一種基于電話終端的寬窄帶自適應方法

鄧勇

摘要：惡劣的線路環境是電話通信的最大障礙，迫切需要安全可靠、適應性強的電話終端，為用戶提供穩定優質的呼叫連接服務。通過對語音通信網絡寬窄帶切換的研究，設計了一種支持寬窄帶自適應的電話終端實現方案。在呼叫控制中心采用號碼綁定機制，保證寬窄雙線接入網絡，利用鏈路實時檢測和網絡質量分析，為語音呼叫的鏈路選擇提供依據，最大程度地保證語音通話服務的可靠性，有效解決了單一網絡線路不穩定的問題，對方案的可用性進行測試評估。

關鍵詞：公共交換電話網絡；IP多媒體子系統；語音通信；寬帶；窄帶；自適應

中圖分類號：TN915.08文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2023）04-60-4

0引言

今天，隨著互聯網的普及和電話通信技術的快速發展，傳統的公共交換電話網絡（Public Switched Telephone Network，PSTN）窄帶網絡正在向以IP多媒體系統（IP Multimedia Subsystem，IMS）為代表的寬帶網絡轉型[1]，呼叫終端也正由單一的雙絞線接入模式，逐步發展為標準的寬帶接入模式。然而，由于PSTN等窄帶通信技術具備穩定、可靠的性能特征，在某些電話通信領域仍然發揮著不可替代的作用。

比如，電話服務質量通常是根據服務供應商的網絡魯棒程度來測量。其中，服務可用性是重要的指數之一。PSTN的可用性指數可以達到99.999%，事實上可能更多。而目前的寬帶網絡，由于共享鏈路的特性，決定了這種基于包的技術將在語音流中引入延時，基于IP的語音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）語音傳輸和語音壓縮技術的結合，同樣不可避免地帶來語音質量的降低，從而導致其服務可用性指數可能降到“四個九”或者“三個九”。另外，包括對供電系統的依賴程度、可靠性和穩定性等要素，與傳統的PSTN窄帶網絡相比，都要有所降低[2]。

近年來，在電話通信網絡領域，國內外的研究方向主要集中于2個方面：一是提升寬帶網絡的交換能力，為用戶提供高質量、有服務質量（Quality of Service，QoS）保證的網絡性能[3]；二是發展智能終端技術，滿足用戶不同場景的應用需求。然而，對于可靠性要求較高的電話通信系統，提出一種支持寬窄帶雙線接入的電話終端，解決單一網絡線路不穩定的問題，為用戶提供穩定的語音呼叫連接服務，在該領域內研究較少。本文的第1節介紹了影響電話通信安全的主要障礙；第2節設計了一種支持寬、窄帶自適應的呼叫終端，重點描述終端的軟硬件實現方案，以及寬窄帶自適應的關鍵流程；第3節制定了測試方案，對設備可用性進行測試評估；最后一節對全文進行總結。

1問題描述

在對可靠性要求較高的電話通信系統中，惡劣的線路環境是電話通信安全的最大障礙。典型如軍事通信環境，部分地區僅存在窄帶網絡，部分地區僅存在寬帶網絡，部分地區窄帶、寬帶網絡并存，但性能卻不穩定。基于電話終端的寬、窄帶自適應技術主要解決以下問題：

①解決電話終端的適應性問題，確保電話終端設備在寬、窄帶線路二者具備其一的情況下接入電話通信網絡，防止單一的通信線路意外中斷，話機終端無法接入網絡的情況。

②在寬、窄帶同時具備接入網絡的前提下，呼叫終端可以根據線路實時情況，選擇當前穩定可靠的鏈路發起呼叫連接，為用戶提供最優質的通話服務體驗。

③減少用戶桌面的話機數量，降低部署成本，提高使用效率。

2總體設計

本文提出了一種基于電話終端的寬、窄帶自適應方案。在物理接口上，電話終端提供以太網接口、F接口2種形式。在呼叫控制中心，通過號碼綁定機制，將寬帶號碼、窄帶號碼進行綁定，保證呼叫終端能夠雙線接入電話通信網絡。電話終端內部，通過鏈路實時檢測技術，掌握寬、窄帶鏈路當前的網絡質量，擇優選取最優質的通信鏈路發起呼叫連接，為用戶提供穩定、可靠的電話呼叫服務。

2.1硬件設計

電話終端硬件由接口單元、音頻單元、適配單元和主處理器單元組成，硬件設計如圖1所示。

主處理器單元是電話終端的控制中心[4]，支持寬、窄帶雙信令協議棧，主要實現寬窄帶鏈路的實時檢測與狀態管理、語音芯片控制與媒體業務處理、電話管理和呼叫控制等功能。適配單元通過媒體獨立接口（Media Independent Interface，MII）與處理器單元相連，通過外部存儲器控制器（External Memory Controller，EXMC）接口與接口單元相連，是實時語音調度的中心，主要完成寬、窄帶媒體的適配和語音業務的實時處理，以及環路信令的識別與檢測、實時語音的排序與補償等功能。接口單元由以太網接口模塊、F接口模塊和FPGA組成，主要完成以太網與F接口接入、寬窄帶業務數據處理、窄帶數據串并轉換和時鐘提取等功能。音頻單元采用專用語音芯片實現話音采集、線性轉換和播放功能，對外掛接手柄、免提等部件。

2.2軟件設計

根據設備硬件架構，電話終端軟件主要由主處理器軟件、適配單元軟件組成，軟件模塊設計框圖如圖2所示。

步驟⑤：將網絡損傷儀配置為5%的隨機丟包率和延時，利用語音質量分析儀測量A、D、E區的通話語音質量。

步驟⑥：將網絡恢復原狀，E區的自適應終端手動配置為雙線接入的窄帶工作模式。

步驟⑦：在B區的位置4、C區的位置5和E區的位置6部署網絡損傷儀。在網絡下行方向，利用網絡損傷儀配置3%的隨機誤碼，模擬窄帶鏈路性能下降的情況，利用語音質量分析儀測量B、C、E區語音通話的MOS值。

步驟⑧：將網絡損傷儀配置為5%的隨機誤碼，利用語音質量分析儀測量B、C、E區的通話語音質量。

3.2測試結果分析

通過步驟①～②可以發現，自適應終端在寬、窄帶線路二者具備其一的情況下，均可正常接入語音通信網絡，環境適應性更強；而且能夠有效減少用戶桌面的話機類型，提高使用效率。

通過步驟③可以發現，在網絡狀況良好的情況下，自適應終端與通用寬、窄帶終端的語音質量基本相當，不影響用戶的實際體驗。

在步驟④～⑤中，支持寬帶接入的A、D、E區終端，在不同丟包率的情況下語音質量MOS值如表1所示。可以發現A區、D區隨著網絡性能的下降，通話質量下降明顯，E區自適應終端在丟包率為3%時，自動切換為窄帶工作模式，語音質量基本保持不變。

在步驟⑦～⑧中，支持窄帶鏈路的B、C、E區終端，在不同誤碼率的情況下語音質量MOS值如表2所示。可以發現B區、C區隨著誤碼率的增大，通話質量同樣下降明顯，E區自適應終端在誤碼率為3%時，自動切換為寬帶工作模式，語音質量基本保持不變。

綜上可知，在網絡狀態良好的情況下，寬窄帶自適應終端的用戶體驗基本與通用終端保持一致；但在網絡狀況下降的情況下，自適應終端的雙線接入模式，能夠提供更優質的通話服務，其表現明顯優于通用終端。

4結束語

本文提出一種基于電話終端的寬窄帶自適應方法，能夠根據網絡實時狀況，自動選擇更優鏈路完成呼叫連接，為用戶提供穩定、優質的語音服務。環境適應性強、降低部署成本的效果明顯。經過測試評估，本方法可以滿足高可靠電話通信系統的使用需求，并達到實用的程度。

參考文獻

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