CDMA移動通信系統網上話音問題淺析

張洪彬++龐雷

摘 要：對于CDMA移動通信系統的網上話音問題，必須從原理上理解有線和無線語音業務的異同，同時清楚CDMA網絡語音業務的業務流程，對整個流程涉及到的設備性能有所了解，特別是語音編碼器和回波消除器的工作原理。

關鍵詞：話音 業務流程 語音編碼器 回波消除器

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（a）-0001-02

1 語音業務簡介

對于語音業務，首先需要了解語音的幾個特點：（1）人類的耳朵比聲帶要靈敏得多，人一般說話的聲音頻率范圍大概在20Hz～4kHz之間，但人耳可以聽到大約20Hz～20kHz之間的聲音；（2）語音業務是一種需要實時傳輸的業務，即其對時延有要求，一旦延遲過大，則會造成交流障礙。基于上面的原因，只要能夠傳輸4kHz以內的聲音就能夠滿足語音業務的基本要求，當然這和實際中的自然聲音是無法相比的。

下面我們對比固網和移動在語音業務上的異同。

（1）固定電話。人聲從電話機傳入后，通過用戶線傳送到PSTN的用戶板上，在這之前所傳送的都是模擬的音頻信號，之后在PSTN內進行PCM采樣、量化，輸出為64kbps的數字信號。完成信號的A/D轉換后，數據通過E1線路送入公網交換機，通過交換和對端用戶進行通訊。（2）移動電話。人聲被手機終端獲取后，在手機內進行采樣量化為PCM數據，然后進行語音編碼，此時我們稱之為信源編碼；然后在手機將信號發射之前還會進行信道編碼。信號通過空中接口進入系統后，先在BTS進行信道解碼，之后信號到達BSC，在BSC上再進行語音解碼，恢復出PCM數據，并送入MSC進行交換，此時如果對端是固定電話，則信號被交換送入公網，如果對端是移動電話，則在MSC內進行交換后再通過BSC、BTS連接到另一部手機。

2 CDMA網絡語音業務

2.1 業務流程

上面我們已經介紹了有線和無線語音業務的一些特點，下面針對目前我們的CDMA語音業務做詳細介紹。

從圖1中我們可以看到，CDMA網絡中對語音數據進行處理的最基本的兩個元素為：語音編解碼器（CODEC）和回波消除器（EC）。

對于信號流如下。

原始語音。原始語音為人自然的聲音。經過調制后的無線信號：經過調制后的信號既是我們上面所提到的已經經過信道編碼的信號。單就語音業務而言，手機完成的功能幾乎等同于BTS和BSC，手機在完成信源、信道編碼后，即將信號發送到空中接口。

幀數據。基站所完成的基本功能為進行信道解碼，語音信源數據在經過手機的信源編碼后（即語音編解碼），輸出的信號已經不再是PCM數據，而是語音數據幀，所以經過BTS解碼出來的也是幀數據。

PCM數據。基站的幀數據送到BSC后，在BSC的CODEC進行解碼，解碼出來后的數據為PCM數據，最后送往MSC進行交換。對于EC，可以放置在BSC，也可以放置在MSC，如果MSC接出去的設備上已有EC，則MSC也可以不用EC。

2.2 語音編解碼器

語音編解碼器的作用是對語音數據進行壓縮，語音編解碼器為一種有損壓縮的編解碼器，壓縮對語音質量會有降低。在有線網絡中，當我們傳輸資源不夠時，我們可以添加一根傳輸線，或者添加一套設備來進行解決，但在無線網絡中，其帶寬資源是有限的，所以最大限度地節約空中帶寬成為了一件很有意義的事，語音編解碼的出現正是為了解決這一問題。

CDMA2000中的3種語音編解碼器都可稱之為窄帶語音編解碼器，原因就在于其是針對8K采樣的語音信號而言的。對于這類編解碼器都是一種參數編解碼，其原理是從當前語音數據中提取出和當前語音相關的參數，用一組參數來描述當前的語音是什么樣的，得出這組參數后再將參數送到對端進行解碼，解碼時根據這組參數的描述再重新再生出語音。

2.3 回波消除器

在CDMA無線網絡中，除了語音編解碼外，另一個重要的語音處理部件就是回波消除器（Echo Canceller）。對于回聲，我們都有過親身感受，在平時的撥打電話中，不論是手機還是固定電話，偶爾我們都能聽到自己的聲音，這就是Echo。

對于系統中的回聲可以分為兩種：電學回聲、聲學回聲。（1）電學回聲：電學回聲是由PSTN內用于2/4線轉換的混合線圈（Hybrid）引起的。（2）聲學回聲：聲學回聲是一種直接由聲音反射噪聲的回聲，如聲音從手機的耳機出來后又從麥克風回灌回去，則回去的聲音就成了聲學回聲。另外，在一些免提固定電話上也能產生聲學回聲。

綜上所述，聲學回聲在固定電話和手機上都可能產生，但電學回聲只可能在固定電話側（PSTN上）產生。有了回聲，但我們還不一定能聽到，要聽到回聲需要有兩個必備的條件。

（1）聲音能夠被反射回來（即要存在聲音反射點）。

（2）時延必須超過25ms。

認識了聽到回聲的條件，我們再來分析網上聽到回聲的情況。從上面我們可知，只要話路接通，則PSTN一直都在產生回聲，但我們平時用固定電話時并沒有感覺到，那就是時延的作用，一般在撥打市內固定電話時，其時延都會小于25ms，所以我們感覺不到回聲的存在，而在固網內也就不需要配置EC這樣的設備。而對于移動網絡來說，由于其語音編解碼的存在將使得時延大大增加，所以對于存在語音編解碼的無線網絡來說如果需要和固網進行對接，則EC成為了必不可少的設備。無線系統內的EC主要是為了消除電學回聲。

綜上所述，話音問題是一個復雜的系統性問題，其表象非常直觀而且簡單，只要是使用手機終端時發現的語音質量不好都會首先歸結于話音問題，所以對語音問題的歸類顯的尤其重要，從整個系統內信號的流程看，語音問題的根源與這幾個方面相關：手機終端、無線信號、EVC板的處理、EC的處理、其他傳輸、信令等。

手機終端：終端對話音質量的影響尤其重要，手機體積雖小，但針對語音業務而言，手機所占到的比重為50%，這一點不可小視。無線信號：指空口傳輸出現的誤幀或丟幀，這同樣對語音質量有著非常大的影響，出現誤幀或丟幀可能與網絡優化、干擾等有關。EVC板的處理：EVC是系統側對語音信源進行處理的唯一一塊單板，其內包含語音編解碼、TFO、ALC、AEC等語音處理功能，所以EVC的處理也和語音質量的好壞密切相關。EC的處理：EC是除去EVC單板外的另一個對聲音質量有影響的處理部件，上面也已經提到，其影響的方面在兩個：回聲和雙講。其他傳輸：指對語音信源的傳輸，如AAL2、PCM等傳輸過程中出現的問題等。信令：信令對語音質量的影響比較小，但也不能排除，一般屬于一些突發現象的影響。

參考文獻

[1] 韓希婷.Massive MIMO系統中面向公平的導頻分配方案研究[D].山東大學，2016.

[2] 胡碧波.Massive MIMO通信系統中的物理層關鍵技術研究[D].北京郵電大學，2015.

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