Trong khi các cơ sở hạ tầng mạng đang được bổ sung, hoàn chỉnh và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ không dây tăng lên, nhưng khách hàng thường phàn nàn với nhà cung cấp về dịc
Trang 1Tiếng vọng và nâng cao chất lượng dịch vụ không dây
Nguồn: khonggianit.vn
Mở đầu :
Điện thoại không dây đang phát triển rất nhanh, được xem như là một phương tiện truyền thông chủ yếu, tác động mạnh đến phương thức liên lạc của con người hàng ngày trong cuộc sống cũng như trong thương mại Trong khi các
cơ sở hạ tầng mạng đang được bổ sung, hoàn chỉnh và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ không dây tăng lên, nhưng khách hàng thường phàn nàn với nhà cung cấp về dịch vụ về chất lượng điện thoại thấp do hay phải nghe chính tiếng nói của mình trước khi nghe được tiếng nói người bị gọi Một công nghệ chính tạo ra chất lượng thoại của mạng không dây tương đương với dịch vụ điện thoại có dây là triệt tiếng vọng
Khách hàng thường coi chất lượng điện thoại là tiêu chí để đánh giá chất lượng toàn bộ mạng Cần phải xem điều này là chìa khoá để duy trì các khách hàng trung thành Vì thế, việc loại bỏ có hiệu quả tiếng vọng và tiếng vang âm cố hữu trong mạng tế bào số là biện pháp tốt nhất để duy trì và cải thiện nâng cao chất lượng thoại trên mỗi cuộc gọi Áp lực này đã dẫn đến những nghiên cứu, phát triển công nghệ triệt tiếng vọng nhằm cung cấp các giải pháp có thể giảm nhiễu nền và loại bỏ tiếng vọng và tiếng vang âm trước bất kỳ bộ xử lý mã hoá nào Bằng cách ứng dụng công nghệ này, hiệu quả tổng thể của quá trình mã hoá được nâng cao, chất lượng thoại được cải thiện đáng kể Trong bài viết này đưa ra khái niệm tiếng vọng trong đàm thoại và làm thế nào để việc triệt tiếng vọng giúp cho việc thiết lập các cuộc gọi di động với những tiêu chuẩn chất lượng chấp nhận được Bài này trình bày một số vấn đề liên quan đến tiếng vọng trong liên lạc và giải pháp loại bỏ nó bao gồm các nội dung dưới đây :
1 Các loại tiếng vọng và nguyên nhân
2 Quá trình khắc phục tiếng vọng
Trang 23 Vấn đề tổng hợp trên các mạng tế bào số
4 Quá trình triệt tiếng vọng
5 Điều khiển tiếng vọng âm
6 Điều khiển tiếng vọng tổng hợp trong một mạng số không dây
7 Khả năng cải tiến trong thiết bị cầm tay
8 Tương lai của công nghệ triệt tiếng vọng
1 Các loại tiếng vọng
1.1 Tiếng vọng âm
Tiếng vọng âm được tạo ra trong các thiết bị cầm tay tương tự và số, với độ vọng phụ thuộc vào loại và chất lượng của thiết bị được sử dụng Loại tiếng vọng này hình thành ở đoạn nối giữa mocrophone và loa trong bộ phận cầm tay Nguyên nhân sâu xa của sự suy giảm chất lượng thoại là do các thiết bị mã hoá/ giải mã (vocoder) xử lý phần thoại bên trong máy cầm tay và trong mạng không dây Kết quả là tín hiệu vọng ngược về có các thuộc tính biến đổi phức tạp Khi kết hợp với tính chất trễ cố hữu của truyền dẫn số, chất lượng thoại giảm đi rất nhiều so với các cuộc gọi của mạng có dây
Tiếng vọng âm được kể đến đầu tiên là trong các phòng thu âm và cũng có thể xảy ra khi thuê bao đang di chuyển, như đang lái xe chẳng hạn (xem hình vẽ 1) Trong trường hợp này, người nghe sẽ nghe được âm thanh từ một cái loa, như mong muốn Tuy nhiên, âm thanh tương tự này cũng được phát ra từ microphone,
cả hướng trực tiếp và gián tiếp sau khi phản xạ vào trần, các cửa sổ và các ghế ngồi của xe Kết quả của sự phản xạ này đã tạo ra tiếng vọng đa đường và sự đa
âm của tiếng vọng mà nếu không được loại bỏ sẽ được truyền ngược trở lại phía người nói và người nói sẽ nghe thấy tiếng vọng Việc sử dụng nhiều tai nghe điện thoại cũng làm tăng tiếng vọng âm
Trang 31.2 Tiếng vọng lai ghép
Tiếng vọng lai ghép là nguồn tiếng vọng chủ yếu trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN Tín hiệu điện này làm cho tiếng vọng giống như các tín hiệu thoại truyền trên mạng thông qua các kết nối chuyển đổi 2/4 dây tại đầu cuối chuyển mạch trên PSTN, do mất cân bằng giữa mạch phát và mạch thu nên gây ra hồi tiếp năng lượng tín hiệu điện ngược về người nói từ mạch 4 dây
Tiếng vọng lai ghép xuất hiện cùng với sự ra đời của điện thoại Đường tín hiệu giữa hai điện thoại cần một bộ khuyếch đại sử dụng mạch 4 dây Mặc dù
không phải là nhân tố trong mạng tế bào số, nhưng tiếng vọng lai ghép là một vấn
đề lớn trong mạng PSTN – nơi khởi đầu các cuộc gọi Các mạch chuyển đổi 4 dây sang 2 dây gọi là các mạch lai ghép (Hybrid circuit)
Hình 1: Ví dụ về tiếng vọng âm khi thuê bao ở trong xe ôtô
Trang 4
Hình 2 : Mạch lai ghép (hybrid circuit)
Tuy nhiên, mạch lai ghép cũng tồn tại những lỗ hổng cố hữu của thiết bị Khi các tín hiệu thoại đi từ phần 4 dây sang phần 2 dây của mạng, năng lượng ở mặt 4 dây được hồi tiếp trở lại chính nó, tạo ra độ vọng của tiếng nói Với điều kiện là tổng
số chu kỳ trễ xảy ra khoảng vài ms (trong vòng 28 ms), nó sẽ tạo ra cảm giác rằng cuộc gọi được tạo ra bằng cách thêm vào các âm phụ, điều này giúp cải thiện đáng
kể chất lượng cuộc gọi
Trong trường hợp tổng thời gian trễ của mạng vượt quá 36 ms, những tác dụng tích cực biến mất và xuất hiện tiếng vọng Số lượng thực tế các tín hiệu hồi tiếp ngược phụ thuộc vào trạng thái cân bằng của mạch lai trên đường 2 dây Trong phần lớn các trường hợp, số mạch lai nhỏ, tạo ra mức tín hiệu hồi tiếp ngược đáng kể Giá trị này được gọi là mức tiếng vọng suy hao ngược ERL (Echo Return Loss) ERL càng cao, thì tín hiệu hồi tiếp ngược trở lại người nói càng nhỏ
và ngược lại
2 Nguyên nhân gây ra tiếng vọng
Ngoài tiếng vọng âm, nhiễu nền được tạo ra trên mạng khi điện thoại tương
tự và số hoạt động ở chế độ hands-free Khi các âm trực tiếp và gián tiếp thu vào
Trang 5microphone, tạp âm đa đường được tạo ra và phát ngược về người nói Nhiễu nền xuất hiện khi ở trên ôtô, hoặc ở nơi công cộng, đông người khi đi qua bộ mã hoá của mạng tế bào số gây ra hiện tượng méo tiếng so với thoại có dây truyền thống
Độ trễ của các bộ xử lý số và kỹ thuật nén thoại góp phần tạo ra tiếng vọng
và làm giảm chất lượng thoại trong mạng không dây Trễ gặp phải khi tín hiệu được xử lý thông qua rất nhiều chặng khác nhau trên mạng, gồm cáp đồng, cáp quang, các kết nối viba, các gateway quốc tế và truyền dẫn qua vệ tinh Điều này đặc biệt đúng với các mạng số công nghệ tích hợp, ở đó cuộc gọi được xử lý qua nhiều hạ tầng mạng khác nhau
Các hệ thống điều khiển tiếng vọng rất cần thiết trong tất cả các mạng tạo
ra độ trễ một chiều lớn hơn 16 ms Trong các mạng không dây ngày nay, đường thoại được xử lý tại hai điểm trên mạng: bên trong thiết bị đầu cuối di động và tại giao diện vô tuyến RF (Radio Frequency) của mạng Khi các cuộc gọi được xử lý qua các bộ mã hoá/ giải mã thoại (vocoder) trên mạng, tạo ra trễ xử lý tiếng nói trong khoảng từ 80 ms đến 100 ms gây nên tổng thời gian trễ không thể chấp nhận được từ 160 ms đến 200 ms Do đó, các thiết bị triệt tiếng vọng cần phải có trên mạng không dây để loại bỏ tiếng vọng lai và vọng âm trong các cuộc gọi
3 Qúa trình khắc phục tiếng vọng
Cuối những năm 1950 những thiết bị nén tiếng vọng đầu tiên ra đời nhằm giảm ảnh hưởng chất lượng đàm thoại Những thiết bị này được ứng dụng đầu tiên trên các kênh thoại qua vệ tinh địa tĩnh, bản chất của nó là các tín hiệu thoại tích cực truyền qua một kênh thoại và sau đó nén lại để khoá bất kỳ tín hiệu tiếng vọng nào Mặc dù các bộ nén vọng làm giảm tiếng vọng trên các đường truyền dài như kênh vệ tinh nhưng nó lại nén các âm tiết đầu tiên và gây ra sự điều chỉnh âm lượng không tự nhiên Thêm nữa, chúng cũng loại trừ khả năng thoại hai chiều và giảm đáng kể cơ hội đạt được những cuộc đàm thoại tự nhiên
Trang 6Lý thuyết triệt tiếng vọng được AT&T Bell Labs phát triển từ những năm đầu 1960, sau đó hệ thống triệt tiếng vọng đầu tiên được COMSAT TeleSystems giới thiệu cuối những năm 1960 COMSAT đã thiết kế những hệ thống triệt tiếng vọng tương tự đầu tiên để chứng minh lợi ích và hiệu quả của mạng thông tin vệ tinh Dựa trên cơ chế xử lý tương tự, những hệ thống triệt tiếng vọng đầu tiên này
đã chứng minh rằng với mạng thông tin vệ tinh có thể đạt được hiệu quả với các cuộc điện thoại đường dài, điện thoại liên lục địa Tuy nhiên những hệ thống này không thể đem lại lợi nhuận do kích thước và giá thành sản xuất lớn
Những năm cuối 1970, COMSAT TeleSystems đã phát triển và đưa ra thị trường hệ thống triệt tiếng vọng tương tự đầu tiên, mà phần chính là các thiết bị số
và có giao tiếp tương tự với mạng Sự phát triển của công nghệ bán dẫn những năm đầu 1980 đã đánh dấu sự chuyển tiếp của mạng viễn thông từ kỹ thuật tương
tự sang kỹ thuật số Với giao diện số tinh vi hơn, các hệ thống triệt vọng đa kênh được phát triển để giải quyết những vấn đề tiếng vọng mới phát sinh trong các hệ thống điện thoại số đường dài Dựa trên cơ sở công nghệ mạch tích hợp các ứng dụng đặc biệt (ASIC- Application-Specific Intergrated Circuit), những bộ triệt tiếng vọng mới này sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số tốc độ cao để lấy mẫu và loại trừ tiệng vọng từ hướng ngược lại Kết quả là một kỹ thuật triệt tiếng vọng số mới ra đời thay thế cho các kỹ thuật nén hiện tại, cải thiện hiệu quả các dịch vụ mạng
Những năm 1990 đã chứng kiến sự phát triển bùng nổ của ngành công nghiệp viễn thông không dây, mang đến một thị trường mới cho các thiết bị cầm tay tương tự và số, một số lượng lớn các nhà cung cấp dịch vụ và các cơ sở hạ tầng mạng số mới như TDMA, CDMA và GSM ra đời Theo Hiệp hội công
nghiệp các ngành viễn thông tế bào (CTIA: Cellular Telecommunications Industry Association), thị trường các thuê bao không dây phát triển trung bình 40%/năm Khi điện thoại không dây được đưa vào ứng dụng rộng rãi, và sự cạnh tranh cũng tăng lên với các nhà cung cấp dịch vụ không dây tham gia vào thị trường, thì việc truyền dẫn thoại chất lượng cao và dịch vụ khách hàng ngày nay đã trở thành nhân
Trang 7tố chính để khách hàng đánh giá chất lượng của một nhà cung cấp Hiểu biết và khắc phục được vấn đề cố hữu của tiếng vọng trong các mạng tế bào số sẽ giúp cho các nhà khai thác cung cấp cho khách hàng hiệu quả và chất lượng thoại của mạng lưới theo yêu cầu
4 Các loại tiếng vọng
a Tiếng vọng âm
Tiếng vọng âm được tạo ra trong các thiết bị cầm tay tương tự và số, với độ vọng phụ thuộc vào loại và chất lượng của thiết bị được sử dụng Loại tiếng vọng này hình thành ở đoạn nối giữa mocrophone và loa trong bộ phận cầm tay Nguyên nhân sâu xa của sự suy giảm chất lượng thoại là do các thiết bị mã hoá/ giải mã (vocoder) xử lý phần thoại bên trong máy cầm tay và trong mạng không dây Kết quả là tín hiệu vọng ngược về có các thuộc tính biến đổi phức tạp Khi kết hợp với tính chất trễ cố hữu của truyền dẫn số, chất lượng thoại giảm đi rất nhiều so với các cuộc gọi của mạng có dây
Tiếng vọng âm được kể đến đầu tiên là trong các phòng thu âm và cũng có thể xảy ra khi thuê bao đang di chuyển, như đang lái xe chẳng hạn (xem hình vẽ 1) Trong trường hợp này, người nghe sẽ nghe được âm thanh từ một cái loa, như mong muốn Tuy nhiên, âm thanh tương tự này cũng được phát ra từ microphone,
cả hướng trực tiếp và gián tiếp sau khi phản xạ vào trần, các cửa sổ và các ghế ngồi của xe Kết quả của sự phản xạ này đã tạo ra tiếng vọng đa đường và sự đa
âm của tiếng vọng mà nếu không được loại bỏ sẽ được truyền ngược trở lại phía người nói và người nói sẽ nghe thấy tiếng vọng Việc sử dụng nhiều tai nghe điện thoại cũng làm tăng tiếng vọng âm
b Tiếng vọng lai
Trang 8Tiếng vọng lai là nguồn tiếng vọng chủ yếu trong mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN Tín hiệu điện này làm cho tiếng vọng giống như các tín hiệu thoại truyền trên mạng thông qua các kết nối lai tại bộ chuyển đổi PSTN 2 dây/ 4 dây, hồi tiếp năng lượng điện ngược về người nói từ mạch 4 dây
Tiếng vọng lai xuất hiện cùng với sự ra đời của điện thoại Đường tín hiệu giữa hai điện thoại cần một bộ khuyếch đại sử dụng mạch 4 dây Mặc dù không phải là nhân tố trong mạng tế bào số, nhưng tiếng vọng lai là một vấn đề lớn trong mạng PSTN – nơi khởi đầu các cuộc gọi Các mạch chuyển đổi 4 dây sang 2 dây gọi là các mạch lai
Tuy nhiên, mạch lai cũng tồn tại những lỗ hổng cố hữu của thiết bị Khi các tín hiệu thoại đi từ phần 4 dây sang phần 2 dây của mạng, năng lượng ở mặt 4 dây được hồi tiếp trở lại chính nó, tạo ra độ vọng của tiếng nói Với điều kiện là tổng
số chu kỳ trễ xảy ra khoảng vài ms (trong vòng 28 ms), nó sẽ tạo ra cảm giác rằng cuộc gọi được tạo ra bằng cách thêm vào các âm phụ, điều này giúp cải thiện đáng
kể chất lượng cuộc gọi
Trong trường hợp tổng thời gian trễ của mạng vượt quá 36 ms, những tác dụng tích cực biến mất và xuất hiện tiếng vọng Số lượng thực tế các tín hiệu hồi tiếp ngược phụ thuộc vào trạng thái cân bằng của mạch lai trên đường 2 dây Trong phần lớn các trường hợp, số mạch lai nhỏ, tạo ra mức tín hiệu hồi tiếp ngược đáng kể Giá trị này được gọi là mức tiếng vọng suy hao ngược ERL (Echo Return Loss) ERL càng cao, thì tín hiệu hồi tiếp ngược trở lại người nói càng nhỏ
và ngược lại
5 Nguyên nhân gây ra tiếng vọng
Ngoài tiếng vọng âm, nhiễu nền được tạo ra trên mạng khi điện thoại tương
tự và số hoạt động ở chế độ hands-free Khi các âm trực tiếp và gián tiếp thu vào microphone, tạp âm đa đường được tạo ra và phát ngược về người nói Nhiễu nền xuất hiện khi ở trên ôtô, hoặc ở nơi công cộng, đông người khi đi qua bộ mã hoá của mạng tế bào số gây ra hiện tượng méo tiếng so với thoại có dây truyền thống
Trang 9Độ trễ của các bộ xử lý số và kỹ thuật nén thoại góp phần tạo ra tiếng vọng
và làm giảm chất lượng thoại trong mạng không dây Trễ gặp phải khi tín hiệu được xử lý thông qua rất nhiều chặng khác nhau trên mạng, gồm cáp đồng, cáp quang, các kết nối viba, các gateway quốc tế và truyền dẫn qua vệ tinh Điều này đặc biệt đúng với các mạng số công nghệ tích hợp, ở đó cuộc gọi được xử lý qua nhiều hạ tầng mạng khác nhau
Các hệ thống điều khiển tiếng vọng rất cần thiết trong tất cả các mạng tạo
ra độ trễ một chiều lớn hơn 16 ms Trong các mạng không dây ngày nay, đường thoại được xử lý tại hai điểm trên mạng: bên trong thiết bị đầu cuối di động và tại giao diện vô tuyến RF (Radio Frequency) của mạng Khi các cuộc gọi được xử lý qua các bộ mã hoá/ giải mã thoại (vocoder) trên mạng, tạo ra trễ xử lý tiếng nói trong khoảng từ 80 ms đến 100 ms gây nên tổng thời gian trễ không thể chấp nhận được từ 160 ms đến 200 ms Do đó, các thiết bị triệt tiếng vọng cần phải có trên mạng không dây để loại bỏ tiếng vọng lai và vọng âm trong các cuộc gọi
6 Vấn đề tổng hợp trên các mạng tế bào số
Để giải quyết tiếng vọng lai tạo ra do việc trễ khi xử lý mã hoá/ giải mã thoại, bắt buộc phải cài đặt các bộ triệt tiếng vọng ngay cả đối với các cuộc gọi trong nội bộ mạng Kết quả là, tất cả các cuộc gọi tới mạng PSTN phải đi qua một
bộ triệt tiếng vọng như thể hiện trên hình vẽ 3
Hình 3: Yêu cầu bộ triệt tiếng vọng giữa mạng PSTN và mạng tế bào số
Ví dụ, xem xét một cuộc gọi từ mạng di động tế bào số sang mạng PSTN
mà không có bộ triệt vọng Thuê bao có thể nghe thấy tiếng của chính mình bị
Trang 10vọng lại sau 180 ms hoặc chậm hơn ngay cả khi người được gọi ở cùng vị trí với người gọi
7 Quá trình triệt tiếng vọng
Trong mạng điện thoại hiện đại, thông thường các bộ triệt tiếng vọng được đặt trong các mạch số (như Hình 4)
Hình 4: Bộ triệt tiếng vọng nằm trong mạng không dây số
Quá trình xử lý triệt tiếng vọng gồm hai bước Đầu tiên, khi thiết lập cuộc gọi, bộ triệt vọng sử dụng một bộ lọc số thích nghi để lấy mẫu hoặc các đặc tính của tín hiệu thoại và tiếng vọng chạy qua bộ triệt vọng Khi một đường thoại chạy ngược lại hệ thống triệt vọng, nó sẽ so sánh tín hiệu và mẫu để loại bỏ tiếng vọng động đang có Quá trình này loại bỏ hơn 80% đến 90% tiếng vọng qua mạng Quá trình thứ hai sử dụng một bộ xử lý phi tuyến NLP (Non-linear processor) để loại
bỏ nốt phần tiếng vọng còn lại do tín hiệu bị suy giảm dưới mức nhiễu nền
Công nghệ mạng tế bào số ngày nay, như TDM, GSM, CDMA yêu cầu khả năng xử lý mạnh hơn để truyền tín hiệu trên các kênh Các công nghệ trên càng tinh vi thì vấn đề triệt tiếng vọng sẽ càng phức tạp Các bộ triệt tiếng vọng được thiết kế với các tiêu chuẩn về của bộ xử lý tín hiệu số, ở đó thời gian chia sẻ
để xử lý trong mỗi kênh hoặc thông qua các kênh hỗ trợ tối đa là 128 ms để triệt vọng, và do đó không thể loại bỏ được tiếng vọng âm Với độ trễ mạng vượt quá
160 ms hiện nay, yêu cầu công nghệ triệt tiếng vọng phải tốt hơn nữa mới có thể
xử lý tiếng vọng trên mạng không dây có hiệu quả
