5G VoNR技術(shù)引領(lǐng)IOT通信新視界

就在5G消息發(fā)布兩周年之際不久，中國(guó)移動(dòng)近日在北京推出了5G新通話(huà)業(yè)務(wù)，因此中國(guó)移動(dòng)成為了全球首個(gè)率先推出5G新通話(huà)試商用的電信運(yùn)營(yíng)商。或許，5G新通話(huà)已經(jīng)迎來(lái)了發(fā)展新風(fēng)口。那么，5G新通話(huà)在傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)上如何賦能通信服務(wù)？而作為通信基礎(chǔ)能力的通話(huà)服務(wù)下一步又將會(huì)如何升級(jí)發(fā)展？

5G VoNR技術(shù)瞄準(zhǔn)市場(chǎng)藍(lán)海，打造“通信高地”

海量連接蘊(yùn)藏豐富機(jī)會(huì)，未來(lái)仍存廣闊市場(chǎng)空間。目前，全球有70億人與人之間的話(huà)音連接。5G時(shí)代，音視頻連接將延伸到超過(guò)200億的人與人和人與物的連接[1]，通信終端也將從手機(jī)變成TV、音箱、車(chē)、甚至機(jī)器人等新型終端。人與物的音視頻連接，讓家中的IoT設(shè)備成為唾手可得的溝通工具，極大豐富了通信場(chǎng)景。與此同時(shí)，語(yǔ)音交互、手勢(shì)交互等AI交互方式，全面升級(jí)通信體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)解放雙手，自在暢聊；甩屏等創(chuàng)新功能應(yīng)用，將打破空間的局限，真正打造“以人為中心”的無(wú)縫通信服務(wù)，讓溝通無(wú)處不在，讓信息自由流動(dòng)。

目前，業(yè)內(nèi)主流通信廠(chǎng)商從不同角度切入物聯(lián)終端基于5G VoNR技術(shù)的場(chǎng)景創(chuàng)新與應(yīng)用市場(chǎng)，為智能門(mén)鈴、智能攝像頭、智能音箱、智能臺(tái)燈等智能終端提供超清視話(huà)通信解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)IOT終端關(guān)鍵技術(shù)為5G VoNR通信服務(wù)

為提升VoNR通信終端覆蓋率，拓展IOT通信場(chǎng)景，智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心創(chuàng)新融合型輕載化高效EVS編碼、低功耗通信模組、弱網(wǎng)對(duì)抗技術(shù)、交互式通信技術(shù)。EVS(Enhanced Voice Services, EVS)是繼4G移動(dòng)高清語(yǔ)音編解碼器AMR-WB后，VoNR默認(rèn)和優(yōu)選的語(yǔ)音編解碼方法，相較于G711、AMR語(yǔ)音編碼，其最大體驗(yàn)提升在于提供8-48khz的音頻覆蓋能力，滿(mǎn)足了人耳對(duì)聽(tīng)覺(jué)全域的頻率覆蓋，適應(yīng)所有人耳可感知的音頻媒體傳輸，同時(shí)EVS在移動(dòng)通信系統(tǒng)中通信質(zhì)量和效率方面也有很大的提升。

特點(diǎn)1：支持全頻域編碼，提供超高清語(yǔ)音\音樂(lè)編碼

EVS支持全頻域編碼（語(yǔ)音編碼和音樂(lè)編碼），四種采樣率，8kHz、16kHz、32kHz、48kHz，音頻帶寬的分布如下圖所示：

圖1 音頻帶寬的分布[2]

8kHz采樣率對(duì)應(yīng)的編碼帶寬為窄帶，范圍是300Hz-3400Hz；16kHz采樣率對(duì)應(yīng)的編碼帶寬為寬帶，范圍是50Hz-7000Hz；32kHz采樣率對(duì)應(yīng)的編碼帶寬為超寬帶，范圍是20Hz-14000Hz；48kHz采樣率對(duì)應(yīng)的編碼帶寬為全帶，范圍是20Hz-20000Hz。人耳可以感知的頻率范圍一般在20Hz-20000Hz，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍300—3400Hz之間，采用8kHz采樣，因此EVS能夠覆蓋人耳可感知的全頻域音源，相比傳統(tǒng)通信系統(tǒng)，EVS能夠提供無(wú)損級(jí)話(huà)音和音樂(lè)音頻信號(hào)傳送服務(wù)。

智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心針對(duì)智能家居、數(shù)字鄉(xiāng)村等場(chǎng)景，基于音視頻通信技術(shù)孵化如智能喇叭、智能提醒、智能對(duì)講等創(chuàng)新業(yè)務(wù)，攻關(guān)物聯(lián)網(wǎng)IOT終端全頻率音頻采集、音頻前后處理技術(shù)，升級(jí)3A算法，引入RNN循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)8-48khz音頻采樣全頻域語(yǔ)音通信能力，賦能家庭業(yè)務(wù)提升用戶(hù)體驗(yàn)，如智能喇叭廣播業(yè)務(wù)可以為用戶(hù)播放無(wú)損音質(zhì)的音頻，智能對(duì)講業(yè)務(wù)提供臨場(chǎng)沉浸式溝通體驗(yàn)。

特點(diǎn)2：支持更全面的編碼速率，滿(mǎn)足泛終端差異化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

EVS不同的編碼帶寬都支持多種碼率，其中WB帶寬支持全碼率。碼率越高需要的帶寬就越大。如下圖所示：

圖2 EVS編碼速率[3]

智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心根據(jù)EVS傳輸碼率特性，針對(duì)泛家庭場(chǎng)景物聯(lián)網(wǎng)終端使用場(chǎng)景，攻關(guān)QoS網(wǎng)絡(luò)抗丟包技術(shù)，使用WavaRNN技術(shù)構(gòu)建了循環(huán)生成網(wǎng)絡(luò)模型，學(xué)習(xí)超分信號(hào)前后的相關(guān)性，構(gòu)建低頻譜模到高頻譜模的翻轉(zhuǎn)模型，利用Griffin-lim算法和Mel-GAN聲碼器,有效解決高頻相位的缺失引起的振鈴效應(yīng)，使用ISTFT得到時(shí)域信號(hào)，實(shí)現(xiàn)音頻超分變率擴(kuò)展，打造EVS碼率自適應(yīng)技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，自適應(yīng)選擇不同的編碼速率。通過(guò)上述技術(shù)，優(yōu)化EVS在物聯(lián)網(wǎng)終端在多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下適應(yīng)能力，提供更好的語(yǔ)音編碼服務(wù)和效率，相同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下MOS分平均提高0.4。

特點(diǎn)3：極低延時(shí)，提供聲臨其境的通話(huà)體驗(yàn)

EVS處理的語(yǔ)音幀的時(shí)長(zhǎng)為20ms。當(dāng)編碼帶寬為WB/SWB/FB時(shí)的編碼延時(shí)為12ms，當(dāng)編碼帶寬為NB時(shí)的編碼延時(shí)為10ms。相對(duì)于AMR-WB效率提高了近一倍。

智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心結(jié)合EVS低延遲的特性，創(chuàng)新性提出媒體前協(xié)商通信機(jī)制，利用5G高帶寬、低延時(shí)的特性，有效提高泛智能終端的接通率，進(jìn)一步縮短泛智能終端建立通話(huà)的時(shí)延。為用戶(hù)帶來(lái)高連通率，超低延遲的VoNR超高清通話(huà)服務(wù)，讓語(yǔ)音通話(huà)有了身臨其境的體驗(yàn)。

特點(diǎn)4：輕載化編解碼，廣泛賦能各種終端

由于IoT設(shè)備普遍存在的性能瓶頸，智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心針對(duì)不同平臺(tái)的多種設(shè)備，使用SIMD技術(shù)對(duì)EVS進(jìn)行輕載化，在ARM、MIPS等架構(gòu)下進(jìn)行EVS性能優(yōu)化，有效將幀處理耗時(shí)從35ms大幅降低到10ms以?xún)?nèi)，解決EVS在低功耗芯片上無(wú)法運(yùn)行的問(wèn)題，為智能物聯(lián)網(wǎng)終端提供泛終端、泛網(wǎng)絡(luò)、全頻域、超高清的多媒體通信服務(wù)。

5G新通話(huà)全面升級(jí)通話(huà)體驗(yàn)

中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心以AIoTel 技術(shù)為底座，創(chuàng)新面向用戶(hù)感知的增強(qiáng)型全頻域編碼技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)多媒體通信EVS碼率自適應(yīng)技術(shù)、全域超大規(guī)模視聯(lián)算力并網(wǎng)調(diào)度技術(shù)、媒體前協(xié)商通信機(jī)制，創(chuàng)新打造行業(yè)首款支持VoNR的智能終端，面向物聯(lián)網(wǎng)提供泛終端、全場(chǎng)景、高品質(zhì)的電信級(jí)多媒體通信服務(wù)，打造數(shù)字通信全新體驗(yàn)。

針對(duì)家庭細(xì)分場(chǎng)景孵化智能電話(huà)、智能對(duì)講、智能喇叭、移動(dòng)看家等業(yè)務(wù)，結(jié)合智能硬件創(chuàng)新出基于智能音箱、寬帶電視的大中小屏 VoLTE 視頻通話(huà)，貓眼門(mén)鈴 VoLTE 視頻對(duì)講，智能攝像頭遠(yuǎn)程廣播喊話(huà)等特色功能，并借力“數(shù)字鄉(xiāng)村”工程實(shí)現(xiàn) CHBN 協(xié)同發(fā)展，進(jìn)一步牽引產(chǎn)業(yè)上下游的產(chǎn)品孵化和創(chuàng)新。

（一）門(mén)鎖視頻對(duì)講（門(mén)口）：親友來(lái)訪(fǎng)，按動(dòng)智能門(mén)鎖上的門(mén)鈴按鈕后，主人的手機(jī)即可接收到一通視頻來(lái)電。在通話(huà)過(guò)程中，主人可一鍵為親友開(kāi)啟門(mén)鎖。

（二）大屏視頻通話(huà)（客廳）：親友相聚，使用語(yǔ)音遙控器的語(yǔ)音交互指令撥打大屏高清視頻通話(huà)，向遠(yuǎn)方的父母報(bào)平安。在視頻通話(huà)過(guò)程中實(shí)時(shí)分享旅行照片。

（三）音箱視頻通話(huà)（廚房）：隨著女主人步入廚房，大屏視頻通話(huà)隨之切換到廚房的智能音箱上。女主人一邊準(zhǔn)備飯菜，一邊繼續(xù)與父母暢談。

（四）智能臺(tái)燈通話(huà)（書(shū)房）：畫(huà)面轉(zhuǎn)到書(shū)房，孩子正在做作業(yè)，遇到難題后按動(dòng)臺(tái)燈的通話(huà)按鈕，爸爸的手機(jī)即可接收到電話(huà)，實(shí)時(shí)通話(huà)指導(dǎo)孩子的功課。

（五）智能客服（在線(xiàn)業(yè)務(wù)）：用戶(hù)在線(xiàn)辦理業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)，通話(huà)建立前展示企業(yè)名片及認(rèn)證信息；通話(huà)中智能客服主動(dòng)推送交互式菜單及業(yè)務(wù)表單遠(yuǎn)程指導(dǎo)用戶(hù)操作；通話(huà)結(jié)束后定制結(jié)束語(yǔ)形成服務(wù)閉環(huán)。

（六）通話(huà)交互（辦公/娛樂(lè)）：通話(huà)過(guò)程中支持用戶(hù)進(jìn)行屏幕共享、文件分享和白板涂鴉等交互操作。

5G VoNR 讓“人機(jī)物”的邊界融合。未來(lái)可通過(guò)“移步換景”-從室外到室內(nèi)絲滑串聯(lián)中國(guó)移動(dòng)VoNR極富特色的人與人、人與物通信場(chǎng)景，全面展現(xiàn)泛終端、泛網(wǎng)絡(luò)、全場(chǎng)景、電信級(jí)的物聯(lián)通信解決方案，以及智能感知、多模態(tài)交互的數(shù)字通信全新體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《Vo5G技術(shù)白皮書(shū)》.

[2] https://www.aes.org/technical/documentDownloads.cfm?docID=548.

[3] https://www.aes.org/technical/documentDownloads.cfm?docID=548.

作者：陳民

單位：中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心

來(lái)源：移動(dòng)Labs