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电话机国标中的响度评定值和电磁兼容性技术要求分析(上)陈松青摘要本文对响度评定值的含义和技术要求，电磁兼容性的含义，电话机电磁兼容性标准，及电磁兼容限值进行了讨论。 电话机国家标准GB/T1527994自动电话机技术条件已发布，该国标自1996年8月1日正式实施以来，对标准的适用性和电话机的质量提高都起了很大的促进作用，在实施过程中由于将原国标中的客观参考当量过渡到响度评定值，改变了测试方式，同时新国标中增加了电磁兼容性条款，因而引起通信业内和电话机制造厂家的关注，现就有关电话机的响度评定值和电磁兼容性技术要求与大家共同讨论，以期取得共识。一、关于响度评定值1、响度评定值取代客观参考当量的必要性。响度当量是响度损耗的单位，是电话机也是整个电话连接的重要传输参数，收听人收听到的语音信号的响度取决于讲话人发出的声压高低，以及连接的全程响度损耗。在ITU的历史上，响度当量几经变迁，从最早的标准电缆长度，到使用了很长时间的参考当量，经修正参考当量的过渡，到目前决定使用响度评定值，经历了一个变革过程。参考当量之所以被响度评定值取代，是由于它的相加性和线性不佳，实际的(无失真的)传输损耗增量不能通过参考当量的等增量反映出来，损耗增加10dB只造成参考当量增加大约8dB；参考当量的测量重复性又很差，给精确严密的网络规划带来困难，造成规划值与网络实际的差异。我国以前的电话机国家标准都以客观参考当量为标准，类似于国际上很多国家使用 OREMB测试方法，但头型位置又不一样，使我国的电话机响度标准与国际上无法比较(特别是发送和侧音参考当量)。另一方面，由于传输规划和话机标准所采用的主客观参考当量之间有差异，且随话机特性而变化，很难用简单的修正关系来弥合。因此，解决这一困境的唯一办法是尽快实施从参考当量向响度评定值的过渡，即传输规划和话机标准采用统一的响度评定值标准。采用响度评定值作为网络规划和电话机传输性能的响度当量，可以在很大程度上克服参考当量的缺点，同时，不论用主观测试、基于灵敏度/频率特性的计算，还是用客观仪表测得的响度评定值的数值都应该相同。响度评定值与参考当量的主观测量都是以参考系统为基准，以插入损耗的方法进行等响比较来试验，插入这些损耗后可以使由基准系统收听到的响度与被测语音通道的响度相等，然后由插入损耗量来确定响度评定值和参考当量。但由于主观参考当量测试用的NOSFER基准系统是一个宽带系统，不能完全反映电话连接的实际情况，而响度评定值测试用的IRS基准系统是窄带系统，与实际情况比较接近，同时由于主观参考当量测试采用等响比较，使在不同声级比较，测试误差小，测量结果的重复性好。因此，采用响度评定值评价电话连接系统的响度损耗是合理的。从客观测量的角度看，由于目前数字化仪表的出现，响度评定值与参考当量都是根据本地电话系统的灵敏度/频率特性计算而来，这样可以减少响度评定值与参考当量之间的差别，以取得满意的灵活性，使得现有的测试仪表在经过适当的调整后(测试软件也要作修改)，可以满足响度评定值测试的需要。但是，在考虑采用响度评定值时，要以新的国际建议为标准，致力于网和电话机性能的进一步改善。在响度评定值标准中采用侧音掩蔽评定值(STMR)而不是侧音响度评定值，就是因为考虑到它与侧音参考当量之间有着较大的区别。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：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；通过人头中的骨骼结构形成的发话侧音；通过到达耳朵的声通道，包括耳承与人耳接口处的声泄漏；通过沿手柄的机械通道。我们把这些侧音通道分为两种：与是电话侧音通道，与是人体侧音通道。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(STMR)，是与侧音的主观效果符合得最好的评定方法，侧音参考当量则没有考虑到人体侧音的掩蔽效果。从以上的分析我们可以看出，客观侧音参考当量与侧音掩蔽评定值之间没有简单的转化关系。从参考当量过渡到响度评定值，意味着网络和电话机传输性能的改善。2、响度评定值的技术要求电话机新标准GB/T1527994中对电话机的发送响度评定值(SLR)、接收响度评定值(RLR)、侧音掩蔽评定值(STMR)的要求如表1所示。发送和接收频率响应曲线的容限也分别参见GB/T15279中的图1和图2。测试用仿真耳为IEC318耳，测试频响曲线时采用1/12倍频程频率序列中的中心频率。测SLR和RLR时，测试频带为2004000Hz；测STMR时，测试频带为1008000Hz。表1电话机新标准用户线长度指标项目0Km(dB)5Km(dB)发送响度评定值(SLR)接收响度评定值(RLR)侧音掩蔽评定值(STMR)2-8312-110现行的电话机国标中以客观参考当量为基准，电话机生产厂家对它与响度评定值之间的关系很感兴趣，从对我国网上使用的主要话机的统计结果来看，响度评定值与客观参考当量之差如表2所示。表2差值(dB)标准偏差O(dM)发送系统0.82接收系统-3.51.291.17但是值得注意的是，以上关系仅反映五年前我国网上主要话机的平均关系，可以作为标准修改的总体参考数据，而对特定型号的话机，可以在测量多部后确定修正关系，这也是用现有的客观参考当量测试仪表估计特定型号电话机响度评定值的权宜之计。当采用新国标后，对电话机的技术要求和测试方法都不同于以往的客观参考当量的测试，响度评定值的测试必须采用具有响度评定值测试性能的电声测量仪表来进行，同时在电话机的电路设计时也应作适当的调整。新国标采用响度评定值后，电话机在5Km用户线条件下的发送响度评定值要不大于12dB,而从表2所见，对各种话机的平均发送响度评定值和客观发送参考当量之间的差异并不大，因此，电话机的发送灵敏度大约要提高3dB，才能满足新国标的要求。另外电话机的生产厂家在制定企业标准或确定内控指标时，必须考虑到测试仪表和测试人员造成的测量结果的误差和电话机在各种不同环境条件下特性的变化等因素，相对于12dB的国标要求必须有一定的富余量。标准规定0Km和5Km用户线条件下发送响度评定值的差值有10dB，对于具有发送灵敏度自动调节功能的电话机，保证0Km和5Km用户条件下发送响度评定值之差不超过5dB，那么要满足0Km用户线条件下发送响度评定值不小于2dB是不困难的。电话机的发送灵敏度频率特性曲线，新国标中的限框与原来测量客观参考当量时的要求相同，因此对大部分话机来说要符合新国标的要求也是可以很容易做到的。建议在高于3.3KHz的频率下，发送频响应具有陡降特性，例如大于26dB/oct，这样对改善侧音掩蔽评定值的指标将会有好处。从表2中我们可以看出，客观接收参考当量和接收响度评定值的平均差值为3.5dB左右。电话机的客观接收参考当量的指标定为：0Km时，-5dB；5Km时，2dB，差值为7dB；而接收响度评定值的指标定为0Km时，-8dB;5Km时，-1dB,差值也为7dB。因此，对大多数的话机而言，不作修改即可以满足新国标对接收响度评定值的要求。但是对于接收参考当量在0Km下比较低，例如-5dB左右，而0Km和5Km两种情况下的接收参考当量之差又比较大的电话机，必须在自动增益控制电路上下功夫，以使0Km和5Km两种情况下的接收响度评定值都能满足国标要求。用IEC318耳测客观接收参考当量时频响曲线限框严格，因此对受话器的挑选要严格一些，以装在电话机中测出的频响曲线为准。采用侧音掩蔽评定值代替侧音参考当量，可以更合理的反映电话用户对侧音的主观意见。前面曾经提到，侧音通道分为人体侧音通道和电话侧音通道，侧音掩蔽评定值则是把人体侧音信号当作掩蔽阈来考虑的一种方法，而人体的掩蔽作用主要在低频部分。因此，控制电话侧音通道中较高的频率(1000Hz)对保持在噪声较大或长线电话连接下的良好的通话条件是非常重要的，要求侧音频响曲线随着频率的升高应有一下降趋势，这样能较好地满足STMR指标的要求。同时应注意到长用户线时侧音掩蔽评定值的测量方法对终端阻抗的要求不同于现行国标中规定的长用户线时侧音参考当量的测量。在长用户线侧音参考当量测试时，终端阻抗是：用户线+馈电桥+仿真中继线+馈电桥+用户线+600电阻；在长用户线侧音掩蔽评定值测试时，终端阻抗是：用户线+馈电桥+600电阻，因此在调整电话机的侧音平衡网络时应考虑到这一测试条件的改变。目前，大多数电话机中都具有自动增益控制功能，而电话机的灵敏度自动调节是根据回路电流的大小来进行的。新国标中，采用48V，2200馈电桥，这样在0Km用户条件下，回路电流可以达到80mA左右，而在5Km用户条件下，回路电流为30mA左右(在原60V，2馈电桥的情况下，0Km时的回路电流为50mA左右，5Km时的回路电流为27mA左右)，采用新国标后，0Km和5Km两种情况下的回路电流之差将加大，因此，自动增益控制电路的灵敏度要相对减小一些，以满足不同用户线条件下的SLR和RLR的指标要求，同时也不致使反馈电路的反馈太深而影响电话机的非线性失真指标。移动终端音频标准的分析摘要目前，涉及到移动电话机音频的相关标准有3GPP TS51.010，3GPP TS26.131和3GPP TS26.132。本文对这几个标准进行了详细的分析，并给出了具体测试时应该参照的依据。 关键词3GPP TS51.010 3GPP TS26.131 3GPP TS 26.132 1、引言 目前，国际上涉及到移动终端音频的相关标准有3GPP TS 51.010GSM/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移动台的音频性能做出了规定。3GPP TS26.131电话终端的声学特性；要求和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正在制定中，目前还没有版本公布。本文只讨论GSM/GPRS，WCDMA的音频性能。其中，3GPP TS51.O1O第30部分又分为前、后两部分对音频指标进行了描述。3GPP TS26.131和26.132提到的音频指标是一一对应的，区别是3GPP TS26.131是技术规范，而3GPP TS26.132是对应的测试方法。 2、标准介绍 2.1标准的版本及冻结日期 标准中对于不同版本的手机，其指标要求也不尽相同。版本及其冻结日期如表1所示，其中3GPP TS11.10已经被3GPP TS51.010完全替代，即51.010是11.10的后继标准，51.010中提到的Release99是11.10的Release99版本。 表1标准版本及其冻结日期另外，3GPP TS26.132的Release 5与Release 4相比，只是增加了宽带电话的相关测试内容，其它的内容完全相同。 2.2标准的指标及适用范围 3GPP TS 51.010 S30对于音频指标的描述分为两个部分：前半部分(30.1-30.11)和后半部分(30.12-30.19)。前后两部分最大的不同就是适用的手机版本不同，标准涉及到的指标及适用的版本如表2所示。其中： 表2标准指标及适用范围(1)表2的第一列，是对TS51.010 s30的前半部分的规定，除了接收失真、侧音失真、空闲信道噪声发送方向和接收方向这4项指标对版本没有要求之外，其它指标都提到了适用于TS51.010的R99之前的版本及R99版本。 (2)表2的第二列，是对TS51.010 s30的后半部分的规定，其中规定的9项指标均适用于TS51.010的R4版本及R4之后的版本。 (3)表2的第三列，是对TS26.131和26.132的规定，其中规定的12项指标对版本没有要求。 2.33GPP TS51.010 s30(30.1-30.11) 3GPP TS51.010 s30前半部分提到的音频指标有16个，分别是：发送灵敏度/频率响应、发送响度评定值、接收灵敏度/频率响应、接收响度评定值、侧音掩蔽评定值、受话者侧音评定值、回声损耗、稳定度储备、发送失真、接收失真、侧音失真、带外信号抑制发送方向和接收方向、空闲信道噪声发送方向和接收方向、环境噪声抑制。 在标准中，接收失真、侧音失真、空闲信道噪声发送方向和接收方向这4项指标的测试方法和测试要求，对手机的版本没有要求，即对于表2中提到的各个版本都适用；但在其它指标的定义和应用部分都提到了只适用于截止到Release 99的GSM 400，GSM 700，GSM 850，GSM900。DCS 1800和PCS 1900手机。这说明其他12项指标的测试方法和测试要求对于Release99之后的手机不适用，Release 99之后的手机的音频性能应该参照到哪个标准，3GPP TS 51.010 s30的后半部分给出了说明，即对于Release99之前(含Release99)的手机其音频标准应参照30.1-30.2，而对于Release99之后的手机其音频性能应依据30.12-30.19。 标准中有如下规定：当测试中需要使用人工耳时，对于Release4和Release4之前的手机应该采用ITU-T建议P.57中规定的Typel仿真耳。如果终端厂家有要求，也可以使用ITU-T建议P.57中规定的Type3.2仿真耳。在这种情况下，应该符合以下要求： (1)Type3.2仿真耳的低泄露类型和高泄露类型都可以采用； (2)施加在仿真耳上的力应该满足ITU-T建议P.57中的要求； (3)按照ITU-T建议P.57中的要求，声压的测量应该参照到耳参考点(ERP)处；如果终端厂家有要求，参照到耳鼓参考点(DRP)处亦可； (4)在计算接收响度评定值(RLR)时，不考虑泄露修正，即将泄露修正因子Le置为0。 如果终端厂家有要求，还可以使用ITU-T建议P.57中规定的Type3.3或者Type3.4仿真耳。 标准中还明确提到，对于Release4或者其后版本的移动台的STMR的测量，应该使用Type 3.2低泄露人工耳进行。对于Release 4的移动台，也可以使用Type 1仿真耳。 Release 99及其之前的GSM手机的STMR值为13+/-5dB。 对以上仿真耳的使用总结为：对于Release4的移动台，既可以采用Type 1仿真耳进行测量，也可以采用Type3.2仿真耳进行测量，这可以根据厂家的要求来定。产生这一问题的主要原因是：随着技术的发展，Type 3.2仿真耳的成熟，国际标准推荐采用更符合现实使用情况的Type 3.2仿真耳，但是同时也要考虑对Type 1仿真耳的兼容性。 2.43GPP TS51.010 s30(30.12-30.19) 3GPP TS51.010 s30后半部分提到的音频指标有9个，分别是：发送灵敏度/频率响应、发送响度评定值、接收灵敏度/频率响应、接收响度评定值、侧音掩蔽评定值、回声损耗、稳定度储备、发送失真、环境噪声抑制。 在对每一项指标的定义和适用范围部分，无一例外都提到了测试要求和测试方法适用于Release4或其后版本的支持全速率语音的GSM 400，GSM 700，GSM 850，GSM 900，DCS1800和PCS 1900手机。在针对RF的测试中，对于一致性要求、测试过程和测试要求都参照了3GPP TS26.131，对于测试方法，参照到了3GPP TS26.132。也就是说，对于Release 4或其后版本的GSM/GPRS手机终端，对音频的性能只有这9项要求，具体每一项指标在RF模式下的具体要求参照3GPP TS26.131和26.132的内容。 在接收灵敏度/频率响应的一致性要求和测试要求中对不同的人工耳的类型进行了如下区分： (1)当采用Typel人工耳进行测量时(只针对Release4手机)，接收灵敏度/频率响应应在表3给出的容限范围内。在对数(频率)/线性(dB灵敏度)坐标上，对表中的间断点之间画直线得到一个框罩，测试结果应落在框罩内。 表3采用Typel人工耳测量容限范围(2)当采用Type 3.2人工耳进行测量时(Release4或之后的手机)，接收灵敏度/频率响应应在表4给出的容限范围内。在对数(频率)/线性(dB灵敏度)坐标上，对表中的间断点之间画直线得到一个框罩，测试结果应落在框罩内。 表4采用Type3.2人工耳测量容限范围即使用不同的人工耳进行测量时，接收灵敏度/频率响应的曲线框罩也是不同的，即对于Release4的手机，Typel人工耳和Type3.2人工耳都可以采用；而对于Release 4之后(不包括Release 4)的手机，推荐使用Type3.2人工耳。 对STMR的指标要求，Release 4及其之后的GSM手机和3G手机的STMR值为18+/-5dB。 从Release 4开始，在标准的附录中都提到了对于终端的声学要求和一致性已经在3G和GSM之间得到了融合和统一。因此，作为TS51.010标准中的Release 4，GSM/GPRS移动台应该按照TS26.131和26.132进行测试。换句话说，对于Release4及其之后的GSM/GPRS移动台的音频性能，如果在DAI模式下进行测试，则继续参照TS51.010。如果在RF模式下进行测试，其参照标准应该为TS26.131和26.132。 2.53GPP TS26.131和26.132 3GPP TS26.131和26.132提到的音频指标有12个，分别是：发送灵敏度/频率响应、发送响度评定值、接收灵敏度/频率响应、接收响度评定值、侧音掩蔽评定值、声学回声控制、稳定度储备、发送失真、接收失真、空闲信道噪声发送方向和接收方向、环境噪声抑制。比3GPP TS51.010 s30后半部分多了接收失真，空闲信道噪声发送方向和接收方向3项，在3GPP TS 51.010 s30前半部分对这3项指标描述中没有提到对版本的要求，也就是适用于任何版本的GSM/GPRS移动台。在3GPP TS26.131和51.O1O s30前半部分标准中，对这3项指标的要求是相同的。因此，这3项指标加上3GPP TS51.010 s30后半部分的9项指标共12项正好与3GPP TS26.131和26.132的12项指标一一对应。 有4项指标，在3GPP TS51.010 s30前半部分提到过，但是在3GPP TS26.131和26.132中未提到，分别是受话者侧音评定值、侧音失真、带外信号抑制发送方向和接收方向。一方面，在3GPP TS51.010 s30前半部分中，对这4项的初始条件的要求都是在DAI模式下进行测试的。而3GPP TS 26.131和26.132中规定只在RF模式下进行测试。另一方面，当用户在收听时，外界噪声到达ERP(耳参考点)，采用带泄漏的仿真耳已经无法对受话者侧音评定值进行精确计算；随着DSP技术的发展，侧音失真对语音质量的影响已经微乎其微，带外信号对带内信号的影响非常小，带外信号抑制发送方向和接收方向也可以忽略不计了。因此，在3GPP TS26.131和26.132中，没有包含这4项。 由于3GPP TS26.131和26.132中的项目都是通过无线接口进行测试的，因此语音编解码器、回声消除器、噪声抑制器等会影响到测试结果。 标准中有如下规定：移动终端的音频性能测试可以通过HATS或者LRGP来实现。其中，HATS在ITU-T建议P.58中规定，合适的仿真耳(Type 3.3或者Type 3.4)在P.57建议中规定，手柄的安放位置在建议P.64中规定。LRGP在ITU-T建议P.64中规定，合适的仿真耳(Type 3.2)在P.57建议中规定。也就是说，在3GPP TS26.131和26.132中，根本就没有提到Type 1仿真耳的使用。笔者认为，Type 1人工耳采用的是一种完全耦合型的测量，只是一种理想状况，在实际使用中根本不可能实现，所以采用了更接近现实使用情况的Type3.2，Type3.3，Type3.4。 3、结束语 目前，在GSM/GPRS移动电话机的进网测试中采用的是YD/T 12152002900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务(GPRS)设备测试方法：移动台，但是实际测试中也参照相关的国际标准和建议(如3GPP TS51.010，3GPP TS26.131，3GPP TS26.132，ITU-T P.51，P.57，P.64，P.76等)的最新版本，以保证实验室的测试技术和测试能力与国际保持一致。 对于手机设计厂家而言，如果是委托测试，那么实验室可以按照厂家的要求来参照标准的某一版本进行测试。如果是进网测试，建议在参照国际最新标准和建议的同时，严格按照YD/T 1215对手机进行设计和研发。