WCDMA語音異常問題深度分析

徐惠明

摘 要：WCDMA網絡中，語音通信的質量也是衡量網絡優劣的重要標準。文章對語音通信中出現的較為異常且極大影響用戶感受的網絡質量問題進行了深度分析，包括通話過程中出現的流水聲、雜音、單通及忙音等現象。文章主要針對其存在的一些問題進行簡要的分析與總結。

關鍵詞：WCDMA語音；存在問題；研究

1 語音傳遞相關過程

在WCDMA系統中，語音業務使用三個數據子流進行傳遞，RNC會針對這三個子流分配三個傳輸信道，分別對其進行加、解密，每個子流中的比特數對應為DCH傳輸塊大小，TTI為20ms，AMR語音子流的結構如表1。

表1

對于語音業務，在不通話期間為了防止給人以通話中斷的感覺，采取的措施是發送描述背景噪音的靜默幀（SID），在接收端根據靜默幀恢復出背景噪音。處理規則是：當檢測到語音靜默開始，后面連續7個20ms照舊發送語音幀，第8個20ms發送一個39比特幀，然后第9、10連續兩個20ms不發送數據，第11個20ms開始發送一個39比特靜默幀，然后連續7個20ms不發送幀，然后再發送一個39比特幀，以后都是每8個20ms中有一個39比特幀，直到在某個20ms中檢測到語音，立即停止DTX狀態，開始發送語音幀。可以通過下面的圖參考一下，每個格子代表20ms中發送的一個幀，在最前面檢測到語音靜默。如表2所示。

表2

注：S為正常語音幀；F為第一個靜默幀39bits；N為空幀0bit；U為更新的靜默幀39bits。

另外語音在傳遞過程中會在空口進行加密，加密過程會涉及加密算法中一些相關參數，這些參數的變化有時也會引起語音質量的問題。WCDMA的空口加密算法如圖1。

與完整性保護算法類似，CK由核心網在Security Mode Command消息中給出，并在終端和核心網中同時保存；COUNT-C由HFN和RRC消息的序號SN構成，而HFN從業務建立過程中RRC連接最后一條消息RRC CONNECTION SETUP COMPLETE消息中得到；DIRECTION為了避免上下行加密算法的輸入內容出現相同，上行設置為0，下行設置為1；LENGTH用于指示生成的Keystream的長度；BEARER是每個無線承載的標識，用于區別所有無線承載使用同一組加密參數；最終根據f8算法計算出一個結果，這個結果會應用于需要加密的數據從而完成加密過程。

其中COUNT-C的結構可以分為確認模式、透明模式和非確認模式三種情況，如圖2所示。

圖2

對于語音業務而言，其RLC層采用的是透明傳輸模式，COUNT-C共32位，低8位的CFN在UE和RNC的MAC-d中維護，高24位為HFN，會隨著CFN的周期而增長。

2 語音異常問題

2.1 由于加密不一致導致的流水聲問題

3GPP R99/R4、R5 200403之前協議對于TS25.331 8.6.4.3/8.6.6.28的描述本身存在缺陷：8.6.4.3描述HFN使用RB SETUP COMPLETE消息中CS域的START值初始化后直接使用；但是8.6.6.28描述HFN在使用RB SETUP COMPLETE消息中CS域的START值初始化后還需要加1后才使用。

If the IE "Downlink DPCH info common for all radio links " is included in a message used to perform a Timing re-initialised hard handover， and ciphering is active for any radio bearer using RLC-TM， the UE shall， after having activated the dedicated physical channels indicated by that IE： increment HFN for RLC-TM by '1'。

而對于RB DRD過程，R5版本前后分別屬于RB配置過程和硬切換過程，在R5版本前，在協議中，沒有明確這個過程是屬于RB階段還是硬切換過程，可是對于加密參HFN來說，在RB階段解密參數HFN不需要加1，而在硬切換過程中加密參數HFN需要加1，由于各個終端對協議理解上的不同，這里會出現終端和網絡側HFN不一致。有些廠商認為RB DRD階段是一個硬切換階段，所以HFN加1了，如果某些終端認為RB DRD過程是一個RB階段HFN不加1，導致終端和網絡側維護的HFN不一致，出現流水聲。由于各款終端和網絡側的實現不匹配、加密參數配置不一致導致的語音流水聲屬于協議本身的沖突，之后3GPP通過CR2284R1澄清，修改8.6.4.3描述，保持與8.6.6.28的處理一致，也就是說HFN加1后使用，來消除語音中流水聲的問題。

如下例中所示，R5版本之前的終端在RB建立過程中沒有對HFN進行加1，圖3。

圖4

2.2 由于傳輸時延導致的流水聲

語音業務通話過程中，由于IUB接口傳輸時延突發變大，造成大量下行數據幀延遲到達，并且落在NodeB的時間窗外，NodeB檢測到之后給RNC發送大量負的時間調整幀，使得RNC頻繁對所維護的下行CFN（Connection Frame Number）作調整，當下行CFN超過上行數據幀中使用的CFN一圈后，由于解密出現錯誤而導致語音流水聲問題。

所以對于同步系統而言，UE在物理信道重配置完成消息里攜帶的激活時間至少比UE發送時刻的CFN大200，并且是8的倍數。這主要是為了考慮到IUB口傳輸有較大的時延，有些終端可能沒有考慮到導致在IUB口有較大傳輸時延的情況下出現加密參數HFN網絡側和UE側維護的不一致，引入流水聲。

2.3 與終端兼容性問題導致單通和靜音

在擁塞小區用戶撥打非擁塞小區用戶過程中，如果小區打開AMRC功能，在擁塞的時候用戶接入會進行降速，以保證速率4.75kbps進行接入，這樣就會觸發高通某些老款終端的bug，高通會把速率低于10.2kbps時的語音數據從3個傳輸信道重配置至2個信道，但網絡側分配一直都是3個子流3個傳輸信道，這樣就會導致UE側MAC層接收數據包后出現異常，最終編解碼后表現為單通。

另外一種情況是高通某些版本終端在滿足AMRC條件時會發起上行速率調整，當RNC通過UU口發送TFC控制消息給UE要求其調整到目標速率時，RR/MAC層在向上層遞交消息的過程存在問題，導致UE在應用層按照12.2kbps的速率進行編解碼，但到了MAC層后卻會將12.2kbps的速率幀全部丟掉，最終出現靜音。

2.4 擾碼沖突導致流水聲

由于Node B鏈路的CFN是根據RNC下發參數frameoffset、chipoffset等計算出來的，NodeB在進行FP組包時獲取自己所維護的CFN值填入FP包中，RNC在進行多條鏈路的FP包合并時會根據該CFN進行合并。如果兩個更軟合并鏈路的幀偏移相差太大，會導致兩條鏈路CFN計算不一致，從而導致FP包中攜帶的CFN參數突變。

NodeB側CFN突變會引起以下兩個問題：RNC側的上行MDC合并根據CFN進行，異常的CFN導致合并失敗，從而引起丟包，由于是部分丟包，所以UE側的效果可能是噪音；RNC側的加解密參數HFN會根據CFN進行相應的變化（每個CFN周期255結束HFN遞增），異常的CFN導致異常的HFN，HFN錯誤就引起加解密錯誤，從而引起流水聲，而在正常情況下，兩條更軟合并鏈路的frameoffset應該是相等或只相差一的，由于frameoffset以及chipoffset是UE根據RNC所配鄰區的基準定時進行測量上報的，而擾碼則是UE區分小區的依據。如果出現擾碼沖突，UE測量時采用另一個相同擾碼小區的基準定時，不同基站之間的定時相差較大，這就會使UE上報與原鏈路相差較大的frameoffset以及chipoffset值，導致NodeB側CFN突變，進而引起流水聲。

2.5 其他原因導致的單通問題

掉話產生的假單通問題：通話過程中因為質量差，發生了一側掉話的情況，另一側需要等到手機一定時器超時才能釋放電路，此時該側用戶聽不到任何聲音，感覺象單通，實際為掉話；如果用戶不主動拆鏈，最終會產生掉話，大部分發生掉話的另一側用戶可能主動掛機。

手機電量低導致的單通情況：該影響產生的單通為電量低手機的通話對方；另外還可能導致掉話，一般電量低的客戶堅持一段時間后會主動關機。

Iu接口中繼鏈路問題：Iu 接口中繼鏈路如果存在問題（如：鴛鴦線問題）可以導致一個通話的來去兩路話音中，有一路可以送達對端，而另一路不能正確的送達對端，引起單通。通話過程中，呼叫切換時如果被分配到有問題的Iu接口中繼的時隙上，將導致該呼叫在通話中突然發生單通。這樣整個基站控制器管轄區域下將出現一定比率的單通。

上下行干擾問題：如果一個小區上行或下行受到嚴重干擾，那么呼叫切入時，就可能導致質量好的一個方向聽得到聲音，而質量差的另一個方向聽不到聲音，形成單通。當然，也有可能是在沒有任何切換的情況下，手機逐漸遠離基站或進入室內，接收電平變差，一個方向的接收質量先于另一個方向惡化，形成通話中的單通。

分布系統的干放引起的單通問題：分布系統的干放對分布系統覆蓋區域中所有的上行和下行信號進行放大，再傳送到基站。如果干放中的上行或下行放大器存在問題，或放大參數存在問題，將導致一個方向的信號被正常放大，而另一個方向的信號不能被相應正常的放大。呼叫切入時，將導致單通現象。

手機元器件問題：有些手機使用年限長了，一些電子元器件老化，可能導致通話時揚聲器不發聲或麥克風不傳聲的問題。這種問題如果在通話過程中發生，將導致通話中的單通現象。

其它的手機問題：現在網絡中手機的種類越來越多，由手機引發的問題也越來越多。部分手機的問題十分隱蔽，而且往往和特定的網絡功能有關，不容易查找。

用戶誤操作問題：有些高端手機，在通話時手機屏幕上有靜音按鈕（部分手機為觸摸屏手機），用戶在通話時容易不經意的碰到該鍵，引起單通。

3 結束語

本文旨在討論和匯總3G網絡相關語音類問題，其中涉及到流水聲、雜音、單通等現象，網絡中的這些現象在很多情況下會極大的影響用戶的使用感受，對品牌的提升和業務的正常使用產生較大的負面效果。文中所匯總的只是在現有經驗基礎上得出的相關結論，由于異常語音類問題涉及端到端的整個過程，定位和分析都極其復雜，因此不能排除本文之外的其他場景導致的異常情況的出現。在網絡發展過程中出現類似問題，本文可以為分析和解決問題提供一種思路。