VoIP網(wǎng)絡(luò)中的傳真信號(hào)干擾分析與解決方案

劉聲權(quán)，侯小軍

（邁普通信技術(shù)股份有限公司 成都 610041）

VoIP網(wǎng)絡(luò)中的傳真信號(hào)干擾分析與解決方案

劉聲權(quán)，侯小軍

（邁普通信技術(shù)股份有限公司 成都 610041）

在基于IP的網(wǎng)絡(luò)中，IP傳真業(yè)務(wù)的使用越來(lái)越普遍，但是復(fù)雜的客戶環(huán)境也正影響著IP語(yǔ)音以及傳真業(yè)務(wù)的正常開(kāi)展。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中遇到的IP傳真干擾問(wèn)題，在深入分析問(wèn)題原因的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決方案，并且取得了良好的效果。

VoIP；傳真；IMS

1 前言

當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商通過(guò)部署IMS或者軟交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)固話業(yè)務(wù)，在基于IP的網(wǎng)絡(luò)中，IP傳真的使用越來(lái)越普遍。然而由于客戶環(huán)境的復(fù)雜性以及當(dāng)前日益流行的彩鈴業(yè)務(wù)，IP語(yǔ)音以及傳真不可避免地受到干擾，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致通話中斷，解決這個(gè)問(wèn)題無(wú)疑具有重要意義。

目前，由于VoIP正處于起步階段，同時(shí)IP電話彩鈴也不是很普及，因此還沒(méi)有任何廠家對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出系統(tǒng)性的解決方案，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)通常要求用戶將傳真機(jī)和電話機(jī)保持一定距離，或者直接將傳真配置為透?jìng)髂Ｊ健５莻髡嫱競(jìng)髂Ｊ娇垢蓴_性很差，受網(wǎng)絡(luò)影響較大，很容易造成傳真失敗，而且占用網(wǎng)絡(luò)帶寬也大幅增加。

2 IP傳真工作原理

傳真是近20多年發(fā)展最快的非語(yǔ)音電信業(yè)務(wù)，其將文字、圖表等記錄在紙面上的靜止圖像，通過(guò)掃描和光電變換變成電信號(hào)，經(jīng)各類信道傳送到目的地，ITU規(guī)定的傳真業(yè)務(wù)可分為如下種類。

（1）模擬傳真

·G1傳真（一類機(jī)），低速模擬傳真。·G2傳真（二類機(jī)），中速模擬傳真。

這類傳真機(jī)已經(jīng)基本停止生產(chǎn)與使用。

（2）數(shù)字傳真

·G3傳真 （三類機(jī)）。高速數(shù)字傳真，主要使用在PSTN和PLMN（公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)），調(diào)制信號(hào)在調(diào)制處理前采取措施減少報(bào)文信號(hào)中的信號(hào)冗余度,并能在1min內(nèi)經(jīng)電話電路傳輸一頁(yè)ISOA4幅面的典型文字內(nèi)容。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ITU-TT.4與T.30。G3傳真是目前最主流的技術(shù)與終端形態(tài)

·G4傳真 （四類機(jī)）。高速數(shù)字傳真，主要使用在ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)），采用數(shù)字基帶傳輸，對(duì)發(fā)送前的報(bào)文信號(hào)采取措施減少其信息冗余度。經(jīng)過(guò)調(diào)制處理,也可用在PSTN。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ITU-TT.6。G4傳真機(jī)成本高、機(jī)種少。

圖1 T.38建議體系結(jié)構(gòu)

（3）IP 傳真

·實(shí)時(shí)傳真。實(shí)時(shí)傳真采用ITU的T.38標(biāo)準(zhǔn)，與存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式IP傳真不同，是一個(gè)端到端的傳真會(huì)話，并且收發(fā)兩個(gè)傳真機(jī)是同時(shí)完成工作的。

·存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳真。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳真采用ITU的T.37標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了通過(guò)電子郵件發(fā)送存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳真的有關(guān)規(guī)定。

目前IP傳真使用的典型協(xié)議是T.38，T.38協(xié)議是通過(guò)IP網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)G3傳真的通信規(guī)程，對(duì)在IP網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)G3傳真所采用的通信方式、報(bào)文格式、糾錯(cuò)方式以及部分通信流程均作了描述和規(guī)定。T.38傳真的呼叫控制可以采用SIP、H.323等協(xié)議，T.38建議參考的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從體系結(jié)構(gòu)可以看出，兩個(gè)G3傳真終端之間遵循T.30傳真通信規(guī)程。一個(gè)典型的T.30傳真過(guò)程如圖2所示。

當(dāng)加入T.38 Gateway（網(wǎng)關(guān)）以后，網(wǎng)關(guān)在不同階段根據(jù)收到的T.30消息通過(guò)協(xié)議(如SIP)在收發(fā)雙方之間進(jìn)行協(xié)商，以便能建立一條適合傳送T.38傳真信號(hào)的通路。T.38傳真過(guò)程如圖3所示。

圖2 T.30傳真過(guò)程

3 IP傳真存在的問(wèn)題

VoIP網(wǎng)關(guān)處理語(yǔ)音或者傳真信號(hào)的功能如圖4所示。

語(yǔ)音或者傳真信號(hào)經(jīng)過(guò)Codec（編解碼）的A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入DSP進(jìn)行編碼處理，編碼后的數(shù)據(jù)再通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送到對(duì)端網(wǎng)關(guān)，然后在對(duì)端網(wǎng)關(guān)進(jìn)行解碼以及D/A轉(zhuǎn)換。

理想狀態(tài)下，傳真和語(yǔ)音業(yè)務(wù)相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響。但是實(shí)際應(yīng)用中，由于客戶使用環(huán)境的影響，傳真會(huì)干擾語(yǔ)音業(yè)務(wù)，如當(dāng)某個(gè)用戶正在通話時(shí)，同辦公室剛好有人要傳真，或者當(dāng)前流行的彩鈴音甚至是環(huán)境噪聲中正好包含了傳真信號(hào)中的V21前導(dǎo)信號(hào)(信號(hào)頻率為2100 Hz)。V21前導(dǎo)信號(hào)通常用于識(shí)別傳真接收方屬性，ITU-T標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該前導(dǎo)信號(hào)持續(xù)時(shí)間不得低于2.6 s并且不大于4 s。如果這個(gè)信號(hào)被正在通話的用戶話筒拾取到，會(huì)經(jīng)過(guò)Codec進(jìn)入DSP進(jìn)行編碼，而DSP一旦檢測(cè)到V21信號(hào)，就會(huì)通知協(xié)議層進(jìn)行傳真協(xié)商，協(xié)商成功后進(jìn)入傳真過(guò)程，這樣原來(lái)的語(yǔ)音通話就會(huì)被中斷。

基于以上分析，問(wèn)題的產(chǎn)生主要是由于缺乏一種有效的傳真信號(hào)確認(rèn)機(jī)制，從而導(dǎo)致一些干擾信號(hào)影響正常的語(yǔ)音通話。因此如果能找到一種有效的方法，既能屏蔽干擾信號(hào)，又不至于造成傳真過(guò)程延遲過(guò)大，對(duì)解決這個(gè)問(wèn)題以至于提高VoIP網(wǎng)關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量是非常具有實(shí)用價(jià)值的。

4 解決方案

針對(duì)上述傳真問(wèn)題的屬性以及考慮到客戶實(shí)際使用效果，解決方案應(yīng)具有兩個(gè)特點(diǎn)：能有效屏蔽干擾信號(hào)、對(duì)正常傳真過(guò)程的影響最低。

圖3 T.38傳真過(guò)程

圖4 VoIP網(wǎng)關(guān)基本功能

本文針對(duì)上述問(wèn)題從統(tǒng)計(jì)學(xué)原理角度提出一個(gè)解決方案。在某個(gè)端口檢測(cè)到傳真CED/V21信號(hào)后，先查找一下此端口是否有成功傳真的先例（通常傳真機(jī)都是固定接在某些端口下面）。

（1）如果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有傳真成功的先例(也許是傳真機(jī)初次接入)，那么檢測(cè)到的信號(hào)先不作處理，軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到連續(xù)檢測(cè)到3次CED/V21信號(hào)，才進(jìn)行下一步處理（如果是干擾信號(hào)的話，這樣可以過(guò)濾很多干擾），從而啟動(dòng)一個(gè)真正的傳真過(guò)程，傳真成功后將CED/V21信號(hào)的電平作為一個(gè)有效電平保存下來(lái)。

（2）如果發(fā)現(xiàn)該端口有傳真成功的先例，那么將CED/V21信號(hào)電平和原來(lái)保存的有效電平進(jìn)行比較，如果兩個(gè)電平誤差在3 dB以內(nèi) （可以有效過(guò)濾通過(guò)環(huán)境因素導(dǎo)入的干擾信號(hào)），同時(shí)先后檢測(cè)到CED以及V21信號(hào)（可以過(guò)濾彩鈴中的干擾信號(hào)）時(shí)，才直接將該V21信號(hào)當(dāng)成有效信號(hào)進(jìn)行處理，啟動(dòng)傳真過(guò)程。如果誤差超過(guò)這個(gè)門限，則啟動(dòng)步驟（1）中的流程。傳真成功后，將CED/V21信號(hào)的電平和原來(lái)保存的有效電平進(jìn)行加權(quán)平均。

軟件上需要對(duì)CED和V21信號(hào)分別進(jìn)行處理。處理流程如圖5、圖6所示。

具體實(shí)現(xiàn)方法描述如下。

圖5 CED信號(hào)處理

圖6 V21信號(hào)處理

如圖5所示，某個(gè)端口N檢測(cè)到CED信號(hào)（傳真接收方先發(fā)起傳真請(qǐng)求）后，系統(tǒng)首先查找該端口是否有成功傳真的記錄。一旦發(fā)現(xiàn)有成功傳真的記錄，將當(dāng)前檢測(cè)到的CED信號(hào)的電平值CLn1和系統(tǒng)記錄中該端口的有效電平CLn0進(jìn)行比較，如果CLn1比CLn0小3 dBm及以上(該值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置，缺省設(shè)置為3 dBm)，那么不記錄CED信號(hào)，作無(wú)效處理，否則記錄cedFlag為True。

如圖6所示，端口N通話開(kāi)始時(shí)，先將V21檢測(cè)計(jì)數(shù)器v21Cnt清零。當(dāng)端口檢測(cè)到V21信號(hào)后，系統(tǒng)再次檢查該端口是否有成功傳真的記錄。按以下步驟進(jìn)行處理。

步驟1：如果發(fā)現(xiàn)有記錄，則比較當(dāng)前V21信號(hào)電平VLn1和記錄的有效電平VLn0。

步驟1.1：如果VLn1和VLn0差值在3 dBm及以上（該值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置，缺省設(shè)置為3 dBm）。如果是本次呼叫首次檢測(cè)到V21,記錄檢測(cè)時(shí)間戳，同時(shí)將v21Cnt加1；否則用當(dāng)前V21時(shí)間戳和上一次檢測(cè)到V21信號(hào)時(shí)的時(shí)間戳進(jìn)行比較，如果時(shí)間間隔超過(guò)8s（正常傳真V21信號(hào)的時(shí)間間隔不超過(guò)4 s），那么設(shè)置v21Cnt=1；如果v21Cnt=3，則表示該端口收到一個(gè)有效的傳真信號(hào)V21，因此設(shè)置 v21Flag為 True，并記錄 V21信號(hào)電平VLn1，啟動(dòng)一個(gè)有效的傳真過(guò)程。

（1）如果傳真成功，將VLn1和VL0進(jìn)行加權(quán)平均，用加權(quán)平均值更新VLn0，CLn1和CLn0進(jìn)行加權(quán)平均，更新CLn0。

（2）如果傳真失敗，那么直接丟棄VLn1以及CLn1電平值。

步驟1.2：如果VLn1和VLn0差值在3 dBm以內(nèi)，那么檢查該端口cedFlag是否為True，如果為True，則直接啟動(dòng)一個(gè)傳真過(guò)程，轉(zhuǎn)入步驟（1）或者（2）；如果為 False，則轉(zhuǎn)入步驟1.1。

步驟2：如果發(fā)現(xiàn)該端口沒(méi)有成功傳真的記錄，那么轉(zhuǎn)入步驟1.1。

通過(guò)上述處理，網(wǎng)關(guān)傳真功能的健壯性得到加強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)取得更好的客戶體驗(yàn)效果。該方案在IP網(wǎng)關(guān)實(shí)施后，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，達(dá)到如下效果。

（1）由于彩鈴信號(hào)中的CED和V21信號(hào)沒(méi)有同時(shí)出現(xiàn)，因此此方案有效屏蔽了彩鈴信號(hào)的干擾。

（2）鄰近傳真機(jī)的傳真干擾信號(hào)進(jìn)入普通電話機(jī)話筒時(shí)，普通電話機(jī)所接端口沒(méi)有任何成功傳真記錄，因此v21Cnt計(jì)數(shù)有效屏蔽了這類干擾。實(shí)際測(cè)試這類干擾v21Cnt計(jì)數(shù)通常只能達(dá)到1。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)中的傳真問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了解決方案。利用傳真的V21信號(hào)的重傳機(jī)制過(guò)濾彩鈴中不規(guī)律的干擾信號(hào)，利用CED、V21信號(hào)電平的統(tǒng)計(jì)特性過(guò)濾環(huán)境因素造成的干擾。通過(guò)分析，只有第一次傳真時(shí)需要3次確認(rèn)傳真信號(hào)，造成傳真接續(xù)稍微有點(diǎn)慢，對(duì)后續(xù)傳真沒(méi)有影響，方案切實(shí)可行。隨著VoIP的普及，這個(gè)問(wèn)題真正引起大家的重視后，應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)其他更好的解決方案。

1 ITU-T Recommendation T.38.Procedures for real-time group 3 facsimile communication over IP networks,1998

2 Gonzalo Camarillo， MiguelA Garcia-Martin.The 3G IP multimedia subsystem：merging the Internet and the cellular world.Wiley,2006

Analysis and Solution of Fax Signal Interference Over VoIP

Liu Shengquan，Hou Xiaojun
（Maipu Communication Technology Co.,Ltd.,Chengdu 610041,China）

As the new application of one traditional service on the IP network,IP fax is being widely used.However,VoIP and fax are interfered by the complexity of the customer environment.This article provides a solution based on thoroughly having analyzed the interferential causation of IP fax encountered on the customer environment,and obtaines better effect on putting into practice.

VoIP,fax,IMS

2011-05-30)