CN101754259A - Gsm话音质量自动拨测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GSM话音质量自动拨测系统及方法，该系统由主叫设备和被叫设备组成，主叫设备和被叫设备通过公用移动网络进行通信。主叫设备由PC服务器终端及服务软件共同控制发起拨测拨测任务和提取拨测结果文件。主、被叫设备由支持待拨测网络的无线调制解调模块、中央处理单元、实时时钟单元、存储单元、备用电池单元、电源切换单元、电源转换单元、USB接口单元和本地串口组成。由主叫设备完成电话拨测任务发起和PCM语音评估结果文件记录。本发明有益的效果：主叫设备通过先播放语音后录音，被叫设备采用先录音再放音，这样主叫设备就可以对双向的语音回路做出是否有任何一路出现单通。

Description

GSM话音质量自动拨测系统及方法

技术领域

本发明涉及移动通信网络管理测试领域，特别是一种GSM话音质量自动拨测系统及方法，用于移动交换机接口时隙自动拨测，检测网络质量。可以替代繁琐的人工拨测，降低人为错误，节省人力。

背景技术

随着移动通信用户的数量增加，移动网络运营商对用户通话质量的满意度越来越重视。需要每天人工对交换机端口时隙进行呼叫，来判断交换机各时隙语音质量是否正常。由于人工拨打，上千条的时隙电话需要拨打，工作量大，不但耗费大量人力资源，而且还容易出错。使用通信业务平台，把主叫设备和被叫设备放在同一个软交换端局下，通过指定接口时隙拨打被叫设备号码，记录此时隙的拨打结果，实现自动拨测。

通信业务自动拨测平台，采用数字PCM语音检测，能更好的评估语音质量和异常情况判断。

发明内容

本发明的目的是正是要克服上述技术存在的不足，而提供一种GSM话音质量自动拨测系统及方法。

本发明目的通过以下技术方案来实现：这种GSM话音质量自动拨测系统，主要包括：主叫设备和被叫设备，主、被叫设备由支持待拨测网络的无线调制解调(Modem)模块(含天线)、中央处理单元(CPU)、实时时钟(RTC)单元、存储单元、备用电池单元、电源切换单元、电源转换单元、USB接口单元和本地串口组成；其中无线调制解调模块与中央处理单元通过串口相连；实时时钟单元通过I2C总线与中央处理单元相连；存储单元通过并行总线与中央处理单元相连；当设备外部电源掉电后，备用电池单元给设备供电；电源切换单元提供外部电源和备用电源之间的自动切换；备用电池单元、电源切换单元和电源转换模块组成设备供电系统给设备提供统一电源；本地串口用于软件下载和调试，也用于拨测交换机接口时隙列表文件的下载和拨测结果文件的导出。主叫设备可以通过串口和个人终端电脑上的配套服务软件相连，通过服务软件下载所要拨测的接口时隙号码文件，EXCEL格式；通过服务软件可以定时或立即给主叫设备下达拨测任务；通过服务软件可以导出测试结果文件。

本发明所述的这种GSM话音质量自动拨测方法，其步骤如下：

1)、主被叫设备上的CPU通过读取无线调制解调模块获得网络覆盖效果相关参数：位置区域码(LAC)，小区识别码(CI)，基站识别码(BSIC)，广播控制信道频点(BCCH Freq)，信号强度(Rxlev)，信号质量(Rxqual)；

2)、主叫设备通过串口接收语音拨测时隙或电话号码文件，并存储；

3)、主叫设备查询是否有定时拨测任务或立即拨测任务，定时任务时间到或立即拨测任务的时候立即读取拨测任务文件中的交换机接口时隙编码，控制无线调制解调(Modem)进行拨打；

4)、被叫设备收到来电，电话接通后，定时5秒钟录音，然后把录下的语音回放给主叫设备；

5)、主叫设备电话接通后先播放存储在设备中的5秒钟标准的PCM语音文件，然后再接收录音5秒钟，并存储在设备中；

6)、主叫设备可采用感知语音质量评估(PESQ Perceptual Evaluation of SpeechQuality)算法通过比较播放标准语音与录音文件的区别，来判断交换机接口此时隙的通话质量，看是否存在单通现象。

本发明涉及的通信业务自动拨测平台在领域内具有显著的特点：

1)主叫设备通过先播放语音后录音，被叫设备采用先录音再放音，这样主叫设备就可以对双向的语音回路做出是否有任何一路出现单通；

2)采用数字PCM语音对交换机接口时隙的语音质量进行评估，保证了评估的准确性和真实性；

3)可以支持多达2000条以上的拨测计划；

4)设备拨测的电话号码长度可达30位以上。

附图说明

图1是本发明的GSM话音质量自动拨测系统示意图；

图2是本发明主被叫监控设备原理框图；

图3是本发明主被叫监控设备电源转换单元电原理图；

图4是本发明主被叫监控设备无线调制解调模块电原理图；

图5是本发明主被叫监控设备电源切换单元电原理图；

图6是本发明主被叫监控设备中央处理单元电原理图；

图7是本发明主被叫监控设备备用电池单元电原理图；

图8是本发明主被叫监控设备存储单元电原理图；

图9是本发明主被叫监控设备实时时钟(RTC)单元电原理图；

图10是本发明主被叫监控设备本地串口电原理图；

图11是本发明主被叫监控设备的USB接口单元框图；

图12是本发明主被叫监控设备的语音PCM数据实现录放原理框图；

图13是本发明主被叫监控设备的无线调制解调器G24 PCM语音信号时序图；

图14是本发明主被叫监控设备的PESQ算法模型结构框图；

附图标记：电源转换单元1、USB接口单元2、无线调制解调模块3、电源切换单元4、中央处理单元5、备用电池单元6、存储单元7、实时时钟单元8、本地串口9。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但应理解这些实施例并不是限制本发明的范围，在不违背本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对本发明作出改变和改进以使其适合不同的使用情况，条件和实施方案。

图1是本发明的这种GSM话音质量自动拨测系统示意图；该系统包括有主叫设备和被叫设备，主叫设备和被叫设备通过公用移动网络进行通信。

主叫端主要包括主叫设备、电脑终端。电脑终端上带有服务软件。可以通过电脑终端上上的服务软件通过串口对主叫设备下发拨测文件、拨测任务和提取拨测结果。

主被叫设备组成框图如图2所示，主要由电源转换单元1、支持待拨测网络的无线调制解调模块(含天线)2、电源切换单元3、中央处理单元(CPU)4、备用电池单元5、存储单元6、实时时钟(RTC)单元7和本地串口8组成；其中无线调制解调模块2与中央处理单元3通过通用异步串口(UART)和同步串行接口(SSC)相连；实时时钟单元7和存储单元6通过I2C总线与中央处理单元4相连；当设备外部电源掉电后，备用电池单元5给设备供电；电源切换单元3提供外部电源和备用电源之间的自动切换；备用电池单元、电源切换单元和电源转换单元组成设备供电系统给设备提供统一电源；本地串口8用于软件下载和调试，也可用于拨测文件和任务的下发，拨测结果的提取。

图3是电源转换单元电原理图。电源转换单元主要由U1(LM2576-ADJ)、U2(SPX1117-3.3)、U3(SPX1117-1.8)、C1(100uF/35V)、C2(1000uF/35V)、C3(100uF/35V)、C5(10uF/10V)、C6(10uF/10V)、C7(0.1uF/50V)、C8(10uF/10V)、D1(SS34)、D2(SS34)、R1(5.1K1％)、R2(1.5K 1％)、L1(100uH)、L2(电源浪涌抑制器件)组成，U1(LM2576-ADJ)完成把12V电源转换成5电源，U2(SPX1117-3.3)把5V电源转化为3.3V电源，U3(SPX1117-1.8)把3.3V电源转化为1.8V电源。5V为设备系统电源，3.3V电源和1.8V电源给中央处理单元(CPU)供电。C1(100uF/35V)、C2(1000uF/35V)、C3(100uF/35V)、C5(10uF/10V)、C6(10uF/10V)、C7(0.1uF/50V)、C8(10uF/10V)、L2(电源浪涌抑制器件)起到电源滤波作用，使U1(LM2576-ADJ)、U2(SPX1117-3.3)、U3(SPX1117-1.8)的输出电压更加稳定，纹波更小。R1(5.1K 1％)、R2(1.5K 1％)作用为调整U1(LM2576-ADJ)输出电压为5V。

图4是无线调制解调模块电原理图。无线调制解调模块主要由J1(70PIN接插件)、V1(BC857)、V2(BC847)、V3(BC847)、U2(MIC29302)、SIM1(SIM卡插座)、L1(LED指示灯)、L2(LED指示灯)、L3(LED指示灯)及若干电阻电容组成。J4用于连接无线调制解调器G24；U2和相关电阻电容组成电源转换电路，把5V转换成4.0V，给无线调制解调器G24供电，其中M10N/OFF(受控于中央处理单元)信号用于开关电源，当M1ON/OFF高电平时，U2打开，给无线调制解调器G24供电，当M1ON/OFF低电平时，U2关闭；V1和L2、V3和L1组成无线调制解调器G24状态指示电路，用于指示无线调制解调器G24的当前状态和网络当前状态；L3指示G24USB接口电源状态；V2用于产生无线调制解调器G24的启动信号，当在M1IGT(受控于中央处理单元)上有一定宽度的低电平脉冲时就可启动无线调制解调器G24；

图5是电源切换单元电原理图。电源切换单元主要由D3(普通二极管)、D4(普通二极管)、D2(普通二极管)、U4(电源转换器件)、L3(电感)和一些电阻电容组成。U4为备用电池升压稳压到5V作用。工作原理：当外电源有电时，D2的输出端为5V高电位，这样D4就不能导通，不输出电压；当外电源停电时，D2的输出端为低电位，这样D4就导通，输出电池升压后的电压。这样就实现了外电源和备用电池电源之间的切换功能。

图6是中央处理单元电原理图。中央处理单元主要由U11(主控CPU AT91SAM9260-CU)、Y1(谐振晶体18.432MHZ)、Y2(CPU内核时钟晶体32.768KHZ)、U25(复位芯片MCP1316T-29)、J5(JTAG仿真器接口)组成。其中Y1、Y2为U11提供运行时钟，U12为U6提供上电复位信号和看门狗复位信号。

图7是备用电池单元电原理图。备用电池单元主要由U5(PMOS管)、U6(LMS33460)、U7(比较器)、U8(与门)、Q4(三极管)、Q1(三极管)、U9(PMOS管)、D21(二极管)、D5(二极管)、J3和若干电阻组成。J3是备用电池接口，U5、U6、Q4、D21及相关阻容组成电池过放电保护单元，防止电池放到3V以下，损害电池；U7通过电池电压与设定电压比较，来控制Q1、U9的导通于否，进而控制电池的充电；U8用于CPU对于电池充电和放电的切换控制。

图8是存储单元电原理图。存储单元主要由U16、U17、U18、J10及其相关阻容组成。存储单元采用简单的EEPROM(电可擦写可编程只读存储器)、DATA FLASH和NAND FLASH组成。J10为扩展SD卡插座，如果系统存储空间不够的话，可以采取SD卡扩展存储空间。U16(NAND FLASH)与中央处理单元中的CPU通过并行总线通信；U17(DATA FLASH)与中央处理单元中的CPU通过SPI总线通信；U18(EEPROM)与中央处理单元中的CPU通过I2C总线通信。

图9是RTC单元电原理图。RTC单元主要由U26(实时时钟芯片PCF8563)、D22(普通二极管)、D23(普通二极管)、Y4(谐振晶体)和若干电容组成。其中Y4为U26提供准确的时钟，D9和D10完成主电源和纽扣电池电源的切换，使有电时通过主电源为U26供电，掉电时通过纽扣电池为U26供电，使时间信息在系统掉电时不丢失。

图10是本地串口电原理图。本地串口主要由U19(电平转换芯片MAX3232)、J14、J18和若干电容组成。其中U19把3.3V TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号转换成RS232电平。

图11是USB接口电原理图。USB接口主要由J12、J13和若干电容组成。其中J12为USBHOST，用于输入输出数据；J13为USB DEVICE，用于CPU底层引导程序的升级。

图12是语音PCM数据实现录放原理框图。无线调制解调器G24的数字语音接口PCM_BUS与中央处理单元CPU的同步串行接口相连，中央处理单元CPU的并行总线接口与FLASH存储器的并行接口相连。录音过程是中央处理单元CPU把无线调制解调器G24数字语音接口输出的数据通过并行接口存储在NAND FLASH存储器中；放音过程是中央处理单元CPU把存储在FLASH存储器中的语音数据通过无线调制解调器G24的PCM数字语音接口播放出去。

图13是无线调制解调器G24 PCM语音信号时序图。PCM语音信号分别为PCM_FS(帧同步信号)、PCM_CLK(串行时钟信号)、PCM_DOUT(语音数据输出信号)、PCM_DIN(语音数据输入信号)。无线调制解调模块的PCM语音接口信号与中央处理单元中主控CPU的同步串行接口SSC相应信号相连，把主控CPU的SSC接口配置成符合图12时序图的模式，即德州仪器公司的同步串行数据帧格式。

图14为PESQ算法的模型结构框图。.wave格式原始语音文件和待测语音文件都通过电平调整及滤波，然后对这两个语音信号进行时间上的校准，并通过听觉变换。这个变换包括对系统中线性滤波和增益变化的补偿和均衡。提取出两个失真参数，在频率和时间上总和起来，映射到对主观平均意见分的预测，获得感知语音质量的评估值。

PESQ算法模型基于国际电联2001年2月发布的语音传输质量测量标准ITU P.862规范。PESQ是评价各类端对端网络条件和语音编码与解码的最新标准。PESQ可以根据一些感知标准来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，而这些衡量标准又是与人类对语音质量的感受完全吻合的。我们可以购买PESQ算法的实现软件，来完成我们所需要的感知语音质量的评估。

下面结合图1~图14来说明本发明方法的工作原理：

1)、主被叫监控设备上的CPU通过向无线调制解调G24发送AT指令获得网络覆盖效果相关参数：位置区域码(LAC)，小区识别码(CI)，基站识别码(BSIC)，广播控制信道频点(BCCH Freq)，信号强度(Rxlev)，信号质量(Rxqual)；

2)、通过服务软件向主叫设备下发需要拨打电话号码的文件；

3)、通过服务软件向主叫设备下发定时或立即拨打测试任务；

4)、主叫设备检测如果拨测时间到，则按照拨测文件进行拨测；

5)、被叫设备收到来电提示，接通来电；

6)、主叫设备在电话拨通后，先播放5秒钟时间预存在设备中的标准音；

7)、被叫设备在电话拨通后，先录音5秒钟；

8)、被叫录音5秒后，接着播放录下的语音文件；

9)、主叫在放音5秒后，接着录音；

10)、主叫设备采用感知语音质量评估(PESQ Perceptual Evaluation of Speech Quality)算法通过比较标准语音与录音语音的区别，获得感知语音质量的评估值来判断通话语音效果，得知此次通话过程是否存在为单通。

11)、所有号码拨测完成后，通过服务软件来从主叫设备中提取拨测结果文件。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种GSM话音质量自动拨测系统，其特征在于：该装置由有主叫设备和被叫设备组成，主叫设备和被叫设备通过公用移动网络进行通信；主叫设备和被叫设备由电源转换单元(1)、USB接口单元(2)、支持待拨测网络的无线调制解调模块(3)、电源切换单元(4)、中央处理单元(5)、备用电池单元(6)、存储单元(7)、实时时钟单元(8)和本地串口(9)组成；其中无线调制解调模块(3)与中央处理单元通过串口和USB口相连，实时时钟单元(8)通过I2C总线与中央处理单元(5)相连；存储单元(7)通过并行总线与中央处理单元(5)相连；电源切换单元(4)提供外部电源和备用电源之间的自动切换；备用电池单元(6)、电源切换单元(4)和电源转换模块(1)组成设备供电系统给设备提供统一电源，本地串口(9)用于软件下载和调试，本地任务下发和测试结果文件提取。

2.根据权利要求1所述的GSM话音质量自动拨测系统，其特征在于：所述中央处理单元(5)控制程序，其流程如下：

1)、主叫设备和被叫设备上的CPU通过读取无线调制解调模块获得网络覆盖效果相关参数：位置区域码(LAC)，小区识别码(CI)，基站识别码(BSIC)，广播控制信道频点(BCCHFreq)，信号强度(Rxlev)，信号质量(Rxqual)；

2)、主叫设备通过串口接收语音拨测时隙或电话号码文件，并存储；

3)、主叫设备查询是否有定时拨测任务或立即拨测任务，定时任务时间到或立即拨测任务的时候立即读取拨测任务文件中的交换机接口时隙编码，控制无线调制解调(Modem)进行拨打；

4)、被叫设备收到来电，电话接通后，定时5秒钟录音，然后把录下的语音回放给主叫设备；

5)、主叫设备电话接通后先播放存储在设备中的5秒钟标准的PCM语音文件，然后再接收录音5秒钟，并存储在设备中；

6)、主叫设备采用感知语音质量评估算法通过比较播放标准语音与录音文件的区别，来判断交换机接口此时隙的通话质量，看是否存在单通现象。

3.根据权利要求1所述的GSM话音质量自动拨测系统，其特征在于：主叫设备和被叫设备通过USB HOST和USB DEVICE来升级固件驱动和应用程序。

4.根据权利要求1所述的GSM话音质量自动拨测系统，其特征在于：主叫设备通过串口和服务软件传输各种类型文件。

5.根据权利要求1所述的GSM话音质量自动拨测系统，其特征在于：主叫设备和被叫设备应用程序通过GPRS远程升级。

6.一种GSM话音质量自动拨测方法，其特征在于：该方法步骤如下：

1)、主叫设备和被叫设备上的CPU通过读取无线调制解调模块获得网络覆盖效果相关参数：位置区域码(LAC)，小区识别码(CI)，基站识别码(BSIC)，广播控制信道频点(BCCHFreq)，信号强度(Rxlev)，信号质量(Rxqual)；

2)、主叫设备通过串口接收语音拨测时隙或电话号码文件，并存储；

3)、主叫设备查询是否有定时拨测任务或立即拨测任务，定时任务时间到或立即拨测任务的时候立即读取拨测任务文件中的交换机接口时隙编码，控制无线调制解调进行拨打；

4)、被叫设备收到来电，电话接通后，定时5秒钟录音，然后把录下的语音回放给主叫设备；

5)、主叫设备电话接通后先播放存储在设备中的5秒钟标准的PCM语音文件，然后再接收录音5秒钟，并存储在设备中；

6)、主叫设备采用感知语音质量评估算法通过比较播放标准语音与录音文件的区别，来判断交换机接口此时隙的通话质量，看是否存在单通现象。

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