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1、VoLTE语音和视频业务带宽计算一、概述当空口全部采用共享信道来并发承载业务时，信道已不是一份固定的物理资源，并且不同业务也会互相抢占资源。容量不是一个固定的取值，也无法直接与接入用户数和阻塞率用显性表达式来描述，不变的是业务层对QoS 的要求，变化的是承载能力。本文拟对 VoLTE 的业务带宽计算及其空口承载能力做一个较为系统性的阐述。二、语音带宽计算1、业务层带宽语音采用 AMR 编码（帧格式）在网络中传输， 规范定义两种类型的帧格式：AMR IF1 和AMR IF2 ，由于 IF2 相比 IF1 减少了重复的Frame Quality Indicator, Mode Indication
2、, Mode Request 和 CRC 校验，因此ITU-T 的 H 系列建议中通常使用IF2，3GPP 则在TS 26.201 和TS 26.101 进一步明确了AMR-WB 和 AMR-NB 在无线网络中的使用要求。注*：为语音数据，即Class A/B/C比特数，如477bit=23.85kbps*20ms。注*：AMR 帧中数据的长度并不是字节（8bit）的整数倍，所以在有些帧的末尾需要增加 bit 填充，以使整个帧的长度达到字节的整数倍。2、IP 层带宽名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 -
3、 - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 表 2 AMR 带宽计算注*：上述单位均为bit 或 kbps 。说明 1：语音包大小 =N*8 ；IP+UDP+RTP头共 60Byte ，RoHC 压缩为 4Byte （PDCP和 RLC 层 SN 大小分别为12bit 和 10bit ，若采用 7bit 和 5bit 可压缩为 3Byte ），假设语音静默比为0.5，PDCP+RLC+MAC头共 6Byte 。说明 2：上表应用到的计算公式。单个语音业务占用带宽= (1 秒内的静默帧bit 数+1 秒内的语音帧比特数)/1024 kbps 1 秒内的静
4、默帧比特数=(静默帧大小 +IP/UDP/RTP头）*1 秒的最大静默帧个数*静默比*8 1 秒内的语音帧比特数=(语音帧大小 +IP/UDP/RTP头）*1 秒的最大语音帧个数*(1- 静默比)*8 1 秒的最大静默帧个数=1000ms/160ms 其中 160ms 为静默帧的周期1 秒的最大语音帧个数=1000ms/20ms 其中 20ms 为语音帧的周期说明 3：从上表也能看到RoHC 的压缩效率可达50%以上，因此在VoLTE 网络中开启RoHC 功能具有非常积极的意义。从表 2 可以看到，AMR-WB23.85的最大 IP 层 RTP 带宽为 47.27kbps ， AMR-WB12
5、.65的最大 IP 层 RTP 带宽为 36.33kbps ， 在实际参数（b=AS ） 配置时通常取整数值48kbps和 37kbps 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 而在配置专用承载（DBR ）的带宽时，还要考虑RTCP 的带宽，即DRB GBR =RTP带宽 +RTCP 带宽，其中RTP 带宽由“ m=audio ”下的“ b=AS ”参数得到，而RTCP带宽计算略微复杂，具体如下：如果 b=RS 和 b
6、=RR 参数存在，那么UL 和 DL 的 RTCP 带宽 = (bRS +bRR)/1000。如果没有 b=RS 或者 b=RR 参数，那么UL 和 DL 的 RTCP 带宽 =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 带宽 = 0.05*bAS 。表 3 专载带宽计算3、MAC 层带宽语音 IP 包要在空口传输还需要经过层二DPCP 层、RLC 和 MAC 层的 SDU 和 PDU 的转换，增加了约6Byte 的包头开销。表 4 Type0 下传输效率计算上表假设 PRB 数总为 4 个，
7、采用不同的MCS 等级来提供不同的TB 块，可以看到包头压缩即使在多个分段之后，也能提供较高的数据传输效率，但在 RLC 分段数超过4 个，传输效率有一个明显的下跳，故而在网络中应该控制RLC 分段数在 4 个以内，以保证较好的传输效率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 当信道质量严重恶化，如SINR 低于-3dB 时， CQI 约为 3，采用的 MCS Index 为 1，对应的 TBS Index 为 1。 对
8、于 AMR-WB23.85当未采用 RoHC 时，为传输 TBS=1016bit的 MAC 层传输块（ TB），需要占用不低于29 个 PRB 的资源，即需要32 个 PRB。而同等情况下，采用RoHC 时，仅需要16 个 PRB。那么考虑UL1:DL3 配置时的上行链路，一个 10ms 无线帧仅能提供176 个 PRB ，未采用 RoHC 时，当接入用户数超过10个时， RTP 时延将开始增大，语音MOS 开始变差。三、视频带宽计算视频的东西太复杂也比较乱，反正就是各种不兼容，要讲清楚不容易。这里谈一谈带宽相关的问题，聚焦于视频的传输格式。H.264 是 ISO 和 ITU 在 MPEG-4
9、 技术的基础之上共同提出的数字视频编码标准，又称为 MPEG-4 AVC ，具有高图像质量和高压缩效率的特点。为满足不同应用对图像质量和计算复杂度的不同要求，H.264 定义了 21 套的能力，被称为配置文件（ Profile ），表 5 是常用的 4 种 Profile ，每个 profile 支持一组特定的算法特征和限制的子集，任何遵守某个profile 的解码器都应该支持与其相应的子集。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - -
10、- - - 表 5 常用的视频配置文件为进一步说明给定profile 下，对解码器的处理能力和内存容量的要求，定义了等级（Level ）的概念对应到一组参数（如取样速率、图像尺寸、编码比特率等），标准中采用语法成员（ syntax element ）来描述各种参数值的限制。表 6 常见的视频等级如何根据分辨率计算帧率和等级以 720p 视频为例，（1）协议规定宏块尺寸是16x16bit = 水平宏块数 =1280/16=80 ，垂直宏块数=720/16=45 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
11、- - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - （2）每帧宏块数 =80*45=3600 （3）若帧率为30，每秒最大宏块数=3600*30=108000 （4）参考表 6，等级 3.1 可提供该能力。如何计算最大存储帧数协议定义了在不同的级别（Level ）下，最大的解码图片缓存区宏块数（MaxDpbMbs ） ，以等级为 3.1 的 720p 视频为例，最大的解码图片缓存区宏块数为18000 ，最大存储帧数为 5（见表 6 最后一列的括号中取值）。计算公式如下：最大存储帧数 =min(floor(MaxDpbMbs/ (水平宏块数* 垂直宏块数 ), 16)
12、 表 7 常见视频格式的主要参数和带宽假设网络配置为UL1:DL3 ， PUCCH 占用 12 个 PRB，对于 720p 视频而言，上行每 TTI 传输的 TBS=10880 ，当 MCS 低于 8 时将无法承载， 对应要求下行的SINR 应当高于 3dB，因此对于TDD 网络而言很难承载720p 视频业务。下面我们来看一个实例m=video 60010 RTP/AVP 113 114 b=AS:882 b=RS:8000 b=RR:6000 a=rtpmap:113 H264/90000 a=fmtp:113profile-level-id=42C016;packetization-mod
13、e=1;sar-understood=16;sar-supported=1;sprop-parameter-sets=Z0LAFtoHgUaAbQoTUA=,aM4G4g= 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 这是一个采用H264 的视频媒体， 时钟频率为90000 ， RTP 带宽为 882kbps ， RTCP带宽为 14kbps 。packetization-mode=1 表示支持的封包模式. 当 packet
14、ization-mode 的值为0 时或不存在时 , 必须使用单一NALU 单元模式 . 当 packetization-mode 的值为1 时必须使用非交错(non-interleaved)封包模式 . 当 packetization-mode 的值为2 时必须使用交错 (interleaved) 封包模式 . profile-level-id=42C016 PROFILE IDC=0 x42，即为 BP 的画质。注： 0 x42=BP ，0 x4D=MP ，0 x64=HP PROFILE IOP=0 xC0，即编码器的NALU 执行 BP、EP 和 MP 所有约束LEVEL IDC=0
15、x16，即 level=2.2 四、总结对于语音业务， IP 层的 GBR 带宽设置分别为51kbpsAMR-WB23.85和39kbpsAMR-WB12.65，RoHC 的使用可以显著提高传输的效率，即使在RLC 层做小于 4 个的分段，也能保证高于50%的传输效率。由于分段个数与资源数量和无线环境有关，同样的语音业务表现在MAC 层上的速率将是一个变化值。在网络运维中，可以通过统计每DPCP 层包的 bit 数是否超过1000 来判断上下行是否开启RoHC 。对于视频业务， 最重要的参数有配置和级别，尤其是级别所定义的参数与视频的带宽密切相关。对于目前TDD 网络的配置而言，难以承载720p 业务，建议承载Level 值为2.2 的 VGA 业务。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -