Pagal ITU rekomendacijas, balso kokybės vertinimas grindžiamas vidutinio nuomonių balo (MOS) samprata. Tiriamos sistemos įtaką balso kokybei vertina vertinimo rezultatų skaičiuojamas vidutinis kokybės balas.

Toks metodas yra subjektyvus. Skirtingos ekspertų grupės gauna skirtingus kokybės įverčius vertinant tas pačias sistemas. Todėl yra parengta keletas objektyvaus balso kokybės vertinimo būdų. Vienas iš jų PESQ algoritmas, kuris 2001 metais įformintas ITU rekomendacijoje P.862 [1]. PESQ algoritmas balso kokybę vertina lygindamas sistemos paveiktą signalą su originaliu, neiškraipytu signalu. PESQ algoritmo parametrai yra optimizuoti taip, kad išlaikytų didžiausią koreliacija su subjektyviais MOS vertinimais. PESQ yra laikomas objektyviu standartizuotu balso kokybės vertinimo metodu.
Vilniaus Gedimino technikos universiteto telekomunikacijų mokslo centre tiriant trumpas (kelių sekundžių trukmės) balso signalo atkarpas su pavieniais, lokaliais defektais buvo pastebėta kad, PESQ algoritmu nustatyti kokybės įverčiai pastebimai priklauso nuo matavimo sąlygų, nuo balso signalo padėties matavimo lange. Todėl vienu iš pirmųjų šiame darbe sprendžiamų uždavinių yra specialūs tyrimai, kuriais siekiama nustatyti, kas lemia PESQ įverčio

neapibrėžtumus, ir ar galima juos eliminuoti. Jeigu galima, tai kaip tai galima padaryti.
Mobiliojo ryšio sistemose balso kodekas ir paketų praradimai kanale yra du kritiniai veiksniai, lemiantys vartotojo girdimo balso kokybę. Jei sistemos naudojamas balso kodekas yra pilnai kontroliuojamas, tai paketų praradimai yra atsitiktiniai ir sunkiai prognozuojami.
Paketų praradimus kanale gali iššaukti: nepakankamas signalo lygis, didelis interferencinių trukdžių santykis, mobiliojo ryšio stoties (MS) persiregistravimas tarp bazinių stočių judant ir t. t. Duomenų paketų praradimų dėsningumai ir modeliai pasaulinės mobiliojo ryšio sistemos (GSM) duomenų perdavimo perjungimo būdu kanale (CSD) ir kitose bevielėse duomenų perdavimo sistemose yra nagrinėjami daugelyje šaltinių [2-6]. Deja, realybė yra tokia, kad balso paketų srautai mokslinėje literatūroje nėra aprašyti. Šiame darbe vienas iš sprendžiamų uždavinių yra specialios įrangos prarastiems paketams eksperimentiškai tirti kūrimas ir praktiniai prarastų balso paketų srautų tyrimai bei jų modelių sudarymas.
Dar viena problema, vertinant balso kokybę mobiliojo ryšio sąlygose, atsiranda dėl nevienodo balso paketų reikšmingumo kalbos suprantamumui ir balso kokybei. Žmogaus kalba sudaryta iš pasikartojančių aktyvios kalbos ir tylos intervalų. Akivaizdu, kad tylą aprašančio paketo praradimai mažai įtakoja balso kokybę, tuo tarpu aktyvios kalbos fragmento netektis gali žymiai pabloginti girdimą signalą ir kartais padaryti pavienius žodžius nesuprantamais.
Kalbos segmentų ir reikšmingumo tyrimai šiuo laikotarpiu yra pradinėje stadijoje. Yra žinoma, kad žodžių pradžioje esantys segmentai yra svarbesni už kitus [7, 8]. Tačiau nėra galimybės realiu laiku nustatyti konkretaus prarasto paketo įtakos kalbos suprantamumui ir balso kokybei. Balso segmentų skirtingam reikšmingumui įvertinti darbe vykdomi tyrimai, kuriais siekiama nustatyti balso paketų reikšmingumo skirstinius.
Kuriant naujos kartos telekomunikacijų tinklus, siekiama sukurti galimybes įvertinti vartotojo gautos paslaugos kokybę. Patirta kokybė turės būti siejama su paslaugų apmokestinimo kriterijais. Šiuo metu tiesiogiai matuoti balso kokybę realiu laiku nėra galimybės. Problema sprendžiama vertinant fizinio ir loginio perdavimo kanalo parametrus ir iš jų prognozuojant, galimai gautą, paslaugos kokybę. Perduoto balso kokybė vertinant vienu kokybės įverčiu nepriklausomai nuo pokalbio trukmės, bus prarandama informacija apie trumpalaikius kokybės pokyčius. Vertinant mažos trukmės balso segmentus susikurs didelis duomenų apie kokybę srautas. Šiame darbe nagrinėjama galimybė skaičiuoti skirstinius, kuriais apibūdinamos pokalbio laiko dalys, kai buvo suteikta puikios, geros, patenkinamos, prastos ar blogos kokybės balso paslauga. Tai leistų neprarasti informacijos apie trumpalaikius kokybės pokyčius ir minimizuoti duomenų srautą.
1.2. Darbo aktualumas

Mobiliojo ryšio sistemos kuriamos ir tobulinamos nuolatos. Šiuo metu teikiamų paslaugų spektras apima ne tik balso perdavimo paslaugą, bet ir vaizdo skambučius, daugialypių žinučių perdavimą, duomenų perdavimą IP tinklais ir dar daug kitų paslaugų.
Kuriant šiuolaikines telekomunikacijų sistemas prisilaikoma 1994 m. Tarptautinės telekomunikacijų sąjungos (ITU) E.800 rekomendacijoje [9] suformuluotos paslaugų kokybės (QoS) sampratos. Ji apibūdinama kaip vartotojų pasitenkinimą atspindintis paslaugos savybių bendras efektas. Prisilaikant šios sampratos, kuriamos telekomunikacijų sistemos, metodikos ir priemonės, kurios palaiko nustatytą paslaugų kokybės lygį, vertinant visų vartotojų paslaugų kokybės vidurkį. Tokios paslaugų kokybės vidutinių rodiklių vertinimo metodikos sukurtos fiksuotojo telefoninio ryšio sistemoms, kuriose visų vartotojų techninės sąlygos yra panašios, todėl ir įvairiems vartotojams teikiamų paslaugų kokybės rodikliai gali būti laikomi vienodais.
Mobiliojo ryšio tinkluose vartotojui suteikiamų paslaugų kokybė nėra vienoda. Dėl vartotojo judrumo ir kintančių tinklo apkrovų, ji nuolatos kinta ir ne visada bei ne visur būna pakankamai aukšta. Šiai išvadai pagrįsti paminėtinos plačiai visuomenei prieinamos trys ataskaitos [10-12] apie mobiliojo ryšio tinklų paslaugų kokybės lygio tyrimus Danijoje. Šios ataskaitos akivaizdžiai patvirtina, kad nepakankamai aukštos kokybės paslaugos šio tipo tinkluose pasitaiko gana dažnai.
Reali vartotojo patirta paslaugos kokybė gali būti nustatyta matuojant ir analizuojant vartotojo individualiai gautų paslaugų kokybę [13]. Deja, dabartinėse telekomunikacijų sistemose individualiai patirta paslaugų kokybė nėra nei matuojama, nei vertinama.
Vartotojų patirtos kokybės problematikos svarbą ir aktualumą patvirtina ir grupės Europos mokslo institucijų, pagal Šeštosios Bendrosios Programos (Sixth Framework Programme), Informacinės visuomenės technologijų tyrimų kryptį 2003-2006 m. vykdytas projektas „Socio-Economic Aspects of Next Generation Internet” [14]. Jame išnagrinėti vartotojų patirtos kokybės tyrimų stovis, kokybės matavimų ir kokybės grįžtamojo ryšio klausimai, bei būsimų kartų interneto inžinerijos klausimai.
Apie vartotojų patirtos kokybės vertinimų aktualumą, svarbą ir su tuo susijusius uždavinius savo nuomones yra paskelbę didieji telekomunikacinių sistemų kūrėjai: „Nokia” [15], „Nortel Networks” [16] ir kiti.
Išsakytos mintys ir pastebėjimai leidžia teigti, kad visi tyrimai, kuriais siekiama sukurti metodikas ir technines bei programines priemones mobiliojo ryšio paslaugų patirtai kokybei stebėti ir analizuoti yra akivaizdžiai aktualūs.
1.3. Tyrimų objektas
Tyrimų objektas yra balso kokybė, kurią patiria mobiliojo ryšio paslaugų vartotojai.

1.4. Darbo tikslas
Darbo tikslas – ištirti GSM mobiliojo ryšio sistemos balso paketų srautus ir pasiūlyti balso kokybės vertinimo būdą ir priemones mobiliojo ryšio sistemoms.

1.5. Darbo uždaviniai

Darbo tikslui pasiekti sprendžiami šie uždaviniai:
1. Sukurti prarastų balso paketų pozicijų aptikimo būdą ir priemones.
2. Pritaikyti žinomus matematinius modelius prarastų balso paketų srautams, įvertinant ryšio sąlygas.
3. Ištirti galimybę vertinti mažos trukmės balso signalų atkarpų, su pavieniais prarastais paketais, kokybę PESQ algoritmu.
4. Sukurti atstojamojo signalo sudarymo iš trumpų balso signalų atkarpų būdą ir ištirti jo efektyvumą vykdant kokybės vertinimą PESQ algoritmu.
5. Įvertinus gautus balso paketų srautų modelius ir prarastų paketų įtaką, sukurti mobiliojo ryšio sąlygoms tinkamą balso kokybės vertinimo metodą.

1.6. Tyrimų metodai
Darbe taikoma kalbos signalų apdorojimo metodai, koreliacinė analizė, matematinė statistika. Eksperimentais tikrinami teorinio tyrimo teiginiai. Darbo išvados grindžiamos matavimais ir modeliavimo rezultatais.

1.7. Mokslinis darbo naujumas
Rengiant disertaciją buvo gauti šie elektros ir elektronikos inžinerijos mokslui nauji rezultatai:
1. Pasiūlytas GSM mobiliojo ryšio sistemoje prarastų balso paketų aptikimo
ir jų padėties laiko ašyje apskaičiavimo metodas, panaudojant galinę
vartotojų įrangą.
2. Sudaryti GSM prarastų balso paketų srautų matematiniai modeliai susieti
su fizinio kanalo parametrais.
3. Sukurtas balso signalų paruošimo metodas leidžiantis PESQ algoritmu
vertinti mažos trukmės balso signalus.
4. Sukurtas mobiliojo ryšio sąlygoms pritaikytas balso kokybės vertinimo
būdas, pagrįstas balso kokybės skirstymu į kokybės kategorijas.

1.8. Autoriaus dalyvavimas mokslinėse programose
Autorius disertacijos rengimo laikotarpyje dalyvavo šiuose mokslinėse programose:
1. Lietuvos valstybinio mokslo ir studijų fondo remiamas projektas „Telekomunikacinių paslaugų kokybės individualaus vertinimo sistema”. 2005 metai. Projekto vadovas – prof. habil. dr. Algimantas Kajackas.
2. COST 290 tarptautinis projektas „Būsimų telekomunikacijų sistemų paslaugų kokybės dinamikos tyrimai ir vertinimo priemonių sintezė”. Sėkmingai baigta 2006-2007 metai. Projekto vadovas – prof. habil. dr. Algimantas Kajackas.
3. Lietuvos valstybinio mokslo ir studijų fondo remiamas Aukštųjų technologijų plėtros programos projektas „Autonominė telekomunikacinių paslaugų kokybės stebėjimo sistema”. 2008 metai. Projekto vadovas – prof. habil. dr. Algimantas Kajackas.

1.9. Ginamieji teiginiai
1. Prarastų balso paketų padėties aptikimo būdas, pagrįstas specialių testinių signalų panaudojimu ir koreliaciniu prarastų paketų identifikavimu.
2. Eksperimentiniais matavimais paremti prarandamų balso paketų srautų modeliai mobiliojo ryšio sistemai.
3. Naujas eksperimentais ir algoritmo analize paremtas signalo konstravimo metodas, minimizuojantis PESQ balso kokybės vertinimo algoritmo sukuriamus įverčių neapibrėžtumus.
4. Mobiliojo ryšio sistemomis perduoto balso, kokybės vertinimo metodas, pagrįstas balso kokybės skirstymu į kokybės kategorijas.

1.10. Darbo rezultatų aprobavimas

Disertacijos tematika yra atspausdinti 5 moksliniai straipsniai: vienas -žurnale, įtrauktame į Thomson ISI Master Journal List sąrašą [1A]; du – žurnale, cituojamame Inspec duomenų bazėje [2A, 3A], du – kituose leidiniuose [4A, 5A]. Taip pat, kartu su bendraautoriais, paruošti 2 poskyriai COST290 baigiamajai tyrimų ataskaitai.
Darbo tema buvo perskaityti 7 pranešimai mokslinėse konferencijose:
• 2 pranešimai jaunųjų mokslininkų konferencijoje „Lietuva be mokslo -Lietuva be ateities” 2005 ir 2006 m., Vilniuje.
• 5 pranešimai respublikinėje konferencijoje „Elektronika” 2005, 2006, 2007 ir 2008 m., Vilniuje.
• Tarptautinio projekto COST290 valdymo komiteto posėdžiuose.

1.11. Disertacijos struktūra
Disertaciją sudaro šeši skyriai, iš kurių pirmasis yra įvadas, o paskutinysis -rezultatų apibendrinimas. Taip pat yra vienas priedas.
Darbo apimtis yra 78 puslapiai, neskaitant priedų, tekste yra 28 numeruotos formulės, 39 paveikslai ir 6 lentelės. Rašant disertaciją buvo panaudoti 82 literatūros šaltiniai.

2
Balso kokybė ir jos vertinimo
metodai

Šiame skyriuje pateikiama telekomunikacinių paslaugų kokybės sampratos evoliucija. Disertacijoje telekomunikacijų paslaugų kokybė suprantama kaip perduoto balso kokybė. Analizuojami faktoriai, įtakojantys perduodamo balso kokybę. Apžvelgiama balso kokybės vertinimo būdai ir priemonės.

2.1. Telekomunikacijų paslaugų kokybės samprata ir jos evoliucija
Visų kartų telekomunikacijų sistemose šalia techninių signalų perdavimo klausimų buvo sprendžiamos ir teikiamų paslaugų kokybės problemos. Analoginių telekomunikacijų laikotarpiu didžiausias dėmesys buvo skiriamas paslaugų kokybę įtakojantiems fiziniams faktoriams, pavyzdžiui, triukšmai linijoje ir kokybės matas buvo susiejamas su linijos signalo/triukšmo santykiu. Kai buvo sukurtos skaitmeninėms perdavimo sistemos, kokybės įvertis tapo priklausomas nuo visos eilės naujų veiksnių: kvantavimo, diskretizacijos, naudojamo signalo glaudinimo metodo – kodeko. Paslaugų kokybės sąvoka tapo ganėtinai kompleksiška.
Pagal bendrąsias ITU nuostatas QoS yra sutartinis dalykas. Paslaugos kokybės samprata tapo subjektyvia ir priklausė nuo daugelio faktorių, tačiau pagrindinis

kriterijus yra vartotojo pasitenkinimo laipsnis.
Paslaugų kokybės telekomunikacijų tinkluose subjektyvumą lemia tai, kad vartotojo pasitenkinimo laipsnis priklauso nuo daugelio techninių faktorių, nuo alternatyvių paslaugų, nuo vartotojo patirties ir savaime aišku – nuo paslaugos kainos. Kaip žinoma, paslaugų kaina yra svarbi valdant telekomunikacijų paslaugų vartojimą. Dinamiškai keičiant tarifus valdoma telekomunikacijų sistemų apkrova. Kai tam tikru laikotarpiu, pavyzdžiui, vakarais tarifai mažinami, apkrova padidėja. Darbo metu padidinus paslaugų tarifus, apkrova sumažinama. Taip išlyginama tinklo apkrova paros laikotarpiu. Svarbu, kad taip ITU suformuluota QoS koncepcija pagal OSI modelį orientuota pagal taikomąjį lygmenį, nustatoma iš vartotojo pozicijų.
Būtina atkreipti dėmesį į kitą momentą. Nusistovėjusi telekomunikacinių sistemų kūrimo ir jų teikiamų paslaugų kokybės vertinimo praktika orientuota į statistinį vartotoją. Sistemos bendrieji parametrai bei kokybės rodikliai nustatomi kaip vidurkiai. Jie randami apdorojant daugeliui vartotojų suteiktų paslaugų kokybės rodiklius. Tokia praktika pasiteisino fiksuotojo ryšio sąlygomis, kai tos sąlygos visiems vartotojams buvo panašios.
Nauja paslaugų kokybės samprata pradėta vystyti kartu su mobiliojo ryšio sistemomis. Atsirado nauji faktoriai didinantys QoS problemos sudėtingumą mobiliojo ryšio sąlygose. Netiksliai nusakomos įvairių diapazonų radijo bangų sklidimo sąlygos ir kaip to pasekmė, labai padidėjusi signalų interferencija bei tarpusavio trukdžiai iššaukia informacijos paketų praradimus. 3G mobiliojo ryšio sistemose balso kokybę įtakoja ir jose naudojamo AMR balso kodeko duomenų spartos režimas. Mažinant kodeko sukuriamą duomenų srautą (didinant glaudinimo laipsnį) atsiranda galimybė taikyti stipresnį kanalinį kodavimą. Bendras paketo atsparumas trukdžiams padidėja, tačiau sumažėja perduodamo balso kokybė [17].
Svarbu yra tai, kad priešingai nei fiksuotojo ryšio tinkluose, mobiliojo ryšio sąlygos kiekvienam vartotojui yra nevienodos ir individualiai nagrinėjant, faktiškai patirta paslaugų kokybė nustatoma labai skirtinga.
Keletą paskutinių metų atsiranda mokslinių darbų apie balso, vaizdo ir kitų duomenų perdavimų faktiškai patirtos kokybės vertinimus. Šiai problemai
apibūdinti vartojami ir nauji terminai
ų
i ir

kokybė
suvokia a paslaugos kokybė – P o ( angl. perceived uality of Service) [18],

• patirta kokybė – QoE (angl. Quality of Experience) [7, 8, 19-22].
Daugeliu atveju sąvoka QoS keičiama naujesne – QoE. QoE sąvokos apibrėžimą 2007 m. pradžioje reglamentavo ITU [23]. QoE – subjektyviai suvoktas, bendras paslaugos priimtinumas vartotojui.
QoE problematikai skirtas publikacijas galima suskirstyti į dvi dalis. Pirmoji iš jų nagrinėja perduodamų balso ir vaizdo specifinius iškraipymus ir siekia nustatyti, kaip tuos iškraipymus pastebi bei suvokia vartotojai. Yra parengtos metodikos, kaip organizuoti subjektyvaus vertinimo testus, nustatant tam tikrų iškraipymų įtaką balso bei vaizdo signalams. Tokių tyrimų rezultatai yra įvertinti kuriant modernius balso ir vaizdo kodekus. Kita QoE problematikos dalis skirta faktiškai vartotojo patirtos paslaugos kokybės įvertinimui realiu laiku ir tam tikrai patirtos kokybės apskaitai.
Šiuo metu, kai trečiosios kartos mobiliųjų telekomunikacijų sistema yra plataus diegimo fazėje, mokslo visuomenė intensyviai diskutuoja apie būsimų kartų telekomunikacijas. Kiekvienai naujai kartai keliami ne tik naujų galimybių reikalavimai, bet ir reikalavimai kokybei. Mokslinėje spaudoje gausu publikacijų, kuriose nagrinėjami diferencijuotos kokybės paslaugų teikimo principai.
Vystant tyrimus turėtų būti sukurtos vartotojams prieinamos priemonės, pritaikytos vertinti vartotojų patirtą paslaugų kokybę, įvertinti realią paslaugos vertę, kai suteikiama paslauga nėra pakankamai aukštos kokybės, nustatyti problemines, kokybės prasme, vietas.

2.2. Perduodamo balso kokybė

Visose mobiliojo ryšio sistemose yra realizuotas signalo galios valdymo mechanizmas, leidžiantis minimizuoti siųstuvo spinduliuojamą galią išlaikant reikiamą radijo signalo lygį. Mažinant spinduliuojamas signalų galias, mažėja ir interferenciniai trukdžiai, gretimuose kanaluose veikiantiems vartotojams. Galios valdymo mechanizmai yra realizuoti tiek MS, tiek bazinėse stotyse (BS). Galios valdymo kriterijai yra pagrįsti priimamo signalo kokybe (fizinio lygmens signalų kokybė ir balso kokybė yra skirtingos sąvokos). Radijo kanalo kokybė yra apibūdinama visa eile išmatuotų ir apskaičiuotų parametrų: priimamo signalo lygis (RxLev), nešlio ir interferencinio signalo santykis (C/I), klaidingų bitų tankis (BER), prarastų paketų tankiu (FER).
Bendras galios valdymo mechanizmas yra ganėtinai paprastas. Kai i-ojo radijo kanalo kokybė Q yra geresnė nei reikalaujama Qieik:
Q > O* , (2.1)
siųstuvo galia yra mažinama, jei radijo kanalo kokybė yra prastesnė nei reikalaujama, galia yra didinama.
Kol siųstuvo galia neviršija didžiausios įmanomos galios Pmax, priimamo signalo kokybė kinta nežymiai, nes galios valdymo mechanizmas kompensuoja kanalo parametrų kitimus. Tokiose sąlygose vartotojo gaunamo balso kokybė kinta nedaug.
Deja, net ir gerai išvystytame mobiliojo ryšio tinkle atsiranda tokių vietų ir laiko momentų, kai konkrečiam vartotojui priskirtame kanale siųstuvų spinduliuojamos galios daugiau padidinti negalima, nes pasiekta leistina galios riba:
P = P . (2.2)
i max . V’t*^/
Jei tokioje situacijoje nėra galimybės perjungti MS prie kitos bazinės stoties, radijo kanalo kokybė tampa nebepatenkinama. Šiuo atveju vartotojo gaunamų paslaugų kokybė tampa nebekontroliuojama ir apibūdinama kaip geriausio bandymo paslauga (angl. best effort service). Nesant galimybės didinti galią, stebimas perduodamo balso kokybės mažėjimas. GSM ir 3G ryšio sistemose balsas, vaizdas ir duomenys yra skaitmenizuoti ir perduodami informacijos paketais. Nepatenkinama radijo kanalo kokybė lemią duomenų paketų praradimus. O paketų praradimai iššaukia paslaugų kokybės sumažėjimą. Apibendrinant signalo galios valdymo įtaką paslaugų kokybei, galima suformuluoti šiuos teiginius:

Kiekvienai MS išskirtas kanalas yra unikalus. Kiekvieno kanalo parametrai yra skirtingi ir priklauso nuo geografinės padėties, tinklo ir kit
išskirtas irtingi ir
apkrovos ir kitų parametrų.
• MS judant, ryšio sąlygos nuolat kinta, gali pasitaikyti laiko intervalų, kuomet nebeįmanoma padidinti siųstuvo galios, dėl ko padažnėja paketų praradimai.
• Paketų praradimai stipriai įtakoja balso ir kitų paslaugų kokybę.
• Klasikiniai tinklų planavimo metodai negarantuoja ir negali garantuoti reikiamo signalo lygio visuose aprėpties taškuose.
Prarastų paketų poveikis balso kokybei yra nagrinėtas mokslinėse publikacijose [24-26]. Paskelbtose išvadose teigiama, kad esant mažam praradimų lygiui (iki 2 %) pavieniai prarasti paketai ir trumpos prarastų paketų grupės (keletas iš eilės prarastų paketų) daro panašų poveikį balso kokybei. Didėjant praradimų dažniui, grupuoti praradimai labiau pastebimi ir daug labiau įtakoja balso kokybę. Esant paketų grupių praradimams, iš perduodamos kalbos gali būti ištrintos ne tik žodžių dalys, bet ir ištisi žodžiai.
Priimamo signalo parametrai mobiliojo ryšio sistemose yra matuojami ir naudojami radijo ištekliams, galiai valdyti, komutuojant ir keičiant balso kodekus. Tačiau faktiškai vartotojo gauta paslaugos kokybė nėra kontroliuojama. Šio laikotarpio vartotojams prieinama galinė įranga neturi techninių galimybių įvertinti gautų paslaugų kokybę.
Nors dabartinių mobiliojo ryšio operatorių tinklai yra išvystyti ir padengia didžiąją Lietuvos teritorijos dalį, tačiau dėl mobilumo ir specifinės, miesto sąlygoms būdingos, interferencinės aplinkos, vartotojas visuomet gali atsidurti lokaliose, prasto ryšio sąlygose [27, 28]. Tokiose situacijose atsiranda paketų praradimai, kurie ir lemia perduodamo balso kokybės sumažėjimus. Vartotojai, esantys „blogose” vietose, patiria perduodamo balso kokybės sumažėjimą dažniau – daug dažniau, negu vidutinis vartotojas.
Kaip pavyzdį galima pateikti ataskaitą [2, 3], kuri pateikia matavimų, atliktų Danijoje, duomenis. Šiuose matavimuose buvo nustatyta, kad kalbos kokybė yra tik patenkinama 5,3 % visų skambučių, o bloga – 2,3 %. Kaip matome, vidutinis prastos kokybės skambučių skaičius nėra didelis, bet šie skambučiai nėra tolygiai pasiskirstę tarp vartotojų. Blogos kokybės skambučiai dažniausiai įvyksta tiems vartotojams, kurie yra tam tikrose geografinėse vietovėse ar skambina tuo metu, kai tinkle apkrova yra didelė. Taip pat, blogos kokybės skambučiai dažnai įvyksta ribose tarp mobiliojo tinklo celių.
Balso paketų praradimų srautų savybės mobiliojo ryšio sistemose nėra išsamiai nagrinėtos. Didesnis dėmesys buvo skirtas tik CSD – duomenų perdavimo kanalui [10-12], tačiau minėti tyrimai apsiribojo prarastų paketų matematiniais modeliais vidutinėms ryšio sąlygoms.
Darbuose [10, 11] pasiūlytų modelių generuojami prarastų paketų srautai neatspindi specifinių ryšio situacijų, kurios pasitaiko realiam vartotojui. Nepakankamai dėmesio skirta informacijai apie prarastų paketų tendencijas grupuotis esant labai prastoms ryšio sąlygoms. Nepilnas kanalo modelis lemia neapibrėžtus rezultatus modeliuojant kalbos perdavimą ir jos kokybę.
Balso kokybės vertinimas yra sudėtingas uždavinys. Žmogaus kalba susideda iš aktyvios kalbos ir tylos intervalų. Paketas gali būti prarastas tiek kalbos, tiek ir tylos intervale. Dažniausiai tylos intervalo netektis neturi įtakos balso kokybei. Tačiau perduoto balso kokybė priklauso nuo to, kurioje aktyvios kalbos dalyje bus prarastas paketas [25].
Balso kodekas yra antrasis pagal svarbumą veiksnys, įtakojantis balso kokybę. Trečios kartos ryšio sistemose naudojamas kintamos spartos AMR kodekas. Prastėjant ryšio sąlygoms yra jungiamas kodekas su mažesne generuojamų duomenų sparta, o likęs srautas yra panaudojamas papildomam kanaliniam kodavimui. Taip padidinamas atsparumas trukdžiams ir sumažinama paketo praradimo tikimybė. Deja, mažėjant naudingų duomenų srautui, sumažėja ir perduodamo balso kokybė.
Siekiant sumažinti prarastų paketų įtaką balso kokybei, dekoderiuose yra naudojami šiuos praradimus maskuojantys mechanizmai. GSM 06.10 (angl. full rate) ir GSM 06.20 (angl. half rate) dekoderiai vietoje prarasto paketo sugeneruoja naują, iš prieš tai buvusio teisingai priimto paketo parametrų [29, 30]. Šis metodas yra efektyvus, kai prarandami pavieniai paketai iš tų balso segmentų, kurie tarpusavyje yra stipriai koreliuoti. Šie garso signalai yra periodiški, todėl paketo pakartojimas neblogai kompensuoja prarastą informaciją. Tačiau esant keletui iš eilės prarastų paketų, dėl paketų pakartojimo susikuria nemalonus impulsinis trukdis. Ši problema išspręsta GSM 06.60 (angl. enhanced full rate) ir AMR kodekuose, realizuojant sudėtingesnį maskavimo mechanizmą [31, 32].
Mobiliojo ryšio sistemose perduotos kalbos kokybės modeliavimas ir vertinimas yra sudėtingas ir iki galo neišnagrinėtas klausimas.

2.3. Balso kokybės vertinimo metodai

2.3.1. Subjektyvus MOS vertinimo būdas
Vystantis telefonijai kito ir balso kokybės vertinimo principai. Analoginės telefonijos kūrimo laikotarpiu nagrinėtos spektro juostos pločio, signalo bei triukšmų lygių sąsajos su suvokiama balso kokybe. Atsiradus galimybėms sukurti skaitmeninius balso kodekus, kuriais koduotas ir perduotas balso signalas gali pastebimai skirtis nuo originalaus, teko peržiūrėti ir balso kokybės vertinimo principus. Šiuo metu labiausia paplitusios MOS pagrindu veikiančios balso kokybės vertinimo priemonės [33]. Kiekvienas ekspertų grupės narys individualiai įvertina pateiktus balso įrašus. Priklausomai nuo vykdomo testo rūšies, kiekvienas įrašas yra įvertinimas pažymiu. MOS įvertis gaunamas suvidurkinus ekspertų vertinimus. Yra visa eilė MOS testų rūšių, tačiau vertinant perduoto balso kokybę svarbiausieji yra klausymosi testai. Dažniausiai įvertinimams naudojama 1 – 5 balų skalė. Vienas balas reiškia prasčiausią įvertį – iškraipyto signalo kokybė nepriimtina, 5 – signalo kokybė puiki.
Svarbu pastebėti, kad daugelį kalbos iškraipymų klausantysis eliminuoja, nes prasmę supranta pagal kontekstą. Iš kitos pusės, yra situacijų, pavyzdžiui, perduodant įvairias komandas, kai pasikliauti MOS kokybės testais nepakanka. Tikslesni vertinimai gaunami tiriant kalbos suprantamumą (angl. intelligibility).
MOS vertinimų atlikimas yra sudėtingas ir daug laiko reikalaujantis procesas, kurio rezultatai gali skirtis vertinimą kartojant ar jį atliekant kitai ekspertų grupei. Dėl šių priežasčių, jau kurį laiką yra kuriami ir standartizuoti algoritmai, leidžiantys objektyviai vertinti balso kokybę.

Apibendrinant atliktus tyrimus gauti šie rezultatai ir išvados:

1. Mobiliojo ryšio sistemose prarasti paketai blogina perduoto balso kokybę, tačiau mokslinėje literatūroje balso paketų praradimai nebuvo išsamiai ištirti. Disertacijoje pristatomas balso paketų srautų rinkimo metodas ir aprašomos priemonės, skirtos GSM balso paketų srautams tirti. Markovo grandinių matematiniai modeliai pritaikyti prarastų balso paketų srautams imituoti. Šių modelių ypatumas yra tas, kad jų parametrai susieti su ryšio kanalo parametrais.
2. Darbe įrodyta, kad balso kokybei vertinti plačiai taikomas, ITU P.862 rekomendacijoje įteisintas PESQ algoritmas, nėra tinkamas matuoti trumpų balso atkarpų kokybę, nes gaunamų matavimo rezultatų neapibrėžtis gali siekti daugiau nei 0,6 MOS balo. Problemai spręsti pasiūlyta naudoti dirbtinai suformuotą tiriamąjį signalą, sudarytą iš M kartų pakartotų pirminio signalo atkarpų. Tai leidžia iki 20 kartų sumažinti matavimo rezultatų neapibrėžtį.
3. Daugkartiniais tyrimais įrodyta, kad nėra vienareikšmio ryšio tarp prarastų balso paketų skaičiaus ir balso kokybės pablogėjimo vertės. Galima nustatyti tik sąsajas tarp prarastų paketų ir tikimybės, kad balso kokybė bus sumažinta dydžiu dQPESq.

4. Nustatyta, kad vertinant mobiliojo ryšio balso kokybę vienu parametru paslepiama informacija apie trumpalaikius kokybės pablogėjimus. Todėl pasiūlyta vartotojo patirtą balso kokybę išreikšti standartizuotų kokybės kategorijų skirstiniais.

Darbo autorius D.GURŠNYS

Atsisiųsti pilną darbą balso-kokybe.pdf