOS这种最新的移动视频业务体验评估标准(如图6所示,其基于人体工程学测试、样本研究与技术研究而提出和优化)。ITU-T20159月正式批准U-vMOS工作项目,并于同期启动模型选择(model selection)。预计相关的标准化成果将于2016年发布。

 

6

6  U-vMOS的人体工程学测试结果:5大因素对于移动视频业务体验的影响[1]

(来源:北京大学、哈佛大学、华为mLAB实验室)

 

2)对最新移动视频业务体验评估标准U-vMOS的总结性介绍

 

U-vMOS移动视频业务体验与移动网络性能之间建立了关联。如果要是实际的U-vMOS分值超过4.0,就需要提供2K甚至更高分辨率的视频内容。而为了支撑对于2K全高清移动视频内容的传输/分发,视频加载与视频播放期间就应分别达到8.4 Mbps 8 Mbps的移动数据传输速率。另外,为了支撑对于4K超高清移动视频内容的传输/分发,视频加载与视频播放期间就应分别达到32 Mbps 18 Mbps的移动数据传输速率。具体如表1所示:

 

移动视频业务对于网络性能的需求[1]

 

典型

移动视频业务体验指标

对移动网络的需求

vMOS

视频分辨率(流媒体技术)

平均码率

H.264

初始

缓冲

延迟

视频

失速

比率

E2E

RTT

用户数据

速率(初

始缓冲状

态)

用户数据

速率(正

常播放状

态)

2.6

480PHPD

700 kbps

3

2%

80毫秒

3 Mbps

1 Mbps

3.2

720PDASH/HLS

1.5 Mbps

2

2%

80毫秒

3 Mbps

2 Mbps

3.5

1080PDASH/HLS

3 Mbps

2

2%

40毫秒

4.1 Mbps

4 Mbps

4.0

2K全高清(DASH/HLS

6 Mbps

2

0%

40毫秒

8.4 Mbps

8 Mbps

4.5

4K超高清

13.5 Mbps

1

0%

10毫秒

32 Mbps

18 Mbps

(注:HPDHTTP Progressive DownloadHTTP渐进式下载;DASH Dynamic Adaptive Streaming over HTTP,基于HTTP的动态自适应流媒体;HLSHTTP Live StreamingHTTP实时流媒体)

 

3)移动视频面临的问题及4.5G视频的质量目标

 

如图7所示,根据mLAB实验室的测试与统计结果,大多数4G网络的移动视频业务体验均不达标——U-vMOS均值低于3.5分,而且用户需求远未得到满足。虽然视频失速测试的分值相对较高(>4分),但初始缓冲延迟初始的得分数值则相对较低(<3.5分)。因此,4.5G网络应该缩短移动视频的初始缓冲延迟/时延,以改善用户的业务体验。

 

7

多个地区的移动视频业务体验评估(测试时间:2016年1月)[1]

 

44.5G视频技术解决方案的三大核心技术

 

通过采取创新型的Video Plus解决方案,4.5G网络有望将移动视频业务体验的U-vMOS分值提高到超过4.0分的水平,从而将可极大程度提高用户体验。

 

Video Plus的三大核心技术包括:(1WTCP代理:部署于eNodeB基站,可减小E2E(端到端)延迟;(2MLB(移动数据负载均衡):若遇到网络拥塞,MLB可以把移动用户数据切换至负载较轻的小区;(3VSRA(视频业务码率适配):保证移动视频的播放速率,防止出现视频失速,可基于视频SGBR进行差分化的任务调度。

 

例如,eNodeB基站(采取4.5G)通过部署WTCP代理来减小初始视频缓冲延迟,在高数据应用场景进行移动视频负载均衡,并同时采取视频调度机制以保证移动视频业务的服务提供质量。

 

 

参考文献

 

[1] Huawei. 4.5G, Openning Giga Mobile World, Empowering Vertical Markets[EB/OL].

http://www-file.huawei.com/~/media/CORPORATE/minisite/mwc2016/pdf/45G%20White%20Paper%202016.pdf?la=, 2016-02-22.

 

[2] 李远东. mLAB对移动视频vMOS的研究进展[EB/OL].

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=8764, 2015-07-31.

 


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