（计算机应用技术专业论文）自动测试系统在网络优化与评估中的应用研究.pdf

自动测试系统存删络优化中的应用和研究 摘要 随着我国移动通信市场的蓬勃发展，国内移动运营商通过多年的努力，移动网络质量已 经有了- 显著的提高。但与此同时，客户对网络质量也有了更高的要求。在新形势f 如何做好 网络优化与网络评估，是当前网络维护l 作的重要课题。 全自动网络质量测试系统是一套强有力的无线网络优化的t 具，它涉及到无线话音、数 据通信、语音质量评估和数据仓库等多方面的技术，本文简要介绍了自动测试系统的关键技 术，并结合爱立信t a 系统在网络中的实际应用，对自动测试系统的用途进行了探讨；并通 过一系列对比实验研究了语音编码、频率干扰和切换等各种网络参数的变化对话音质量的影 响，提出了改进无线网络话音质量的方法。 关键词t网络优化自动测试系统语音质量评估 第1 页共5 8 页 自动测试系统在删络优化中的应用和研究 a b st r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ti nc h i n e s et e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e t o p e r a t o r sh a v e p a y al o ta t t e n t i o no nt h e i rn e t w o r k sa n dh a v em a d et h eq u a li t yo fn e t w o r k sav i s i b l e p r o g r e s s a tt h es a m et i m e ，c u s t o m sh a sh a dh i g h e rr e q u i r e m e n to nq u a l i t yo f n e t w o r k s i tb e c o m e sa ni m p o r t a n tq u e s t i o ni nn e t w o r k sm a i n t e n a n c et h a th o wt od o o p t i m i s m a n de v a l u a t i o n f u lla u t o m a t i cn e t w o r ko u a l i t ym e a s u r es y s t e m ( f a n q n s ) i sas e to fp o w e r f u l w i r e l e s sn e t w o r ko p t i m i s mt o o l s ，i ti n v o l v e st h et e c h n o l o g yo fw i r e l e s sv o i c e c o m m u n i c a t i o n ，d a t ac o m m u n i c a t i o n ，v o i c eq u a l i t ym e a s u r ea n dd a t aw a r eh o u s e t h i s d o c u m e n td e s c r i b e st h ek e yt e c h n o l o g yo ff a n 叫si nb r i e f ，a n dc o m b i n e dw i t ht h e p r a c t i c eu s eo fe r i c s s o n st as y s t e m ，d i s c u s st h eu s a g ew a yo ff a n q m s a n dt h r o u g h as e to fc o n t r a c te x p e r i m e n t sa n dr e s e a r c ho n i n f e c t i o nt ov o i c eq u a l i t yt h a t c h a n g i n gs o m en e t w o r kp a r a m e t e r ss u c h a sv o i c ec o d i n g ，f r e q u e n c yi n t e r f e r e n c e ，t h i s d o c u m e n ts u g g e s tw a y st oi m p r o v et h eq u a l i t yo fw i r e l e s sv o i c en e t w o r k 第2 页共5 8 页 白动测试系统相网络优化中的应用和研究 前言 近几年来，我国移动通信业务发展迅猛，市场竞争日趋激烈，各运营商将面 临更大的挑战。为了稳定并发展移动用户数量，各运营商必然要通过采用新技术、 扩容、优化等手段，尽力提供一个稳定可靠、服务质量良好的移动网络，以更好 地满足用户的需求。随着对各项技术指标要求的不断提高，在网络优化工作中， 传统的无线测试手段日渐显露出其很多的缺点和不足之处。 传统的无线测试主要是通过测量信号的场强、误码率、掉话率、接通率等技 术参数来实现。但是这些参数只能客观地反映移动网络的接入能力、话务量承载 能力等网络状况，是从运营商的角度观察的结果。而移动网络是否能满足用户需 求、用户是否满意，还需要从用户的角度来观察移动网络。用户所关心的网络状 况指标是覆盖范围、接通率、掉话率以及最重要的指标通话质量。除了最后 一项，其他参数都可以通过前面提到的采集参数来反映。虽然误码率、误帧率等 传输参数与话音质量有关，目前也采用了基于误码率的r x q u a l 方法来评估通 话质量，但是在实际应用中发现，r x q u a l 与用户的真实感受有时会不一样， 误码率并不能如实地反映用户感受到的通话质量。因此，评估通话质量需要专门 的方法。另外，在测试过程很难发现网络中一些小概率故障事件( 如单通和回声 等) 。这些情况通常要等到用户投诉后才能被动性地开展维护工作。 全自动网络质量检测和语音质量评估系统( 简称自测系统) 的开发和研究填 补了实际网络优化工作中诸多的不足，其具有语音评估功能，可以测量上、下行 的语音质量；可以模拟用户在通话过程中对网络的感受；另外自动测试系统可以 提供海量测试，能更快更多地收集测试数据，主动发现网络中单通和回声等小概 率故障事件，从而可以大大提高测试工作效率。 语音评估功能是自动测试系统重要组成部分。它模拟人耳的听觉特性，对源 语音样本和传输后的语音样本进行对比，定量描述传输网络对语音质量的影响， 从而得出对该网络语音质量的评估结果。 第5 页共5 8 页 白动测试系统稿一嘲络优化中的应用和研究 主要内容 本人在研究期间首先学习了自动测试系统结构和语音评估原理，然后结合爱 立信的自动测试系统( t a 系统) 在中国移动深圳g s m 网络优化中的使用情况， 进行了分析和研究，并对t a 的应用进行了总结，由此得出了一些重要的结论。 本文就以上内容进行了介绍。本文的测试工作于2 0 0 2 年8 月在深圳地区完成。 本文主要包含如下四个部分： 1 自动测试系统的结构 1 ) 系统结构 2 ) 工作流程 3 ) 相关产品介绍 2 语音评估的基本原理 1 ) 评估系统结构 2 ) 操作流程 3 ) 算法介绍 3 爱立信t a 系统实际应用研究 1 ) 模拟用户随机测试分析 2 ) 网络小概率事件的捕获和分析 3 ) 语音评估分析与应用 4 1b e n c h m a r k 功能应用 4 网络环境参数变化对p s q m 的影响 1 1 编码技术对p s q m 的影响 2 、r x q u a l i t y 和切换对p s q m 的影响 第6 页共5 8 页 自动测试系统枉删络优化中的应用和研究 1 1 系统结构 第一章自动测试系统结构 目前许多公司都推出了自己的自动测试系统，这些系统特色各有千秋，但基 本结构类似，只是在一些实现细节上存在差别。一套完整的自动测试系统通常包 括以下子系统：呼叫中心、通信服务器、数据库管理系统、移动测试单元( m t u ) 、 控制台、用户终端。所有这些子系统即可以分开实现，并通过网络连接在一起， 也可以将所有子系统集成在起。 呼叫中心：负责接收m t u 拨入的呼口q ，并向m t u 发出呼叫，测量上下行 通话质量，因此也称语音评估中心。 通信服务器：负责与m t u 之间的数据通信，包括向m t u 发送测试指令、 接收m t u 的状态指示以及接收m t u 测试结果。 数据库管理系统：负责将测量中得到的各种事件和参数整理成为关系数据 库，并按时间、地理位置等进行统计，为用户查询事件和进行网络性能统计提供 便利。 移动测试单元( m r u ) ：m t u 能像手机那样发送或接收呼叫，并能测试控 制无线接口的各种参数，记录通话中的信令流程和事件。m t u 一般安装在机动 车上，在各个地方收集无线网络的测量参数。它通常还包括g p s 单元，用于将 测量结果与地理位置对应起来。m t u 从通信服务器接收测试指令，并将测试结 果通过f r p 发送到通信服务器。 控制台：是控制m t u 和其它子系统的用户界面。通过控制台，用户可以 管理呼叫中心、通信服务器，也可以控制m t u ，包括设置m t u 的测量指令、 软件版本和内部设置。 用户终端：是用户查询测试和统计结果的应用界面。用户终端通常包括图形 化的工具，能够将事件、测试参数和统计结果等在地图上显示出来。用户也可以 通过用户终端得到图表或电子表格形式的统计结果。 第7 页共5 8 页 自动测试系统曲州络优化中的应用和研究 1 2 工作流程 自动测试系统的工作流程大致可分为如下几个步骤： 1 ) 用户在控制台设置m t u 的测试指令和m t u 的内部设置： 2 ) m t u 随着机动车在无线网络中移动，与呼叫中心打电话并测量无线网 络参数，记录事件； 3 ) m t u 通过无线拨号的方式接入通信服务器，传送测量结果；如果有通 信服务器上有新的测量指令，则接收并随后执行； 4 ) 传送到通信服务器上的测量结果经过转换被导入关系数据库，定期进行 统计处理； 5 ) 用户可以通过用户终端查看测试结果，得到测量参数或事件的地理分 布、图表及统计结果。 1 3 相关产品简介 下面介绍几种自动测试系统以及各自的特点。 瑞士的a s c o m 公司主要业务集中在网络集成、安全方案和交通收费系统等 方面。该公司于1 9 9 3 年开发了一个蜂窝网络的数据收集和性能分析的集成系 统一- q v o i c e 系统，主要包括q v m 、q v s 和q v p 三个子系统，用于网络规划、 优化、故障诊断、比较和保证高质量的话音和数据传输。 功能特点： q v o i c e 对网络路测一开始就定位在u r n 口无线数据和双向语音质量方 面，能够精确测量运营商提供的网络语音质量，反映用户通话的质量感 受。她利用专利语音质量评估算法p a c e ，评估用户的实际通话质量。 q v o i c e 具有优秀的向上兼容性，能够非常简单地配置不同的q o s 参数 标准，可以满足用户将来的变化的需求，包括g s m 、g p r s 、c d m a 等。 它的最大配置可以同时测试四个网络。工程师可以预先设置测试程序， 指定标准的语音样本与呼叫测试流程，得到精确完整的呼叫流程统计、 第8 页共5 8 页 自动测试系统柏刚络优化中的应用和研究 专利的语音评估( 包括五级语音评估、特殊噪声机器人声、乒乓声、单 通、回声、强音等等) 、详细的分析数据与专家分析结果。 q v p 可以对各种各样的网络性能与质量数据以文本或者图形显示分析 结果( 如下图所示) ，使它成为深度分析整体网络性能的理想工具。图 l l 是v q p 的显示界面。 图卜1v q p 显示界面 1 3 2 爱立信一- - t e m sa u t o m a t i c 爱立信公司于2 0 0 0 年推出了全自动网络质量监测及语音质量评估系统一一 t e m sa u t o m a t i c ( t a ) 的1 0 版本。 t a 系统能够测试话音和数据质量、测试网络性能参数、记录完整的信令流 程和事件。t a 系统能够使用p s q m 算法和专利s q i 算法测量上下行的话音质量， 反映用户的通话感受。目前的t a 系统能够支持g p r s 网络的测试。 功能特点： 话音质量评估算法采用p s q m 与s q i 结合的方式，p s q m 分析终端用户 到测试中心之间的链路情况，而s q l 分析空中无线链路的情况，从而判 断影响话音质量的因素处于无线链路还是有线传输网络。 该产品分析问题的工作流程和方法是，首先通过地图或表格显示统计结 第9 页共5 8 页 自动测试系统拒刚络优化中的应用和研究 果，观察到主要问题是什么，然后根据地理化信息找到问题发生的位置， 可以使用爱立信的t e m si n v e s t i g a t i o n 来回放t a 的通话记录，分析若 干次具体通话的过程，找出问题的根源。 m t u 内置g p s 定位系统；可以由测试中心遥控；含有三个s i m 卡，可 以由测试中心遥控切换，测试s q i 参数；算法的实现采用集成专用d s p 芯片的方式；下行测试结果会自动定期上传，而且下行测量结果数据的 上传采用了g s m 拨号方式；可以存储1 2 小时测试结果；智能电源控制； 内置自动温度调节。 t e m sa u t o m a t i c 的语音评估中心采用p s t n 接入。 小型测试中心可以支持1 2 部m t u ，中型测试中心可以支持2 4 部m t u ； 大型测试中心则可以支持3 6 部m t u ；可以跟踪遥控m t u ；在向用户 表现测试数据时，可以通过多边形任意定义区域，生成地理化统计信息， 以便于宏观质量监测；另外在分析语音问题的根源时，可以通过统计分 析，找出误码率与语音质量的相关性、分析掉话率、频繁切换对语音传 输质量的影响、借助站点信息分析切换、拥塞分析、分析话音的现场录 音等等。 1 3 3 珠海万禾a u t o a n t 珠海万禾技术公司是一家从事移动网络测试和优化的专业公司。自行开发了 基于w i n d o w sn t 平台的国产网络优化系统一- - a u t o a n t 无线网络环境监测分 析系统。 功能特点： 算法采用瑞士s w i s s q u a l 公司的s q u a d 方法。继承了p a c e 算法的高精 度语音评估算法，输出的结果包含：时间修剪、频率偏移、迁移特性、 品质、功率谱和幅度分配等。另外除了评估m o s 值外，s q u a d 算法还 包括一些附加算法：单边静音、噪声、回声等等。 m t u 内置g p s 全球定位测试模块；可放置两个s i m 卡；算法采用软件 实现；下行链路测试结果由语音评估中心控制上传，而且下行测量结果 数据的上传采用了g p r s 数据传送方式；有电源管理措施( 充电管理、 第1 0 页共5 8 页 自动测试系统0 删络优化中的训习羽埽f 究 停电告警和数据保护等) ；备有蓄电池。 a u t o a n t 的语音评估中心采用i s d n 接入。 语音中心是采用多层叠加方式组成的呼叫和数据收发设备，可以同时处 理1 6 路、2 4 路、3 2 路或者更多通道的语音；可以跟踪遥控m t u 是否 始终保持通讯状态( 和测试中心保持联络) ，远程监控m t u 的电源状态 ( 是充电还是纯耗电) ，监测能否正常采集g p s 数据和无线网络数据等； 在向用户表现测试数据时，生成地理化统计信息，以便于宏观质量监测； 另外在分析语音问题的根源时，有两层分析的机制，先进行浅层分析得 出语音质量恶化的直接原因( 例如单边静音、回声抑制等等) ，然后可 以进行深层分析导致语音质量恶化的链路参数。 语音传输质量测试中心对m t u 的遥控主要采用测试脚本预设的方式 ( 测试脚本预设值包括：m t u 为上行或下行测试、m t u 为主叫或被叫、 测试采用的语音样本、向主叫提供被叫号码、规定语音测试结果回传的 条件等) 。 1 3 4 几种产品的比较 通过以上介绍，可以看到q v o i c e 是最早出现的自动测试系统，该系统具有 精度高、易升级、文本和图形相结合的显示方式等特点，拥有大量的用户；t a 系统与q v o i c e 类似，所用的语音质量评估算法不同，可以与t i 软件结合使用， 呼叫中心子系统的设计使之具有较强的网络适应性；a u t o a n t 是根据中国实际 网络情况定制的最新自动测试系统，在语音质量评估上结合了s q u a d 算法和 p a c e 算法的优点，在系统设计上采取了很多提高效率的措施，例如使用i s d n 接入语音评估中心，支持同时传送数据和语音，m t u 使用g p r s 传送数据，提 高了效率等等。 第1 1 页共5 8 页 自动测试系统打网络优化中的应用和研究 _ - 一 2 1 系统结构 第二章语音评估原理 语音评估应用系统的结构如图2 一l 所示，语音评估中心和m t u 是一对多的 关系。多部m t u 在网络中移动，不断与语音评估中心通信，测试上下行链路的 通话质量。 图2 - 1 语音评估系统结构 上图中各模块的功能如下： m t u ：m o b i l e t e s t u n i t ，移动测试单元，见第一章。 语音评估中心：由接入管理、控制调度、分析处理、信息显示等功能模块， 配合数据库构成。接收m t u 发出的语音样本，测试不同时段地点的上行链路的 通话质量，储存上下行链路测试结果的历史数据，分析评估移动网络的语音质量， 通过人机界面显示评估结果。 语音评估中心一接入管理模块：适配m t u 的多种呼叫方式( 如p s t n 、 i s d n ) 接入；接纳多个m t u 发起的呼叫，并进行排队；分配同多个m t u 建立 第1 2 页共5 8 页 自动测试系统“嘲络优化中的应用和研究 的话路。 语音评估中心一控制调度模块：控制m t u 的启动停止测试、休眠、测试 的流程；配置测试参数( 包括测试时间间隔等) 等信息；控制语音质量测试中心 的其他组成部分，共同完成对语音传输质量的测试以及语音质量恶化原因的分析 和显示。 语音评估中心一分析处理模块：存储供评估算法比较的高质量的源语音样 本；接收存储经由无线网络传输，接入管理模块获得的声音样本；使用评估算法 进行语音传输质量的测试；综合大量采样点得出的评估数据，并进行深层次分析， 以便能够描述无线网络的传输状况。 语音评估中心一信息显示模块：以不同浏览形式将评估结果展示给用户。 语音评估中心一数据库：存储各种上下行链路测量结果以及分析处理后的 一些数据。 2 2 测试流程 2 2 1 原理 语音评估系统尽可能真实地模拟移动用户使用话音业务的情况，使用移动终 端拨打另一部电话，接通后，一端发送源语音样本，经移动网络传输后，被另一 端接收。接收方预存了一份相同的源语音样本，随即调用算法，计算源语音样本 和传输后语音样本的差别程度，由此分析网络对语音的影响。 通话质量有可能是不对称的，即上行链路和下行链路的通话质量有可能相差 很大，语音评估系统有必要将上下行链路分开测试。不能使用移动终端拨打另一 部移动终端的方法来测试，因为在这种情况下，源语音样本必须经过一段上行链 路和一段下行链路的传输，才能被另一部移动终端接收，最终无法判定话音质量 不好是因为上行链路存在问题，还是下行链路存在问题。 实际测试中，都是通过移动终端( m t u ) 拨打固定电话( 语音评估中心) ， 或者固定电话( 语音评估中心) 拨打移动终端( m t u ) ，建立点到点的通话链路。 在这条链路上，双方交替发送源语音样本，接收方将收到的传输后语音样本同预 存在本地的源语音样本比较，使用评估算法得到比较结果m o s 值，该m o s 第1 3 页共5 8 页 自动测试系统竹网络优化中的心用和研究 值就反映了当前这条链路的语音质量。 2 2 2 上行测试流程 图2 2 是上行测试流程图。上行的测试基本流程如下： 1 ) 控制调度模块向m t u 发送上行测试操作指示； 2 ) m t u 向接入管理模块发送特定的语音样本； 3 ) 接入管理模块将收到语音样本传给分析处理模块，后者会根据接收到的 语音进行分析，得出上行语音的传输质量； 4 ) 分析处理模块将最终结果以及相应的数据导入数据库； 5 ) 网络维护人员通过信息显示模块查询特定时期或特定地点的语音传输 质量 语音评估中心 2 2 3 下行测试流程 图2 - 2 上行测试流程 图2 3 是下行测试流程图。下行的测试基本流程如下： 1 ) 控制调度模块发出下行测试指令； 2 ) 接入管理模块向m t u 发送特定的语音样本，m t u 会根据接收到的语音 第1 4 页共5 8 页 目删 自动测试系统神一蹦络优化中的应用和研究 _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ ，一 进行分析，得出下行语音传输质量； 3 ) m t u 会在一定的时间向分析处理模块传送下行测量结果，分析处理模 块会对接收到的数据进行深层次的挖掘； 4 ) 分析处理模块将最终结果以及相应其他数据导入数据库服务器： 5 ) 网络维护人员通过信息显示模块查询特定时期或特定地点的语音传输 质量。 语音评估中心 2 3 算法介绍 图2 - 3 下行测试流程 语音质量的评估方法主要有主观和客观两种。 目前国际上公认的或己形成决议的主观评估方法有：语音的响度比较( 响度 参考当量) 、清晰度参考当量、收听视点测试法( m o s ) 和通话意见调查。下面 简要介绍m o s 主观评估方法。 用收听视点测试法( m o s ，m e a no p i n i o ns c o r e ) 进行主观音质评估，评估结 果分为5 级( 优秀，良好，一般，较差，差) 。听测语音是成对出现的：每一对 语音样本的第一个样本是原始音，第二个样本是第一个样本的失真语音。听测人 比较两者的质量，在印好的表格中选择对应语音的评估结果。 第1 5 页共5 8 页 罾删 白动测试系统“网络优化中的应用和研究 手观音质评估不仅费时费力，而且往往受到种种测试条件的限制和测试人员 主观因素的影响，使得测试结果的可靠性受到一定的影响，因此客观评估算法逐 渐得到发展。客观音质评估最先是为评估语音编码器设计质量提出的，但是现在 它已经被广泛的应用在语音设备的开发、研制和通信网络规划、建设以及优化之 中。 客观评估方法一般可以分为时域、频域和听觉域的评估方法。时域和频域评 估方法是利用网络中的一些客观参量来反映语音质量，如信噪比。但是这些客观 参量不能充分体现实际语音质量，反映人们的主观感受，因此听觉域的评估方法 更受关注。本节讨论听觉域的评估算法。 客观语音评估算法是利用人耳的听觉模型，用客观算法对主观评估过程进行 一定程度的模拟。典型的昕觉域方法有： b a r k s p e c t r a ld i s t o r t i o n ( b s d ) m o d i f i e db s d p e r c e p t u a ls p e e c hq u a l i t ym e a s u r e ( p s q m ) p s q m - t - m e a s u r i n gn o r m a l i z i n gb l o c k s ( m n b ) t e l e c o m m u n i c a t i o no b j e c t i v es p e e c hq u a l i t ya s s e s s m e n t ( t o s q a ) p e r c e p t u a la n a l y s i sm e a s u r e m e n ts y s t e m ( p a m s ) 等 其中，p s q m 是r r u 推荐的话音带宽语音编码器质量评估的客观标准。目 前，语音评估系统使用的评估算法大多是上述的听觉域评估算法或者是以此为基 础发展而来的客观评估算法。 2 3 1 算法原理 客观语音评估算法模拟了人耳的听觉模型，处理过程反应了人类听觉的基本 处理过程，并将得到的评估结果作m o s 值转换。因此客观语音评估算法是对主 观语音评估算法的模拟，通过软件代替主观语音评估方法。 听觉模型将人的听觉系统对声音信号处理分为3 个阶段：分析、传递和还原。 分析阶段主要考虑耳蜗的分频效应，传递阶段声波带动振动沿耳膜传播并在听觉 神经纤维内产生电流，最终传入听觉中枢。还原阶段是听觉系统提取语音，诸如： 第1 6 页共5 8 页 白动测试系统扯m 络优化中的应用和研究 音质、音调、时域和位置信息的阶段。可以认为语音信号的这种表述形式去除了 冗余数据而保留了语音的基本特征。实际上整个过程可以理解为一个语音特征的 提取过程，客观评估算法的思路也是如此，这种特征在提取的过程中充分考虑了 人的听觉特性。 2 3 2 算法流程 现有的语音质量客观评估算法一般基于输入输出语音之间的失真程度，其基 本思想都是将输入输出语音做一定的变换( 时域、频域和听觉域) ，比较变换后 两个语音的差异，以差异的大小来衡量失真的大小。图2 4 说明语音质量客观评 估算法的基本流程。 2 3 3p s q m 算法 m 0 8 图2 - 4 客观音质评估算法基本流程 下面以p s q m 为例来具体说明客观算法的原理和流程： p s q m ，p e r c e p t u a ls p e e c hq u a l i t y m e a s u r e ，作为i t u 推荐标准e 8 6 1 ，是评 第1 7 页共5 8 页 自动测试系统订嗍络优化中的应用和研究 估语音带宽( 3 0 0 - 3 4 0 0 h z ) 语音主观质量的客观方法。虽然p s q m 首先用于语 音编解码器的优化、改进和选择，它也能用于网络规划和运营网络测试。 p s q m 通过比较失真语音( 比如：通过语音编解码器和网络传输过来的语音) 和参考语音来评估失真语音的质量。在p s q m 算法中，参考语音和失真语音都 被映射成能够代表人类听觉感受的心理声学表示形式。失真语音质量判断的基础 是二者心理声学表示上的差别。 计算前，参考语音和传输后的语音必须通过时间校准，校准过程对每个语音 样本重复执行，因为每个句子通过传输系统后都产生不同的时延。从时间域到心 理声学域( p s y c h o a c o u s t i c ) 的转换通过下列步骤完成。参考语音和失真语音进 行相同的转换步骤： 1 ) 计算每一帧的功率谱密度，每一帧由2 5 6 个样本值组成。 2 ) 每一帧都做频域到l | 每界带宽的转换。该转换试图模拟人耳处理不同频率 信号的方法。频率越高其分辨能力越低。 3 ) 通过计算参考语音中每一帧的功率和失真语音中对应帧功率的比值，得 到失真语音中每个帧的比例因子。通过该因子处理失真语音的每一帧， 目的是去除增益变量的影响。 4 ) 通过一个模拟移动手持设备的滤波器，对参考语音信号和失真语音信号 滤波。使用u 推荐的e 8 3 0 规范中提到的改进i r s 滤波器。 5 ) 增加热噪声。热噪声模拟了接收环境中的环境噪声。 6 ) 模拟人耳对声音从强度到听觉响度的转换，其结果是将每一帧的每个临 界频率转换成响度值。 在p s q m 中定义感知模型，感知模型用来模拟大脑对听觉响度的解释，比 如：大脑如何通过听觉响度判断语音质量。如下的操作是感知模型中的操作： 1 1 类似上述第三步对失真语音的响度值进行处理。 2 ) 计算每个帧在每个临界带宽频率上参考语音和失真语音响度值的差异。 结果得到噪声干扰值。 3 1 不对称处理。 4 1 确定静音间隔。当帧的总功率低于一定值就认为是静音。分别计算静音 帧和非静音帧的干扰平均值。p s q m 值是静音和非静音平均值加权和。 第1 8 页共5 8 页 白动测试系统曲：脚络优化中的应用和研究 p s q m 算法得的结果是0 到6 5 之间的值。0 代表被测语音没有失真，6 5 代 表最严重失真。通过映射可以将p s q m 值可以转换成m o s 值。 图2 - 5 是p s q m 算法结构和流程示意图。 r e f e r e n c es p e e c h 图2 - 5p s q m 算法结构和流程 图2 - 6 是p s q m 详细算法流程，它包含如何实现从时间域到心理声学域 ( p s y c h o a c o u s t i c ) 的转换和感知模型的建立。 第1 9 页共5 8 页 自动测试系统相：网络优化中的应用和研究 图2 - 6p s q m 算法详细流程 第2 0 页共5 8 页 白动测试系统n ：嘲络优化中的应用和研究 第三章t a 系统在实际网络中的应用 3 1 。r a 在中国移动6 s m 网络优化中的应用 中国移动采用爱立信的t a 系统，经过半年的磨合和探索，目前该系统进入 正常运行状态，并在日常网络优化工作中发挥重要作用，下面从以下几个方面详 细介绍t a 的应用情况： 测试功能 传统的无线测试工具有爱立信的t e m s 系统、珠海万禾公司的a n t p i l o t 和鼎立的p r e m i e r 等，这些测试系统主要采集的数据有覆盖、质量、切 换、掉话、呼损等，但是对于单通和回声等方面的网络故障很难发现，另 外更重要是这些测试系统都没有反映用户对语音质量的感受的语音质量 评估功能。t a 系统具有强大的测试功能( 具体功能见第二章内容) ，其最 显著优势在于语音评估系统，能对上下行的语音质量进行客观评估。 测试效率 将m t u 安装在出租车上模拟用户随机拨打电话，并定时将测量报告发送 回通信服务器，大大提高测试效率。 测试成本 由于不需要专门的测试工程师、测试车辆和司机，大大降低了测试成本； 数据管理 由于以往的测试数据都是以每个测试文件独立存放，对历史测试数据利用 不方便，利用率也不高。t a 系统有一个强大的数据库系统，它提供了对 历史数据统计和追踪的功能。 第2 1 页共5 8 页 白动测试系统曲嘲络优化中的应用和研究 3 2 模拟用户的随机测试分析 3 2 1 信号覆盖调查测试 无线信号覆盖率是网络质量的一项重要指标。覆盖率是指网络中信号强度大 于某一阈值的覆盖面积占整个网络覆盖面积的比例。高覆盖率的网络能够保证用 户在各个地方都能够接通网络。安装在出租车上的m t u 可以模拟用户的随机行 为，在长时间运行测试之后，可以认为m t u 已经基本走遍用户的活动范围，最 终m t u 可以帮助我们进行网络覆盖调查。通过计算m t u 在各个地点接收的信 号强度统计平均值，可以发现网络中无覆盖区域或覆盖比较差的区域，另外，也 可以评估全网覆盖率，给公司决策层提供投资分析数据。 图3 - 1 是所有测试数据按1 0 0 1 0 0 米的分辨率进行统计结果的地理分布， 图中截取了有信号覆盖较差的区域。 图3 - 1t a 显示平均信号强度地理分布图 从上图可以轻易发现红色部分是信号覆盖较差的地方，其信号强度弱于 9 4 d b m ，网优工程师可以根据周围情况适当调整基站天线和小区参数来改善该 第2 2 页共5 8 页 自功测试系统曲删络优化中的应用和研究 区域的信号覆盖，另外，我们也可以计算出覆盖率为2 3 4 6 7 1 ( 2 3 4 6 7 + 5 ) = 9 9 9 8 。 跟t e m s 或a n t p i l o t 相比，t a 能对历史测试数据进行重叠统计，减少了一 次测试结果偶然性和波动性的影响。 3 2 2 信号质量测试统计分析 无线信号质量对用户通话的话音质量有着重要影响。信号质差主要是由于同 频干扰和邻频干扰引起的。通过t a 可以监测无线网络整体信号质量情况，也可 找出网络中质差的区域。 根据接收信号的质量( 误码率) ，t a 将接收信号质量分为八级。级别越高表 示质量越差。图3 2 是各个级别的接收信号质量的比例，其中一级质量占了绝大 多数( 8 3 ) 。 图3 - 2 接收信号质量各级比例图 通过对各级信号比例进行加权求和，可以得到一个参数值。这个值可以作为 我们衡量无线网络整体信号质量的指标。 3 3 图是接收信号质量平均值的地理分布的部分区域。 第2 3 页共5 8 页 自动测试系统f l ：网络优化中的心用和研究 图3 - 3t a 显示接收信号质量地理分布图 从图中可以看到红色的方块是干扰最严重的地区，这种区域容易产生掉话或 呼叫不通。在实际操作中，网优工程师利用t a 提供的功能找出穿过这些方块的 通话记录，再利用相关工具对这些记录文件做详细分析，以对问题最终定位和解 决。 3 2 3 异常事件测试统计分析 网络中常见的异常事件有掉话、拥塞和切换失败。掉话率、接通率和切换成 功率都是衡量网络性能的重要指标。 t a 系统通过大量测试，能够记录下很多异常事件。利用t a 也可以得到网 络的掉话率、接通率和切换成功率等指标，例如八月的异常事件统计值如下： 表3 - 1t a 某月异常事件统计 由以上统计值可以算出： 接通率= ( 2 3 6 7 5 3 8 9 ) 2 3 6 5 7 2 9 8 掉话率= 1 0 4 ( 2 3 6 7 5 3 8 9 ) = 0 4 5 切换成功率= ( 5 7 9 3 5 9 2 4 ) 5 7 9 3 5 = 9 8 除了利用t a 的统计功能监测网络的整体性能外，还可以结合地理信息定位 第2 4 页共5 8 页 自动测试系统托嘲络优化中的j 虹用和研究 问题小区，并利用记录文件详细调查问题d 、区的故障原因。 图3 - 4 是某个区域所有掉话的地理分布图。 图3 - 4t a 显不掉话地理分布图 经分析发现该区域几乎所有掉话的原因显示为下行质差，而产生下行质差掉 话的原因往往不外乎两种：干扰严重、切换错误( 切换时由于特殊原因切换至一 个错误的小区) 。将掉话统计分布图与信号质量分布图结合起来分析，便能初步 判断哪些掉话是受干扰引起的，哪些掉话是由切换错误导致的掉话。从而可以从 某些掉话较多的路段开始分析，逐步解决掉话问题。 图3 5 显示的是分配s d c c h 失败而引起的呼叫阻塞。 第2 5 页共5 8 页 自动测试系统在嘲络优化中的应用和研究 图3 - 5t a 显不阻塞地理分布图 借助这种地图显示，在实际网优工作中工程师可以很清楚观察那些s d c c h 繁忙的小区，从而制定相关策略，比如处于局边界的小区由于位置更新较多，可 以调整参数或天线等。同样，在地图中还可以显示t c h 拥塞事件，发现网络中 某些高话务地区，以做相应的网络调整。 切换也是影响通话质量的重要因素。如果网络中经常发生错误切换或切换失 败，会严重影响通话的质量，甚至导致掉话。切换失败通常是由于b c c h 频点 安排不合理引起的，因此切换成功率在一定程度上可以衡量网络配置合理性。通 过比较每个月的切换成功率，以了解日常网络调整工作的成效如何。 图3 - 6 是某区域的切换失败记录。从图中可以看到某些路段切换失败很多。 如果将切换失败统计图与掉话统计图结合起来，便可以发现很多掉话是由于切换 不当引起的。 第2 6 页共5 8 页 自动测试系统在删络优化中的成用和研究 图3 - 6t a 显示切换失败地理分布图 3 3 网络小概率事件的捕获和分析 本文中讨论的小概率事件是指用户在通话时发生单通、回声等事件。这些事 件发生概率比较小，往往是由网络中的某些隐患故障引起的，不容易被发现。t a 系统通过海量测试，可以捕捉到这些小概率事件，也使得网优工程师尽量赶在用 户投诉前排除故障。 3 3 1 单通 单通现象通常指一个呼叫的信令接续完成，分配了话音信道，但由于传输环 路或交叉等原因导致传送话音失败，单通可以是单向的也可以是双向的。在t a 系统中，从一个呼叫建立之时起，如果呼叫中心连续收到四个没有声音的句子， 它便认为发生了单通。它将结束此次通话，并将这一事件记录下来。图3 - 7 是上 行检测单通的原理示意图。 第2 7 页共5 8 页 自动测试系统在刚络优化中的应用和研究 图3 - 7 上行检测单通原理示意图 由于m t u 需要收到呼叫中心的话音后才会放音，所以判定上行单通还是下 行单通需要结合m t u 的录音。如果m t u 的录音有声音，则表明下行语音信道 正常，为上行单通，如图3 7 所示。如果m t u 的录音也没有声音，则为下行单 通，如图3 8 所示。此时无法检测上行话音信道是否正常，因为没有收到呼叫中 心的话音，m t u 无法同步，不会播放录音。 图3 - 8 一f 行单通检测原理示意图 t a 系统在测试中总共记录了2 个单通，下面是t p 显示的结果。从图3 - 9 可以看出，它们都位于某个路口。并且它们只有下行p s q m 值，没有上行p s q m 值，说明这是两个上行单通。通过详细分析通话记录文件，发现两次单通集中一 个小区上。 第2 8 页共5 8 页 白动测试系统柏删络优化中的应用和研究 3 3 2 回声 图3 - 9 单通示例图 有时用户打电话能听到回声，这种回声的危害与回声的能量和延迟的时间有 关。延迟越长，影响通话需要的回声能量越小。 在移动通信系统中，由于有编解码和交织，回声延迟最小为1 6 0 m s 。从图 3 - 1 0 给出的“回声容忍曲线”中可以查到，这种情况下最大可接受的原声与回 声比( t e l r ) 为5 0 d b 。这个比值越大，说明回声的能量越小。 第2 9 页共5 8 页 自动测试系统曲：脚络优化中的腑用和研究 d b 6 0 5 0 t e l r ， 彳。 a c c e p t ab l e ( + ) 。 ， l i r3 i t i n gc 。 一， 。 一一 一， 一一 t 51 02 03 0 5 01 0 02 0 03 0 0m s t 1 2 0 8 5 6 0 - 9 6 d 0 1 t e l rt a l k e re c h ol o u d n e s sr a t i n g t m e a no n e - w a yt r a n s m i s s i o nt i m e ( + ) t h e 描c c e p t a b l e ? c u r v ei se q u i v a l e n tt ot h ec u r v ew i t h7 ? p r o b a b i l i t yo fe n c o u n t e r i n go b j e c t i o n a b l ee c h o f i g u r e1 ，g 1 3 1 t a l k e re c h ot o l e r a n c ec u r v e s 图3 一l o 回声容忍曲线图 在t a 系统中为了监测回声情况，在m t u 放音的同时进行录音。将所录声 音与原始播放录音进行交叉相关性计算，结果最佳时即可以判定回声，最大相关 性的位置即为回声的时延。 根据t a 系统的记录，在测试中有7 个包含回声延时大于1 6 0 m s 的记录，如 图3 一l l 所示。每个通话中有一个抽样点的记录超过1 6 0 m s ，基本都在2 0 0 m s 以 上，它们对应的t e l r 均小于5 0 d b ，这显然超过了可接受的限度。不过这些点 在一次通话中所占比例极小，即通话中偶尔出现这样的情况，时间约为2 秒，不 会明显影响通话质量。 第3 0 页共5 8 页 仲 o 自动测试系统n 网络优化中的应用和研究 图3 - 1 1 回声示例图 3 4 语音评估分析应用 3 4 1p s q m 和s q i 的比较 除了p s q m 算法外，爱立信公司自己定义了一个语音评估指标s q i ( s p e e c h q u a l i t yi n d e x ) 。该指标通过对一些无线链路参数的加权计算获得，用于报告语音 传输质量，这些参数包括：误码率、误码率分布、误帧率、误帧率分布、有无切 换、有无跳频以及语音解码器的选择等等。 值得注意的是，p s q m 算法可以分析出用户终端到测试中心之间的语音传输 质量，而s q i 算法又可以分析出空中接口的语音传输情况，这样p s q m 和s q i 结合起来，有助于分析导致语音传输质量恶化的原因所在( 指在无线部分或者有 线部分) 。图3 1 2 说明了这个问题。 第3 1 页共5 8 页 自动测试系统在嘲络优化中的应用和研究 孑 i i 通 孑二、曼) = 竺! ) 艄。 s q i p s q m 图3 1 2s q i 和p s q m 配合使用示意图 另外，通过测试显示p s q m 和s q i 有9 3 o 的相关性，近似相关曲线如图3 - 1 3 所示： p s q m 图3 1 3p s q m 与s q i 相关性曲线图 3 4 2p s q m 和s q i 实例分析 p s q m 和s q i 的统计平均值都可以用来评估网络的话音质量。p s q m 模拟的 是用户打电话时对话音质量的感受，而s q i 侧重于无线链路对话音质量的影响。 t a 系统将p s q m 分为八级，将s q l 分为六级，通过统计每一级的比例，来监测 网络话音质量的变化。图3 一1 4 、3 1 5 是一周统计的每级p s q m 和s q i 所占的比 例。 第3 2 页共5 8 页 自动测试系统托嗍络优化中的应用和研究 图3 一1 4p s q m 各级比例图 图3 1 5s q i 各级比例图 从上面两个图可以看到，p s q m 的第一、二和三级占了几乎1 0 0 ，s q i 的 第四、五和六级占了9 8 。说明目前网络整体话音质量很好。可以给每级一个 加权值，然后算出它们的和，得到网络话音质量的参考值，以此