摘要：本文主要从LET网络的CSFB的发展、结构，CSFB的业务流程以及通讯中语音质量的评估标准出发，来浅析CSFB在语音质量优化方面的可行措施。
关键词：CSFB；语音质量；TD-LTE网络
前言
伴随着LTE网络发展的大潮，用户对移动数据业务的需求不断增长，大规模的网络已经建成并投入运营，LTE技术的发展也走向成熟，随之而来的网络性能优化提升越来越重要。LTE网络提供高速数据业务的设计初衷，迎合了移动宽带互联网应用的发展势头，以微信为代表的OTT应用发展迅猛，但是对于运营商来说，随着竞争对手4G网络的进一步扩大部署、多模多频终端的迅速普及，中国联通、移动和电信的优势已基本被抵消，需要尽快地提升和改善4G网络的质量，以适应手机终端的庞大流量。而且，影响感知最明显的当属实时通话的语音业务。语音为用户默认的业务，而且在未来一段时期内，互联网的语音业务无法完全替代运营商的基础语音业务。
一、CSFB的认知
要提高CSFB系统带来的语音质量，则必须先认清楚CSFB的构成以及语音质量的评估标准。
1.1.CSFB的定义。是指CS语音回落，用于在LTE和2/3G网络共同覆盖的区域对于不支持IMS业务的终端回落到2/3G网络使用CS进行语音业务。即在打电话的时候，网络会从3G以上的级别掉回2G和3G。
1.2.CSFB的发展历程。在建设TD-LTE网络初期，如果运营商已经有成熟的UTRAN/GERAN网络，出于对CS投资的保护，结合TD-LTE网络的部署策略，运营商可以采用原有的CS域语音方案来提供语音服务，而TD-LTE网络仅处理数据业务（包括IMS数据业务）。这种情况下，采用CSFB技术，即LTE覆盖下的UE在处理语音业务时，终端先回退到CS（电路域）网络，在CS网络处理语音业务；这样就达到了重用现有的CS域设备来为TD-LTE网络中的用户提供传统的语音业务的目的。
1.3.CSFB的过程。典型的CSFB业务流程主要包括联合附着、位置更新、主叫（MO）CSFB流程、被叫（MT）CSFB流程以及去附着等。启用CSFB功能的用户的附着流程是基于联合GPRS/IMSI附着流程来实现的。
1.4.CSFB的评估。从CS FallBack的实现方式看，这是一个非常轻载的实现方式，非常适合于在EPC早期建设阶段。根据EPC部署范围小、2G/3G网络广泛的情况，适合在EPC主要提供数据业务的时间段采用，能够充分利用2G/3G网络电路域提供语音、短信、定位、等成熟的电路业务。在此阶段，将EPC作为高速数据业务承载与传统电路语音等业务分离管理仅仅是一个短期的过渡方案。随着EPC网络的快速建设和基于IMS的业务平台部署，很容易更新终端到网络侧的业务能力配置，从而完全过渡到使用EPC网络的能力。
二、语音质量的评估标准
语音质量受到个人区别、可理解性、语音特征、周围环境、背景噪声传输、网络状况和人的期望等复杂的因素影响.用于评价输出语音质量的方法分为主观评价和客观评价两种：
2.1.主观评价法
主观评价方法以人为主体在某种预设原则的基础上对语音的质量作出主观的等级意见或者作出某种比较结果，它反映听评者对语音质量好坏的主观印象。不同的主观评价方法对语音质量考察的侧重点不同，常见的主观评价方法有平均意见分（Mean Opinion Score，MOS）方法、判断韵字测试（Diagnostic Rhyme Test，DRT）方法、失真平均意见分（Degradation Mean Opinion Score，DMOS）、判断满意度测试（Dignostic Acceptability Measure，DAM）方法和汉语清晰度测试。ITU-T推荐用于传输性能的主观评价有以下几种[1]：
•绝对等级评价（Absolute Category Rating，ACR）ACR主要通过平均意见分（MOS）对音质进行主观评价。这种情况下没有参考语音，听音人只听失真语音，然后对该语音作出1-5分的评价。ACR评价方法不需要参考音，比较灵活，然而由于人对不同声音的喜好不同，这种灵活性会导致一定的不公平性。
•失真等级评价（Degradation Category Rating，DCR）DCR主要通过失真平均意见分（DMOS）来实现音质的主观评价。这种评价方法要求听音人在给失真语音打分前，先熟悉原始语音（参考语音），再将失真语音与原始语音的差异按一定标准来描述。DCR常用于评价诸如汽车噪声、街道噪声或其他说话人干扰等为背景噪声情况下的音质。噪声的类型和数量将直接影响评定的失真等级。
•相对等级评价（Comparison Category Rating，CCR）CCR方法主要采用相对平均意见分（CMOS）对音质进行主观评价。CCR类似于DCR，不同的是，在CCR方法中，原始语音和失真语音的播放次序是随机的，听音人不知道哪是原始音、哪是失真音。听音人只是在上一个音的基础上，评定出当前音相对于上一音的好坏。
2.2.客观评价
客观失真量计算模块用于计算失真量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所谓失真量是指原始语音和输出语音特征参数之间的总体差异量，该量值反映语音通过系统后的质量变化，即输出语音对于原始语音的失真程度。由于尚不清楚人类听觉系统、感知神经系统以及大脑思维在判断语音质量过程中的相互作用，无法建立人类感知语音失真程度的真实数学模型，因此常采用Lp，范数形式计算客观失真量。为了与主观评价等级一致，通常将客观评价所得到的失真量映射为主观评价的尺度表示，如MOS的5级表示，映射模块即完成此功能。映射模块可按二次或者三次多项式函数拟合形式建立客观失真量与主观等级分之间的对应关系。使用基于输入—输出的客观评价时要求原始语音和失真语音之间做到严格同步，而在实际应用中，严格同步的要求并不容易得到满足，同时在某些应用场合中难以或者不便于采集到原始语音材料，这就要求发展基于输出语音的客观评价方法。
三、提升语音质量遇到的问题
随着4G 网络建设和业务发展的深入，移动通信 网络格局发生了重大变化，尤其是以CSFB 为代表的 4G 语音方案的实施，使得网络复杂性进一步加大。当前CSFB 优化工作主要面临以下问题：
•问题区域定位难CSFB 涉及2G、3G、4G 三代通信网络，全程经过20 多种网元，业务贯穿CS（电路域）、PS（分组域），呼叫流程复杂，业务质量优化和难度增加，网络覆盖、质量、干扰、维护多种问题交织，使得问题区域定位难度加大。
•问题环节定位难CSFB 涉及环节众多，除传统的2/3G 语音业务 环节外，还增加了4G 网络的MME、eNodeB 等网元 配合流程，涉及无线、核心网等多个环节，需关注内 容繁多，问题环节定位难度进一步增大。
•问题原因定位难当前CSFB 问题跨无线网、核心网等多个专业，单一部门分析能力弱，无法准确定位寻呼、回落、接 通、时延问题点。各专业往往专注于自身问题深度分 析，纵向强、横向弱、分析片面，导致问题根源定位 不足；缺少跨专业的联合分析，对同一问题各专业同 时发力但措施不同，缺少信息化、自动化沟通机制。
四、在CSFB上的提升语音质量的方案
以下4种方案可以用于增强CSFB的性能。
•嵌入式LAU：在基于PS HO的CSFB方案中，eNodeB选择的目标小区的LAI可能不同于MME在联合附着或TAU中分配给UE的LAI。按照R8/R9的CSFB方案，如果LAI发生了变化，那么UE在2/3G需要发起LAU（或联合的RA/LA更新），这将引入至少 数百毫秒甚至两秒以上的时延。事实上，eNodeB发送给MME的Handover Required消息的Target ID字段中包含了目的小区LAI，MME从而知晓LAI是否发生了变化。如果LAI发生了变化，MME可以将一个并行的LAU过程嵌入到PS HO过程中，进而避免了 UE重选回2/3G后再次发起LAU。在现有的PS HO过程中嵌入LAU，需要修改MME和UE。MME需要在EMM Information消息中将 新的LAI和TMSI传递给UE，UE需要更新自身保存的LAI和TMSI。
•安全增强：按照3GPP R8/R9 CSFB规范中的要求，SGs接口上并不传送安全相关的参数，MSC/VLR信任MME对用户的认 证。在联合的附着或TAU过程中，MSC/VLR并不为用户创建或更新CS域的安全上下文。这样当UE被CSFB到2/3G的时候，MSC/ VLR和UE间有可能没有共享的安全上下文。在这种情况下，MSC/VLR会发起AKA过程来建立共享的安全上下文。这将增加数 百毫秒甚至两秒以上的时延。即使是MSC和UE中原本有共享的安全上下文，因为PLMN改变、运营商的策略、MSC/VLR删除等原 因，也可能需要执行AKA过程。为了避免这些情况，可以使用类似Sv接口的方法，在联合附着或位置更新时，新建或更新CS域安 全上下文所需的参数可以从PS域安全上下文中导出。该方案对UE、MME和MSC/VLR都需要进行一定的修改。
•基于SRVCC的CSFB：采用类似SRVCC切换方法使UE回退到GERAN/UTRAN。对于移动始呼来说，终端在Extended Ser⁃ vice Request消息里携带被叫号码，eNodeB触发SRVCC切换，MME在PS to CS handover request消息里携带该被叫号码给MSC，MSC 这时候开始出局呼叫处理。总之，在空口侧，切换的方式不仅可以缩减空口建立时延，而且也能够提前进行CS域核心网的呼叫处 理，这都能显著地减少CSFB呼叫建立时延。对于移动终呼来说，eNodeB触发SRVCC切换即可。此方案对GERAN/UTRAN没有修 改，对E-UTRAN有小的要求，对MME/MSC有修改。
结尾
语音质量是一个通讯行业的重要组成结构，优质的语音质量更加有优势。在4G以及更好的网络服务技术的发展下，关乎移动通讯的语音通信业务不可能被终端软件取代，而必须要在有限成本的基础上，将语音通信状态时候的网络，从高维降到低维，即从4G以及4G以上的技术，降落到现在已有的网络面积更大的2G和3G网络。CSFB是一个中长期存在的技术，会服务很长一段时间，如何通过该网络系统提高语音质量，已经是一个通讯行业的关注重点话题。
参考文献：
[1] 张翠平，王艳平.VoIP语音质量及评测方法 [J].电信网技术.2011（12）
[2] 杨婷婷，孙艳民.2G/3G互操作参数优化 [J].电信工程技术与标准化.2012（02）
[3] 耿玉波，蔡庆宇，冯印健.LTE与2G/3G系统互操作研究 [J].邮电设计技术.2012（01）
[4] 徐振林，金柱.影响GSM网络MOS值的因素对比分析 [J].信息通信.2012（01）
论文作者:刘炽明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：语音论文; 网络论文; 评价论文; 质量论文; 主观论文; 业务论文; 方法论文; 《基层建设》2017年第8期论文;