VoLTE語音和視頻業(yè)務(wù)帶寬計(jì)算.doc

1、VoLTE語音和視頻業(yè)務(wù)帶寬計(jì)算一、概述當(dāng)空口全部采用共享信道來并發(fā)承載業(yè)務(wù)時， 信道已不是一份固定的物理資源， 并且不同業(yè)務(wù)也會互相搶占資源。容量不是一個固定的取值， 也無法直接與接入用戶數(shù)和阻塞率用顯性表達(dá)式來描述，不變的是業(yè)務(wù)層對 QoS 的要求，變化的是承載能力。本文擬對 VoLTE 的業(yè)務(wù)帶寬計(jì)算及其空口承載能力做一個較為系統(tǒng)性的闡述。二、語音帶寬計(jì)算1、業(yè)務(wù)層帶寬語音采用 AMR 編碼（幀格式）在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，規(guī)范定義兩種類型的幀格式：AMR IF1和 AMR IF2 ，由于 IF2 相比 IF1 減少了重復(fù)的 Frame Quality Indicator, Mode Indica

2、tion, Mode Request和 CRC校驗(yàn)，因此 ITU-T 的 H 系列建議中通常使用IF2 ， 3GPP 則在 TS 26.201和 TS 26.101進(jìn)一步明確了 AMR-WB 和 AMR-NB 在無線網(wǎng)絡(luò)中的使用要求。注 *：為語音數(shù)據(jù)，即Class A/B/C 比特?cái)?shù)，如 477bit=23.85kbps*20ms。注 *：AMR 幀中數(shù)據(jù)的長度并不是字節(jié) （8bit ）的整數(shù)倍，所以在有些幀的末尾需要增加bit 填充，以使整個幀的長度達(dá)到字節(jié)的整數(shù)倍。2、IP 層帶寬表 2 AMR 帶寬計(jì)算注 *：上述單位均為 bit 或 kbps 。說明 1：語音包大小 =N*8 ；IP

3、+UDP+RTP頭共 60Byte ，RoHC 壓縮為 4Byte （ PDCP 和 RLC 層SN 大小分別為 12bit和 10bit ，若采用 7bit 和 5bit 可壓縮為 3Byte ），假設(shè)語音靜默比為0.5 ，PDCP+RLC+MAC 頭共 6Byte 。說明 2：上表應(yīng)用到的計(jì)算公式。單個語音業(yè)務(wù)占用帶寬= (1 秒內(nèi)的靜默幀 bit 數(shù) +1秒內(nèi)的語音幀比特?cái)?shù) )/1024 kbps1 秒內(nèi)的靜默幀比特?cái)?shù)=(靜默幀大小 +IP/UDP/RTP頭） *1秒的最大靜默幀個數(shù)*靜默比 *81 秒內(nèi)的語音幀比特?cái)?shù)=(語音幀大小 +IP/UDP/RTP頭） *1秒的最大語音幀個數(shù)*(

4、1- 靜默比 )*81 秒的最大靜默幀個數(shù)=1000ms/160ms?其中 160ms 為靜默幀的周期1 秒的最大語音幀個數(shù)=1000ms/20ms?其中 20ms 為語音幀的周期說明 3：從上表也能看到 RoHC 的壓縮效率可達(dá) 50% 以上，因此在 VoLTE 網(wǎng)絡(luò)中開啟 RoHC 功能具有非常積極的意義。從表 2 可以看到， AMR-WB23.85 的最大 IP 層 RTP 帶寬為 47.27kbps ，AMR-WB12.65 的最大 IP 層 RTP 帶寬為 36.33kbps ，在實(shí)際參數(shù)（ b=AS ）配置時通常取整數(shù)值 48kbps 和 37kbps 。而在配置專用承載（DBR

5、）的帶寬時，還要考慮RTCP 的帶寬，即帶寬，其中RTP 帶寬由“ m=audio ”下的“ b=AS ”參數(shù)得到，而DRB GBR =RTP 帶寬 +RTCP RTCP 帶寬計(jì)算略微復(fù)雜，具體如下：?如果 b=RS 和 b=RR?如果沒有 b=RS 或者參數(shù)存在，那么UL 和 DL 的 RTCP 帶寬b=RR 參數(shù)，那么 UL 和 DL 的 RTCP 帶寬= (bRS +bRR)/1000。=MAX0.05*bAS, bRS/1000或者bRR/1000。? 如果 b=RS 或者 b=RR 都不存在，那么 UL 和 DL 的 RTCP 帶寬 = 0.05*bAS 。表 3 專載帶寬計(jì)算3、

6、MAC 層帶寬語音 IP 包要在空口傳輸還需要經(jīng)過層二DPCP 層、RLC 和 MAC 層的 SDU 和 PDU 的轉(zhuǎn)換，增加了約 6Byte 的包頭開銷。表 4 Type0 下傳輸效率計(jì)算上表假設(shè) PRB 數(shù)總為 4 個，采用不同的MCS 等級來提供不同的 TB 塊，可以看到包頭壓縮即使在多個分段之后，也能提供較高的數(shù)據(jù)傳輸效率，但在RLC 分段數(shù)超過 4 個，傳輸效率有一個明顯的下跳，故而在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該控制RLC 分段數(shù)在 4 個以內(nèi)，以保證較好的傳輸效率。當(dāng)信道質(zhì)量嚴(yán)重惡化，如 SINR低于 -3dB 時， CQI 約為 3 ，采用的 MCS Index為 1，對應(yīng)的 TBSIndex 為

7、 1。對于 AMR-WB23.85當(dāng)未采用 RoHC 時，為傳輸 TBS=1016bit 的 MAC 層傳輸塊（TB ），需要占用不低于 29 個 PRB 的資源，即需要 32 個 PRB 。而同等情況下，采用RoHC 時，僅需要16 個 PRB 。那么考慮 UL1:DL3配置時的上行鏈路，一個10ms 無線幀僅能提供176 個 PRB ，未采用 RoHC 時，當(dāng)接入用戶數(shù)超過 10 個時， RTP 時延將開始增大，語音 MOS 開始變差。 ?三、視頻帶寬計(jì)算視頻的東西太復(fù)雜也比較亂，反正就是各種不兼容， 要講清楚不容易。 這里談一談帶寬相關(guān)的問題，聚焦于視頻的傳輸格式。H.264 是 ISO

8、 和 ITU 在 MPEG-4 技術(shù)的基礎(chǔ)之上共同提出的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，又稱為 MPEG-4AVC ，具有高圖像質(zhì)量和高壓縮效率的特點(diǎn)。為滿足不同應(yīng)用對圖像質(zhì)量和計(jì)算復(fù)雜度的不同要求，H.264 定義了 21 套的能力， 被稱為配置文件（ Profile ），表 5 是常用的 4 種 Profile ，每個 profile 支持一組特定的算法特征和限制的子集，任何遵守某個profile的解碼器都應(yīng)該支持與其相應(yīng)的子集。表 5 常用的視頻配置文件為進(jìn)一步說明給定profile 下，對解碼器的處理能力和內(nèi)存容量的要求，定義了等級（Level ）的概念對應(yīng)到一組參數(shù) （如取樣速率、圖像尺寸、編碼比

9、特率等） ，標(biāo)準(zhǔn)中采用語法成員 （syntax element ）來描述各種參數(shù)值的限制。表 6 常見的視頻等級? 如何根據(jù)分辨率計(jì)算幀率和等級以 720p 視頻為例，（ 1）協(xié)議規(guī)定宏塊尺寸是16x16bit =水平宏塊數(shù) =1280/16=80 ，垂直宏塊數(shù) =720/16=45（ 2）每幀宏塊數(shù) =80*45=3600（ 3）若幀率為 30，每秒最大宏塊數(shù) =3600*30=108000（ 4）參考表 6，等級 3.1 可提供該能力。? 如何計(jì)算最大存儲幀數(shù)?協(xié)議定義了在不同的級別（Level ）下，最大的解碼圖片緩存區(qū)宏塊數(shù)（MaxDpbMbs ），以等級為3.1 的 720p 視頻為

10、例，最大的解碼圖片緩存區(qū)宏塊數(shù)為18000 ，最大存儲幀數(shù)為5（見表 6 最后一列的括號中取值）。計(jì)算公式如下：最大存儲幀數(shù) =min(floor(MaxDpbMbs/ (水平宏塊數(shù)* 垂直宏塊數(shù)), 16)表7常見視頻格式的主要參數(shù)和帶寬的假設(shè)網(wǎng)絡(luò)配置為TBS=10880 ，當(dāng)UL1:DL3 ，MCS 低于 8PUCCH 占用 12 個 PRB ，對于時將無法承載，對應(yīng)要求下行的720p 視頻而言，上行每TTI 傳輸SINR 應(yīng)當(dāng)高于 3dB ，因此對于TDD網(wǎng)絡(luò)而言很難承載720p視頻業(yè)務(wù)。下面我們來看一個實(shí)例m=video 60010 RTP/AVP 113 114b=AS:882b=R

11、S:8000b=RR:6000a=rtpmap:113 H264/90000a=fmtp:113profile-level-id=42C016;packetization-mode=1;sar-understood=16;sar-supported=1;sprop-parameter-sets=Z0LAFtoHgUaAbQoTUA=,aM4G4g=這是一個采用H264 的視頻媒體，時鐘頻率為90000 ， RTP 帶寬為 882kbps ，RTCP 帶寬為14kbps 。? packetization-mode=1表示支持的封包模式 .當(dāng) packetization-mode 的值為 0 時或

12、不存在時 , 必須使用單一 NALU 單元模式 . 當(dāng) packetization-mode 的值為 1 時必須使用非交錯 (non-interleaved) 封包模式 .當(dāng) packetization-mode的值為2 時必須使用交錯 (interleaved) 封包模式 .? profile-level-id=42C016PROFILE IDC=0x42 ，即為 BP 的畫質(zhì)。注： 0x42=BP ，0x4D=MP ， 0x64=HP PROFILE IOP=0xC0 ，即編碼器的 NALU 執(zhí)行 BP 、EP 和 MP 所有約束 LEVEL IDC=0x16 ，即 level=2.2?四、總結(jié)對于語音業(yè)務(wù)， IP 層的 GBR 帶寬設(shè)置分別為和， RoHC 的使用可以顯著提高傳輸?shù)男?，即使在RLC 層做小于 4 個的分段，也能保證高于 50% 的傳輸效率