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摘要 本文回顾常见的语音质量评估方法，重点介绍一种客观的非插入式EMI语音质量评估方法；通过对TD—SCDMA网络进行EMI与MOS拟合度评估，得出EMI能较好的反应出客户的语音质量的总论；介绍了EMI语音质量评估方法在现网中的应用。
关键词 TD—SCDMA 语音质量 EMI 单通
1 语音质量的评估方法
评估语音质量的方法分为主观评估和客观评估两大类，两者在评估依据及具体方法上区别显著。
1.1 主观评估
语音质量的主观评估主要依据人对声音的主观感受来进行度量。主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。
长期以来对语音质量最直接的评估还是依据一定量人群对语音样本的主观评分来进行，即目前常用的MOS（Mean Opinion Score）。MOS评分法以平均意见分来衡量语音质量， 用五个等级来表示语音的质量等级： 优（5 分）、良（4 分）、一般（3 分）、差（2 分）、坏（1 分）。
这种评价标准广泛应用于多媒体技术和通信中，如可视电话、电视会议、语音电子邮件、语音信箱等。但MOS 评分的规定相当严格，采用MOS评分研究语音质量不仅耗时，而且成本昂贵，很难用作日常的电信网络语音质量监测。
1.2 客观评估
语音的客观评估采用专门的算法，由专门的仪器或软件进行定量的评估。衡量一个客观评估方法是否优秀的依据是其评估结果与主观评估结果的相关性，相关性越高，则评估方法可信度越高。
客观评估方法分为插入式（Intrusive）和非插入式（Non—Intrusive）两类。
1.2.1 插入式评估
插入式方法依靠参考语音和测试语音之间某种形式的距离特性来预测MOS得分，非插入式方法则仅依据测试语音来预测MOS得分。其中ITU组织在2001年2月发布的P.862—PESQ是目前最新的语音传输质量测量标准，由于其强大的功能和良好的相关性，使其迅速成为目前最主流的语音评估算法。PESQ实际上就是将 PSQM与PAMS（Perceptual Analysis Measurement System）的一些组成部分结合在了一起。PESQ算法适用于评价各类端到端网络的语音质量，它综合考虑了感知中的各项影响因素（如编解码失真、错误、丢包、延时、抖动和过滤等），客观地评价语音信号的质量，从而提供可以完全量化的语音质量衡量方法。
这种系统的优点是：评估结果准确，能够对无线、传输、交换、路由等多个网络节点进行综合评估。但它必须要通过路测或呼叫播测进行，一方面评价成本较高，另一方面由于路测路线及时间的限制，评价结果不能完全体现网络中所有用户对语音质量的感受。
1.2.2 非插入式评价
非插入式评估直接用输出信号的特征进行评估。它可以依据语音信号传输过程中观测到相关因素进行，如无线通信中的载干比、误码率、误块率等。
由于非插入式评估不需要原始的输入信号，它可以直接在网络侧对网络中用户的语音质量进行评估，评价范围广；而且不需要进行路测，即可进行大范围的评估，评价需要的成本较低。
非插入式评估由于缺乏原始输入信号的参考，因此评估结果相对插入式评估来说误差偏大一些。但考虑到评价的成本和评价范围的广泛性，非插入式评估对于通信网络的运营商也是非常有价值的。
2 EMI语音质量评估方法
2.1 非插入式EMI测评原理
通过对语言质量各影响因素的分析，定义了语音质量评价指标——EMI（Equivalent MOS Indicator）。在一个语言质量评价周期内，对于每个呼叫的用户，语言质量评价体系给出一个上行EMI和下行EMI。
用户上行EMI综合根据在该用户作为发送上行方向上的丢帧数目、最长连续丢帧数，评价该用户作为语言发送者方向上的质量感受。
用户下行EMI综合根据在该用户作为接收端下行的方向上的以下因素，评价对端用户作为语言收听者方向上的质量感受。具体可分为2大部分，一者为直接检测部分，即根据RNC接收到CN的数据进行直接检测；二者为预测部分，即根据RNC到用户的空口质量及过程所预测的对于业务质量的影响。其中，直接检测部分包括丢帧和移动性信息等因素。
用户上行EMI：
综合根据在该用户作为发送上行方向上的丢帧数目、最长连续丢帧数，评价该用户作为语言发送者方向上的质量感受。
上行评价函数采用以下形式：
用户下行EMI：
综合根据在该用户作为接收端下行的方向上的以下因素，评价对端用户作为语言收听者方向上的质量感受。具体可分为2大部分，一者为直接检测部分，即根据RNC接收到CN的数据进行直接检测；二者为预测部分，即根据RNC到用户的空口质量及过程所预测的对于业务质量的影响。其中，直接检测部分包括：编码方案、透传状态、误帧、删帧。间接预测部分包括：切换状态、小区更新状态 、空口误块率。下行评价函数采用以下形式：
2.2 EMI的获取方式
中兴的TDSCDMA网络中，在MRR测量、CDT话单以及RTV工具中都提供了用户EMI评估功能：
2.2.1 EMI的实现框架
EMI的统计模块在每个评估周期给出统计数据组成EMI的测量报告。在一个统计周期结束后，由EMI统计模块上报给EMI计算模块。然后EMI计算模块在每个评估周期根据EMI测量报告，结合评估函数给出EMI的评估结果。
EMI测量的启动时刻：业务建立完成后，需要NAS层完成CALL SETUP流程后，才开始进行数据传输。EMI统计是在被叫用户的Connect Acknowledge响应消息之后启动主被叫EMI的测量。 EMI测量的终止时刻：在业务释放时终止EMI的测量。
2.2.2 EMI数据的采集
（1）通过CDT获取EMI数据源
CDT（呼叫话单）数据是自动获取的，只要接入CS AMR业务，RNC会自动采集EMI的数据，在UE实例释放时，记录在CDT中，保存在SBCX上。
（2）通过MRR获得EMI数据源
通过配置MRR—UE测量任务，来开启EMI测量，接入CS AMR业务，MRR—UE就开始采集EMI的数据，数据保存在SBCX上。
不同于CDT的EMI，基于MRR数据的EMI值对应于每次通话都有很多个，本次通话时长包含多少个测量周期长度，就有多少个上/下行EMI值。例如，MRR测量周期默认为8s，那么一个通话时长为40s的通话就包含有5个测量周期，就有对应的5个上行和5个下行的EMI值。
（3）通过RTV获取EMI数据
在RCT的用户跟踪界面，UE任务类型里创建UE RTV任务，启动UE RTV的EMI测量，监控UE RTV的任务，进入RMI的数据上报界面，类似于信令跟踪。
比较常用的是基于MRR测量数据和CDT话单数据的语音质量评估，他们是通过后分析工具ZXPOS NetMAX（CDT）—T 软件来实现的。
3 EMI与鼎利MOS路测系统拟合评估
在现网，我们利用EMI系统与鼎利MOS路测系统对多组通话的语音通话质量进行了评估对比。
3.1 测试设备介绍
为了保证评估测试的有效性，MOS测试采用了LC8142和DX188两款终端，均为目前应用最普遍的的测试终端，主要的测试设备及配套软件如下：
3.2 鼎利MOS与EMI拟合结果分析
本次测试的100次通话共获得2401个EMI/MOS值。所有EMI/MOS值的定量分析结果如下图所示。单点EMI与MOS差值在0.2以内为72%，在0.3以内为82%。单次通话EMI与MOS均值差在0.1以内为76%，在0.2以内为95%。
选取三次有代表性的通话的EMI和MOS单点拟合曲线如下：
三次通话分别代表通话质量的三种类型，在三种通话状态下，EMI与MOS都有很好的拟合度。
4 EMI语音质量评估方法在现网中的应用
通过MRR、CDT工具对上下行EMI语音质量的进行统计分析，可以从小区、用户、终端三个维度对EMI值进行统计。下面介绍EMI语音质量评估方法在现网中的应用。
4.1 上下行EMI TOPN小区分析
通过CDT数据统计全网各小区的EMI值，对上下行EMI均值最差小区进行进一步的分析处理，下面给出一个EMI的处理案例。
通过日常监控发现，江门疾控中心2小区（CI=25212）的EMI—UL值在2.6～2.8之间，通话质量较差，核查该小区与周围站点频点关系，发现同频小区较多，更改同频干扰小区频点：
外场测试，江门疾控中心2小区越区覆盖，将天线下压2度，功率由33dBm调整为30dBm。
统计调整后，江门疾控中心2小区，EMI—UL值情况如下：
从EMI值走势看，江门疾控中心2小区上行EMI至提升15%，通话质量改善明显。
4.2 单用户EMI值分析
通过对VIP客户进行EMI跟踪分析，及时了解客户的语音质量。
4.3 终端EMI值分析
通过对全网所有终端的EMI值分析，及时发现性能较差的终端，引导市场制定终端销售方案。
下面是对全网一天的CDT数据进行分析得出的上下行EMI TOP5终端。
4.4 EMI在单通问题上的应用
客户投诉IMSI=XX135与IMSI=XX915用户通话，出现长时间不可恢复单通。联系客户进行单通复测，并在单通重现后对单通原因进行定位。
1、单通现象
用户IMSI=XX135拨打用户IMSI=XX915，存在单通。
2、通过CDT文件对EMI值进行分析
从EMI值分析可以看出，IMSI=135的上行和IMSI=915的下行通话质量较差，确实存在单通现象。
3、通过MRR数据对用户的丢包情况进行分析
用户IMSI=915在15：08：04分这一个8秒时间段内，下行最大丢包数53，下行连续最大丢包数为52。
用户IMSI=135在15：08：04分这一个8秒时间段内，上行最大丢包数52，上行连续最大丢包数为28。
4、通过环回测试对用户的单通原因进行定位（两个用户同一个RNC）
（1）在网管上将IMSI=915用户在本端RNC上做环路（方法一：上行数据在Iuup环回，同时发数据到CN），此时IMSI=915可以听到自己声音，IMSI=135也可以听到IMSI=915的声音。可以排除IMSI=915的NODEB和RNC存在故障，也可以排除RNC到IMSI=135的下行存在故障。
（2）在网管上将IMSI=915用户在本端RNC上做环路（方法二：下行数据在Iuup环回，同时发数据到NodeB），此时IMSI=135听不到自己声音，IMSI=915也听不到IMSI=135的声音，可以锁定为IMSI=135到RNC的上行存在问题（NODEB或电路或信号）。
（3）让IMSI=135从基站1切换到基站2（信号良好），单通仍然存在，可以排除IMSI=135所在的NODEB、电路、信号存在问题。
（4）从上面三个步骤的分析可以锁定单通是由于IMSI=135的手机硬件问题引起的。
5 结束语
相比与传统的MOS评分法，EMI的语音质量评分由系统自动完成，无需繁琐的测试过程和复杂的测试设备，对终端也没特殊要求，是一种典型的“全民路测”工具；EMI分析能通过对全网的小区、用户、终端进行EMI值分析，反映了用户在整个通话生命周期内EMI的均值和分布情况，能够方便地获取、监控整网语音业务综合质量，从而快速完成全网评估，实现针对性优化，是目前应用性较广的一种语音质量评估方法。
关键词 TD—SCDMA 语音质量 EMI 单通
1 语音质量的评估方法
评估语音质量的方法分为主观评估和客观评估两大类，两者在评估依据及具体方法上区别显著。
1.1 主观评估
语音质量的主观评估主要依据人对声音的主观感受来进行度量。主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。
长期以来对语音质量最直接的评估还是依据一定量人群对语音样本的主观评分来进行，即目前常用的MOS（Mean Opinion Score）。MOS评分法以平均意见分来衡量语音质量， 用五个等级来表示语音的质量等级： 优（5 分）、良（4 分）、一般（3 分）、差（2 分）、坏（1 分）。
这种评价标准广泛应用于多媒体技术和通信中，如可视电话、电视会议、语音电子邮件、语音信箱等。但MOS 评分的规定相当严格，采用MOS评分研究语音质量不仅耗时，而且成本昂贵，很难用作日常的电信网络语音质量监测。
1.2 客观评估
语音的客观评估采用专门的算法，由专门的仪器或软件进行定量的评估。衡量一个客观评估方法是否优秀的依据是其评估结果与主观评估结果的相关性，相关性越高，则评估方法可信度越高。
客观评估方法分为插入式（Intrusive）和非插入式（Non—Intrusive）两类。
1.2.1 插入式评估
插入式方法依靠参考语音和测试语音之间某种形式的距离特性来预测MOS得分，非插入式方法则仅依据测试语音来预测MOS得分。其中ITU组织在2001年2月发布的P.862—PESQ是目前最新的语音传输质量测量标准，由于其强大的功能和良好的相关性，使其迅速成为目前最主流的语音评估算法。PESQ实际上就是将 PSQM与PAMS（Perceptual Analysis Measurement System）的一些组成部分结合在了一起。PESQ算法适用于评价各类端到端网络的语音质量，它综合考虑了感知中的各项影响因素（如编解码失真、错误、丢包、延时、抖动和过滤等），客观地评价语音信号的质量，从而提供可以完全量化的语音质量衡量方法。
这种系统的优点是：评估结果准确，能够对无线、传输、交换、路由等多个网络节点进行综合评估。但它必须要通过路测或呼叫播测进行，一方面评价成本较高，另一方面由于路测路线及时间的限制，评价结果不能完全体现网络中所有用户对语音质量的感受。
1.2.2 非插入式评价
非插入式评估直接用输出信号的特征进行评估。它可以依据语音信号传输过程中观测到相关因素进行，如无线通信中的载干比、误码率、误块率等。
由于非插入式评估不需要原始的输入信号，它可以直接在网络侧对网络中用户的语音质量进行评估，评价范围广；而且不需要进行路测，即可进行大范围的评估，评价需要的成本较低。
非插入式评估由于缺乏原始输入信号的参考，因此评估结果相对插入式评估来说误差偏大一些。但考虑到评价的成本和评价范围的广泛性，非插入式评估对于通信网络的运营商也是非常有价值的。
2 EMI语音质量评估方法
2.1 非插入式EMI测评原理
通过对语言质量各影响因素的分析，定义了语音质量评价指标——EMI（Equivalent MOS Indicator）。在一个语言质量评价周期内，对于每个呼叫的用户，语言质量评价体系给出一个上行EMI和下行EMI。
用户上行EMI综合根据在该用户作为发送上行方向上的丢帧数目、最长连续丢帧数，评价该用户作为语言发送者方向上的质量感受。
用户下行EMI综合根据在该用户作为接收端下行的方向上的以下因素，评价对端用户作为语言收听者方向上的质量感受。具体可分为2大部分，一者为直接检测部分，即根据RNC接收到CN的数据进行直接检测；二者为预测部分，即根据RNC到用户的空口质量及过程所预测的对于业务质量的影响。其中，直接检测部分包括丢帧和移动性信息等因素。
用户上行EMI：
综合根据在该用户作为发送上行方向上的丢帧数目、最长连续丢帧数，评价该用户作为语言发送者方向上的质量感受。
上行评价函数采用以下形式：
用户下行EMI：
综合根据在该用户作为接收端下行的方向上的以下因素，评价对端用户作为语言收听者方向上的质量感受。具体可分为2大部分，一者为直接检测部分，即根据RNC接收到CN的数据进行直接检测；二者为预测部分，即根据RNC到用户的空口质量及过程所预测的对于业务质量的影响。其中，直接检测部分包括：编码方案、透传状态、误帧、删帧。间接预测部分包括：切换状态、小区更新状态 、空口误块率。下行评价函数采用以下形式：
2.2 EMI的获取方式
中兴的TDSCDMA网络中，在MRR测量、CDT话单以及RTV工具中都提供了用户EMI评估功能：
2.2.1 EMI的实现框架
EMI的统计模块在每个评估周期给出统计数据组成EMI的测量报告。在一个统计周期结束后，由EMI统计模块上报给EMI计算模块。然后EMI计算模块在每个评估周期根据EMI测量报告，结合评估函数给出EMI的评估结果。
EMI测量的启动时刻：业务建立完成后，需要NAS层完成CALL SETUP流程后，才开始进行数据传输。EMI统计是在被叫用户的Connect Acknowledge响应消息之后启动主被叫EMI的测量。 EMI测量的终止时刻：在业务释放时终止EMI的测量。
2.2.2 EMI数据的采集
（1）通过CDT获取EMI数据源
CDT（呼叫话单）数据是自动获取的，只要接入CS AMR业务，RNC会自动采集EMI的数据，在UE实例释放时，记录在CDT中，保存在SBCX上。
（2）通过MRR获得EMI数据源
通过配置MRR—UE测量任务，来开启EMI测量，接入CS AMR业务，MRR—UE就开始采集EMI的数据，数据保存在SBCX上。
不同于CDT的EMI，基于MRR数据的EMI值对应于每次通话都有很多个，本次通话时长包含多少个测量周期长度，就有多少个上/下行EMI值。例如，MRR测量周期默认为8s，那么一个通话时长为40s的通话就包含有5个测量周期，就有对应的5个上行和5个下行的EMI值。
（3）通过RTV获取EMI数据
在RCT的用户跟踪界面，UE任务类型里创建UE RTV任务，启动UE RTV的EMI测量，监控UE RTV的任务，进入RMI的数据上报界面，类似于信令跟踪。
比较常用的是基于MRR测量数据和CDT话单数据的语音质量评估，他们是通过后分析工具ZXPOS NetMAX（CDT）—T 软件来实现的。
3 EMI与鼎利MOS路测系统拟合评估
在现网，我们利用EMI系统与鼎利MOS路测系统对多组通话的语音通话质量进行了评估对比。
3.1 测试设备介绍
为了保证评估测试的有效性，MOS测试采用了LC8142和DX188两款终端，均为目前应用最普遍的的测试终端，主要的测试设备及配套软件如下：
3.2 鼎利MOS与EMI拟合结果分析
本次测试的100次通话共获得2401个EMI/MOS值。所有EMI/MOS值的定量分析结果如下图所示。单点EMI与MOS差值在0.2以内为72%，在0.3以内为82%。单次通话EMI与MOS均值差在0.1以内为76%，在0.2以内为95%。
选取三次有代表性的通话的EMI和MOS单点拟合曲线如下：
三次通话分别代表通话质量的三种类型，在三种通话状态下，EMI与MOS都有很好的拟合度。
4 EMI语音质量评估方法在现网中的应用
通过MRR、CDT工具对上下行EMI语音质量的进行统计分析，可以从小区、用户、终端三个维度对EMI值进行统计。下面介绍EMI语音质量评估方法在现网中的应用。
4.1 上下行EMI TOPN小区分析
通过CDT数据统计全网各小区的EMI值，对上下行EMI均值最差小区进行进一步的分析处理，下面给出一个EMI的处理案例。
通过日常监控发现，江门疾控中心2小区（CI=25212）的EMI—UL值在2.6～2.8之间，通话质量较差，核查该小区与周围站点频点关系，发现同频小区较多，更改同频干扰小区频点：
外场测试，江门疾控中心2小区越区覆盖，将天线下压2度，功率由33dBm调整为30dBm。
统计调整后，江门疾控中心2小区，EMI—UL值情况如下：
从EMI值走势看，江门疾控中心2小区上行EMI至提升15%，通话质量改善明显。
4.2 单用户EMI值分析
通过对VIP客户进行EMI跟踪分析，及时了解客户的语音质量。
4.3 终端EMI值分析
通过对全网所有终端的EMI值分析，及时发现性能较差的终端，引导市场制定终端销售方案。
下面是对全网一天的CDT数据进行分析得出的上下行EMI TOP5终端。
4.4 EMI在单通问题上的应用
客户投诉IMSI=XX135与IMSI=XX915用户通话，出现长时间不可恢复单通。联系客户进行单通复测，并在单通重现后对单通原因进行定位。
1、单通现象
用户IMSI=XX135拨打用户IMSI=XX915，存在单通。
2、通过CDT文件对EMI值进行分析
从EMI值分析可以看出，IMSI=135的上行和IMSI=915的下行通话质量较差，确实存在单通现象。
3、通过MRR数据对用户的丢包情况进行分析
用户IMSI=915在15：08：04分这一个8秒时间段内，下行最大丢包数53，下行连续最大丢包数为52。
用户IMSI=135在15：08：04分这一个8秒时间段内，上行最大丢包数52，上行连续最大丢包数为28。
4、通过环回测试对用户的单通原因进行定位（两个用户同一个RNC）
（1）在网管上将IMSI=915用户在本端RNC上做环路（方法一：上行数据在Iuup环回，同时发数据到CN），此时IMSI=915可以听到自己声音，IMSI=135也可以听到IMSI=915的声音。可以排除IMSI=915的NODEB和RNC存在故障，也可以排除RNC到IMSI=135的下行存在故障。
（2）在网管上将IMSI=915用户在本端RNC上做环路（方法二：下行数据在Iuup环回，同时发数据到NodeB），此时IMSI=135听不到自己声音，IMSI=915也听不到IMSI=135的声音，可以锁定为IMSI=135到RNC的上行存在问题（NODEB或电路或信号）。
（3）让IMSI=135从基站1切换到基站2（信号良好），单通仍然存在，可以排除IMSI=135所在的NODEB、电路、信号存在问题。
（4）从上面三个步骤的分析可以锁定单通是由于IMSI=135的手机硬件问题引起的。
5 结束语
相比与传统的MOS评分法，EMI的语音质量评分由系统自动完成，无需繁琐的测试过程和复杂的测试设备，对终端也没特殊要求，是一种典型的“全民路测”工具；EMI分析能通过对全网的小区、用户、终端进行EMI值分析，反映了用户在整个通话生命周期内EMI的均值和分布情况，能够方便地获取、监控整网语音业务综合质量，从而快速完成全网评估，实现针对性优化，是目前应用性较广的一种语音质量评估方法。