Tiếng 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
3. Vấn đề tổng hợp trên các mạng tế bào số
4. Quá trình triệt tiếng vọng

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

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

giảm đáng kể cơ hội đạt được những cuộc đàm thoại tự nhiên.
Lý 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

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.
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


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.

8. Điều khiển tiếng vọng âm

Trong triệt tiếng vọng, có sử dụng các thuật toán phức tạp để tính toán các
mẫu tiếng nói. Việc này đòi hỏi phải tính được tổng các tiếng vọng phản xạ về từ
tín hiệu tiếng nói gốc, sau đó phải trừ đi giá trị này từ bất kỳ tín hiệu nào mà
microphone phát ra. Kết quả là âm thanh của người nói sẽ rất trong. Khuôn dạng
của tiếng vọng đã dự đoán trước này được sử dụng ở các bộ triệt vọng trong một
tiến trình xử lý gọi là thích nghi. Có thể nói rằng các thông số học được từ tiến
trình thích nghi tạo ra những dự báo trước về tín hiệu tiếng vang, mà sau đó tạo
nên toàn cảnh về âm thanh mà microphone được đặt trong đó. Như hình 5 chỉ ra
hoạt động cơ bản của bộ triệt vọng trong một phòng hội thảo.


một số điện thoại trên thị trường được xác định có suy hao tổng hợp đầu cuối là
24dB. Tiếng vọng trở thành vấn đề cố hữu trong mạng không dây số cùng với thời
gian trễ (thông thường vượt quá 180 ms - cả chiều đi và về). Sự kết hợp này làm
cho chất lượng cuộc gọi không thể chấp nhận nổi đối với khách hàng bên mạng cố
định.

Hình 6: Triệt tiếng vọng trên hai hướng
Trên hình vẽ 6, cấu hình cân bằng này đảm bảo chất lượng thoại cao cho cả
khách hàng PSTN và khách hàng mạng di động. Thêm vào đó, cầu hình phần mềm
của hệ thống triệt vọng được thiết kế để hỗ trợ cho việc phân tích một cách chi tiết
các nhiễu nền, và cả tiếng vọng âm từ thiết bị đầu cuối của người dùng. Một vài bộ
triệt vọng kết hợp chặt chẽ với độ trễ mạng, giúp cho các nhà khai thác mạng điều
chỉnh tốt tiếng vọng phù hợp với các thông số thông qua menu tuỳ chọn trên bộ
triệt tiếng vọng hoặc trên hệ thống quản lý mạng NMS (Network management
system).

10. Khả năng cải tiến trong thiết bị cầm tay

Ứng dụng hiệu quả triệt tiếng vọng là một cách để cải thiện chất lượng các
cuộc gọi trên mạng không dây số. Một hướng khác để thực hiện được điều này là
phải bắt đầu từ ngay bản thân thiết bị đầu cuối. Đó cũng chính là hướng để nâng
cao chất lượng thoại, tập trung chủ yếu vào phát triển các bộ mã hoá/ giải mã
(vocoder).
Xu hướng phát triển gần đây trên thị trường đã chỉ ra rằng cuối
cùng công nghệ số sẽ chiến thắng trong khi các nhà sản xuất thiết bị sẽ cạnh tranh
đến cùng. Tuy nhiên cuộc chiến này sẽ sớm bị lu mờ bởi một cuộc cạnh tranh khác
về các thiết bị đầu cuối. Hiện tại có bốn đối thủ chính trên thị trường không dây
số. Châu Âu có điện thoại không dây CT2 (Cordless telephony) và điện thoại
không dây số châu Âu DECT (Digital European cordless telephony) trong khi
Nhật Bản có hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân PHS (Personal handyphone

công nghệ triệt tiếng vọng vào mạng của mình sẽ nắm được chìa khoá để cải thiện
chất lượng mạng, tác động trực tiếp đến khả năng của họ để nâng cao hiệu năng
mạng, duy trì các khách hàng trung thành, tăng thời gian đàm thoại hiệu quả và
giảm sự phàn nàn của khách hàng.