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摘要 介紹了WiMAX中山試驗(yàn)VoIP的測(cè)試環(huán)境、測(cè)試結(jié)果及理論分析，從各個(gè)方面對(duì)VoIP測(cè)試給出了較為詳細(xì)的描述。
1、測(cè)試設(shè)備與場(chǎng)景
（1）廣東移動(dòng)中山WiMAX試驗(yàn)局設(shè)備及組網(wǎng)環(huán)境介紹
中山WiMAX試驗(yàn)局VoIP測(cè)試局點(diǎn)配置為：一個(gè)中心站BS（華為提供設(shè)備，型號(hào)為WA5700，是PMP微基站，支持802.16-2004協(xié)議）、一個(gè)固定遠(yuǎn)端站SS（華為提供設(shè)備，型號(hào)為TA210，提供FE接口，支持802.16-2004協(xié)議），一個(gè)移動(dòng)遠(yuǎn)端站SS。中心站點(diǎn)設(shè)置于廣東省中山市東區(qū)石岐東局點(diǎn)，此局點(diǎn)有1個(gè)IDU，4個(gè)ODU即四個(gè)扇區(qū)（實(shí)際只用到一個(gè)扇區(qū)2）；1個(gè)遠(yuǎn)端站，配置2個(gè)TA210。詳細(xì)的組網(wǎng)圖，如圖1所示。
圖1 中山WiMAX試驗(yàn)局VoIP測(cè)試網(wǎng)規(guī)組網(wǎng)圖
�。�2）測(cè)試場(chǎng)景介紹
采用1個(gè)BS，1個(gè)固定SS和一個(gè)移動(dòng)SS的組網(wǎng)方案，主要測(cè)試VoIP容量、性能和質(zhì)量。SS為用戶提供FE接口連接IAD，IAD下可再接多個(gè)電話機(jī)。SS和BS之間的空口符合WiMAX標(biāo)準(zhǔn)，BS和SoftX之間通CMNet連接，實(shí)際組網(wǎng)如圖2所示。
圖2 中山WiMAX試驗(yàn)局VoIP測(cè)試組網(wǎng)圖
組網(wǎng)時(shí)，由于BS（石岐東）需要與廣州的SoftX連接，因此，實(shí)際組網(wǎng)方案通過(guò)傳輸設(shè)備連接公安局與移動(dòng)大廈；然后通過(guò)移動(dòng)大廈的CMNet網(wǎng)絡(luò)連接廣州的SoftX。在該個(gè)組網(wǎng)中，視距傳播環(huán)境通過(guò)固定在移動(dòng)大樓支架上的遠(yuǎn)端站實(shí)現(xiàn)，非視距傳播環(huán)境通過(guò)移動(dòng)的遠(yuǎn)端站實(shí)現(xiàn)。
2、測(cè)試項(xiàng)
測(cè)試內(nèi)容包括VoIP容量測(cè)試、VoIP性能測(cè)試和VoIP質(zhì)量測(cè)試共3個(gè)測(cè)試子項(xiàng)。其中VoIP容量測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試子項(xiàng)包括：在單遠(yuǎn)端站和基站的組網(wǎng)環(huán)境下，遠(yuǎn)端站最多所能發(fā)起的VoIP呼叫的路數(shù)，VoIP性能測(cè)試子項(xiàng)包括：建立時(shí)延、接通率、掉話率和長(zhǎng)時(shí)間呼叫保持率測(cè)試，VoIP質(zhì)量測(cè)試子項(xiàng)包括：話音清晰度、語(yǔ)音時(shí)延、抖動(dòng)和誤包率測(cè)試。
3、測(cè)試數(shù)據(jù)與理論值比較分析
（1）實(shí)測(cè)VoIP容量與理論值比較
�、倮碚撝捣治�
由于VoIP業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等要求比較高，一般采用UGS業(yè)務(wù)調(diào)度類型的上、下行業(yè)務(wù)流來(lái)承載VoIP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸。
本次測(cè)試期間，用來(lái)承載VoIP業(yè)務(wù)的上下行最大持續(xù)保留速率都設(shè)置成了512 Kbit/s，下面來(lái)分析一下在此業(yè)務(wù)帶寬配置參數(shù)下單個(gè)SS可以承載的VoIP呼叫容量。
VoIP業(yè)務(wù)傳輸所需帶寬與所采用的VoIP信令協(xié)議、語(yǔ)音編碼方式和RTP打包間隔有關(guān)。VoIP呼叫業(yè)務(wù)進(jìn)行過(guò)程中，主要傳輸兩種類型的數(shù)據(jù)，即信令數(shù)據(jù)和語(yǔ)音數(shù)據(jù)。實(shí)際上呼叫業(yè)務(wù)過(guò)程中主要是語(yǔ)音數(shù)據(jù)，而前者數(shù)據(jù)量非常小，相比語(yǔ)音數(shù)據(jù)可以忽略。
VoIP業(yè)務(wù)中語(yǔ)音數(shù)據(jù)是采用RTP協(xié)議進(jìn)行打包和傳輸?shù)�，流量大小與用戶之間采用的語(yǔ)音編碼方式有關(guān)，本次測(cè)試采用的是VoIP業(yè)務(wù)最常用的語(yǔ)音編碼方式G.729，這種編碼方式對(duì)傳輸帶寬要求比較低，但語(yǔ)音質(zhì)量上足以滿足用戶的要求。按照協(xié)議，該編碼方式下的凈帶寬是8 K，其實(shí)際映射到WIMAX空口的整個(gè)過(guò)程是需經(jīng)很多次封裝。各種封裝協(xié)議所額外占用的開(kāi)銷，如表1所示。
表1 BS與SS之間空口上VoIP語(yǔ)音數(shù)據(jù)包各字段長(zhǎng)度
[table]
協(xié)議字段
占用開(kāi)銷（byte）
802.16 MAC Head
6
Ethernet MAC Head
14
IP Head
20
UDP Head
8
RTP Head
16
Payload(語(yǔ)音數(shù)據(jù))
20
Ethernet
4
802.16 MAC Head
4
[/table]
由表1推算，一路VoIP業(yè)務(wù)在空口上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸速率：
�。�6+14+20+8+16+20+4+4）×8×（1000/20）=36.8（Kbit/s）
上面公式，僅推導(dǎo)出了一路單向VoIP業(yè)務(wù)中主叫或被叫所產(chǎn)生的在空口上的數(shù)據(jù)流量，但實(shí)際上VoIP業(yè)務(wù)是雙向的，即主被叫雙方都會(huì)產(chǎn)生同等的數(shù)據(jù)流量。如此算來(lái)，實(shí)際上一路雙向VoIP業(yè)務(wù)在空口上的真正流量為：36.8×2=73.6（Kbit/s），由此可見(jiàn)，理論上512 K的上下行特定帶寬配置下，單個(gè)SS可以支持的雙向VoIP呼叫的容量為：
512/73.6=6.96（路）
可以看出，在此配置下實(shí)際上第7路VoIP產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是不能完全被傳送的，必然會(huì)有丟包現(xiàn)象，所以理論上在此配置下單個(gè)SS能支持6路雙向VoIP業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行，即512 K帶寬配置下雙向VoIP呼叫容量為6路。
�、跍y(cè)量值與理論值比較與分析
本次測(cè)試，在512 K的特定帶寬配置下測(cè)得單個(gè)SS可承載雙向VoIP呼叫容量為5路（即實(shí)際空口承載的主被叫單向語(yǔ)音各5路，共計(jì)10路），逼近理論的6路，實(shí)際測(cè)試結(jié)果沒(méi)有達(dá)到理論值，主要原因是系統(tǒng)本身實(shí)現(xiàn)和芯片還沒(méi)有得到足夠的優(yōu)化造成。
�、劢Y(jié)論
目前版本，單SS可支持的VoIP容量與理論值相比有20%左右的差距，需要優(yōu)化。
�。�2）實(shí)測(cè)VoIP性能與理論值比較
�、倮碚撝捣治�
a）VoIP呼叫建立時(shí)長(zhǎng)理論值分析
理論計(jì)算得出，UGS每5幀調(diào)度情況下BS與SS之間Ping包的時(shí)延范圍為[22 ms，57 ms]，由此可簡(jiǎn)單的換算出BS與SS之間單向時(shí)延范圍[11 ms，28.5 ms]。
按照協(xié)議，VoIP呼叫建立主要包括6個(gè)過(guò)程：
●主叫摘機(jī)，通知SoftX3000。
●SoftX3000響應(yīng)，發(fā)送Notify消息給主叫，通知主叫終端放撥號(hào)音。
●主叫撥號(hào)，并通過(guò)Notify消息報(bào)告給SoftX3000。
●SoftX3000收到主叫呼叫號(hào)碼后，處理、尋找被叫，與被叫創(chuàng)建呼叫連接，并通知被叫振鈴。
●被叫響應(yīng)SoftX3000，返回“創(chuàng)建連接成功”消息。
●SoftX3000通知主叫，與被叫之間呼叫連接創(chuàng)建成功。
本次VoIP測(cè)試中，主叫和被叫分別位于兩個(gè)SS側(cè)。由分析可以看出，在整個(gè)VoIP呼叫建立過(guò)程中共有6次需要通過(guò)BS與SS之間空口進(jìn)行傳輸。根據(jù)分析得出的BS與SS之間傳輸時(shí)延，可以推算出一次VoIP呼叫建立過(guò)程在WIMAX系統(tǒng)上所需要花費(fèi)的時(shí)間大約在：[11 ms×6，28.5 ms×6]=[66 ms，171 ms]。
②測(cè)量值與理論值比較與分析
本次測(cè)試主要針對(duì)四項(xiàng)VoIP性能指標(biāo)，包括呼叫建立時(shí)延、呼叫接通率、掉話率性能和長(zhǎng)時(shí)間呼叫保持。其中，前三項(xiàng)表示VoIP鏈路質(zhì)量的好壞和處理性能，最后一項(xiàng)長(zhǎng)時(shí)間保持性能測(cè)試則表示產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。
a）呼叫建立時(shí)延：為了準(zhǔn)確得出WIMAX空口傳輸對(duì)VoIP呼叫建立時(shí)長(zhǎng)的影響，在不經(jīng)過(guò)WiMAX系統(tǒng)的組網(wǎng)情況下，將VoIP測(cè)試儀通過(guò)固定傳輸網(wǎng)與SoftX3000相連，獲得在此情況下的呼叫建立時(shí)長(zhǎng)大約為652 ms。如此，便可大致推算出VoIP呼叫建立過(guò)程中的實(shí)際空口時(shí)延，視距情況下大約為：778-652=126（ms）；非視距情況下大約為：786-652=134（ms）。與VoIP呼叫建立時(shí)長(zhǎng)理論值相比，視距情況下WIMAX空口引入的時(shí)延在理論范圍內(nèi)，而非視距情況的信號(hào)質(zhì)量與視距相當(dāng)，所以呼叫建立時(shí)延也在理論范圍內(nèi)。
b）呼叫接通率：理論上，信號(hào)質(zhì)量足夠好的話，呼叫接通率應(yīng)為100%，本次的測(cè)試環(huán)境的視距信號(hào)和非視距信號(hào)都很好，所以測(cè)試結(jié)果為100%，與理論相符。
c）掉話率：理論上，信號(hào)質(zhì)量足夠好的話，掉話率應(yīng)該都為0%，實(shí)際測(cè)試環(huán)境的視距和非視距信號(hào)都很好，實(shí)際掉話率的測(cè)試結(jié)果也為0%，與理論相符。
d）長(zhǎng)時(shí)間通話保持性能：長(zhǎng)時(shí)間通話保持是VoIP業(yè)務(wù)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。實(shí)際測(cè)得在視距和非視距下VoIP業(yè)務(wù)分別不間斷運(yùn)行了18分鐘和17分鐘。這主要是現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)備和芯片版本太老，穩(wěn)定性方面還需不斷優(yōu)化。
�、劢Y(jié)論
通過(guò)對(duì)VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的測(cè)試，得出WiMAX系統(tǒng)下VoIP業(yè)務(wù)在呼叫建立時(shí)延、接通率和掉話率方面的性能符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，語(yǔ)音清晰度和語(yǔ)音時(shí)延更是達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，但VoIP業(yè)務(wù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性方面由于受到遠(yuǎn)端站芯片和產(chǎn)品本身的限制，還存在不足，需進(jìn)一步優(yōu)化。
�。�3）實(shí)測(cè)VoIP質(zhì)量與理論值比較
①測(cè)量值與理論值比較與分析
語(yǔ)音清晰度、語(yǔ)音時(shí)延、語(yǔ)音抖動(dòng)和語(yǔ)音誤包率指標(biāo)表示VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的好壞。
理論上而言，用戶對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量好壞的判斷，并不會(huì)因?yàn)槌休d網(wǎng)絡(luò)的不同而不同，總是處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，即MOS等分在4分以上為優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音。從業(yè)界對(duì)美國(guó)多個(gè)GSM運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的結(jié)果來(lái)看，語(yǔ)音清晰度指標(biāo)綜合平均值為3.3，其中下行為3.5、上行為3.1，WCDMA、CDMA網(wǎng)絡(luò)均不應(yīng)低于該平均值。從WiMAX的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，VoIP的MOS值在視距和非視距下的平均得分都為3.9，顯而易見(jiàn)，WiMAX系統(tǒng)的VoIP語(yǔ)音清晰度質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了GSM標(biāo)準(zhǔn)的水平。語(yǔ)音時(shí)延是指語(yǔ)音信號(hào)穿越網(wǎng)絡(luò)所消耗的時(shí)間，本規(guī)范限制于端到端的語(yǔ)音單向延遲，指從談話者的嘴產(chǎn)生信號(hào)到收聽(tīng)者的耳朵收到信號(hào)之間所需的時(shí)間，包含了語(yǔ)音信號(hào)跨越的所有網(wǎng)元設(shè)備、以及線路傳輸?shù)难舆t的總和。通訊網(wǎng)絡(luò)中，影響時(shí)延的環(huán)節(jié)及原因主要有：
a）線路傳輸：本地傳輸線路對(duì)時(shí)延的影響很小，一般可忽略不計(jì)。
b）交換時(shí)延：值信號(hào)在交換網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所消耗的時(shí)間，類型包括包交換（包括拆包/組包）、信元交換（包括分段/重組）、復(fù)用/解復(fù)用等。
c）解碼時(shí)延：指對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字壓縮、解壓所消耗的時(shí)間，即使對(duì)于同一個(gè)編解碼算法，所消耗的時(shí)間也不是一個(gè)固定值，它受算法實(shí)現(xiàn)的效率、處理器能力等因素的影響很大。
在實(shí)際無(wú)線環(huán)境測(cè)試中，測(cè)得VoIP語(yǔ)音時(shí)延測(cè)試在視距和非視距下，分別為76 ms和77 ms。從ITU-T G.114導(dǎo)出的優(yōu)良的時(shí)延參考值是150 ms，而實(shí)測(cè)的時(shí)延不到100 ms，可以證明，在本次測(cè)試組網(wǎng)環(huán)境下，WiMAX系統(tǒng)下的VoIP語(yǔ)音時(shí)延性能達(dá)到了優(yōu)秀的水平。
在實(shí)際無(wú)線環(huán)境測(cè)試中，測(cè)得VoIP語(yǔ)音抖動(dòng)測(cè)試在視距和非視距下，都大致為3 ms，本次的測(cè)試環(huán)境屬于無(wú)線本地網(wǎng)環(huán)境，從ITU-T G.114導(dǎo)出的優(yōu)良的時(shí)延參考值是5 ms，而實(shí)測(cè)的時(shí)延不到5 ms，可以證明，在本次測(cè)試組網(wǎng)環(huán)境下，WiMAX系統(tǒng)下的VoIP語(yǔ)音抖動(dòng)性能達(dá)到了優(yōu)秀的水平。而非視距下的測(cè)試結(jié)果與視距情況相類，主要是因?yàn)楸敬蔚姆且暰喹h(huán)境采用了發(fā)射環(huán)境實(shí)現(xiàn)的，信號(hào)質(zhì)量與視距情況一樣好，所以導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果也類似。
VoIP誤包率是值VIOP的ip包在傳輸或交換的過(guò)程中，由于異常所導(dǎo)致的包丟失的比例。一般來(lái)說(shuō)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的丟包率必須＜3%，在ip核心網(wǎng)的丟包率必須＜1%。
在實(shí)際無(wú)線環(huán)境測(cè)試中，測(cè)得VoIP丟包率測(cè)試在視距和非視距下，都為1%，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
�、诮Y(jié)論
通過(guò)上述測(cè)試，得出WiMAX系統(tǒng)下VoIP業(yè)務(wù)語(yǔ)音清晰度、語(yǔ)音時(shí)延、語(yǔ)音抖動(dòng)和丟包率方面的性能上符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。語(yǔ)音清晰度和語(yǔ)音時(shí)延達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。
作者：張志平 徐舜堯 何凱峰 來(lái)源：西部通信
