GSM/WCDMA通信系统回声产生原理及控制实例

刘海英

摘要:GSM/WCDMA移动通信系统的回声主要包括声学回声和电学回声,声学回声的引入是由于某些手机声学隔离性能不符合GSM协议要求,使对端手机听到回声。电学回声源于PSTN端混合变换器(Hybrid)阻抗不匹配,导致发送信号被耦合到接收线路中,会在四线端产生回波。本文详细记录了秦皇岛WCDMA建网之初对回声问题处理经过,希望能为类似问题的处理提供一些经验。

关键词:声学回声电学回声回声抑制

一、声学回声产生原理

手机产生的声学回声主要是因为移动终端的MIC和扬声器一般靠得比较近,声腔耦合器的隔离度不够,造成听筒输出的声音泄漏到话筒,加之无线通信系统的固有时延,最终形成了声学回声。当终端设计指标满足要求时,另一个可能导致声学回声的原因是通话环境刚好对话音具有较强的反射。

一般说来,回波延时在30毫秒左右,可明显的被人查觉;延时大于50毫秒,就会严重影响通话质量。ITU-T G.131和ITU-T G.161认为当回波延时超过25毫秒时,回波可以被人感觉出来。对于声学回声,主要是由于终端指标不符合要求所致,出现概率很小,不认为是系统设备的问题。但在必要时也可以通过在系统中调节话音电平增益或增加声学回声消除设备解决。

二、电学回声产生原理

电学回声是由于PSTN一端2/4线转换混合线圈阻抗不匹配,声学回声是由于固定话机收发隔离不好。当回声路径时延大于30ms时,PSTN近端产生的回声就会使远端的用户感觉到,这会影响通话的效果。 PLMN虽然不产生回声,但是由于如下几个方面的原因,使得移动台与PSTN用户连接时,回波的时延路径被明显地加长,接近64ms。因此,在GSM系统中需要配备回波抵消设备。

三、回声控制实例

针对秦皇岛联通用户反映回声问题,我们跟踪重现了投诉现象,基本确认网络中两种回声都存在,根据回声产生原理我们确定了在BSC侧解决声学回声和在联通移动综合关口局侧解决电学回声的原则。

首先是声学回声的处理。由于BSC对声音的处理完全符合GSM协议,GSM协议对BSS系统没有作出声学回声处理的规定。协议规定应该由手机加强其隔离性设计,从而避免声学回声的出现。BSC对声音的处理是一视同仁的,无法判断收到的声音到底是回声,还是正常通话,都将原封不动的送到对端手机,对端手机听到回声。因此,声学回声和TC的时隙,基站载频时隙,以及数据的重新加载均没有关系,而和手机的类型有关系。

秦皇岛联通BSC为华为BSC6000设备,开启回声抑制功能的做法是通过开启BSC6000 的DSP的AEC功能实现的。为了确保该功能开启不影响其他正常的手机,我们首先将测试手机的呼叫TC资源绑定到指定DSP上面,开启该DSP芯片的AEC功能,进行大量指定拨测,调整参数,找到一组合适的消除回声的AEC参数,经过大量测试和分析,我们采用了下述参数:

1、回波延迟处理范围默认为400MS,回波返回损耗值17DB

2、确保AEC版本选择为收敛较快的版本

3、打开下行ALC将下行的语音固定向下调整3db,将下行输出的音量降下来

将BSC上所有DSP芯片的AEC功能开启后,测试正常,拨打问题手机基本听不到回声。两天后进行投诉用户回访,基本听不到回声。

针对上述原因,我们首先对综合关口局ECPOOL资源单板进行逐一测试,结果资源单板全部正常,参数设置满足要求。接下来我们根据回声产生的投诉主要为秦皇岛本地手机拨打唐山(深圳等地)固话存在回声这一现象,对具体的来话和去话路由进行了详细梳理:

联通省内长途话务模型,手机拨打长途固定电话时,端局将70%的话务送关口局,30%直接送长途TMGW局。经过长途T局时没有回声,经过关口局时有回声。确定存在回声时路径如下:秦皇岛BSC-秦皇岛软交换端局-秦皇岛关口局(2个负荷分担)-长途193局-唐山联通关口局(2个负荷分担)-唐山固网汇接局(2个负荷分担)-唐山固定交换机端局)。

由于是手机和PSTN之间的回声,而且是手机侧听到回声,因此确定是电学回声,电学回声应该在最接近固网侧进行抑制,问题较大可能是唐山联通关口局的回声抑制问题。原则上落地关口局必须在固网局向提供回声抑制,也就是唐山关口局到固网汇接局的两个中继群,经唐山检查现网正确配置了回声抑制,所以通过TMGW长途汇接局的通路中具备回声抑制功能。唐山关口局目前到193长途局的中继群是配置了回声抑制的,因此通过关口局由193汇接的话路上存在2个回声抑制,这两个回声抑制功能相互抵消,导致回声抑制功能失效。

为了解决长途回声问题,必须确保所有通路上的回声抑制是奇数的,这样才能确保对回声的有效抑制。为此我们关口局到193汇接局的中继群上也配置了回声抑制。经过测试验证到唐山的长途回声问题不再出现。

四、结论

由于声学回声处理时对在BSC侧对所有终端通话采用一致的抑制参数,实际上很多地方都是从手机上传过来的声音已经被剪切了,所以原来正常的手机可能通话时会出现不太明显的断续,而且这种剪切也只是在rin与sin的能量差大于配置的ERL(17db)以上,里面夹杂着回声的。但AEC算法在回波消除能力和双讲剪切之间很难折中,只能寻求最优的参数,但不能根除剪切感,现在的算法能够保证rin与sin能量差小于配置ERL(17dB)的双讲时不会引入额外的剪切,也就是说正常通话情况下不影响。

根据GSM 的组网原则,EC设备一般放在“最靠近回声产生的地方”,所以现网一般在综合关口局连接固定网的中继群上使用回声抑制功能。但由于联通网络构成比较复杂,虽然关口局在对固定网的中继群侧都采用了回声抑制,但对网内互联时不仅有移动网设备,还有长途网、VOIP网、10010话务台等设备,在对这些中继群是否采用回声抑制的问题上,全网应有统一的规范,以避免在网内多重设置造成混乱。◆

参考文献:

韩斌杰 GSM通信原理及网络优化机械工业出版社