GSM语音质量（MOS）优化手册中国移动通信集团广东有限公司
目录
1概述 (3)
2MOS理论背景 (4)
2.1语音质量评估指标 (4)
2.1.1RxQual (4)
2.1.2SQI (4)
2.1.3MOS (5)
2.1.4RXQUAL,SQI,MOS之间的关系 (6)
2.2MOS测试方法和设备介绍 (7)
2.3MOS影响因素分析 (8)
2.3.1编码方式 (9)
2.3.2无线环境 (9)
2.3.3切换 (11)
2.3.4传输质量 (11)
3MOS整体情况分析 (11)
3.1整体情况分析 (12)
3.1.1分析目的 (12)
3.1.2分析示例 (12)
3.2编码方式分析 (14)
3.2.1分析目的 (14)
3.2.2分析示例 (14)
3.3无线环境分析 (19)
3.3.1分析目的 (19)
3.3.2分析示例 (19)
3.3.2.1AFR编码 (19)
3.3.2.2EFR编码 (20)
3.3.2.3AHR编码 (21)
3.4切换情况分析 (22)
3.4.1分析目的 (22)
3.4.2分析示例 (22)
3.4.2.1切换对于全网MOS指标的影响 (22)
3.4.2.2切换对特定编码MOS指标的影响 (24)
3.5问题点确定 (26)
3.5.1问题点定位目标 (26)
3.5.2问题点定位示例 (26)
3.5.2.1MOS问题路段定位 (26)
3.5.2.2切换频繁问题定位 (26)
3.5.2.3编码问题定位 (27)
3.5.2.4弱覆盖问题定位 (27)
3.5.2.5强质差问题定位 (27)
4MOS优化方法 (28)
4.1无线环境优化 (28)
4.1.1网内干扰优化 (29)
4.1.1.1网内干扰定位 (29)
4.1.1.2网内干扰优化示例 (30)
4.1.2网外干扰优化 (32)
4.1.2.1网外干扰定位 (32)
4.1.2.2GSM900/1800网络结构均衡 (33)
4.1.2.3网外干扰优化示例 (34)
4.1.3覆盖优化 (36)
4.2编码方式优化 (36)
4.2.1扩容减少半速率 (37)
4.2.2半速率优化 (38)
4.2.3AMR Codec优化 (39)
4.2.4AMR Codec优化实例（仅AMR HR） (45)
4.2.5AMR Codec优化实例（AMR HR/FR） (51)
4.2.5.1根据路测RXQUAL结果的优化 (51)
4.2.5.2根据路测C/I结果的优化 (52)
4.2.6华为AMR 优化建议 (54)
4.3切换优化 (58)
4.3.1切换参数优化 (58)
4.3.2利用TEMS Layer2&3信令和Combination MRR进行道路优化 (59)
4.3.2.1利用TEMS Layer2&3信令进行道路切换性能优化 (59)
4.3.2.2利用Combination MRR分析道路覆盖情况 (62)
4.3.3爱立信切换参数优化示例 (63)
4.3.4华为切换参数优化示例 (65)
4.4传输、硬件问题优化 (69)
5新功能应用 (72)
5.1TFO功能 (72)
5.2T R FO功能 (73)
5.3AMR W IDEBAND (73)
6总结 (74)
1 概述
随着无线网络的发展，网络优化目标已经从关注各种KPI指标，发展到关注终端用户感受。而其中的语音质量就是这样一种反映客户感知的主要指标。目前评估语音质量的方式主要三类：主观、客观和估计，这三种评估方式以客观评估最为准确。国际电联定义的PESQ算法，可以客观的评测通信网络的语音质量。
本手册主要介绍影响语音质量MOS值的各种因素，每种因素对于MOS值的影响程度，同时对于MOS优化过程中的整体分析思路、问题点定位，以及具体优化手段都有较为详尽的描述。供全省网络优化线条人员在实际工作中参考运用。
2 MOS理论背景
2.1 语音质量评估指标
现阶段对于语音质量的评估主要采用RxQual(信号质量)、SQI(Speech Quality Index) 、MOS等三种指标。
2.1.1 RxQual
RxQual是通过将误比特率BER(bit error rate)转换为0至7级来获得的(见
3GPP TS 05.08)。也就是说Rxqual是一个非常基本的测量值，它只反映在一定时间内(0.5秒)的误比特率。BER的值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，所以不能给出终端用户对于语音质量的真实感受。
2.1.2 SQI
SQI(Speech Quality Index)是爱立信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
? TSQIACCPT：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与国际通用的语音评估方法MOS之间有直接的对应关系，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
MOS：Mean Opinion Score。是衡量通信系统语音质量的重要指标。
在实际语音系统应用中，MOS评分法使用最为普遍。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。
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
细定义了这种MOS评测法。
但是在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。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之间的关系
RXQUAL对应C/I关系
MOS与SQI
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。
下表为爱立信推荐的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测试方法是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MOS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。
2.3 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PSTN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。以下分别介绍各因素对于MOS的影响。
2.3.1 编码方式
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
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
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：
2.3.3 切换
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
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。
2.3.4 传输质量
传输质量存在问题一般表现在传输出现大量的误码、滑码及传输闪断，在BSC统计里的OBJTYPE LAPD包括了LAPD信令重传、LAPD坏帧及过负荷的统计，这几个计数器可以用来观察A-BIS的传输质量情况，如果出现坏帧过多或信令重传严重的现象，一般就都是由于传输质量不好引起的。传输质量的问题从原理上来看就相当于是丢失了一些话音帧，这些话音帧的丢失将严重影响到话音质量。
3 MOS整体情况分析
对于网络MOS的分析优化应按以下步骤进行：
3.1 整体情况分析
3.1.1 分析目的
网络整体MOS情况需要通过测试数据了解，MOS值大于3比例、各种编码方式占比、900/1800话务比例、各种RxQual话务占比等信息。以便从整体的角度对网络当前情况有较好的把握。
3.1.2 分析示例
以下为具体分析示例。根据某次MOS测试数据，其中包含MOS值样本11099个，MOS评分均值3.48分，其中大于3.0分的样本占78.64%，小于2.5分的样本占9.52%。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
占用1800占用比例55.38%，900占用比例44.62%
Rxqual<5占比99.03%
各种Codec方式的样本比例：
测试中主要占用AFR和EFR，其次是AHR，HR只占极少数。
3.2 编码方式分析
3.2.1 分析目的
编码方式的分析主要是基于测试数据，了解各编码方式在现网中的分布，以及各编码方式对应的MOS情况，并且与900与1800小区相结合考察MOS水平。
3.2.2 分析示例
以下为某网络MOS测试统计分析示例。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，
对于“MOS值大于3样点百分比”指标，仅使用AFR的时候是81.35%；仅使用EFR的时候是84.79%；仅使用AHR的时候是81.54%，仅使用HR的时候是71.88%。
当使用了一种以上的信道速率和编码的时候，“MOS值大于3样点百分比”指标明显变差，原因是此种情况下，MOS值计算周期内发生切换的次数会较多。
下图根据本次测试按指标计算的仅使用AFR编码与小区频段类型的MOS得分关系：
在仅使用AFR且纯使用DCS1800的情况下，“MOS值大于3样点百分比”指标达到89.20%。
下图是按指标计算的仅使用EFR编码与小区频段类型的MOS得分关系：
在仅使用EFR且纯使用DCS1800的情况下，“MOS值大于3样点百分比”指标达到89.17%。
下图是按指标计算的仅使用AHR编码与小区频段类型的MOS得分关系：
在仅使用AHR且纯使用DCS1800的情况下，“MOS值大于3样点百分比”指标达到86.71%。
下图分别按指标计算的仅使用HR编码与小区频段类型的MOS得分关系：
在仅使用HR且纯使用DCS1800的情况下，“MOS值大于3样点百分比”指标只达到80%。
从上述统计可以得出采用AMR FR及EFR编码方式且占用1800网络时，MOS大于3的百分比可达到接近90%的水平。因此减少半速率编码方式，增加1800网络覆盖有利于MOS指标的提升。
3.3 无线环境分析
3.3.1 分析目的
无线环境分析主要根据现网测试中的RxQual结合编码方式对应MOS测量值来分析各编码在不同无线环境下的MOS情况，并预估达到期望的MOS值所需要的无线环境。
3.3.2 分析示例
以下为具体示例，分析AFR、EFR、AHR、HR四种纯编码方式MOS与Rxqual的散点图，我们可以得到Rxqual对MOS得分的影响情况，并以此估计在何种Rxqual的前提下可以获得既定的MOS得分期望。
由于Rxqual 0-7的BER是非线性的，因此采用加权公式计算每个MOS采样点区间的总BER值。
总BER值=（sum(rxqual_0)*0.14%+ sum(rxqual_1)*2.28%+
sum(rxqual_2)*0.57%+ sum(rxqual_3)*1.13%+ sum(rxqual_4)*2.26%+
sum(rxqual_5)*4.53%+ sum(rxqual_6)*9.05%+ sum(rxqual_7)*18.1%）
/sum(rxqual_0+ rxqual_1+ rxqual_2+ rxqual_3+ rxqual_4+ rxqual_5+ rxqual_6+ rxqual_7)
再根据算的的总BER根据上表区间对应Rxqual值，此Rxqual值我们称为加权Rxqual值。
3.3.2.1 AFR编码
采用MOS评分周期内的加权Rxqual值作为MOS评分样本的Rxqual估计值，剔除切换对MOS值的影响，选取切换为0的MOS周期采样点为了避免个别采样点值突变带来的剧烈波动，我们采取窗口移动的方法来计算平均Rxqual，MOS均值以及MOS>3比例，如下图所示，根据窗口长度为3的窗口移动示意图，在每个窗口中分别算出各段的Rxqual值，MOS值以及MOS>3比
通过分析得到MOS相对Rxqual的趋势线。从图上分析，要在AFR编码下获得3.0分以上的MOS均分，要将Rxqual均值控制在4.4以下, 见图中红色箭头指示。
满足指标的条件
而要达到MOS>3的比例90%，Rxqual需要控制在1.8以下。
3.3.2.2 EFR编码
采用与评估AFR相同方法，得到下面的散点图。