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摘要 介紹了WiMAX中山試驗VoIP的測試環(huán)境、測試結(jié)果及理論分析，從各個方面對VoIP測試給出了較為詳細的描述。
1、測試設備與場景
（1）廣東移動中山WiMAX試驗局設備及組網(wǎng)環(huán)境介紹
中山WiMAX試驗局VoIP測試局點配置為：一個中心站BS（華為提供設備，型號為WA5700，是PMP微基站，支持802.16-2004協(xié)議）、一個固定遠端站SS（華為提供設備，型號為TA210，提供FE接口，支持802.16-2004協(xié)議），一個移動遠端站SS。中心站點設置于廣東省中山市東區(qū)石岐東局點，此局點有1個IDU，4個ODU即四個扇區(qū)（實際只用到一個扇區(qū)2）；1個遠端站，配置2個TA210。詳細的組網(wǎng)圖，如圖1所示。
圖1 中山WiMAX試驗局VoIP測試網(wǎng)規(guī)組網(wǎng)圖
（2）測試場景介紹
采用1個BS，1個固定SS和一個移動SS的組網(wǎng)方案，主要測試VoIP容量、性能和質(zhì)量。SS為用戶提供FE接口連接IAD，IAD下可再接多個電話機。SS和BS之間的空口符合WiMAX標準，BS和SoftX之間通CMNet連接，實際組網(wǎng)如圖2所示。
圖2 中山WiMAX試驗局VoIP測試組網(wǎng)圖
組網(wǎng)時，由于BS（石岐東）需要與廣州的SoftX連接，因此，實際組網(wǎng)方案通過傳輸設備連接公安局與移動大廈；然后通過移動大廈的CMNet網(wǎng)絡連接廣州的SoftX。在該個組網(wǎng)中，視距傳播環(huán)境通過固定在移動大樓支架上的遠端站實現(xiàn)，非視距傳播環(huán)境通過移動的遠端站實現(xiàn)。
2、測試項
測試內(nèi)容包括VoIP容量測試、VoIP性能測試和VoIP質(zhì)量測試共3個測試子項。其中VoIP容量測試項的測試子項包括：在單遠端站和基站的組網(wǎng)環(huán)境下，遠端站最多所能發(fā)起的VoIP呼叫的路數(shù)，VoIP性能測試子項包括：建立時延、接通率、掉話率和長時間呼叫保持率測試，VoIP質(zhì)量測試子項包括：話音清晰度、語音時延、抖動和誤包率測試。
3、測試數(shù)據(jù)與理論值比較分析
（1）實測VoIP容量與理論值比較
�、倮碚撝捣治�
由于VoIP業(yè)務對時延、抖動、丟包等要求比較高，一般采用UGS業(yè)務調(diào)度類型的上、下行業(yè)務流來承載VoIP業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸。
本次測試期間，用來承載VoIP業(yè)務的上下行最大持續(xù)保留速率都設置成了512 Kbit/s，下面來分析一下在此業(yè)務帶寬配置參數(shù)下單個SS可以承載的VoIP呼叫容量。
VoIP業(yè)務傳輸所需帶寬與所采用的VoIP信令協(xié)議、語音編碼方式和RTP打包間隔有關(guān)。VoIP呼叫業(yè)務進行過程中，主要傳輸兩種類型的數(shù)據(jù)，即信令數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)。實際上呼叫業(yè)務過程中主要是語音數(shù)據(jù)，而前者數(shù)據(jù)量非常小，相比語音數(shù)據(jù)可以忽略。
VoIP業(yè)務中語音數(shù)據(jù)是采用RTP協(xié)議進行打包和傳輸?shù)�，流量大小與用戶之間采用的語音編碼方式有關(guān)，本次測試采用的是VoIP業(yè)務最常用的語音編碼方式G.729，這種編碼方式對傳輸帶寬要求比較低，但語音質(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，其實際映射到WIMAX空口的整個過程是需經(jīng)很多次封裝。各種封裝協(xié)議所額外占用的開銷，如表1所示。
表1 BS與SS之間空口上VoIP語音數(shù)據(jù)包各字段長度
[table]
協(xié)議字段
占用開銷（byte）
802.16 MAC Head
6
Ethernet MAC Head
14
IP Head
20
UDP Head
8
RTP Head
16
Payload(語音數(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，僅推導出了一路單向VoIP業(yè)務中主叫或被叫所產(chǎn)生的在空口上的數(shù)據(jù)流量，但實際上VoIP業(yè)務是雙向的，即主被叫雙方都會產(chǎn)生同等的數(shù)據(jù)流量。如此算來，實際上一路雙向VoIP業(yè)務在空口上的真正流量為：36.8×2=73.6（Kbit/s），由此可見，理論上512 K的上下行特定帶寬配置下，單個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，必然會有丟包現(xiàn)象，所以理論上在此配置下單個SS能支持6路雙向VoIP業(yè)務同時進行，即512 K帶寬配置下雙向VoIP呼叫容量為6路。
�、跍y量值與理論值比較與分析
本次測試，在512 K的特定帶寬配置下測得單個SS可承載雙向VoIP呼叫容量為5路（即實際空口承載的主被叫單向語音各5路，共計10路），逼近理論的6路，實際測試結(jié)果沒有達到理論值，主要原因是系統(tǒng)本身實現(xiàn)和芯片還沒有得到足夠的優(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）實測VoIP性能與理論值比較
①理論值分析
a）VoIP呼叫建立時長理論值分析
理論計算得出，UGS每5幀調(diào)度情況下BS與SS之間Ping包的時延范圍為[22 ms，57 ms]，由此可簡單的換算出BS與SS之間單向時延范圍[11 ms，28.5 ms]。
按照協(xié)議，VoIP呼叫建立主要包括6個過程：
●主叫摘機，通知SoftX3000。
●SoftX3000響應，發(fā)送Notify消息給主叫，通知主叫終端放撥號音。
●主叫撥號，并通過Notify消息報告給SoftX3000。
●SoftX3000收到主叫呼叫號碼后，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測試中，主叫和被叫分別位于兩個SS側(cè)。由分析可以看出，在整個VoIP呼叫建立過程中共有6次需要通過BS與SS之間空口進行傳輸。根據(jù)分析得出的BS與SS之間傳輸時延，可以推算出一次VoIP呼叫建立過程在WIMAX系統(tǒng)上所需要花費的時間大約在：[11 ms×6，28.5 ms×6]=[66 ms，171 ms]。
�、跍y量值與理論值比較與分析
本次測試主要針對四項VoIP性能指標，包括呼叫建立時延、呼叫接通率、掉話率性能和長時間呼叫保持。其中，前三項表示VoIP鏈路質(zhì)量的好壞和處理性能，最后一項長時間保持性能測試則表示產(chǎn)品長時間的穩(wěn)定性。
a）呼叫建立時延：為了準確得出WIMAX空口傳輸對VoIP呼叫建立時長的影響，在不經(jīng)過WiMAX系統(tǒng)的組網(wǎng)情況下，將VoIP測試儀通過固定傳輸網(wǎng)與SoftX3000相連，獲得在此情況下的呼叫建立時長大約為652 ms。如此，便可大致推算出VoIP呼叫建立過程中的實際空口時延，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呼叫建立時長理論值相比，視距情況下WIMAX空口引入的時延在理論范圍內(nèi)，而非視距情況的信號質(zhì)量與視距相當，所以呼叫建立時延也在理論范圍內(nèi)。
b）呼叫接通率：理論上，信號質(zhì)量足夠好的話，呼叫接通率應為100%，本次的測試環(huán)境的視距信號和非視距信號都很好，所以測試結(jié)果為100%，與理論相符。
c）掉話率：理論上，信號質(zhì)量足夠好的話，掉話率應該都為0%，實際測試環(huán)境的視距和非視距信號都很好，實際掉話率的測試結(jié)果也為0%，與理論相符。
d）長時間通話保持性能：長時間通話保持是VoIP業(yè)務的長時間穩(wěn)定性。實際測得在視距和非視距下VoIP業(yè)務分別不間斷運行了18分鐘和17分鐘。這主要是現(xiàn)場系統(tǒng)設備和芯片版本太老，穩(wěn)定性方面還需不斷優(yōu)化。
③結(jié)論
通過對VoIP語音質(zhì)量的測試，得出WiMAX系統(tǒng)下VoIP業(yè)務在呼叫建立時延、接通率和掉話率方面的性能符合行業(yè)標準，語音清晰度和語音時延更是達到了優(yōu)良標準，但VoIP業(yè)務長時間穩(wěn)定性方面由于受到遠端站芯片和產(chǎn)品本身的限制，還存在不足，需進一步優(yōu)化。
（3）實測VoIP質(zhì)量與理論值比較
�、贉y量值與理論值比較與分析
語音清晰度、語音時延、語音抖動和語音誤包率指標表示VoIP語音質(zhì)量的好壞。
理論上而言，用戶對語音質(zhì)量好壞的判斷，并不會因為承載網(wǎng)絡的不同而不同，總是處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即MOS等分在4分以上為優(yōu)質(zhì)語音。從業(yè)界對美國多個GSM運營商網(wǎng)絡調(diào)查的結(jié)果來看，語音清晰度指標綜合平均值為3.3，其中下行為3.5、上行為3.1，WCDMA、CDMA網(wǎng)絡均不應低于該平均值。從WiMAX的測試結(jié)果來看，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，WiMAX系統(tǒng)的VoIP語音清晰度質(zhì)量已經(jīng)達到了GSM標準的水平。語音時延是指語音信號穿越網(wǎng)絡所消耗的時間，本規(guī)范限制于端到端的語音單向延遲，指從談話者的嘴產(chǎn)生信號到收聽者的耳朵收到信號之間所需的時間，包含了語音信號跨越的所有網(wǎng)元設備、以及線路傳輸?shù)难舆t的總和。通訊網(wǎng)絡中，影響時延的環(huán)節(jié)及原因主要有：
a）線路傳輸：本地傳輸線路對時延的影響很小，一般可忽略不計。
b）交換時延：值信號在交換網(wǎng)絡內(nèi)部所消耗的時間，類型包括包交換（包括拆包/組包）、信元交換（包括分段/重組）、復用/解復用等。
c）解碼時延：指對原始語音信號進行數(shù)字壓縮、解壓所消耗的時間，即使對于同一個編解碼算法，所消耗的時間也不是一個固定值，它受算法實現(xiàn)的效率、處理器能力等因素的影響很大。
在實際無線環(huán)境測試中，測得VoIP語音時延測試在視距和非視距下，分別為76 ms和77 ms。從ITU-T G.114導出的優(yōu)良的時延參考值是150 ms，而實測的時延不到100 ms，可以證明，在本次測試組網(wǎng)環(huán)境下，WiMAX系統(tǒng)下的VoIP語音時延性能達到了優(yōu)秀的水平。
在實際無線環(huán)境測試中，測得VoIP語音抖動測試在視距和非視距下，都大致為3 ms，本次的測試環(huán)境屬于無線本地網(wǎng)環(huán)境，從ITU-T G.114導出的優(yōu)良的時延參考值是5 ms，而實測的時延不到5 ms，可以證明，在本次測試組網(wǎng)環(huán)境下，WiMAX系統(tǒng)下的VoIP語音抖動性能達到了優(yōu)秀的水平。而非視距下的測試結(jié)果與視距情況相類，主要是因為本次的非視距環(huán)境采用了發(fā)射環(huán)境實現(xiàn)的，信號質(zhì)量與視距情況一樣好，所以導致測試結(jié)果也類似。
VoIP誤包率是值VIOP的ip包在傳輸或交換的過程中，由于異常所導致的包丟失的比例。一般來說語音業(yè)務的丟包率必須＜3%，在ip核心網(wǎng)的丟包率必須＜1%。
在實際無線環(huán)境測試中，測得VoIP丟包率測試在視距和非視距下，都為1%，符合行業(yè)標準。
�、诮Y(jié)論
通過上述測試，得出WiMAX系統(tǒng)下VoIP業(yè)務語音清晰度、語音時延、語音抖動和丟包率方面的性能上符合行業(yè)標準。語音清晰度和語音時延達到了優(yōu)良標準。
作者：張志平 徐舜堯 何凱峰 來源：西部通信
