VoLTE語音和視頻業(yè)務帶寬計算

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

2、ode Request 和CRC 校驗，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 進一步明確了 AMR-WB 和 AMR-NB 在無線 網絡中的使用要求。表1 3Gpp定義的AMR的傳輸幀格式FrafYbeTypeIndexFrameconientNuriiber of bits in Frame TypeHumber of bits in Frame Quality IridraiorNumber of Buts l：H AtvIR WBCoreFrame*riumber of B依 tn Bit StuffingHuiTibe

3、-r of octets (Nr2AMR-WB 12.65 41253e338陽23 0541477617AMR 1224/24431注*:為語音數據，即 Class A/B/C 比特數，如 477bit=23.85kbps*20ms 。注* : AMR幀中數據的長度并不是字節(jié)（8bit ）的整數倍，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到字節(jié)的整數倍。2、IP層帶寬編碼速率，語青包 大小盯】大 小有ROHC有 靜默（VMTE 運 率單向）無Rc»HC有 靜默無SID傲信速 率單向）無鄙然 單向有K洲C無靜默無斷電二 壓縮TE品"有 Kotic 壓航B S

4、kzcAM反雙或瀉.貶488二 6整爐更比4Z272工分1015湖2“4$7.-0Sr 1Z773i5S二二寅&第8二:一、二、二廣；2644S7,471S,1626,3314.45792344表2 AMR帶寬計算注*:上述單位均為bit或kbps說明 1 :語音包大小=N*8 ; IP+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 ）, 假設語音靜默比為 0.5, PDCP+RLC+MAC 頭共6Byte。說明2:上表應用到的計算公式。單個語音業(yè)務占用帶寬

5、=（1秒內的靜默幀bit數+1秒內的語音幀比特數）/1024kbps1秒內的靜默幀比特數二（靜默幀大小+IP/UDP/RTP頭）*1秒的最大靜默幀個數*靜默比*81秒內的語音幀比特數二（語音幀大小+IP/UDP/RTP頭）*1秒的最大語音幀個數*（1-靜默比）*81秒的最大靜默幀個數 =1000ms/160ms 其中160ms為靜默幀的周期1秒的最大語音幀個數 =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50%以上，因此在VoLTE網絡中開啟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47.2

6、7kbps ,AMR-WB12.65的最大IP層RTP帶寬為36.33kbps ,在實際參數（b=AS ）配置時通常取整數值 48kbps 和 37kbps 。而在配置專用承載（DBR）的帶寬時，還要考慮 RTCP的帶寬，即DRB GBR =RTP 帶寬+RTCP帶寬，其中RTP帶寬由“m=audio ”下的“b=AS”參數得到，而RTCP 帶寬計算略微復雜，具體如下：如果b=RS和b=RR參數存在，那么 UL和DL的RTCP帶寬=（bRS +bRR）/1000 。如果沒有b=RS或者b=RR參數，那么UL和DL的RTCP帶寬=MAX0.05*bAS, bRS/1000 或者 bRR/1000

7、。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專載帶寬計算AS (kbps：)RS(kbps)RR(kbps)RTP (kbps)RTCPc (kb 縮)QCI1專載帶寬 (kbps)370037夕39480Q483l513、MAC層帶寬語音IP包要在空口傳輸還需要經過層二 DPCP層、RLC和MAC 層的SDU和PDU的轉換，增加了約6Byte的包頭開銷。是否RoHC語音包大 小TE SizeRLC分段M&C居總 bit傳輸效率HEC層速 率kbc后否4S811281112843. 25%56. 4儂7762155231. 殘177,64

8、邰320. 96X116,44886 SC42T2017.日立為136是鴕B6161占167我Z球30, 848832826證74. 39%32. 84曲25697S0r 63. 54%244882084器258, 6 居41,648820851Q404E ?%4S81766105646, 21%52.8表4 TypeO下傳輸效率計算上表假設PRB數總為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，也能提供較高的數據傳輸效率， 但在RLC分段數超過4個，傳輸效率有一個明顯的下跳，故而在網絡中應該控制 RLC分段數在4個以內, 以保證較好的傳輸效率。當信道質量

9、嚴重惡化，如SINR低于-3dB時，CQI約為3,采用的MCS Index為1, 對應的TBS Index為1。對于AMR-WB23.85當未采用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PR®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，當接入用戶數 超過10個時，RTP時延將開始增大，語音 MOS開始變差。三、視頻帶寬計算視頻的東西太復雜也比較亂，反正就是各種不兼容，要講清楚不容易。這里談一談 帶寬相

10、關的問題，聚焦于視頻的傳輸格式。H.264是ISO和ITU在MPEG-4技術的基礎之上共同提出的數字視頻編碼標準，又 稱為MPEG-4 AVC ,具有高圖像質量和高壓縮效率的特點。為滿足不同應用對圖像質量和計算復雜度的不同要求，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的解碼器都應該支持與其相應的子集。通廉幫寫ProfileNFEG序用基本畫質BP支持I/F幀，只支持無交錯 (Progressive)和CAVLC；J1FEG-4T主要用干打視電話、 會議

11、電視、無歧通信 等實時視現通信.進階畫質EPI/F/E/GP/SI 幀，只支 持無交錯(Pl-QBressivi WAVLCtJIFEC-4 ASP視頻流服務主流畫質提供I/P/B帆 支持無交錯 (Progressive)和交錯 Interlaced),也支持CAVLC WCABAC 的支持tNPEG-4 2ns ot FGS主要用干數字廣揚電 視與數字視頓存儲中鬲級畫質HP在ain Profile的基礎上 士曾加了故g內部現測、自定 義M化、無損視頻嬪碼和更 冬的格式；FEC-4Sludio藍光光盤存儲、DVBHDTV/科博表5常用的視頻配置文件LavalMak decoding i-pod

12、W«t frun* Uh用孑嘉 vISdfor Vid中9eodiriq lay* r (VCL| kbit &Eicampki for highfrime ratt« (maM tt&redLumii/-imp I. 3，Luma"imp I”M/crob la ck«BP. EP#ndMPHPHivh 帕 Prthta1.21 53000f COO101 3763B44961 1&2320<l&g-20 0.7)3K28蠅15 2閶1,33 041 ZfiO11 88»101 3763967089W2

13、30-1空口以職至近0 m352-2®8-® 30 0(«)2.25 劃 00020 250414 7201 630.0005 00012Q00.跖48靖祠7,慳布247蟠2£6(18720*4®H 0，小7210-5工睛5310 383 000獨5004H 7201 6201000012 50030 0003524(12)352-571 i (1CH7 而 wa ；i j，同了加畤肥衣Q圜3.127 4 000loeooo鋁前03 6001400017 5M聽mo77'世WE黃：一 * h* +-pi- 一 1 260020關找6回為

14、進一步說明給定profile下，對解碼器的處理能力和內存容量的要求，定義了等級(Level)的概念對應到一組參數(如取樣速率、圖像尺寸、編碼比特率等)，標準中采用語法成員(syntax element )來描述各種參數值的限制。格式Level分筋率就率最大存 儲幀數糜實際帶寬 Ckbp 5)原始帶寬 (kbps)H.264 壓 縮比寬度高成TZOpI3. 1128072C30518r 2i7&21600099.26MCA364030G8121G鹿。Q。59.21VGA2.2640回_156_8_89S3£00040.19CIFE 3p3522甑306 18F 76823760

15、30.4qmk 3320240307g40L、0L23202401573424900021.23表6常見的視頻等級如何根據分辨率計算幀率和等級以720P視頻為例，(1)協(xié)議規(guī)定宏塊尺寸是16x16bit => 水平宏塊數=1280/16=80 ,垂直宏塊數二720/16=45(2)每幀宏塊數=80*45=3600(3)若幀率為30,每秒最大宏塊數=3600*30=108000(4)參考表6,等級3.1可提供該能力。如何計算最大存儲幀數協(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(MaxDpbMbs ),以等級為3.1的720P視頻為例，最大的解碼圖片緩存區(qū)宏塊 數

16、為18000 ,最大存儲幀數為5 (見表6最后一列的括號中取值)。計算公式如下:最大存儲幀數二min(floor(MaxDpbMbs/ (水平宏塊數*垂直宏塊數)，16)格式Level分矯率幀軍最大存 插幀數醛實除帶寬 (letups)原始帚寬 Cktxps)H.264 壓 縮比寬度高度3, 1128072CL 305r s217621600。99,26小3G404旗306gL2i e72000$9.21VGA2. 2一楙_156880S3鈍0040.18CIFF 1. 335228S3068763237603。胴QVGAL 3320240307g6401J箋第GA .L 2320240157

17、8424000 021.N3表7常見視頻格式的主要參數和帶寬假設網絡配置為 UL1:DL3, PUCCH占用12個PRB,對于720P視頻而言，上行每TTI傳輸的TBS=10880,當MCS低于8時將無法承載，對應要求下行的SINR應當高于3dB ,因此對于TDD網絡而言很難承載720P視頻業(yè)務。下面我們來看一個實例m=video 60010 RTP/AVP 113 114Word資料b=AS:882b=RS:8000b=RR:6000a=rtpmap:113 H264/90000a=fmtp:113profile-level-id=42C016;packetization-mode=1;sa

18、r-understood二16;sar-supported=1;sprop-parameter-sets二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 packetization-mode的值為0時或不存在時，必須使用單一 NALU單元模當 packetization-mode的值為1時必須使用非交錯(non-interleaved) 封包模當 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。注：0x42=BP , 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、總結對于語音業(yè)務，IP層的GB