在分組交換語音無線網絡中控制聲碼器模式的方法和設備的製作方法

2023-05-06 15:27:41

專利名稱：在分組交換語音無線網絡中控制聲碼器模式的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在分組交換語音無線網絡中控制聲碼器(vocoder)模式的方法， 以及更為具體地，但是不排他地涉及為3GPP LTE中的基於網際網路協議的語音(VoIP)控制聲碼器模式。
背景技術：
目前，第三代合作夥伴計劃(3GPP)正在開發長期演進(LTE)，也被稱為E-UTRAN， 記載於技術規範3GPP TS 36. 300v 8. 5. 0 (2008-05)，讀者將其稱為附加信息，以及相關的文檔。3GPP LTE旨在增強通用移動通信系統(UMTS)無線接入網標準，例如，通過改進效率和服務。由於3GPP將UMTS演進為3GPP長期演進(LTE)中的純分組交換技術，將按基於網際網路協議的語音(VoIP)的形式來攜帶語音業務。UMTS中的傳統電路交換(CS)語音和LTE 中VoIP之間的一個基本區別是，無線接入網(RAN)不再控制VoIP應用所使用的聲碼器速率的調整，以優化語音質量和空中接口容量之間的權衡(trade-off)。參見圖1，具有UMTS中的傳統CS語音，如圖1的左手側所示的，語音業務首先通過移動交換中心(MSC)I進入核心網絡，其中它被轉碼(transcode)為自適應多速率(AMR) 編解碼(codec)。AMR編解碼允許使用不同的速率來編碼語音(例如，12. 2kbps、7. 95kbps、 5. 9kbps等)，其允許用於傳送語音的比特數量和感知(perceived)的語音質量之間的直接權衡。無線網絡控制器(RNC) 2能夠從基站(在UMTS中稱為Node-B) 3接收負載測量報告， 以及基於所述負載，可以發送請求到MSC 1以改變到用戶設備(UE)4的下行鏈路傳輸的AMR 速率。按這種方式，當Node-B3在下行鏈路中負載較輕時，RNC 2可以請求為所有的語音業務提供最高的AMR編解碼速率(例如，12. 2kbps)。當由於增加的呼叫量而導致負載增加時， 如由來自Node-B 3的報告所確定的，為了保證新的用戶不會受到阻塞，RNC 2可以請求MSC 1將AMR速率改變為更低的速率(例如，5. 9kbps)，其允許支持更多數量的語音呼叫，儘管具有較低的語音質量。基於從Node-B 3到RNC 2的上行鏈路負載報告可以使用類似的過程， 其中RNC 2可以向UE 4發送消息，使得將UE 4所使用的AMR編解碼速率切換為更低或更高的速率。基於來自Node-B 3的直接負載測量報告來調整AMR速率的能力是使用AMR編解碼的重要優勢，並且允許相對於語音質量來優化語音容量的非常期望的靈活性。通過3GPP LTE,目標是移到純分組交換(PS)技術，使得可以按類似的方式來傳輸語音和數據業務，並且將不再需要保持兩個單獨的域，即，電路交換和分組交換。另外，在LTE中，UMTS中RNC實體和Node-B實體的功能變為(collapsed)被稱為增強 Node-B (eNode-B 或 eNB)的單個實體。在LTE中，使用VoIP來傳遞語音，如圖1中右手側所示出的。在VoIP中，使用與數據業務(例如，FTP、HTTP等)相同的方式來將語音幀封裝到網際網路協議(IP)分組中。 LTE中的eNode-B僅需要感知特定業務流的所需要的服務質量(QoS)屬性，例如，誤碼率和延遲要求；其不嚴格地需要知道它是在使用AMR編解碼的特定語音業務中攜帶的。另一個重要的改變是，用於下行鏈路傳輸的AMR編解碼不是eNode-B可以直接訪問的，這是由於如果運營商選擇使用IMS，其可能存在於運營商的IP多媒體子網(IMS)中，或者其可能位於運營商網絡中某處的媒體網關(MGW)中，或者其甚至可能直接位於請求(placed)呼叫的另一 UE中。因此，eNode-B不能按照與UMTS中可能的相同方式來請求AMR編解碼速率的改變， 以相對於語音質量來權衡空中接口容量。

發明內容
根據本發明的第一方面，一種用於在分組交換語音無線網絡中控制聲碼器模式的方法，包括至少一個基站，包括基站控制聲碼器的自適應多速率(AMR)編解碼模式。所述方法可以應用於根據LTE標準的網絡，其中基站是eNB。然而，其可以應用於根據涉及分組交換語音的其它技術和/或標準實現的網絡。在根據本發明的方法中，基站測量負載條件並且根據測量的條件來控制編解碼模式。在根據本發明的另一方法中，基站修改語音分組的編解碼模式請求(CMR)欄位以控制編解碼模式。基站可以修改基站在上行鏈路中從用戶設備(UE)接收的語音分組的CMR 欄位，以控制在下行鏈路中發送到UE的語音分組的編解碼模式。基站可以修改基站在下行鏈路上發送到用戶設備(UE)的語音分組的CMR欄位，以控制在上行鏈路中從UE發送的語音分組的編解碼模式。當基站已經修改了 CMR欄位之後，基站在計算中使用經修改的CMR 欄位來計算UDP報頭中的校驗和。在根據本發明的另一方法中，基站發送控制消息到UE以控制編解碼模式。其中網絡是根據LTE實現的，控制消息可以是無線資源控制(RRC)消息。為了修改下行鏈路中的編解碼模式，基站可以發送控制消息到UE，所述控制消息請求UE修改在上行鏈路中發送的語音分組中的CMR欄位。為了修改上行鏈路中的編解碼，基站可以向UE發送控制消息，所述控制消息請求UE改變UE正在使用的編解碼模式。根據本發明的第二方面，一種可操作以使用根據第一方面的方法的基站。根據本發明的第三方面，一種被安排以使用根據第一方面的方法的無線網絡。


現在將僅通過實例的方式，並且參照附圖來介紹本發明的一些實施方式，其中圖1示例性地示出相比於LTE中的VoIP在UMTS中電路交換語音的實現方式；圖2示例性地示出用於LTE的VoIP分組的結構；圖3示例性地示出用於下行鏈路方向中LTE的VoIP的協議棧；圖4示例性地示出用於上行鏈路方向中LTE的VoIP的協議棧；圖5示例性地示出根據本發明的方法；圖6示例性地示出根據本發明的方法；以及圖7示例性地示出根據本發明的部分LTE網絡和eNode-B。
具體實施例方式圖2示出了用於LTE的VoIP分組的結構。AMR語音編碼器5每20ms產生語音幀6並且分組中的比特數量依賴7於所選擇的AMR編解碼速率。然後，實時傳輸協議(RTP)層附加編解碼模式請求(CMR)欄位8，其長度是4比特，並且還添加RTP報頭9。RTP報頭9提供時間戳和序列號，其將由接收RTP實體所使用以適當地完成(play out)語音幀。CMR欄位8的目的是與允許鏈路接收側上的AMR編解碼以請求改變鏈路發送側所使用的AMR編解碼模式。UDP/IP層10添加另一組報頭。IP報頭11提供路由信息，使得語音分組到達適當的目的地。UDP報頭12添加應用埠號以及校驗和，校驗和是在整個分組(包括IP報頭) 上計算的。在接收UDP實體處使用所述校驗和以檢查分組是否已經損壞，在這種情況下，會在接收實體處將其丟棄。接下來，當分組進入LTE協議棧(下行鏈路上的eNode-B或者上行鏈路上UE中協議棧的LTE部分)，其進入分組數據匯聚協議(PDCP)層13。在該層中，可以被壓縮的RTP/ UDP/IP報頭部分將被壓縮以提供壓縮的報頭14並且提升空中接口容量。接收PDCP實體將對分組進行解壓縮。壓縮/解壓縮協議稱為魯棒性報頭壓縮(RoHC)。圖3和圖4分別示出了在下行鏈路和上行鏈路中傳遞VoIP分組的協議棧。注意到，因為語音典型地是雙向會話並且因此AMR聲碼器典型地包括編碼器和解碼器功能，所以沒有上行鏈路和下行鏈路的AMR語音編碼器和AMR解碼器的表示。在本發明的一個實施方式中，通過修改相反鏈路中發送的VoIP分組中的CMR欄位，eNode-B改變特定鏈路方向(例如，下行鏈路或上行鏈路)中的AMR編解碼模式。圖5示出了修改下行鏈路方向中發送的VoIP分組的編解碼模式。在15，eNode-B 測量其下行鏈路中的負載。在16，eNode-B決定修改在下行鏈路中傳遞到特定UE的語音業務所使用的AMR編解碼模式是否合適。在這個實例中，假設eNode-B測量報告指示下行鏈路負載變得較高，在這個意義上，語音呼叫的數量目前接近於當前AMR聲碼器速率的容量限制。可替換地，測量報告可以指示不需要改變或所述負載可能增加。如果在16，eN0de-B決定修改編解碼模式以降低下行鏈路負載，在17，其修改在上行鏈路方向中發送的VoIP分組中的CMR欄位，上行鏈路方向即，從UE到eNodeB。然後，經修改的CMR欄位將到達AMR聲碼器，用於生成在下行鏈路中發送的語音分組，並且AMR編解碼模式將被適當地改變。在eNode-B的PDCP層內部修改CMR。這可以在報頭解壓縮之間或之後執行，但是在本實施方式中，在報頭解壓縮之後執行。因為分組大小和CMR欄位的位置是之後精確已知的，在報頭解壓縮之後修改CMR是有好處的。設置CMR欄位以實現所期望的將在下行鏈路方向中使用的AMR編解碼速率。通過假設CMR欄位的原始值來計算在UE發送側的UDP報頭中計算的校驗和。在 18，使用經修改的CMR欄位在eNode-B中重新計算UDP校驗和。鑑於CMR欄位和UDP校驗和將需要由eNode-B來改變，在eNode-B的PDCP實體中執行上述內容是有優勢的。於是， eNode-B利用新計算的校驗和來替換舊的UDP校驗和。這樣保證當分組達到UDP/IP層時 UDP校驗和能夠通過。在19，生成在下行鏈路中發送的分組的AMR聲碼器接收經修改的CMR並且因此會將其AMR編解碼調整為更低的速率。僅修改下行鏈路方向中發送的VoIP分組的CMR欄位， 可以使用相同的技術來修改上行鏈路中的AMR聲碼器速率。通過參考圖6，如20所示，通過修改在下行鏈路中發送給所述UE的VoIP分組的 CMR欄位，eNode-B還可以控制上行鏈路中使用的AMR編解碼模式。
在本發明的另一實施方式中，將符合3GPP LTE標準的具體控制消息從eNode-B發送到UE，以產生AMR編解碼中的所期望改變。圖7示例性示出了具有多個eNode-B的LTE 網絡21的部分。無線資源控制(RRC)消息，即控制平面消息，在LTE標準中的eNode-B和 UE之間發送。為了控制上行鏈路方向上的AMR編解碼速率的改變，eNode-B將RRC消息發送到 UE,請求UE改變UE正在使用的AMR編解碼。為了控制下行鏈路方向中AMR編解碼速率的改變，eNode-B將RRC消息發送給UE， 請求UE修改在上行鏈路中發送的VoIP分組中的CMR欄位。於是，這實現了在下行鏈路方向中發送AMR語音分組的對等實體，並且具有將AMR編解碼速率改變為所期望速率的效果。LTE網絡的eNode-B可以改變，或附加地，通過參考圖5和6或如圖5和6所示的實施方式來實現。本發明可以體現為其它具體形式，而不脫離本發明的精神或基本特徵。所介紹的實施方式在各個方面被考慮為是示意性的且不是限制性的。因此，本發明的範圍由附加的權利要求所指示，並不是由前述說明所指示。來自權利要求的等價含義和範圍內的所有改變被包括在權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種用於在分組交換語音無線網絡中控制聲碼器模式的方法，所述網絡包括至少一個基站，包括基站控制聲碼器的自適應多速率(AMR)編解碼模式。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述網絡符合LTE標準以及所述基站是eNB。
3.根據權利要求1所述的方法，並且包括基站測量負載條件以及基於所測量的條件控制編解碼模式。
4.根據權利要求1所述的方法，並且包括基站修改具有語音幀載荷的RTP分組的編解碼模式請求(CMR)欄位，從而控制編解碼模式。
5.根據權利要求1所述的方法，並且包括基站修改語音分組的編解碼模式請求(CMR) 欄位以控制編解碼模式。
6.根據權利要求5所述的方法，並且包括基站修改在上行鏈路中基站從用戶設備(UE) 接收的語音分組的CMR欄位，以控制在下行鏈路中被發送給UE的語音分組的編解碼模式。
7.根據權利要求5所述的方法，並且包括基站修改在下行鏈路中由基站發送到用戶設備(UE)的語音分組的CMR欄位，以控制在上行鏈路中從UE發送的語音分組的編解碼模式。
8.根據權利要求5所述的方法，並且包括在基站已經修改了CMR欄位之後，在計算中基站使用經修改的CMR欄位來計算UDP報頭中的校驗和。
9.根據權利要求8所述的方法，並且包括在基站修改了CMR欄位之後，基站執行基站中分組數據匯聚協議(PDCP)實體的其校驗和的計算。
10.根據權利要求5所述的方法，並且包括在報頭解壓縮之後，基站修改CMR欄位。
11.
12.根據權利要求1所述的方法，並且包括基站將控制消息發送到UE以控制編解碼模式。
13.根據權利要求12所述的方法，並且其中網絡符合LTE標準且基站是eNB，以及控制消息是無線資源控制(RRC)消息。
14.根據權利要求12所述的方法，並且其中為了修改下行鏈路中的編解碼模式，基站將控制消息發送到UE，請求UE修改在上行鏈路中發送的語音分組中的CMR欄位。
15.根據權利要求12所述的方法，並且其中為了修改上行鏈路中的編解碼，基站將控制消息發送到UE，請求UE改變UE正在使用的編解碼模式。
16.一種用於無線網絡的基站，其包括控制用於分組交換語音的聲碼器的自適應多速率(AMR)編解碼模式的控制器。
17.根據權利要求16所述的基站，並且其中基站是eNode-B。
18.根據權利要求16所述的基站，並且包括處理器，用於修改具有語音幀載荷的RTP分組的編解碼模式請求(CMR)欄位，以控制編解碼模式。
19.一種無線網絡，包括用於無線網絡的基站，包括用於控制分組交換語音的聲碼器的自適應多速率(AMR)編解碼模式的控制器。
20.根據權利要求18所述的無線網絡，並且其中根據LTE標準來實現所述無線網絡。
全文摘要
一種用於控制分組交換語音無線網絡中的語音聲碼器速率的方法，包括包含在網絡中的基站，基站控制自適應多速率(AMR)編解碼速率。網絡可以符合LTE標準並且基站是eNB。
文檔編號H04L29/06GK102308552SQ201080006658
公開日2012年1月4日 申請日期2010年1月5日 優先權日2009年1月7日
發明者A·M·拉奧 申請人:阿爾卡特朗訊美國公司