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、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(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)VoLTE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。、語(yǔ)音帶寬計(jì)算1、業(yè)務(wù)層帶寬語(yǔ)音采用AMRS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：AMRF1和 AMR IF2，由于 IF2 相比 IF1 減少了重復(fù)的 Frame Quality Indicator, ModeIndication, ModeReq

2、uest禾口 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禾口 TS 26.101進(jìn)一步明確了 AMR-W和 AMR-NB在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的 使用要求。表1的歸IR的傳輸幀格式Fi醫(yī)m色TypeIndexFrame-conientNumber of bit占 in FrameT咖Number of bits in Franne QualityIndraiorNumber of Bits inAf/R-WB Core Frame*Number of Bfts inBitStuffingFlurrib&r of octets (Nr2A1.1R-WB12.6

3、5i11253633823 65414776617AMR t2 24/2440產(chǎn)EL茁注* :為語(yǔ)音數(shù)據(jù)，即 Class A/B/C 比特?cái)?shù)，女口 477bit=23.85kbps*20ms 。注* : AMF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、IP層帶寬編碼遼率.悟音包 大小SID大小有ROHC有（Volte i 率單向）無(wú)RaHC有 靜就無(wú)sm lift信速率單向）無(wú)3HC單向有RoHC無(wú)靜獣無(wú)RoKC主緒吒Size育 itoticSize4812.94472?i 2S.33un$頒AV1RNB(12

4、.2)248AS7.-0B117.7735,551. J328AMA-W&(116S)2644S7.471S.1635.3314.45792344表2 AMR帶寬計(jì)算注*:上述單位均為bit或kbps說明1:語(yǔ)音包大小二N*8; IP+UDP+RT頭共60Byte, RoH（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(yǔ)音靜默比為0.5, PDCP+RLC+M頭共6Byte。說明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)）/1024kbps1秒內(nèi)的靜默幀比特

5、數(shù)=（靜默幀大小+IP/UDP/RTP頭）*1秒的最大靜默幀個(gè)數(shù)*靜默比*81秒內(nèi)的語(yǔ)音幀比特?cái)?shù)=（語(yǔ)音幀大小+IP/UDP/RTP頭）*1秒的最大語(yǔ)音幀個(gè)數(shù)*（1- 靜默比）*81秒的最大靜默幀個(gè)數(shù) =1000ms/160ms 其中160ms為靜默幀的周期1秒的最大語(yǔ)音幀個(gè)數(shù)=1000ms/20ms 其中20ms為語(yǔ)音幀的周期說明3:從上表也能看到 RoHC勺壓縮效率可達(dá)50%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勺最大IP層RTP帶寬為47.27kbps , AMR-WB12.65 的最大IP層RTP帶寬為36.33kbps，

6、在實(shí)際參數(shù)（b=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DRBGBR=RTP帶寬 +RTCP帶寬，其中RTP帶寬由“ m二audio”下的“ b二AS參數(shù)得到，而 RTCF帶寬計(jì) 算略微復(fù)雜，具體如下：如果b=RS和 b=RR參數(shù)存在，那么 UL和DL的RTCP帶寬=（bRS +bRR）/1000。如果沒有b=RS或者b=RR參數(shù)，那么UL和DL的RTCF帶寬二MAX0.05*bAS, bRS/1000 或者 bRR/1000。如果b=RS或者b二RF都不存在，那么UL和DL的RTCP帶寬=0.05*bAS。表3專載

7、帶寬計(jì)算AS Cbps)EtS lit bps)RR (kbps)RTP (kbps)RTCPc (kbps)QCI1專載;蒂寬(kbps)3?0037394800si513、MAC!帶寬 語(yǔ)音IP包要在空口傳輸還需要經(jīng)過層二 DPCEg、RLC和MAC層的SDU和PDU的轉(zhuǎn) 換，增加了約6Byte的包頭開銷。是否RoHC語(yǔ)音包犬TB SizeRLG分段 數(shù)砒啟總 bit傳輸效率11281112843.緲56. 47762155231. dW1 11,6価323西:.116.14886BC42T2017.136是616161630,8488328265674. 39%32. 84S625637

8、&063. 54&36. 44曲2QS4時(shí)259, 5%41.6488308510404E F524S81?66103646, 21%52.9表4 TypeO下傳輸效率計(jì)算上表假設(shè)PRE數(shù)總為4個(gè)，采用不同的MCS等級(jí)來提供不同的TB塊，可以看到包頭 壓縮即使在多個(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4個(gè)，傳輸效率有一個(gè)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(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低于-3dB時(shí)，CQI約為3,采用的MCS Index為1， 對(duì)應(yīng)的TBS Index為1。對(duì)于AMR-WB23.8當(dāng)未采用RoHC時(shí)，為傳輸 T

9、BS=1016bit 的MAC!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，采用 RoHC時(shí)，僅需要16個(gè)PRB那么考慮UL1:DL3配置時(shí)的上行鏈 路，一個(gè)10ms無(wú)線幀僅能提供176個(gè)PRB未采用RoHC寸，當(dāng)接入用戶數(shù)超過10 個(gè)時(shí)，RTP時(shí)延將開始增大，語(yǔ)音 MO驢始變差。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和ITU在MPEG-較術(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-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

10、應(yīng)用對(duì)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(gè)profile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。亜廣Pr-ofilc臨用基本旦質(zhì)BP支持F貝支持無(wú)交錯(cuò)（Progressive）和MPEG-4 SF主愛用于可視電話、 會(huì)慎電視、無(wú)線通信 尊實(shí)時(shí)觀頻通像進(jìn)階團(tuán)盛EP支持I/P/B/S/SI幀,只支持無(wú)交楷（Progressive 和CAVLCtPEG-4 AEP視頻滾服籌主擬UK標(biāo)供I/F/B巾站 支持無(wú)玄措 （Progressive和交錯(cuò)

11、ndMPHPH神50 Pfefhtv1.21 536 0006000101 3?63963B440G1 152320-21QS20 0I7JX15 2ai1,33 041 亦101 3 6396768aw320-210 ; )07j352唸昨mo囪劇414 7201逐斗owIS Q003S24I530 7 12.2： -： ”匸旦軌虛忖0叼 720-571工壯:310 350 00040004H 7201.62010Q0Q12 5OQ30 0003524)1 4(12,.352 57651 1 dOf72UJd. .2 ,)e 0，創(chuàng) 7酣箱芯北0百341G00摘6003600100017 5

12、W427? 1 :盹遷超H1 2SI720念卻0 鐘為進(jìn)一步說明給定profile 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)(Level )的概念對(duì)應(yīng)到一組參數(shù)(如取樣速率、圖像尺寸、編碼比特率等)，標(biāo) 準(zhǔn)中采用語(yǔ)法成員(syntax element )來描述各種參數(shù)值的限制。格式Level分褲率0貞車最大存 緘懺實(shí)際帶寬Ckbp 5)療始帯寬(kbps)扎264壓 縮比寬度高康.720pJ3. 112807203058P 217621600099餡:VOA36404SC3063L21G720005優(yōu)21VOA2.2640isd156889S3600040.18CIFb 33522

13、83068P 7682376030.941q吒占1.33202403073640L 0皺.13arc aL232024015734249M021/23表6常見的視頻等級(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(jí)3.1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(Level)下，最大的解碼圖片緩存區(qū)宏塊數(shù)(MaxDpbMb)，以等級(jí)為3.1的

14、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 (見表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)=min(floor(MaxDpbMbs/( 水平宏塊數(shù)*垂直宏塊數(shù)),16)格式Level分辨率儲(chǔ)幀數(shù)實(shí)際帯寬(lebips)原始帶竟(ktxps)H.264 壓 縮比寬庭帝岸72003, 1128072Cr 3o58217621600099,26364043030E$12167200059.21VGAN 260誥劃1568S9S3000CIFP 1. 335228330687632376030.94VGA1. 332024030766401? X)L 2-k

15、l3Q啪L 232024C157 |842490002L 23表7常見視頻格式的主要參數(shù)和帶寬假設(shè)網(wǎng)絡(luò)配置為UL1:DL3, PUCCH占用12個(gè)PRB對(duì)于720p視頻而言，上行每TTI傳輸?shù)腡BS=10880當(dāng)MCS氐于8時(shí)將無(wú)法承載，對(duì)應(yīng)要求下行的 SINR應(yīng)當(dāng)高 于3dB,因此對(duì)于TDD網(wǎng)絡(luò)而言很難承載720p視頻業(yè)務(wù)。F面我們來看一個(gè)實(shí)例 m二video 60010 RTP/AVP 113 114b二AS:882b二RS:8000b二RR:6000a=rtpmap:113 H264/90000a二fmtp:113profile-level-id=42C016;packetizati o

16、n-m ode=1;sar- un derstood=16;sar-supported=1;sprop-parameter-sets二Z0LAFtoHgUaAbQoTUA二二,aM4G4g=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, RTC 帶寬為14kbps。packetizati on-m ode=1表示支持的封包模式當(dāng) packetizati on-m 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) packetizati on-m ode 式.的值為1時(shí)必須使用非交錯(cuò)(non-interleaved)封包模當(dāng) packetizati on-m ode的值為2時(shí)必須使用交錯(cuò)(interleaved)封包模式.profile-level-id=42C016PROFILE IDC=0x42，即為 BP的畫質(zhì)。注：0x42二BR 0x4D=MP 0x64=HPPROFILE 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(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，IP層的GBR帶寬設(shè)置分別為51kbpsAMR-W