移动通信终端音频分析原理及测试

2013-02-27国家无线电监测中心检测中心安晗亮

数字通信世界 2013年1期

国家无线电监测中心检测中心安晗亮

一、引言

音频测试针对的是终端与人之间的接口，通过对电学和声学信号进行分析的基础上进行基于仪器的测试，目前音频测试方法仍在不断发展中。本文主要探讨目前我国手机终端音频领域对语音质量的最新要求及相关测试。

二、音频测试标准的演进及测试环境

目前，国际上涉及到移动终端音频的相关标准有3GPP TS 51.010《GSM/EDGE无线接入网络数字蜂窝通信系统（第二阶段）：移动台一致性规范》的第30部分，这部分对GSM/GPRS移动台的音频性能作出了规定。3GPP TS 26.131《电话终端的声学特性：要求》，3GPP TS26.132《语音电话终端声学测试规范》，这两个标准适用于支持窄带或者宽带的任何语音终端，对3G终端（针对WCDMA）的声学特性给出了最小性能要求。而有关cdma2000的音频标准，3GPP2于2005年公布了TIA-1042标准（3GPP2 C.S0056《cdma2000移动台的最低性能规范》）。

我国的音频测试标准最近由YD/T 1538-2011《数字移动终端音频性能技术要求及测试方法》替换了YD/T 1538-2006《数字移动终端音频性能技术要求及测试方法》，主要变化有：删除了使用Type1仿真耳的测试方法；删除了LSTR、带外信号、稳定度储备等测试项；重新定义了cdma2000终端音频性能的测试方法及技术要求；修改了STMR及失真的测试方法及技术要求。YD/T 1538-2011标准适用于接入公共数字移动网络使用的各种数字移动终端设备，包括GSM（GPRS）终端、WCDMA终端、TD-SCDMA终端、cdma2000终端。

音频主要依靠仪器来进行，需要类似人耳和嘴的电声设备，这些设备能够将声音转化为电信号或将电信号转化为声音以便进行测量和分析。国际电联（ITU-T）对这些设备作了详细的定义，主要包括人工耳（Artificial Ear）和人工嘴（Artificial Mouth）等。其中，人工耳主要有三种类型：Type1，Type2，Type3。Type3又分为3.1，3.2，3.3和3.4等。

图1 Type3.3

图2 Type3.4

Type1是较早出现的一种人工耳，仿真的是无泄漏情况下人耳的声阻抗，因测试不够现实，目前已被大多数标准删除；Type2主要用于测试入耳式音频设备，本文不作讨论；Type3是目前应用比较广泛的人工耳，其中又以3.3，3.4为主。Type3.3（图1）是最接近于真实使用情况的人工耳，主要用在头肩模拟器（HATS）上，如图3所示。由于这种类型的仿真耳廓是柔性的，测试结果的可重复性不好，因此ITU-T又定义了Type3.4（图2）来解决这个问题，3.3与3.4的主要区别就是仿真耳廓的硬度，这样可以提高测试的可重复性。人工嘴相对简单，可嵌入头肩模拟器内。

图3 头肩模拟器（HATS）

有了人工耳和人工嘴，再加上基站模拟器、音频分析仪、消音室等，就可以组成一套完整的终端语音测试环境。

三、音频基本测试项

YD/T 1538-2011要求的测试项有的发送响度评定值（SLR）、接收响度评定值（RLR）、空闲信道噪声、发送灵敏度/频率特性、接收灵敏度/频率特性、侧音掩蔽评定值（STMR）、声学回声控制、发送失真、接收失真及环境噪声抑制（ANR），本文介绍其中比较重要的几项。

1.响度评定值

响度评定值（Loudness Rating）包括发送方向和接受方向。

（1）发送响度评定值（SLR）是一种基于客观单音频测试的标示发送频率响应的方法。这种测试表征收听者对话音信号的感受情况，是终端测试过程中一个十分重要的测试指标。响度评定值是用来表示响度的单位，但不是表示绝对响度的单位。它是用插入到中间参考系统（IRS）的语音通道、与频率无关的传输损耗值来表示。插入这些损耗以后，可以是收到的响度与被测语音通道的响度相等。发送响度评定值按照下面公式计算

（2）接受响度评定值（RLR）是一种基于客观单音测试的表示接收频率响应的方法，这种测试表征收听者对话音信号的感受情况，同SLR指标一样，也是终端测试过程中一个十分重要的测试标准，接受响度评定值按照下面公式计算

2.侧音掩蔽评定值

侧音掩蔽评定值（STMR）是基于客观单音的测试，表示仿真嘴至仿真耳间的通路损耗，这种测试表征说话者说话时对他本人话音的感受。

经过研究发现，当电话用户在讲话时，他的话音经过几条通道传到他自己的耳朵中，这些通道是：①由于电话机内的侧音平衡阻抗与线路阻抗的失配而从送话器通过电话机电路到达受话器；②通过人头的骨骼结构形成的发话侧音；③通过到达耳朵的声通道，包括耳承与人耳接口处的声泄露；④通过沿手柄的机械通道。我们把这些侧音通道分为两种：①与④是电话侧音通道，②与③是人体侧音通道。迄今为止的研究表明，把人体的侧音信号当作掩蔽阈来考虑的方法，即侧音掩蔽评定值，是与侧音的主观效果符合得最好的评定方法。侧音掩蔽评定值按照下面公式计算