VoLTE語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)帶寬計(jì)算

1、volte語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)帶寬計(jì)算Prepared on 22 November 2020volte語(yǔ)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(lái)并發(fā)承載業(yè)務(wù)時(shí)，信道已不是一份固定的物理資源，并且不同業(yè)務(wù) 也會(huì)互相搶占資源。容量不是一個(gè)固定的取值，也無(wú)法直接與接入用戶數(shù)和阻塞率用顯性表達(dá) 式來(lái)描述，不變的是業(yè)務(wù)層對(duì)QoS的要求，變化的是承載能力。本文擬對(duì)V oLTE的業(yè)務(wù)帶寬 計(jì)算及其空口承載能力做一個(gè)較為系統(tǒng)性的闡述。二、語(yǔ)音帶寬計(jì)算1、業(yè)務(wù)層帶寬語(yǔ)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 1F1和AMR 1F2,由 丁* JF2 相比 IF 1 減少

2、了重復(fù)的 Fram e Q uality Jhdrator, M ode iidicatbn, M ode R equest 和CRC校驗(yàn)，因此ITU-I的H系列建議中通常使用JF2, 3GPP則在TS和TS進(jìn)一步明確了 AMR-* B和AMRIB在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的使用要求。注*:為語(yǔ)音數(shù)據(jù)，即Chss A/B/C比特?cái)?shù)，如477b洱乜Oms。注峽AMR幀中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)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(gè)幀的長(zhǎng)度達(dá)到字節(jié)的整數(shù)倍。2、1P層帶寬表2 AMR帶寬計(jì)算注*：上述單位均為bit或kbpso說(shuō)明1：語(yǔ)音包大小二N椅；1P+UDP+RTP頭共60By

3、te, RoHC圧縮為4Byte （PDCP和RLC 層SN大小分別為12bit和lObit,若采用7bit和3bit可壓縮為3Byte）,假設(shè)語(yǔ)If靜默比為， PDCP+RLC+MAC 頭共 6Byte說(shuō)明2：上表應(yīng)用到的計(jì)算公式。單個(gè)語(yǔ)音業(yè)務(wù)占用帶寬二（1秒內(nèi)的靜默幀bit數(shù)+1秒內(nèi)的語(yǔ)音幀比特?cái)?shù)）/1024 kbps1秒內(nèi)的靜默幀比特?cái)?shù)二餡默幀大小+JP.4JDP/RTP頭）*1秒的最大靜默幀個(gè)數(shù)渤默比吃1秒內(nèi)的語(yǔ)音幀比特?cái)?shù)二繇音幀大小+F.4JDP/RTP頭）*1秒的最大語(yǔ)音幀個(gè)數(shù)*（1渤默比應(yīng)1秒的最大靜默幀個(gè)數(shù)=1000m s/160m s其中160m s為靜默幀的周期1秒的最大語(yǔ)

4、音幀個(gè)數(shù)=1000m s疋0m s其中20m s為語(yǔ)音幀的周期說(shuō)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(kāi)啟RoHC 功能具有非常積極的意義。從表2可以看到，的最大JP層RTP帶寬為，的最大JP層RTP帶寬為，在實(shí)際參數(shù)（b二AS） 配置時(shí)通常取整數(shù)值48kbps和37kbps。而在配置專用承載（DBR ）的帶寬時(shí)，還要考慮RTCP的帶寬，即DRB GBR =RTP帶寬 +RTCP帶寬，其中RTP帶寬由“m二audb ”下的“b二AS ”參數(shù)得到，而RTCP帶寬計(jì)算略微 復(fù)雜，具體如下：女口果b二RS和b二RR參數(shù)存在，那么UL和DL的RTCP帶寬二bRS

5、+bRR)穴000。如果沒(méi)有b=RS或者b二RR參數(shù)，那么UL和DL的RTCP帶寬二M AX陸AS , bR SZ1000 或者 bRR/1000L如果b二RS或者b二RR都不存在，那么UL和DL的RTCP帶寬二帕AS。表3專載帶寬計(jì)算3、MAC層帶寬語(yǔ)音1P包要在空口傳輸還需要經(jīng)過(guò)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(kāi)銷。表4 TypeO下傳輸效率計(jì)算上表假設(shè)PRB數(shù)總為4個(gè)，采用不同的MCS等級(jí)來(lái)提供不同的TB塊，可以看到包頭圧縮即 使在多個(gè)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(guò)4個(gè)，傳輸效率有一 個(gè)明顯的下跳，故而在網(wǎng)絡(luò)中

6、應(yīng)該控制RLC分段數(shù)在4個(gè)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低丁一3dB時(shí)，CQI約為3,采用的MCS Ihdex為1,對(duì)應(yīng)的 TBS hdex為1。對(duì)當(dāng)未采用RoHC時(shí)，為傳輸TBS = 1016bit的MAC層傳輸塊(TB ),需 要占用不低于29個(gè)PRB的資源，即需要32個(gè)PRB。而同等情況下，釆用RoHC時(shí)，僅需要 16個(gè)PRB。那么考慮UL1DL3配置時(shí)的上行鏈路，一個(gè)10m s無(wú)線幀僅能提供176個(gè)PRB, 未采用RoHC時(shí)，當(dāng)接入用戶數(shù)超過(guò)10個(gè)時(shí)，RTP時(shí)延將開(kāi)始增大，語(yǔ)音MOS開(kāi)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

7、清楚不容易。這里談一談帶寬相關(guān)的 問(wèn)題，聚焦于視頻的傳輸格式。是ISO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)，乂稱為MPEG-4 AVC,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(duì)圖像質(zhì)量和計(jì)算復(fù)雜度的不同要求，定義了 21套的能力，被稱為配置文件(Piofih),表5是常用的4種Piofih,每個(gè)profit支持一組特定的算法特征和限制的子集， 任何遵守某個(gè)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(shuō)明給定profih下，對(duì)解碼器的處理能力和內(nèi)存容量的要求，定義了等級(jí)(LeveD的概念對(duì)應(yīng)到一組參數(shù)(如取樣速率、圖像尺寸、編

8、碼比特率等)，標(biāo)準(zhǔn)中采用語(yǔ)法成員(syntax eJem ent)來(lái)描述各種參數(shù)值的限制。表6常見(jiàn)的視頻等級(jí)如何根據(jù)分辨率計(jì)算幀率和等級(jí)以720p視頻為例，(1) 協(xié)議規(guī)定宏塊尺寸是16xl6bit=水半宏塊數(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(jí)可提供該能力。如何計(jì)算最大存儲(chǔ)幀數(shù)協(xié)議定義了在不同的級(jí)別(LeveD下，最大的解碼圖片緩存區(qū)宏塊數(shù)(MaxDpbMbs),以等級(jí)為的720p視頻為例，最大的解碼圖片緩存區(qū)宏塊數(shù)為18000,最大 存儲(chǔ)幀數(shù)為5

9、(見(jiàn)表6最后一列的括號(hào)中取值)。計(jì)算公式如下：最大存儲(chǔ)幀數(shù)二m in (fborlM axD pbM bs/冰平宏塊數(shù)*垂直宏塊數(shù)),16)表7常見(jiàn)視頻格式的主要參數(shù)和帶寬假設(shè)網(wǎng)絡(luò)配置為UL1QL3, PUCCH占用12個(gè)PRB,對(duì)? 720p視頻而言，上行每TTI傳 輸?shù)腡BS二10880,當(dāng)MCS低丁飛時(shí)將無(wú)法承載，對(duì)應(yīng)要求下行的SINR應(yīng)當(dāng)高T 3dB ,因此 對(duì)于TDD網(wǎng)絡(luò)而言很難承載720p視頻業(yè)務(wù)。下面我們來(lái)看一個(gè)實(shí)例m=viieo 60010 RTPAVP 113 114b=AS :882b=RS:8000b=RR 000a二rtpm ap :113 H 264/90000a二f

10、in 1p :113pixfie-hvebid=42C 016 packetizatbn-m ode=l:samnderstood=16 ;sar- supported=l ;sprop-paiain eteresets二ZOLAFtoH gU aAbQ oTU A二二,aM 4G 4g=這是一個(gè)采用H264的視頻媒體，時(shí)鐘頻率為90000, RTP帶寬為882kbps, RTCP帶寬 為14kbpspacketizatbn-m ode= 1表示支持的封包模式.當(dāng)packetizatimF ode的值為0時(shí)或不存在時(shí)，必須使用單一 NALU單元模式.當(dāng)packetizatbn-m ode的值為

11、1時(shí)必須使用非交錯(cuò)(non-hterhaved)封包模式.當(dāng)packetizatbn-m ode的值為2時(shí)必須使用交錯(cuò)(iiterleaved)封包模式.profile-bveT 二 42C 016PROFILE JDC=0x42,即為 BP 的畫(huà)質(zhì)。注：0x42 二 BP, 0x4D=MP, 0x64=HPPROFILE DPtOxCO,即編碼器的NALU執(zhí)行BP、EP和MP所有約束Level jdc=0x16,即 hvet四、總結(jié)對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，JP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?在RLC層做小丁*4個(gè)的分段，也能保證高于50%的傳輸效率。由于分段個(gè)數(shù)與資