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【摘要】在標準測試環境中測量手機通話語音質量，可評估手機抗擊信道衰落的能力。本文分析了在電磁混響室中測量手機終端通話語音質量測量結果的不確定度，分A類評定方法和B類評定方法進行評定，測量不確定度影響量包括四個主要因素：測量結果的重復性；直放站外接天線處的語音質量；混響室內攪拌槳的槳葉位置變化；語音質量測量試驗裝置測量準確度。

【關鍵詞】語音質量;測量標準不確定度;測量不確定度

引言

無線通信語音服務是現代社會中不可缺少的通信方式，其通話語音質量日益受到重視。無線鏈路質量是影響通話語音質量的關鍵因素，電磁混響室能夠穩定復現無線信道的時延擴展參數，構建了一個標準的無線鏈路質量測試環境。在電磁混響室中模擬真實場景下的信道衰落，可用于無線通信系統的設計，即通過測試的手段評估通信系統在模擬衰落信道下的通信質量，從而提出改進措施，最終提升通信系統在真實場景下的通信質量。湖南省計量檢測研究院研制了無線通信通話語音質量測量試驗裝置，通過測量在電磁混響室施加不同程度的多徑干擾下的通話語音質量變化情況，可以反映出被測手機抗擊信道衰落的性能，從而為改進和提升手機在真實場景下的通話語音質量而服務，具有較強的實用意義。其中，通話語音質量測量結果的不確定度評定，是該項測試工作中的重要環節。

1測量條件

在電磁混響室這一標準環境中，采用無線通信通話語音質量測量試驗裝置測量手機終端（三星SM-G360）的通話語音質量，分析和評定測量結果的不確定度。

1.1電磁混響室

電磁混響室是標準的鏈路質量測試環境，可穩定復現時延擴展參數。本測試所用混響室位于中國計量科學研究院昌平基地，內腔體凈尺寸為6.43m（長）×5.09m（寬）×5.57m（高）。混響室是強多徑干擾的電磁環境，通過放置吸波材料可降低多徑效應，通過在混響室中旋轉金屬攪拌漿可對多徑效應的影響進行平均，從而實現對時延擴展的控制。吸波材料由椎體組成，每個椎體的底面是邊長為6.8厘米的正方形，椎體高度為17.8厘米。1塊大尺寸吸波材料是由81個椎體組成的9×9的椎體陣。

1.2通話語音質量測量試驗裝置

無線通信通話語音質量測量試驗裝置（HNJL-VQM-1型）由湖南省計量檢測研究院研制，主要包括：移動通信直放站、筆記本電腦、語音測試盒以及語音質量測量軟件等。進行語音質量測試時，由計算機通過測試軟件控制主叫手機發出一個標準的聲音波形，經過GSM網絡到達被叫手機，測試軟件對收到的波形與發出的波形進行比較、計算后得出通話語音質量評估值。試驗裝置采用的算法為國際電信聯盟提出的語音質量感知評估（PerceptualEvaluationofSpeechQuality，PESQ）算法，語音質量得分范圍是-0.5至4.5分。在數字語音通信中，通常認為語音質量得分在4.0至4.5分之間為高質量數字化語音，接近于透明信道編碼。得分在3.5分左右，能感到通話質量有所下降，但不妨礙正常通話。得分在3.0以下，雖然有較高的可懂度，但自然度較差。

1.3測試環境搭建

通過移動通信直放站將GSM信號引入電磁混響室中，使得兩臺手機終端之間可進行語音撥打，從而可在電磁混響室模擬的不同程度的干擾環境中實現語音質量測量。設備連接見圖2，其中直放站與混響室中的發射天線相連。

2測量模型及不確定度傳播律

2.1測量模型

在混響室內測量語音質量時，由混響室的工作方式和物理特性決定，用攪拌槳多次旋轉后，在各個槳葉步進位置測量值的平均值來表征混響室內的語音質量測量結果。在本評定示例中，電磁混響室內放置1塊大尺寸吸波材料，攪拌槳轉動100次，每次轉動3.6°。攪拌槳每轉動一次后，連續測量語音質量20次并記錄。式中：Va——各個槳葉步進位置處語音質量測量值的平均值，本示例中100個位置處測量結果均值為3.797分；

2.2不確定度傳播律靈敏系數為：不確定度傳播律為：

3標準不確定度的來源及評定

標準不確定度來源包括：測量重復性引入的標準不確定度u(γ1)；直放站外接天線處的語音質量引入的標準不確定度u(γ2)；混響室內攪拌槳的槳葉位置變化引入的標準不確定度u(γ3)；語音質量測量試驗裝置測量準確度引入的標準不確定度u(γ4)。標準不確定度u(γ1)、u(γ2)、u(γ3)采用A類評定，標準不確定度u(γ4)采用B類評定。

3.1測量重復性引入的標準不確定度u(γ1)

電磁混響室內放置1塊大尺寸吸波材料，重復性條件下進行20次測量，所得數據見表1。單次測量的實驗標準差：式中，n為重復測量次數，V(i)為第i次測量的得分，E為n次語音質量測量得分的均值。對于單次測量結果，則有：將20次語音質量測量值取平均后，樣本均值的標準差（即測量重復性引入的標準不確定度）為：

3.2直放站外接天線處的語音質量引入的標準不確定度u(γ2)

將無線通信通話語音質量測量試驗裝置放置于電磁混響室外，直放站外接天線處。試驗裝置及手機終端連接通信運營商GSM網絡，進行通話語音質量測量，測量時間總計5小時，每隔5分鐘進行一組測量，總計進行了35組測量，在每一組測量中連續測量語音質量20次并記錄。混響室外語音質量測量結果統計見表2。表中，混響室外語音質量得分標準差按下式計算：式中，m為混響室外語音質量測量次數，V(j)為第j次測量的得分，Ey為混響室外共m次語音質量測量得分的均值。則有：

3.3混響室內攪拌槳的槳葉位置變化引入的標準不確定度u(γ3)

電磁混響室內放置1塊大尺寸吸波材料，攪拌槳轉動100次，每次轉動3.6°。攪拌槳每轉動一次后，連續測量語音質量20次并記錄。則不同槳葉位置的測量結果標準差為：將100個位置處語音質量測量值取平均后，樣本均值的標準差（即槳葉位置變化引入的標準不確定度）為：保留小數點后三位數字，取u(γ3)=0.002。

3.4語音質量測量裝置準確度引入的標準不確定度u(γ4)

進行測量時，語音質量測量試驗裝置采用的算法為PESQ算法，其語音質量測量值與實際主觀評估值的相關度為97%，則在3.8分測量點處的絕對誤差為：在區間內可認為服從均勻分布，包含因子k＝，則有：

4合成標準不確定度的評定

表3為標準不確定度一覽表。

5擴展不確定度

取包含因子k=2，則有：

6測量結果報告

電磁混響室內放置1塊大尺寸吸波材料時，語音質量測量結果為：

7總結

本文介紹了在電磁混響室中測量手機終端通話語音質量的測試方法，分析了測量不確定度來源和影響，給出了測量結果不確定度評定實例，為相關測試工作的開展提供了技術參考。

參考文獻

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[2]倪育才.實用測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社，2009

[3]王晶，謝湘，李婧欣，等.音頻質量評價標準研究[J].信息技術與標準化，2014（3）：39-42

作者：朱憲宇 熊婕 李慶先 劉良江 單位：湖南省計量檢測研究院