移動通信系統中自適應多速率編碼的方法和裝置的製作方法
2023-07-18 12:40:41
專利名稱：移動通信系統中自適應多速率編碼的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統，具體涉及移動通信系統中自適應多速率編碼的方法和裝置。
背景技術：
為了便於本領域一般技術人員理解本發明，將本說明書中使用的術語列表如下AMRadaptive multi-rate codec 自適應多速率編碼BLER block error ratio 誤塊率CDMA code division multiple access 碼分多址接入CPICH RSCP CPICH received signal code power 導頻信道接收功率Node B第三代蜂窩系統基站FERframe error ratio 誤幀率MOSMean Opinion Score 平均主觀分在包括CDMA和GSM及TDMA及PCS通信系統中，語音使用AMR編碼方式(Adaptive Multi-Rate codec)，該編碼方式可以提供8種編碼速率，分別為12.2，10.2，7.95，7.4，6.7，5.9，5.15or4.75kbit/s。通常，對於採用某一種速率進行編碼，我們稱該編碼方式為某速率模式。那麼對應8種編碼速率，AMR語音編碼共有8種速率模式。
無線通訊系統中的語音從信號源傳播到接收方，對語音質量產生影響的主要因素是信源編碼速率(即語音的AMR模式)和信道傳播誤塊率(Block Error Ratio(BLER)，受到傳播環境的影響)。編碼速率越大，則信號所攜帶的語音信息就越多，接收方就能夠更準確地還原語音信息，那麼語音的質量就越好。語音信號在數字無線通訊系統中傳輸過程中會轉換成數字比特，在無線信道中數字比特分成塊進行傳輸，在傳輸過程中受到的幹擾越小，那麼接收到的數字塊的正確率就越高，即誤塊率(BLER)就越低，那麼恢復的語音質量就越好。
圖1為3GPP TR26.975[1]提供的不同模式語音質量隨FER的變化曲線圖。其中，示出了不同的語音模式在不同的誤幀率(Frame Error Ratio(FER)，相似於BLER)情況下的質量情況進行了衡量，衡量的方式採用了MOS(Mean Opinion Score)分值。MOS分越高，則語音質量越好。圖中縱軸表示與最大MOS分4分的差值。
圖1中的數據來自於在GSM系統中的試驗數據，對無線通訊系統中對語音模式的控制具有參考作用。從圖中可以看到，在FER小於0.1％以前，語音的MOS分值比較穩定，當FER大於0.1％以後，語音質量下降的速率越來越快。在同樣的FER情況下，基本上高模式的語音有更好的質量。
當AMR語音在無線通訊系統中傳輸的時候，語音質量受到傳播環境的影響也非常大，傳播環境會影響語音業務的BLER。在傳播環境由好變差過程中，由於低模式具有比高模式更好的容錯性，所以低模式的語音質量降低的速率比高模式語音質量降低的速率慢。當環境變差到一定程度，就會出現低模式語音質量高於高模式語音質量的情況。請參考圖2，圖2示出不同模式語音質量隨環境變化的曲線。
圖2中，橫軸表示信號與幹擾的比值(C/I)，傳播環境越差，C/I越低。圖2也來自於3GPP TR2 6.975。從圖中可以看到，當C/I降低到10dB～4dB時，12.2kbits/s的語音質量已經變差，7.95kbits/s的語音質量變得最好，當C/I在4～1dB時，5.9kbits/s的語音質量變得最好，而當C/I低於1dB以後，4.75kbits/s的語音質量變得最好。
在無線通訊系統中，隨著系統中用戶數目、距離基站遠近等因素的變化，用戶所處的無線環境經常在變動，在不同的環境中所適用的最優的語音模式也會隨之變化。因此，多速率自適應語音控制算法的目的即是根據環境的不同，自適應地調整用戶的語音模式，以儘量為用戶提供最好的服務。
由於採用不同語音模式時，所需要的發射功率是不同的，在相同環境下，一般低模式所需要的發射功率比高模式要小。所以有時會出於提高系統容量或者增加覆蓋的目的，而有意降低語音的模式。這都涉及自適應多速率語音控制算法。
現有技術中，多採用根據整個小區的負載變化來調整用戶的語音模式。對整個小區的負載的衡量一般採用對下行載波的或者上行幹擾水平的測量來判斷系統的負載狀況。當負載超過一個設定的門限，說明當前的負載較重，則啟動對語音用戶的控制，一般進行降低模式的處理，以減小語音用戶對發射功率的需求，進而減小系統的負載；當負載低於設定的門限時，也啟動對語音用戶的控制，一般進行升高模式的處理，以充分利用當前充足的資源，進而為用戶提供更好的語音質量。
進行以上處理時，進行降低模式判決的負載門限高於進行升高模式判決的負載門限。
根據整個小區的負載情況來調整語音模式，只能對所調整的用戶進行相同的處理，即用戶的語音模式同時升高或者同時降低。然而用戶在小區中所處的位置不同，其建立相同模式的語音業務對發射功率的消耗是不同的，比如處於小區中心的用戶距離基站較近，功率在路徑上的損耗較少，其建立12.2kbits/s模式的語音所需要的發射功率可能還小於處於小區邊緣地區用戶建立4.75kbits/s業務所需要的功率。此時如果小區負載升高需要降低語音模式，現算法會將小區中心和小區邊緣的用戶語音模式同時降低幾級，使所有用戶的語音質量都降低，這種處理方式不如先將小區邊緣的用戶質量降低到較低的模式，以使小區中心的用戶能夠保持較高的質量，提高了功率對質量的貢獻率。
有的小區可能出於提升小區容量或者增大覆蓋的原因，沒有配置12.2kbbits/s語音模式在小區中的全覆蓋，那麼走到小區邊緣的用戶需要自動地降低模式以保持鏈路的連續性。現有方法只能反映當前負載的狀況，不能反映用戶距離基站的遠近，那麼用戶移動所需要的模式調整指示就無法得到，進而用戶業務的連續性就不能被保證。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術的缺點，提供一種用於移動通信系統的自適應多速率編碼的方法和裝置，反映當前負載的狀況及用戶距離基站的遠近，以獲得用戶移動所需要的模式調整指示，保證了用戶業務的連續性。
本發明提供一種移動通信系統的自適應多速率編碼的方法，包括步驟編碼話音並建立通信鏈路；測量所述通信鏈路的信號質量參數；判斷所述測量的信號質量參數是否大於預定的第一門限；如果大於，降低話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；判斷所述測量的信號質量參數是否小於預定的第二門限；如果小於，增加話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；其中，所述第一門限大於所述第二門限。
可選地，所述降低話音的編碼速率的步驟包括測量降低話音的編碼速率的信號質量參數；判斷所述降低速率的信號質量參數是否小於預定的第三門限，如果小於，停止降低話音的編碼速率；否則，繼續降低話音的編碼速率。
優選地，所述增加話音的編碼速率的步驟包括測量增加話音的編碼速率的信號質量參數；判斷所述增加速率的信號質量參數是否大於預定的第四門限，如果大于于，停止增加話音的編碼速率；否則，繼續增加話音的編碼速率。
可選地，所述測量信號質量參數的步驟包括周期測量或根據預定條件激發的事件測量所述質量參數。
優選地，所述測量信號質量參數的步驟包括周期測量或根據預定條件激發的事件測量所述質量參數。
可選地，所述測量信號質量參數的步驟包括
測量所述信號的發射功率，和/或測量所述信號的CPICH RSCP(導頻信道接收功率)，和/或測量所述信號的CPICH Ec/No(導頻信道信噪比)和/或測量所述信號的鏈路的信噪比。
優選地，所述降低話音的編碼速率的步驟包括逐級降低話音的編碼速率或多級降低話音的編碼速率。
可選地，所述增加話音的編碼速率的步驟包括逐級增加話音的編碼速率或多級增加話音的編碼速率。
本發明還提供一種移動通信系統的自適應多速率編碼的裝置，其特徵在於，包括可變速率話音編碼器，用於根據通信鏈路的信號質量編碼話音；收發信道，用於建立所述通信鏈路；測量裝置，用於測量所述通信鏈路的信號質量參數；判斷裝置，用於判斷所述測量的信號質量參數是否大於預定的第一門限和小於預定的第二門限；控制裝置，用於根據判斷結果的不同，分別降低話音的編碼速率；或維持原話音的編碼速率；或增加話音的編碼速率；其中，所述第一門限大於所述第二門限。
可選地，所述測量裝置包括功率測量裝置，用於測量所述信號的發射功率，或用於測量所述信號的CPICH RSCP(導頻信道接收功率)；和/或信噪比測量裝置，用於測量所述信號的CPICH Ec/No(導頻信道信噪比)，或測量所述信號的鏈路的信噪比。
利用本發明，由於針對用戶業務的發射功率測量值能夠反映小區的負載情況和用戶距離基站的遠近，所以採用面向連接的多速率自適應語音控制算法既能夠根據小區負載情況調整AMR模式，以在有資源的時候提供更好的服務，而在資源緊缺的時候降低模式以保證鏈路的連續性；又能夠根據用戶距離基站的遠近調整AMR模式，以提供儘量大的覆蓋性能。
由於對不同的AMR模式設置不同BLER目標值，可以對不同模式提供差異性的服務質量，也更能夠保證鏈路的連續性和系統的容量。
圖1為3GPP TR2 6.975[1]提供的不同模式語音質量隨FER的變化曲線圖；圖2示出了不同模式語音質量隨環境變化的曲線；圖3示出了本發明的發射功率報告機制的原理示意圖；圖4是依據發射功率調整AMR模式的方法的流程圖；圖5是WCDMA系統中不同AMR模式對發射功率的需求圖。
具體實施例方式
本發明提供的方法是一種面向連接的語音模式控制算法，能夠根據用戶的功率情況自適應地調整用戶語音業務的模式，使用戶語音業務的模式能夠根據用戶距離基站的遠近自適應地進行調整，也能夠根據小區的負載狀態進行模式的轉變。
為了便於本領域一般技術人員理解和實現本發明，現結合附圖描繪本發明的實施例。
1、根據發射功率調整AMR模式的算法無線通訊系統中，由於功率控制的作用，使得在保證語音質量時發射功率大小反映了系統和業務連接的狀況，如小區負載情況及傳播環境下的路徑損耗情況等。當系統負載越大，則空中幹擾越大，為了達到一定的信噪比，則各用戶的發射功率需要越大，反過來也一樣。當系統傳播條件改變，或者用戶離基站比較遠，到了小區的邊緣時，路徑損耗會增加，從而移動臺需要的發射功率也增加。而且對每個用戶，當發送功率降低時，會直接影響接收信號的信噪比，從而影響接收數據的誤碼率，進而影響語音業務的質量。
由於發射功率很好地反映了空中接口負載以及當前連接狀況，所以在進行AMR模式控制時，可以選用發射功率作為調整AMR模式所需的反饋信息。對上行AMR模式控制，測量移動臺載波發射功率，對下行AMR模式控制，則是測量基站(第三代蜂窩系統的Node B)的碼發射功率。當發射功率越過門限值時事件觸發測量報告。AMR控制器就可以根據報告的內容對AMR模式進行調整。
圖3示出了本發明的發射功率報告機制的原理示意圖。圖中為發射功率設置了兩套門限，即上門限和下門限，在圖中分別用1系列和2系列標識。每系列門限中包含兩個門限A和B，分別用於檢查進入功率受限狀態(或者功率不受限狀態)和退出功率受限狀態(或者功率不受限狀態)。報告機制具體是當發射功率從下往上穿越了上門限6A1門限，則報告6A1事件；當發射功率從上往下穿越了上門限6B1門限，則報告6B1事件；當發射功率從上往下穿越了下門限6B2門限，則報告6B2事件；當發射功率從下往上穿越了下門限6A2門限，則報告6A2事件。
門限的設置可以通過鏈路的最大發射功率減去相對門限的方法來得到。
依據發射功率來調整AMR模式的具體方法是當收到6A1事件報告，表示發射功率比較高，具體對應的環境可能是小區的負載已經處於比較高的狀態，或者用戶已遠離基站，當前的AMR模式可能不能繼續被支持，為了保持用戶業務的連續性，或者減輕小區的負載，則判決需要將當前用戶的AMR模式降低。如果用戶的AMR模式降低一次之後，仍然沒有收到6B1事件，則以一定周期再次降低AMR模式，直到AMR模式降為最低模式，或者收到6B1事件或者6B2事件報告才停止周期降低模式的處理。
當收到6B2事件報告，表示當前的發射功率水平比較低，具體對應的環境可能是系統負載比較低，或者用戶距離基站比較近，還有多餘的功率資源可用，那麼就判決可以升高用戶當前的AMR模式，以提供更好的語音服務質量。當用戶的AMR模式升高一次之後，在一定時間內沒有收到6A2事件，則可以以一定周期再次升高用戶的AMR模式，直到用戶的AMR模式達到最高模式，或者收到6A2事件或者6A1事件報告才停止周期性升高模式的處理。
當收到6B1或者6A2事件，說明發射功率從受到限制或者比較富餘的狀態中出來，具體的處理需要視該事件報告之前的狀態而定●當語音模式處於周期性向上調整時，如果收到6A2事件報告則停止調整AMR模式的處理，並進入正常狀態，如果收到6B1事件則不處理；●當語音模式處於周期性向下調整時，如果收到6B1事件則停止周期調整AMR模式的處理，並進入正常狀態，如果收到6A2事件則不處理；
當語音模式沒有處於周期性調整狀態時，如果收到6B1事件或者6A2事件則都不處理。
圖4是依據發射功率調整AMR模式的方法的流程圖。
首先，編碼話音並建立通信鏈路，以建立話音義務；然後，建立鏈路發射功率測量控制，以測量所述通信鏈路的信號功率；判斷測量的信號功率是否大於預定的第一門限；如果大於，為圖中的6A1事件，戶終止其他狀態，進入周期性向下調整AMR模式的狀態，降低話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；判斷所述測量的信號質量參數是否小於預定的第二門限；如果小於，為圖中的6B2事件，用戶終止其他狀態，進入周期性向上調整AMR模式的狀態；增加話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；其中，所述第一門限大於所述第二門限；如果發現信號發射功率小於預定的第三門限，為圖中的6B1事件，如果在降低話音的編碼速率的過程中，停止降低話音的編碼速率，終止周期性向下調整AMR模式的狀態，進入正常狀態。
如果發現信號的發射功率大於預定的第四門限，為圖中的6A2事件，如果在增加話音的編碼速率的過程中，終止周期性向上調整AMR模式的狀態，進入正常狀態，停止增加話音的編碼速率。
在實施例中，描繪為根據事件測量功率，實際上也可以周期測量功率。
無線通訊系統中，對上行鏈路測量移動臺的發射功率，作為上行AMR模式調整的觸發因素，對下行測量下行鏈路發射功率，作為AMR模式調整的觸發因素，因此上下行的AMR模式控制是不對稱的，這意味著在語音通訊中上行和下行可以採用不同AMR模式。
2、AMR模式服務質量的設置根據AMR語音質量與傳播環境的關係，在不同的環境下，質量最高的模式會發生改變，具體請參見圖2。最理想的AMR模式調整方式是根據AMR語音質量與傳播環境的關係，找到最優質量對應的模式發生改變所對應的C/I點，在具體的模式調整過程中對實際的C/I進行測量，然後配置最優的AMR質量對應的模式。但是這種方式精確性難以保證，實際操作也有困難。在本算法中為了配合依據發射功率調整AMR模式的算法，我們依據高模式提供更好的服務，低模式提供較低的服務的原則對AMR模式服務質量進行設置。
在相同的傳播環境下，即相同BLER情況下，高模式的質量高於低模式，所以我們為高模式配置不大於低模式的BLER目標值，為低模式配置不低於高模式的BLER目標值，在無線通訊系統功率控制的作用下，高模式和低模式的語音質量就能夠有所差別，以提供在不同環境下(比如負載情況、距離基站遠近情況)差異化的服務質量。另外，由於高模式的BLER目標值不高於低模式的BLER目標值，就能夠保證低模式對發射功率的需求低於高模式，這樣也有利於依據發射功率來調整AMR模式以保證鏈路的連續性以及系統的容量。
雖然在本發明的實施例中，對發射功率的報告採用事件報告的方式，應該知道，對發射功率的報告可以不採用事件報告的方式，採用周期性的報告方式，通過每次將報告的功率值和門限進行比較，進而判決是否升高或者降低AMR模式。
雖然在本發明的實施例中，為發射功率總共設置了4個門限，應該知道，也可以只設置兩個門限，即一個上門限和一個下門限，在發射功率超過上門限時就進行降低AMR模式的處理，而在發射功率低於下門限時進行升高AMR模式的處理。
另外，每次升高或者降低AMR模式的級數可以有多種，比如每次升高或者降低一級模式或者多級模式，可以視需要而定，如，可以設定一個門限，如果小於門限，每次升高或者降低一級，如果大於門限，每次升高或者降低預定級。還可以根據區間確定。
在本發明的實施例中，對用戶距離基站的遠近判決，是以發射功率與門限的比較來判斷的，也可以通過移動臺測量CPICH RSCP(導頻信道接收功率)來判斷，在CPICH RSCP低於下門限時進行降低AMR模式的處理，而在CPICH RSCP高於上門限時進行升高AMR模式的處理。
本發明中，在移動通信系統的自適應多速率編碼的裝置，包括可變速率話音編碼器，用於根據通信鏈路的信號質量編碼話音；收發信道，用於建立所述通信鏈路；測量裝置，用於測量所述通信鏈路的信號質量參數；判斷裝置，用於判斷所述測量的信號質量參數是否大於預定的第一門限和小於預定的第二門限；控制裝置，用於根據判斷結果的不同，分別降低話音的編碼速率；或維持原話音的編碼速率；或增加話音的編碼速率。
圖5是WCDMA系統中不同AMR模式對發射功率的需求圖。這是在實驗WCDMA系統中，在相同的地點和環境下測試不同AMR模式下語音業務對發射功率的需求。圖中，橫軸表示AMR語音的模式，縱軸代表各模式所需要的發射功率。從圖中可以看到，在低模式階段對發射功率的需求有些波動，但是曲線變化的趨勢是隨著模式的增高，對發射功率的需求也越大。可以說明，在基站總的發射功率一定時，系統可以容納更多的低模式語音用戶，可以增加接入用戶數目。
在實驗中，分別設置最大發射功率為-20dbm、-10dbm、0dbm、3dbm，測試語音業務在不同模式情況下所能夠達到的覆蓋範圍，見下表 通過這些實驗結果可以看出，低模式能夠帶來更大的覆蓋增益。
在本發明中，利用了用戶業務的發射功率測量值能夠反映小區的負載情況和用戶距離基站的遠近這個結果，採用面向連接的多速率自適應語音控制算法既能夠根據小區負載情況調整AMR模式，以在有資源的時候提供更好的服務，而在資源緊缺的時候降低模式以保證鏈路的連續性；又能夠根據用戶距離基站的遠近調整AMR模式，以提供儘量大的覆蓋性能。
由於對不同的AMR模式設置不同BLER目標值，可以對不同模式提供差異性的服務質量，也更能夠保證鏈路的連續性。
本發明也給無線通訊運用商提供了均衡業務服務質量和擴大系統容量的選擇。
雖然通過實施例描繪了本發明，本領域普通技術人員知道，本發明有許多變形和變化而不脫離本發明的精神，例如，雖然在說明書中，主要以CDMA系統描述本發明，本領域技術人員知道，本發明可以用於包括GSM系統和PCS系統的TDMA系統甚至FDMA系統，因此，希望所附的權利要求包括這些變形和變化而不脫離本發明的精神。
權利要求
1.一種移動通信系統的自適應多速率編碼的方法，其特徵在於，包括步驟編碼話音並建立通信鏈路；測量所述通信鏈路的信號質量參數；判斷所述測量的信號質量參數是否大於預定的第一門限；如果大於，降低話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；判斷所述測量的信號質量參數是否小於預定的第二門限；如果小於，增加話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；其中，所述第一門限大於所述第二門限。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述降低話音的編碼速率的步驟包括測量降低話音的編碼速率的信號質量參數；判斷所述降低速率的信號質量參數是否小於預定的第三門限，如果小於，停止降低話音的編碼速率；否則，繼續降低話音的編碼速率。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述增加話音的編碼速率的步驟包括測量增加話音的編碼速率的信號質量參數；判斷所述增加速率的信號質量參數是否大於預定的第四門限，如果大于于，停止增加話音的編碼速率；否則，繼續增加話音的編碼速率。
4.如權利要求1-3之一所述的方法，其中，所述測量信號質量參數的步驟包括周期測量或根據預定條件激發的事件測量所述質量參數。
5.如權利要求1-3之一所述的方法，其中，所述測量信號質量參數的步驟包括周期測量或根據預定條件激發的事件測量所述質量參數。
6.如權利要求1-5之一所述的方法，其中，所述測量信號質量參數的步驟包括測量所述信號的發射功率，和/或測量所述信號的CPICH RSCP(導頻信道接收功率)，和/或測量所述信號的CPICH Ec/No(導頻信道信噪比)和/或測量所述信號的鏈路的信噪比。
7.如權利要求1-3之一所述的方法，其中，所述降低話音的編碼速率的步驟包括逐級降低話音的編碼速率或多級降低話音的編碼速率。
8.如權利要求1-3之一所述的方法，其中，所述增加話音的編碼速率的步驟包括逐級增加話音的編碼速率或多級增加話音的編碼速率。
9.一種移動通信系統的自適應多速率編碼的裝置，其特徵在於，包括可變速率話音編碼器，用於根據通信鏈路的信號質量編碼話音；收發信道，用於建立所述通信鏈路；測量裝置，用於測量所述通信鏈路的信號質量參數；判斷裝置，用於判斷所述測量的信號質量參數是否大於預定的第一門限和小於預定的第二門限；控制裝置，用於根據判斷結果的不同，分別降低話音的編碼速率；或維持原話音的編碼速率；或增加話音的編碼速率；其中，所述第一門限大於所述第二門限。
10.如權利要求9所述的裝置，其中，所述測量裝置包括功率測量裝置，用於測量所述信號的發射功率，或用於測量所述信號的CPICH RSCP(導頻信道接收功率)；和/或信噪比測量裝置，用於測量所述信號的CPICH Ec/No(導頻信道信噪比)，或測量所述信號的鏈路的信噪比。
全文摘要
本發明提供了一種移動通信系統的自適應多速率編碼的方法和裝置。該方法包括步驟編碼話音並建立通信鏈路；測量通信鏈路的信號質量參數；判斷所述測量的信號質量參數是否大於預定的第一門限；如果大於，降低話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率；判斷所述測量的信號質量參數是否小於預定的第二門限；如果小於，增加話音的編碼速率；否則，維持原話音的編碼速率。該裝置包括可變速率話音編碼器，收發信道，測量裝置，判斷裝置，控制裝置。本發明能夠提供更好的服務，提供大的覆蓋性能。
文檔編號H04W28/18GK1592438SQ03157650
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月4日 優先權日2003年9月4日
發明者王曉霞, 胡中驥 申請人:華為技術有限公司