CHƯƠNG 10 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THOẠI TRONG MẠNG VoIP BẰNG MÔ HÌNH- E 4.1 Giới thiệu mô hình E Mô hình E là một mô hình đánh giá chất lượng truyền dẫn cho điện thoại cầm tay băng tần hẹp (300Hz đến 3400Hz). Mô hình được hình thành và phát triển từ những năm 1993-1996 bởi m ột nhóm nghiên cứu của tổ chức ETSI khi nghiên cứu về "chất lượng truyền thông thoại từ miệng đến tai qua mạng đối với máy điện thoại cầm tay, băng tần 3,1kHz". Mô hình E được đưa ra lần đầu tiên trong báo cáo ETR 250 [1] của ETSI vào năm 1996. Nhóm Study Group 12 (SG12) c ủa ITU-T đã nghiên cứu và mở rộng mô hình, đến tháng 12/1998 ITU-T phê chuẩn mô hình E thành khuy ến nghị G.107 mang tên: mô hình E, một mô hình tính toán s ử dụng trong việc lập kế hoạch truyền dẫn. Trước khi xuất hiện mô hình E đã có 4 mô hình tính toán khác nhau để dự đoán chất lượng truyền dẫn từ các phép đo khách quan. Các mô hình đó là [4]:  Mô hình "Transmission Rating " xuất phát từ Mỹ và Canada  Mô hình "CATNAP83" của Bristish Telecom  Mô hình "Information Index" của Pháp  Mô hình "OPINE" của nhóm NTT, Nhật Bản B ốn mô hình này đã được tổng hợp thành cơ chế :"Transmission Quality Index" . Các mô hình đều mang tính đơn giản hoá và chỉ có một số tham số giới hạn. Trong đó, suy hao và nhiễu là những yếu tố quan trọng, ngoài ra không chú ý tới ảnh hưởng của bộ mã hoá tốc độ thấp. Do ra đời trước khi xuất hiện thị trườ ng viễn thông không theo quy tắc cũ, khi mà các nhà quản trị viễn thông có thể điều khiển mạng của họ trong từng chi tiết mang tính k ĩ thuật lớn, nên các mô hình này không phù hợp với các m ạng hiện đại. Mô hình E được phát triển hoàn thiện hơn. Cũng sử dụng những thuật toán và khái niệm trong các mô hình trước, song mô hình E quan tâm nhi ều tới trễ, tiếng vọng, quá trình xử lý tín hi ệu số thay vì suy hao và nhiễu như các mô hình trước đây, do đó rất phù hợp với mạng viễn thông hiện đại. Mô hình E đánh giá chất lượng truyền dẫn thoại theo tham số truyền dẫn đầu ra R. Tham số R được tính toán dựa vào tất cả các y ếu tố gây suy hao trên đường truyền. Từ giá trị R có thể dự đoán mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ trong mạng hoặc chuyển đổi sang một số giá trị tương đương khác đã được sử dụng trước đó như MOS, GoB, POW. Với thuật toán tính toán dựa trên các suy hao trên toàn bộ kết n ối, mô hình E đã đánh giá được một cách toàn diện hiệu năng của m ạng, tổng hợp tất cả các yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng tho ại mà không chỉ chú ý tới một tham số riêng lẻ nào. Do đó mô hình E đặc biệt thích hợp cho công việc lập kế hoạch truyền dẫn. Công vi ệc này được tiến hành bởi các nhà thiết kế mạng để lập ra m ột mô hình mạng mới hoặc nâng cấp các mạng cũ. Khi đó mô hình E được sử dụng để dự đoán mức độ hài lòng của người dùng đối với các dịch vụ do mạng cung cấp trước khi triển khai dịch vụ đó trên thị trườ ng. Từ đó có thể điều chỉnh thiết bị để cho chất lượng truyền dẫn tốt nhất. Cùng v ới sự ra đời của mô hình E trong khuyến nghị ITU-T G.107 là m ột loạt các khuyến nghị khác có liên quan như G.108: hướ ng dẫn về mô hình E và việc lập kế hoạch mạng, G.109: Định ngh ĩa chất lượng truyền dẫn thoại, G.113: Chi tiết về các tham số truyền dẫn… Việc sử dụng mô hình E là cần thiết để thiết kế lập kế hoạch mạng. Các phương pháp đánh giá chất lượng truyền dẫn tho ại truyền thống như phương pháp đánh giá chủ quan theo MOS không xét đến ảnh hưởng của các yếu tố gây suy hao chính trong m ạng như trễ, tổn hao gói… Mô hình E được đánh giá là một công cụ phù hợp nhất trong việc tính toán tham số truyền dẫn để đánh giá chất lượng truyền dẫn thoại. Mô hình E ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn trên thế giới, đồng thời việc nghiên cứu và phát triển mô hình vẫn đang đượ c tiến hành. Các phiên bản mới của nó đã được đưa ra để khắc ph ục một số nhược điểm như phiên bản vào tháng 5/2000, phiên b ản mới nhất vào năm 2001. Hiện nay, mô hình E vẫn đang được nghiên c ứu sâu hơn để có thể áp dụng phổ biến trong mạng. 4.2 Cấu trúc và thuật toán mô hình E Nguyên tắc cơ bản của mô hình E dựa trên một cấu hình tham kh ảo về kết nối điện thoại từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to- end), trong đó xuất hiện tất cả các tham số truyền dẫn ảnh hưởng đến chất lượng thoại thu được. Hình 4.1 Cấu hình tham khảo của mô hình E. C ấu hình tham khảo của mô hình E như trong hình 4.1, trong đó chia kết nối end-to-end thành phía gửi và phía nhận bằng một trung tâm ảo gọi là điểm 0dBr. Mô hình sẽ đánh giá chất lượng tho ại thu được tại phía nhận, tức là phía người nghe trong một cu ộc gọi. Đây cũng là phía phải chịu ảnh hưởng của các loại suy hao trong khi nói như sidetone, nhiễu phòng, tiếng vọng. Cấu hình tham kh ảo này gồm một mạch vòng 4 dây để có thể nhận biết được các suy hao do ti ếng vọng bộ nói, tiếng vọng bộ nghe. Tham số của m ạch vòng gồm có WEPL, Tr. Các tham số SLR, RLR, và Nc được xác định tại điểm 0dBr. Nhiễu phòng P và hệ số D được phân bi ệt ở phía gửi và phía nhận. Do chất lượng thoại được đánh giá tại phía nh ận nên để tính đến ảnh hưởng của các loại suy hao đến phía nh ận, một số tham số liên quan được xem xét tại phía nhận như STMR, LSTR và TELR. Tất cả các tham số đầu vào khác được xác định giá trị cho toàn bộ kết nối. Hình 3.7 chỉ rõ các tham số đầu vào này. Ph ần dưới đây sẽ giải thích ý nghĩa của từng tham số. Các thu ật ngữ và tham số sử dụng trong mô hình E đã được định nghĩa trong một số khuyến nghị loại P và loại G có liên quan đến truyền dẫn của ITU-T. Trong đó [4]:  OLR (Overall Loudness Rating): Trong việc lập kế hoạch truyền dẫn, Loudness Rating là một phép đo để xác định suy hao cường độ , hay còn gọi là suy hao điện-âm (electro-acoustic loss) giữa hai giao diện nào đó trong mạng (được tính bằng đơn vị dB). Nếu kênh truy ền dẫn chia thành nhiều đoạn thì LR của toàn mạch s ẽ bằng tổng các LR thành phần. Trong mô hình E, OLR là suy hao cường độ giữa miệng thuê bao nói và tai thuê bao nghe trong k ết nối.  SLR (Send Loudness Rating): Là suy hao cường độ giữa mi ệng thuê bao nói và điểm 0dBr.  RLR (Receive Loudness Rating): Là suy hao cường độ giữa điểm 0dBr và tai của thuê bao nghe.  TELR (Talker Echo Loudness Rating): Là suy hao tín hi ệu thoại vọng của người nói đến chính tai họ sau khi b ị trễ qua mạng.  STMR (Talker’s Sidetone, Sidetone Masking Rating): Là suy hao cường độ tín hiệu từ miệng người nói đến chính tai h ọ qua đường sidetone điện.  LSTR (Listener’s Sidetone Rating): Là suy hao cường độ của nhiễu phòng đến tại thuê bao thông qua đường sidetone điện.  Factor (D ): Hệ số D là sự chênh lệch độ nhạy (dB) của microphone gi ữa âm thanh thoại và các nguồn nhiễu khác (nhi ễu phòng), D = STMR - LSTR. Trong mô hình h ệ số D gồm Ds và Dr: là hệ số cho phía gửi và phía nh ận.  WEPL (Weighted Echo Pass Loss): Sự chênh lệch tổn hao cường độ âm lượng giữa tín hiệu âm thanh thoại tr ực tiếp của người nói và tín hiệu thoại vọng mà người nghe nh ận được.  qdu (Quantizing Distortion Unit): Là đơn vị nhiễu lượng tử, nhiễu này sinh ra do quá trình mã hoá và giải mã PCM và ngược lại. Mỗi lần mã hoá đầy đủ từ tương tự sang số và ngược lại được coi là một qdu.  Ie (Impairment equipment): Là tham số suy hao thiết bị, tham s ố đặc trưng cho suy hao do quá trình xử lý số gây ra, như các bộ mã hoá tốc độ thấp.  A (Advantage factor): Là hệ số tích cực  T (Mean one-way delay): Là trễ một chiều giữa phía nh ận và một điểm trong kết nối mà tại đó xảy ra ghép tín hi ệu gây ra tiếng vọng (như tại bộ hybrid).  Tr (Round-Trip Delay): Là trễ vòng tròn chỉ xuất hiện trong m ạch vòng 4 dây, tại đó xảy ra sự "phản xạ kép" gây ra các suy hao do ti ếng vọng bộ nói.  Ta (Absolute delay): Là trễ tuyệt đối, biểu thị tổng trễ một chiều giữa phía gửi và phía nhận.  Ps, Pr (Room Noise) : Là nhiễu phòng tại phía gửi và phía nh ận.  Nc (Circuit Noise): Là nhiễu mạch được tính tại điểm 0dBr. Một số khái niệm khác có liên quan: + dBm: Là cường độ, hay mức của tín hiệu điện được tính theo 20lgP (dBm) v ới R U P  , trong đó U là giá trị hiệu dụng của điện thế tín hiệu [đơn vị là V], R là trở kháng đầu cuối [kOhm]. + dBmp: Là giá trị dBm được tính để phù hợp với đặc tính tai nghe c ủa con người cũng như độ nhạy thu của handset (được gọi là y ếu tố “psophometrically”-gọi là yếu tố p). + dBr, “0 dBr point”(điểm 0dBr): Điểm 0dBr là điểm mà tại đó mức tín hiệu được coi là chuẩn và có giá trị là 0 dBm. Tại các điểm khác trong mạng, mức tín hiệu được coi là có giá trị tương đố i, tính bằng dBr (chữ r là relative). Trong các mạng hỗn hợp, điểm 0 dBr được xác định tại giao diện giữa hai mạng. Như vậy, v ới SLR và RLR được tính cho điểm 0 dBr thì OLR là tổng của hai giá tr ị: OLR = SLR + RLR + dBm0, dBm0p: Là mức tín hiệu thực tế có tính đến và không tính đến yếu tố p khi đi qua điểm 0dBr. 4.2.1 Tính toán giá trị truyền dẫn R Nguyên tắc cơ bản của mô hình E dựa trên khái niệm được thi ết lập hơn 20 năm trước đây của J.Allnatt và đã được sử dụng trong mô hình OPINE c ủa NTT, đó là [2]: “Các yếu tố tâm lý trên cán cân tâm lý mang tính cộng ” Mô hình E là một mở rộng của mô hình "Transmission Rating" c ủa Mỹ và Canada. Nó cũng đánh giá chất lượng truyền dẫn bằng tham số R, song có sự khác biệt trong cấu trúc toán học và bao g ồm các đặc tính từ nhiều mô hình khác nhau. K ết quả đầu ra của quá trình tính toán là hệ số đánh giá truyền dẫn R. Đây là tham số kết hợp ảnh hưởng của tất cả các tham s ố truyền dẫn liên quan trong kết nối. Giá trị R được tính theo công th ức sau: AIeIdIsRoR  (4.1) Trong đó:  R 0 là tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu, nhiễu bao gồm các nguồn nhi ễu mạch và nhiễu phòng.  Is (synchronous): bao gồm tất cả các suy hao xuất hiện g ần như đồng thời với tín hiệu thoại.  Id (delay): là suy hao gây ra bởi trễ.  Ie (equipment): là hệ số suy hao thiết bị, chính là các suy hao do codec t ốc độ thấp gây ra.  A (advantage): là hệ số tích cực để bù vào các suy hao khác khi có nh ững tiến bộ của thiết bị truy nhập của người sử dụng. Các giá tr ị R 0 , Is, Id trong mô hình E được chia nhỏ thành nhi ều giá trị suy hao khác nhau, được trình bày trong các phần dưới đây: [...]... 5     23       (4.11) Với: TELR T      STMR 10 4 STMRo  10 lg 10  e 10 10    (4.12) Tham số Iq thể hiện những suy hao do méo lượng tử gây ra:  Iq  15lg 1  10 Y  (4.13) Trong đó Y Ro  100 46  G  15 10 (4.14) G  1.07  0.258Q  0.0602Q 2 (4.15) Q  37  15lg(qdu ) (4.16) Trong công thức này qdu là số lượng qdu trong toàn bộ kết nối giữa phía gửi và phía nhận 4.2.4 Tham... nhau, được tính theo công thức sau: Nc Nos Nor Nfo   10 10 10 No  10 lg 10  10  10  10 10    (4.3) Trong đó: + Nc [dBm0p]: là tổng của tất cả các nguồn nhiễu mạch khác nhau được xét tại điểm 0dBm + Nos [dBm0p]: là nhiễu mạch tương đương ở điểm 0 dBr, gây ra bởi nhiễu phòng Ps ở phía gửi và được tính toán như sau: Nos  Ps  SLR  Ds  100  0,004( Ps  OLR  Ds  14) 2 (4.4) Với: OLR  SLR... truyền dẫn thoại Ví dụ như các kết nối điện thoại di động hay các kết nối qua vệ tinh tới các vùng xa mà con người khó có thể tới được, khi đó lắp đặt bằng hệ thống có dây sẽ là rất khó khăn Tham số A phản ánh các ưu điểm này và được tính vào chất lượng thoại toàn tuyến Các giá trị của tham số A được cho trong khuyến nghị G.133 như bảng 4.1 Chú ý : Việc sử dụng tham số A và lựa chọn giá trị của nó trong. .. trong một ứng dụng nào đó là do nhà lập kế hoạch quyết định Tuy nhiên các giá trị trong bảng 4.1 nên được xem xét như là giới hạn trên Bảng 4.1: Tham số ưu tiên A Hệ thống truyền thông Giá trị cực đại của A Thông thường (có dây) 0 Di động trong một toà nhà với mạng 5 tế bào Di động trong vùng địa lý hoặc đang 10 di chuyển trong một phương tiện giao thông Truy nhập tới các vị trí khó đạt đến 20 được ví... công thức: Is  Iolr  Ist  Iq (4.8) Trong đó Iolr thể hiện sự giảm chất lượng do giá trị OLR quá thấp và được tính theo công thức sau: 1     X 8 8 X    Iolr  20 1     –  8  8         (4.9) Với X  OLR  0.2(64  No  RLR) (4 .10) Tham số Ist thể hiện suy hao do sidetone không tối ưu: 1 1   STMRo – 12  6  6   STMRo  10  10 Ist  10 1     – 46 1      36 ... gây ra bởi vịêc nâng cấp Pr trong đường sidetone người nói (10 – LSTR )   Pre  Pr  10lg 1  10 10    (4.6) + Nfo [dBm0p] là nhiễu nền ở phía nhận: Nfo  Nfor  RLR (4.7) Với Nfor được đặt bằng:  64 dBmp 4.2.3 Tham số suy hao Is Tham số Is là tổng tất cả các suy hao xuất hiện gần như đồng thời với quá trình truyền dẫn tín hiệu thoại như sidetone hoặc nhiễu lượng tử trong quá trình điều chế xung... tính dựa vào chất lượng của các bộ mã hoá tốc độ thấp và không liên quan đến các tham số đầu vào khác Chúng phụ thuộc vào kết quả thử nghiệm chủ quan là điểm số ý kiến bình quân của khách hàng (MOS) cũng như kinh nghiệm mạng lưới Giá trị Ie được cho trong phụ lục I khuyến nghị G.113 4.2.6 Tham số tích cực A (Advantage factor) Tham số A là một khái niệm hoàn toàn mới và chưa được sử dụng trong các mô... Rle) 2 Ro  Rle   169 2 4 (4.24) Với: Rle  105 (WEPL  7)(Tr  1) –0.25 (4.25) Tham số Idd thể hiện suy hao do trễ tuyệt đối Ta quá dài gây ra, tồn tại ngay cả khi có điều khiển tiếng vọng hoàn hảo Với Ta  100 ms: Idd  0 Với Ta  100 ms:   Idd  25 1  X 6     1 6 1    X 6  6   31      2  3      (4.26) Trong đó:  Ta   lg  100  X  lg 2 (4.27) 4.2.5 Tham số suy hao... điểm của việc truy nhập mà một hệ thống nào đó có thể có được để truyền thông Vì khái niệm "chất lượng cao" liên quan đến sự mong đợi của khách hàng được đáp ứng như thế nào Do đó, chất lượng truyền dẫn của toàn bộ kết nối do người dùng nhận biết được còn chịu ảnh hưởng bởi việc thiết lập kết nối là dễ hay khó Trong một số hoàn cảnh cụ thể, hệ thống không dây có ưu điểm hơn so với hệ thống có dây khi... toán tính toán này cũng xét ảnh hưởng của STMR đến tiếng vọng bộ nói Nếu như giá trị STMR thấp thì có thể có một số ảnh hưởng không rõ ràng (bị che khuất) đến tiếng vọng người nói, còn đối với STMR quá cao thì tiếng vọng (4.21) bộ nói có thể đáng chú ý hơn Các giá trị TERV và Idte được điều chỉnh như sau: Khi STMR  9 dB: trong phương trình (2.21), TERV được thay bằng TERVs theo công thức: TERVs  TERV . CHƯƠNG 10 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG THOẠI TRONG MẠNG VoIP BẰNG MÔ HÌNH- E 4.1 Giới thiệu mô hình E Mô hình E là một mô hình đánh giá chất lượng truyền. khác nhau, được tính theo công thức sau:        101 0101 0 101 0101 0lg10 NfoNorNosNc No (4.3) Trong đó: + Nc [dBm0p]: là tổng của tất cả các nguồn nhiễu