CDMA移动通信系统网上话音问题浅析

张洪彬++庞雷

摘 要：对于CDMA移动通信系统的网上话音问题，必须从原理上理解有线和无线语音业务的异同，同时清楚CDMA网络语音业务的业务流程，对整个流程涉及到的设备性能有所了解，特别是语音编码器和回波消除器的工作原理。

关键词：话音 业务流程 语音编码器 回波消除器

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0001-02

1 语音业务简介

对于语音业务，首先需要了解语音的几个特点：（1）人类的耳朵比声带要灵敏得多，人一般说话的声音频率范围大概在20Hz～4kHz之间，但人耳可以听到大约20Hz～20kHz之间的声音；（2）语音业务是一种需要实时传输的业务，即其对时延有要求，一旦延迟过大，则会造成交流障碍。基于上面的原因，只要能够传输4kHz以内的声音就能够满足语音业务的基本要求，当然这和实际中的自然声音是无法相比的。

下面我们对比固网和移动在语音业务上的异同。

（1）固定电话。人声从电话机传入后，通过用户线传送到PSTN的用户板上，在这之前所传送的都是模拟的音频信号，之后在PSTN内进行PCM采样、量化，输出为64kbps的数字信号。完成信号的A/D转换后，数据通过E1线路送入公网交换机，通过交换和对端用户进行通讯。（2）移动电话。人声被手机终端获取后，在手机内进行采样量化为PCM数据，然后进行语音编码，此时我们称之为信源编码；然后在手机将信号发射之前还会进行信道编码。信号通过空中接口进入系统后，先在BTS进行信道解码，之后信号到达BSC，在BSC上再进行语音解码，恢复出PCM数据，并送入MSC进行交换，此时如果对端是固定电话，则信号被交换送入公网，如果对端是移动电话，则在MSC内进行交换后再通过BSC、BTS连接到另一部手机。

2 CDMA网络语音业务

2.1 业务流程

上面我们已经介绍了有线和无线语音业务的一些特点，下面针对目前我们的CDMA语音业务做详细介绍。

从图1中我们可以看到，CDMA网络中对语音数据进行处理的最基本的两个元素为：语音编解码器（CODEC）和回波消除器（EC）。

对于信号流如下。

原始语音。原始语音为人自然的声音。经过调制后的无线信号：经过调制后的信号既是我们上面所提到的已经经过信道编码的信号。单就语音业务而言，手机完成的功能几乎等同于BTS和BSC，手机在完成信源、信道编码后，即将信号发送到空中接口。

帧数据。基站所完成的基本功能为进行信道解码，语音信源数据在经过手机的信源编码后（即语音编解码），输出的信号已经不再是PCM数据，而是语音数据帧，所以经过BTS解码出来的也是帧数据。

PCM数据。基站的帧数据送到BSC后，在BSC的CODEC进行解码，解码出来后的数据为PCM数据，最后送往MSC进行交换。对于EC，可以放置在BSC，也可以放置在MSC，如果MSC接出去的设备上已有EC，则MSC也可以不用EC。

2.2 语音编解码器

语音编解码器的作用是對语音数据进行压缩，语音编解码器为一种有损压缩的编解码器，压缩对语音质量会有降低。在有线网络中，当我们传输资源不够时，我们可以添加一根传输线，或者添加一套设备来进行解决，但在无线网络中，其带宽资源是有限的，所以最大限度地节约空中带宽成为了一件很有意义的事，语音编解码的出现正是为了解决这一问题。

CDMA2000中的3种语音编解码器都可称之为窄带语音编解码器，原因就在于其是针对8K采样的语音信号而言的。对于这类编解码器都是一种参数编解码，其原理是从当前语音数据中提取出和当前语音相关的参数，用一组参数来描述当前的语音是什么样的，得出这组参数后再将参数送到对端进行解码，解码时根据这组参数的描述再重新再生出语音。

2.3 回波消除器

在CDMA无线网络中，除了语音编解码外，另一个重要的语音处理部件就是回波消除器（Echo Canceller）。对于回声，我们都有过亲身感受，在平时的拨打电话中，不论是手机还是固定电话，偶尔我们都能听到自己的声音，这就是Echo。

对于系统中的回声可以分为两种：电学回声、声学回声。（1）电学回声：电学回声是由PSTN内用于2/4线转换的混合线圈（Hybrid）引起的。（2）声学回声：声学回声是一种直接由声音反射噪声的回声，如声音从手机的耳机出来后又从麦克风回灌回去，则回去的声音就成了声学回声。另外，在一些免提固定电话上也能产生声学回声。

综上所述，声学回声在固定电话和手机上都可能产生，但电学回声只可能在固定电话侧（PSTN上）产生。有了回声，但我们还不一定能听到，要听到回声需要有两个必备的条件。

（1）声音能够被反射回来（即要存在声音反射点）。

（2）时延必须超过25ms。

认识了听到回声的条件，我们再来分析网上听到回声的情况。从上面我们可知，只要话路接通，则PSTN一直都在产生回声，但我们平时用固定电话时并没有感觉到，那就是时延的作用，一般在拨打市内固定电话时，其时延都会小于25ms，所以我们感觉不到回声的存在，而在固网内也就不需要配置EC这样的设备。而对于移动网络来说，由于其语音编解码的存在将使得时延大大增加，所以对于存在语音编解码的无线网络来说如果需要和固网进行对接，则EC成为了必不可少的设备。无线系统内的EC主要是为了消除电学回声。

综上所述，话音问题是一个复杂的系统性问题，其表象非常直观而且简单，只要是使用手机终端时发现的语音质量不好都会首先归结于话音问题，所以对语音问题的归类显的尤其重要，从整个系统内信号的流程看，语音问题的根源与这几个方面相关：手机终端、无线信号、EVC板的处理、EC的处理、其他传输、信令等。

手机终端：终端对话音质量的影响尤其重要，手机体积虽小，但针对语音业务而言，手机所占到的比重为50%，这一点不可小视。无线信号：指空口传输出现的误帧或丢帧，这同样对语音质量有着非常大的影响，出现误帧或丢帧可能与网络优化、干扰等有关。EVC板的处理：EVC是系统侧对语音信源进行处理的唯一一块单板，其内包含语音编解码、TFO、ALC、AEC等语音处理功能，所以EVC的处理也和语音质量的好坏密切相关。EC的处理：EC是除去EVC单板外的另一个对声音质量有影响的处理部件，上面也已经提到，其影响的方面在两个：回声和双讲。其他传输：指对语音信源的传输，如AAL2、PCM等传输过程中出现的问题等。信令：信令对语音质量的影响比较小，但也不能排除，一般属于一些突发现象的影响。

参考文献

[1] 韩希婷.Massive MIMO系统中面向公平的导频分配方案研究[D].山东大学，2016.

[2] 胡碧波.Massive MIMO通信系统中的物理层关键技术研究[D].北京邮电大学，2015.

[3] 徐明.CDMA网络优化关键技术的研究与应用[D].北京邮电大学，2011.endprint