TD-SCDMA、WCDMA、GSM终端音频一致性测试介绍及分析

TD-SCDMA、WCDMA、GSM终端音频一致性测试介绍及分析

摘要：文章指出了移动终端的音频一致性在终端一致性测试中的重要性，简略介绍了TD-SCDMA、WCDMA、GSM三大制式的终端音频一致性测试标准、测试原理、系统及设备、测试项目，并对目前三种制式终端音频测试的所出现的问题进行了分析与总结。关键词：TD-SCDMA，WCDMA，GSM音频测试移动通信技术所具备的便宜性和快捷性，使得手机成为了人们日常工作生活的必备品。为了保证手机各项的性能符合国家通信标准，我国对在国内合法销售的手机要求进行终端进网检测。其中语音通信作为手机最基础也是最重要的功能，其语音发送和接收的质量问题是衡量手机质量最直观的因素，也是用户对手机是否满意的一个重要指标，因此手机音频一致性测试是终端整机一致性测试的重要组成部分。目前，我国所使用的移动通信制式一共有四种：TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000和GSM，除了CDMA2000终端，其他三补制式的终端都需要进行进网音频一致性测试。1移动终端音频一致性测试标准、测试原理、测试系统与设备和测试项目介绍1.1音频测试依据标准和测试原理移动终端的音频一致性测试相应的国际标准是3GPPTS26.131、TS26.132。根据该标准和我国的实际情况，中国通信标准化组织(CCSA)制定了我国的终端音频测试行业标准，即YD/T1538-2006《数字移动终端音频性能技术要求及测试方法》。此标准规定了终端进网检测时所应满足的各项音频性能指标，并依据此标准，制定各制式终端的测试项目。音频一致性测试原理如下。发送方向：音频分析仪将模拟音频信号通过仿真人工嘴发送至移动终端，终端的麦克接收该信号，并调制到高频传递给基站模拟器，基站模拟器接收此信号后，解调并还原成模拟信号，返回至音频分析仪。接收方向：音频分析仪将模拟音频信号发送至基站模拟器，基站模拟器接收该信号，并调制到高频传递给移动终端，终端接收此信号后，解调并还原成模拟信号，仿真人工耳从终端听筒接收此模拟信号并将其返回至音频分析仪。1.2终端音频一致性测试系统与设备音频测试系统由音频分析仪、无线终端综合测试仪、声学模拟设备以及消音箱或者消音室等组成，如图1所示。图1音频一致性测试系统框架目前音频测试广泛使用的音频分析仪包括B&KUPL16以及HeadAcoustics的MFE系列。无线终端综合测试仪方面，TD-SCDMA终端综合测试仪采用星河亮点SP6010，WCDMA和GSM终端综合测试仪采用罗德与施瓦茨公司(R&S)CMU200。声学模拟设备主要包括人工头、仿真人工耳和仿真人工嘴等，基本使用B&K和Head公司的产品[1]。人工耳根据耳承不同可分为Type1、Type3.2L(低泄露)、Type3.2H(高泄露)以及Type3.3和Type3.4，在TD-SCDMA终端一致性测试中可以使用除Type1之外各类型的耳承进行测试。消音设备主要有两种，即消音箱和消音室。1.3移动终端音频一致性测试项目对于不同制式的终端，其测试项目不完全相同，其中WCDMA和GSM终端各有6项，而TD-SCDMA终端有9项，具体如表1所示[2]。由于我国具有TD-SCDMA技术自主产权，因此在终端技术要求上有着更为严格的要求，其相应的音频一致性测试项目较WCDMA和GSM终端要多，从而为TD-SCDMA用户提供更优质的话音质量。表1移动终端音频测试项目测试项目说明WCDMAGSMTD-SCDMA发送响度评定值正常音量√√√接收响度评定值最小、正常、最大音量√√√空闲信道噪声发送方向：正常音量接收方向：正常和最大音量√发送灵敏度/频率响应正常音量√√√接收灵敏度/频率响应正常音量√√√侧音掩蔽评定值正常音量√√√声学回声控制正常音量√发送失真正常音量√√√接收失真正常音量√各测试项目的具体参数要求可参照YD/T1538-2006《数字移动终端音频性能技术要求及测试方法》，本文只介绍了音频测试中集中出现问题的响度评定值和发送频率响应，其他将不再一一列举，具体如下。·发送响度评定值(SLR：SendingLoudnessRating)技术要求：SLR=8±3dB发送响度评定值是一种基于客观单音测试的发送灵敏度的表示方法，这种测试表示收听者对话音信号的感受。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，可以使收听到的响度与被测语言通道的响度相等。·接收响度评定值(RLR：ReceivingLoudnessRating)技术要求：最小音量：RLR≤18dB通常音量：RLR=2±3dB最大音量：RLR≥-13dB接收响度评定值是一种客观单音测试的表示接收灵敏度的方法，这种测试表征收听者对话音信号的感受。·发送灵敏度/频率响应(SFR：SendingSensitivity/FrequencyResponse)技术要求：在上下包络线内，如图2所示。图2发送灵敏度/频率响应示意图发送灵敏度/频率响应是输入测试信号频率的函数，是指输出电平与输入声压之比。在100-4000Hz频段内，音频分析仪用1/12倍频间隔测试输出电平。·ReceivingSensitivity/FrequencyResponse(RFR)接收灵敏度/频率响应技术要求：在上下包络线内，如图3所示。接收灵敏度/频率响应是输入测试信号频率的函数，是指输出声压与输入电平之比。在100-4000Hz频段内，音频分析仪用1/12倍频间隔测试输出电平。2目前国内大制式终端音频测试现状分析虽然目前终端生产技术已经趋于规范化，但终端的音频性能仍存在一些问题。最主要集中在频率响应特性和响度评定值两个方面，即发送灵敏度/频率特性(SFR)、接收灵敏度/频率特性(RFR)、发送响度评定值(SLR)和接收响度评定值(RLR)。频率响应特性和接收响度评定值，与受话器的质量、声学腔的设计、手机的物理结构、手机的摆放位置、不同的测试模式和手机的基带电路等有关。由于影响频率响应特性的因素比较多，所以这一项指标相对其他指标更不易达标。大部分终端可以通过调整DSP上的FIR、IIR滤波器和基带增益来实现较好的一致性，但是由于音频电路和声学腔设计不合理，导致很难通过软件上的调测通过测试。因此，终端厂商应该在前期进行电路板和结构设计时提前考虑，不能完全依赖音频工程师在后期通过软件进行调整[3]。值得注意的是，在实验室按照标准要求对手机的接收响度评定值进行调整后，在手机上市前，终端厂商为了满足消费者对接收音量的要求，还要将接收响度重新调高，有的甚至需要调整10dB以上，给手机上市带来了一定的影响。图3接收灵敏度/频率响应示意图2.1接收响度调高原因分析在终端音频测试中，共有Type1、Type3.2、Type3.3、Type3.4四种人工耳，四种人工耳的差异，使其对终端的接收响度影响也各不相同。Type1仿真耳在测试过程中与手机手柄密切耦合，受话器发出的声音完全进入测量传声器，以比较小的声音就可以达到符合标准要求的接收响度评定值。Type3.2仿真耳在测试过程中有一定的泄漏，受话器发出的声音并没有完全进入测量传声器，其中高泄漏型仿真耳泄漏的声音分量要多一些。Type3.3仿真耳非常接近于人耳的形状和硬度，同时在测量过程中也有声泄漏现象，与人打电话时的情形非常相似。Type3.4仿真耳是在3.3耳上进行的简化，其硬度比人耳的大，形状比较平，测试过程中声泄漏量更大。在接收响度评定值的测量中，只计算测量传声器收到的声音信号，而不考虑泄漏出去的声信号。所以，测量时所用的仿真耳对测试结果的影响很大，为了满足标准规定的响度评定值的要求，泄漏量越大的仿真耳需要手机输出的声音信号就越大，那么用户听到的声音就越大，主观感受就越好。实际中，手机厂家声音信号达不到响度标准，所以在进网测试后要将音量调高。2.2终端音频性能差异分析目前进网测试中执行的标准是YD/T1538-2006《数字移动终端音频性能技术要求及测试方法》是2006年发布的，标准规定接收响度评定值为2±3dB，而不涉及测试所用的仿真耳。在标准中规定了4种仿真耳，并没有明确规定必须使用哪种型号的仿真耳，可以由厂家选择，所以在进网测试时，由于Type1无泄漏，为了调测方便，大部分厂家选择了Type1型，少数厂家会选择Type3.2型。同时，在企业内部质量控制方面，除少数大企业(NOKIA、MOTO、三星等)具备Type3.3和Type3.4的测试能力外，大部分国产厂家仍不具备更先进的测试能力，有些小品牌厂家甚至没有测试能力，进网测试是一回事，其后根本不做调整，完全由方案厂家提供的参数来决定。实际上，影响用户对声音品质的主观感受的因素除了音量之外，还有一些其他方面的因素，比如，环境条件、网络条件、背景噪声传输、声音的逼真度、声音的可理解性、以及用户的预期等多方面的因素，音量并不是最主要的因素，只在音量方面做改动，并不能提高整机的音频性能。目前，由于技术水平的限制，国内的生产厂家在语音质量的控制方面无法与国际大厂抗衡，只好从接收音量上找突破口，而这又正好迎合了中国消费者的使用习惯。我们经常见到这样的情景：一个用户正在用手机通话，握手机的方式不是按照常规的方法那样将手机的受话器贴在耳朵上，而是将手机偏离脸，或者将手机离开耳朵一段距离，当讲话时，再将手机的MIC靠近嘴唇位置，把一个具有双向通话功能的现代通信工具变成了对讲机。出现这种情况的原因就是因为手机的输出声音太大了，连打电话的人自己都会感觉不舒服。另外，在测试中也碰到过这样的情况：某国际品牌的手机和某国内厂家的手机使用的是同一平台，结果在做语音品质的测量时竟得到的结果相差甚远。经询得知，国内品牌的手机上没有加装环境噪声抑制软件，而这软件是要收费的，国内品牌的手机卖不到国际品牌手机的价格，所以就不愿安装改善语音质量的软件了。因此国产手机树立品牌，走向国际还需要不断提升自身的技术含量，不能只依靠价格优势来获取市场份额。3总结音频性能是影响主观感受的一项重要指标要求，通过一致性测试可保障终端最基本的童话质量。然而目前进行的终端音频进网测试仅能满足最基本的要求，而国外各大运营商也根据自己的企业标准在终端入库音频测试时，其测试项目更多、要求也更为严格。因此，我们也希望国内外的终端厂商加强终端音频技术方面的设计与研发，不要仅依赖于在软件参数上进行调整来通过目前的音频测试，这样才能为用户提供优质的话音服务。国内的厂家加大终端音频性能的提升力度，缩短与国