一种基于数据挖掘的3g语音业务质量评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于数据挖掘的3G语音业务质量评估方法，属于通信【技术领域】。采用数据挖掘方法根据语音质量值与上行下行无线链路网络参数之间的关系得到3G无线通信网络的语音质量评估模型，其中模型训练所需数据从现网的信令监测平台中获取，模型建立后的实时评估过程中以信令监测平台提供的网络物理层参数作为输入，无需原始语音样本，可提供对语音业务质量的实时监控，反映话音在移动通信网络传输过程中，无线链路对其产生的影响即当前用户所处区域移动网络的状况，可迅速定位造成语音质量下降的原因，为针对性进行网络优化提供参考。
【专利说明】一种基于数据挖掘的3G语音业务质量评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种移动通信系统中的语音业务质量评估方案，具体涉及一种第三代移动通信系统(3G)中，基于数据挖掘并且能够实时监控语音业务质量的客观评估算法，属于通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着移动通信系统的不断发展，运营商所能提供的业务越来越丰富，除了传统的语音业务外，还包括多样化的数据业务(例如，视频流媒体、在线游戏、下载业务等)，并且数据业务的占比不断增大。但是，在众多的业务中，语音业务仍然是最基本最重要的业务，语音业务每月每户收入值(Average Revenue Per User, ARPU)仍然是整体ARPU值的重要组成部分。高质量的语音业务有助于提高用户对业务的认可度，提升运营商的品牌价值。因此，运营商亟需一种能够实时监控、实时观察用户对语音业务质量感受的方法，从而能够对语音质量较低区域进行有效的网络优化，并将网络运营活动定位到最有价值的用户群体中，最终实现移动通信网络中语音业务质量的整体提升和语音收入的持续增长。
[0003]语音业务质量评估方法从评价主体上可以分为主观评估方法和客观评估方法。主观评估方法通常采用ITU-T P.800提出的平均意见分(Mean Opinion Score, M0S)方法。测听者试听一段语音样本，根据自己的主观感受为语音样本打一个分值，称为MOS分。MOS分取值范围为I至5分，5分代表最好，表示语音质量非常好，I分代表最差，表示语音质量无法容忍。主观评估方法能够全面准确的反映语音质量，但是该方法费时费力，对运营商而言无法用于语音质量监控。客观语音质量评估方法按照评估过程中是否需要原始语音分为插入式(全参考)和非插入式(无参考)方法。ITU-T P.862提出的PerceptualEvaluation of Speech Quality(PESQ)属于插入式评估方法,也是目前与主观MOS相关度较高的一种客观评估方法。ITU-T P.862.1PESQ-LQ0给出了 PESQ分值与MOS的映射关系，其输出分值在1.02至4.56之间，通常当分值在2以下时，用户对语音业务的体验已经很差。由于全参考方法在评估过程中需要原始语音样本，而在通话过程中无法实时获取原始语音，因此全参考客观评估方法亦无法用于实时监控语音业务质量。此外，对于无参考客观评估方法，目前大部分研究集中在基于声学模型，或者基于退化语音本身的一些参数来评估语音质量，但是这些方法无法反映话音在移动通信网络传输过程中，无线链路对其产生的影响，因此语音质量结果也不能反映当前用户所处区域移动网络的状况。本发明所述的基于网络参数的客观语音质量评估方法以信令监测平台能够提供的网络物理层参数作为输入，这些参数能够表征话音在无线链路传输过程中受到的损伤，从而迅速定位造成语音质量下降的原因，并有针对性的进行网络优化。爱立信的Speech Quality Index(SQI)和华为Voice Quality Index (VQI)属于基于网络参数的客观评估方法，但是SQI和VQI中的一些参数(如FER)对运营商而言无法由信令监测平台实时获取，因此无法用于实时监测语音业务质量。
【发明内容】
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[0004]为了解决现有技术问题，本发明提出了一种基于运营商信令监测平台能够实时准确评估话音质量的语音业务质量客观评估算法。
[0005]在语音业务传输过程中，话音样本必须跨越涉及3G无线接入网和核心网(CoreNetwork, CN)多个接口，包括空中接口 Uu，基站(Node B)与无线网络控制器(RadioNetwork Controller, RNC)之间的Iub接口等，在这个过程中，只有用户设备(UserEquipment,UE)与基站Node B之间是无线链路，其余均为有线链路。在3G网络中，语音业务采用电路域交换方式，通话建立后网络为用户分配专用承载资源，所有数据包通过固定路径传输，因此，语音质量的降低主要来源于无线链路。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案所述3G网络中客观语音业务质量评估方法流程为:采集-训练-模型建立-实时评估，包括以下步骤:
[0007]步骤1，为评估无线链路对语音质量的影响，采用移动终端呼叫固定电话方式采集训练数据，其中移动终端为主叫，记为UE A，固定电话为被叫，记为UE B;主叫UE A通过基站Node B向被叫UE B发送数据的链路称为上行链路，被叫UE B通过基站Node B向主叫UE A发送数据的链路称为下行链路；[0008]按照以下子步骤配置数据采集环境:
[0009]子步骤SlOl:
[0010]设置3G网络中MR测量报告上报为周期性上报，上报周期为Tp_d ；
[0011]所述MR (Measurement R印ort)为测量报告，包含两个部分:上行信号信息以及下
行信号信息。
[0012]移动终端UE A测量采集下行信号信息，下行信号信息指与下行链路有关的信息；移动终端UE A通过Uu 口(指终端与基站间标准化接口)的Measurement Report信令将下行信号信息上报给基站Node B ；
[0013]基站Node B测量采集上行信号信息，上行信号信息指与上行链路有关的信息，基站Node B将上下行信号信息汇总整合得到最终的MR测量报告按照设定的周期Tpeiitj通过Iub接口发送给无线网络控制器RNC (Radio Network Controller)。
[0014]3G网络中，MR上报分为周期性上报和事件性上报，本发明所提语音业务质量评估模型是基于MR周期性上报而设计的；
[0015]Tperiod属于3G网络参数，可在基站上配置，MR测量报告上报周期Tp_d不应配置过大，否则该MR测量报告中参数取值无法充分代表Tp_d时间段内无线链路状况；作为优选，
Tperiod 取 2s。
[0016]子步骤S102:设置评估模型的评估周期T，即评估模型的最小时间粒度，；
[0017]评估周期T的取值通过MR测量报告上报周期TperiMl获得，取T = m*Tperiod, T >TpOTi()d,m取整数，由于本发明使用 ITU-T P.862.1 协议所述的PESQ (Perceptual Evaluationof Speech Quality)算法评估退化语音样本，ITU-T P.861.3建议每个语音样本时长不低于3.2s，即应设置T≥3.2s ;
[0018]步骤2:评估模型的建立，包括如下子步骤:
[0019]子步骤S201:获得各评估周期的语音质量评估值
[0020]主叫UE A向被叫UE B发起呼叫，接通后开始一次通话，每次通话中，主叫与被叫交替放音并由对方录音，每次放音的时长均为评估周期时长T。之后UE A挂断通话，若采集的语音样本量不够，则发起下一次呼叫。
[0021]记录通过Iub 口的所有信令。作为优选，采用信令监测平台进行记录。
[0022]对每次放音录制的语音样本，采用ITU-T P.862.1协议所述的PESQ (PerceptualEvaluation of Speech Quality)方法进行语音质量评估,获得语音质量评估值,具体如下:
[0023]在第i个评估周期中(即第i次放音):
[0024]若是被叫终 端UE B放音，则在主叫终端UE A中记录经过下行链路得到的退化语音样本，同时采用PESQ算法评估得到该下行语音质量值，记为第i个评估周期的语音质量值M0SMal dOTn i ;并标记该评估周期为下行过程；
[0025]若是主叫终端UE A放音，则在被叫终端UE B中记录经过上行链路得到的退化语音样本，同时采用PESQ算法评估得到该上行语音质量值，记为第i个评估周期的语音质量值M0SMal up」；并标记该评估周期为上行过程；
[0026]其中i = 1，…，n，n为语音样本个数，即测试过程中所有通话放音的总次数，在建立评估模型的过程中，为了保证样本量，作为优选，η应大于等于1000次。
[0027](在测试过程中，一次通话中主被叫交替进行多次录放音，模拟实际通话过程，之后挂断进行下一次通话。每一次通话中主/被叫的一次放音会在被/主叫进行录音，对应一个语音样本。一共需要进行多少次这样的呼叫，与需要的数据量有关，数据量越大，获得的评估模型拟合效果越好，一般总的放音次数η是大于1000次。)
[0028]子步骤202:从上一步所记录的通过Iub 口的所有信令中，提取出切换信令和MR测量报告中的上行信号信息、下行信号信息，从中解析网络参数，选取其中对语音质量影响较大的网络参数(1.从众多信令数据中提取需要的网络参数取值，并以一定格式输出。
2.最初网络参数的选取是通过类比GSM网络结合专家经验得到的，后续通过研究网络参数对语音质量的影响可以增减参数，如某个参数变化I单位，语音质量MOS降低0.5，可认为该参数对语音质量影响较大)，包括:接收信号码功率RSCP、信干比SIR、误块率BLER，编码方式Codec、串联自由操作状态TF0、编码转换免除操作状态TrFO ;接力切换次数H01、硬切换次数H02 ；
[0029]在第i个评估周期T中:
[0030]若该评估周期是上行过程，即是由主叫终端UE A放音，则通过解析MR测量报告中的上行信号信息和切换信令，获得上行无线链路参数2,；..B μ\.^
[0031]若该评估周期是下行过程，即是由被叫终端UE B放音，则通过解析MR测量报告中的下行信号信息和切换信令，获得下行无线链路参数Dd()wn_nrtpara =[^ l, P 2ly ,Pm]^0
[0032]记第i个评估周期中，这些选出的网络参数取值为[P1」，p2 i,…，pM i]，M表示所选网络参数的总的种类数，在一个评估模型的建立过程中，所选的网络参数固定。即对于η个评估周期所选的网络参数都是同样的种类。每个Pu都是m行I列的列向量，表示第i个评估周期内来自m个上报周期的第j种网络参数的相应m个值。因为MR上报周期为TpeH()d，语音质量评估周期T = m*Tperiod,因此在一个语音质量评估周期I中，共产生m条MR测量报告，即不论是上行数据还是下行数据，对于每一个语音质量值M0S_l up i或MOSreal dOTn i，每种网络参数都有m个取值与之对应。
[0033]子步骤S203:数据预处理。
[0034]对每个评估周期获得的
Dup_netpara_i 矛口 ^down_netpara_i
中的每个列向量Pu分别进行数据预处理，得到无线链路的上行链路测量数据、下行链路测量数据，具体如下:
[0035](a)按照Pj i的类别进行降维操作:
[0036]对连续型网络参数Pj i，所涉及的参数种类包括:接收信号码功率RSCP、信干比SIR、误块率BLER，分别求出每种参数在第i个评估周期内的m个取值的均值ivi m_、最大值Pu—_、最小值Pd—min，作为该种参数在此评估周期的记录值；
[0037]对分类型网络参数Pj i，所涉及的参数种类包括:编码方式Codec、串联自由操作状态TF0、编码转换免除操作状态TrFO ;因这些参数在一个通话过程中状态不变,每种参数在第i个评估周期内的m个取值都为同一个值，所以取单个值作为的记录值巧」；
[0038]对计次型网络参数Pj i，所涉及的参数种类包括:接力切换次数H01、硬切换次数H02 ;因这些参数在一次通话中的状态是“记录累计次数”的过程，因此对每种参数取在第i个评估周期内的m个值中的最大值与最小值之差，也就是该评估周期内的次数，作为记录值;
[0039](b)将同一评估周期内的经过上述处理获得的网络参数记录值，按照预设的顺序建立网络参数向量，即:
[0040]对标记为上行过程的第i个评估周期，各网络参数记录值所构成的一维向量即为无线链路的上行链路测量数据Dtrap」，且同一种网络参数记录值在各Dtrap i的位置相同；例如按照设定的参数顺序，构建第i个评估周期的上行链路测量数据:
【权利要求】
1.一种基于数据挖掘的3G语音业务质量评估方法，其特征在于，包含如下步骤: 步骤1，采用移动终端呼叫固定电话方式采集训练数据，其中移动终端为主叫，记为UEA，固定电话为被叫，记为UE B ;主叫UE A通过基站Node B向被叫UE B发送数据的链路称为上行链路，被叫UE B通过基站Node B向主叫UE A发送数据的链路称为下行链路；按照以下子步骤配置数据采集环境: 子步骤SlOl: 设置3G网络中MR测量报告上报为周期性上报，上报周期为Tpwitjd ； 所述MR为测量报告，包含两个部分:上行信号信息以及下行信号信息； 移动终端UE A测量采集下行信号信息，下行信号信息指与下行链路有关的信息，然后通过Uu 口的Measurement Report信令将下行信号信息上报给基站Node B,Uu 口指终端与基站10]标准化接口 ； 基站Node B测量采集上行信号信息，上行信号信息指与上行链路有关的信息，然后基站Node B将上下行信号信息汇总整合得到最终的MR测量报告，按照设定的周期Tp_d通过Iub接口发送给无线网络控制器RNC ； 子步骤S102:设置评估模型的评估周期T，即评估模型的最小时间粒度； 评估周期T的取值通过MR测量报告上报周期TpOTi()d获得，取T = m*Tperiod, T>Tperiod, m取整数；且T≥3.2s; 步骤2:评估模型的建立，包括如下子步骤: 子步骤S201:获得各评估周期的语音质量评估值: 主叫UE A向被叫UE B发起呼叫，接通后开始通话，主叫与被叫交替放音并由对方录音，每次放音的时长均为评估周期时长T ;之后UE A挂断通话，若采集的语音样本量不够，则发起下一次呼叫，放音次数累计； 记录通过Iub 口的所有信令； 对每次放音录制的语音样本，采用ITU-T P.862.1协议所述的PESQ方法进行语音质量评估，获得语音质量评估值，具体如下: 在第i个评估周期中: 若是被叫终端UE B放音，则在主叫终端UE A中记录经过下行链路得到的退化语音样本，同时采用PESQ算法评估得到该下行语音质量值，记为第i个评估周期的语音质量值MOSreal down i ;并标记该评估周期为下行过程； 若是主叫终端UE A放音，则在被叫终端UE B中记录经过上行链路得到的退化语音样本，同时采用PESQ算法评估得到该上行语音质量值，记为第i个评估周期的语音质量值MOSreal up i ;并标记该评估周期为上行过程； 其中i = 1，…，η，η为语音样本个数，即测试过程中所有通话放音的总次数，η应大于等于1000 ； 子步骤S202:从上一步所记录的通过Iub 口的所有信令中，提取出切换信令和MR测量报告中的上行信号信息、下行信号信息，从中解析网络参数，选取网络参数，包括:接收信号码功率RSCP、信干比SIR、误块率BLER，编码方式Codec、接力切换次数HOl、硬切换次数H02 ； 具体方法是，在第i个评估周期T中:若该评估周期是上行过程，即是由主叫终端UE A放音，则通过解析MR测量报告中的上行信号信息和切换信令，获得上行无线链路参数Dup_netpara」=[P , 2y.P u] t 若该评估周期是下行过程，即是由被叫终端UE B放音，则通过解析MR测量报告中的下行信号信息和切换信令，获得下行无线链路参数Dd_—netpaM—^[P1-” p2 i,…，pM i] down ； 记第i个评估周期中，这些选出的网络参数取值为[Pu，P2—”...』?」]，M表示所选网络参数的总的种类数，在一个评估模型的建立过程中，所选的网络参数固定，即对于η个评估周期所选的网络参数都是同样的种类；每个Pu都是m行I列的列向量，表示第i个评估周期内来自m个上报周期的第j种网络参数的相应m个值； 子步骤S203:数据预处理:
对每个评估周期获得的 Dup—netpara—i 矛口 ^down_netpara_i
中的每个列向量Pu分别进行数据预处理，得到无线链路的上行链路测量数据、下行链路测量数据，具体如下: (a)按照Pj二的类别进行降维操作: 对连续型网络参数Pu，所涉及的参数种类包括:接收信号码功率RSCP、信干比SIR、误块率BLER ;分别求出每种参数在第i个评估周期内的m个取值的均值Pu _n、最大值Pj i_、最小值Pu—min，作为该种参数在此评估周期的记录值； 对分类型网络参数P j—i，所涉及的参数种类包括:编码方式Codec、串联自由操作状态TF0、编码转换免除操作状态TrFO;因这些参数在一个通话过程中状态不变,每种参数在第i个评估周期内的m个取值都为同一个值，所以取单个值作为的记录值P 对计次型网络参数Pj—i，所涉及的参数种类包括:接力切换次数H01、硬切换次数H02 ；因这些参数在一次通话中的状态是“记录累计次数”的过程，因此对每种参数取在第i个评估周期内的m个值中的最大值与最小值之差，也就是该评估周期内的次数，作为记录值么」 (b)将同一评估周期内的经过上述处理获得的网络参数记录值，按照预设的顺序建立网络参数向量，即: 对标记为上行过程的第i个评估周期，各网络参数记录值所构成的一维向量即为无线链路的上行链路测量数据Dtrap i，且同一种网络参数记录值在各Dtrap i的位置相同； 对标记为下行过程的第i个评估周期，各网络参数记录值所构成的一维向量即为无线链路的下行链路测量数据Dtatown i，且同一种网络参数记录值在各Dtatown i的位置相同；子步骤S204:语音业务质量评估模型建立: 采用标记为上行过程的各评估周期的上行链路测量数据Dtrap」和步骤S201获得的标记为上行过程的各评估周期的语音质量值MOSreal up i，对语音质量值MOSreal up i与Dtnip」中的各参数采用基于最小二乘法的多元线性回归算法进行拟合，得到上行语音质量评估公式，即该基站Node B的上行链路语音质量预测模型，它给出了语音质量值与上行无线链路网络参数之间的关系； 采用标记为下行过程的各评估周期的下行链路测量数据Dtriwn i和步骤201获得的标记为下行过程的各评估周期的语音质量值M0S_l dOTn i，对语音质量值与网络参数采用基于最小二乘法的多元线性回归算法进行拟合，得到下行语音质量评估公式，即得到该基站Node B的下行链路语音质量预测模型，它给出了语音质量值与下行无线链路网络参数之间的关系; 步骤3，对该基站3G无线通信的语音质量评估预测 子步骤S301:对该基站中发生的通话进行语音质量评估时，即主叫UE A向被叫UE B发起呼叫，接通后主叫与被叫交替放音；设定系统的第i次放音的评估周期时长Itest」，系统的MR测量报告上报周期不变，记录通过Iub 口的所有信令； 为了采用本发明建立的模型对实际通话进行实时的语音质量评估，根据待评估的实际通话中的第i次放音的持续时间，取该次放音的评估周期Ttest」=MTpwimPki为整数，Ttesti≥3.2s，且Itest」为小于等于第i次放音持续时间的最大值； 若是被叫终端UE B放音，标记该评估周期为下行过程； 若是主叫终端UE A放音，标记该评估周期为上行过程； 对实际通话中的每个上行通话持续时间和下行通话时间，分别从实际通话过程中所记录的通过Iub 口的所有信令中，提取出MR测量报告和切换信令，从中解析提取子步骤S202选定的网络参数，即包括:接收信号码功率RSCP、信干比SIR、误块率BLER，编码方式Codec、接力切换次数HOl、硬切换次数H02 ； 在第i个评估周期中: 若该评估周期是上行过程，即是由主叫终端UE A放音，则通过解析MR测量报告中的上行信号信息和切换信令，获得上行无线链路参数Dup—netpara =[尸1 rP IiV' P 5 若该评估周期是下行过程，即是由被叫终端UR B放音，则通过解析MR测量报告中的下行信号信息和切换信令，获得下行无线链路参!/D1 Lnetpara ^ [_Pl ij P Iii''.>Ρμ\ο vi； Pjj代表第i个评估周期中第j种网络参数，它是&行I列的列向量，该列向量是第i个评估周期内来自&个上报周期的该种网络参数的相应Iii个值； 子步骤S302:数据预处理； 对每个评估周期获得的各选定的网络参数的ki个取值，采用子步骤S203所述的方法进行数据预处理，将同一评估周期内的经过预处理的网络参数，按照预设的统一顺序建立第i次放音对应的网络参数向量，即: 对标记为上行过程的评估周期，获得该无线链路第i个评估周期的上行链路测量数据D.^trup_i， 对标记为下行过程的评估周期，获得无线链路第i个评估周期的下行链路测量数据^trdown i ? 子步骤S303:若第i个评估周期属于上行过程，则调用子步骤S204建立的上行语音质量评估公式，输入子步骤S302获得的上行链路测量数据Dtrap」和下行链路测量数据Dtri_i，得到该评估周期内的语音质量值； 若第i个评估周期属于下行过程，则调用子步骤S204建立的下行语音质量评估公式，输入子步骤S302获得的下行链路测量数据Dtad_」，得到该评估周期内的语音质量值。
2.根据权利要求1所述一种基于数据挖掘的3G语音业务质量评估方法，其特征在于，Tperiod 取 2s。
3.根据权利要求1所述一种基于数据挖掘的3G语音业务质量评估方法，其特征在于，采用信令监测平台进行记录通过Iub 口的所有信令。
4.根据权利要求1所述一种基于数据挖掘的3G语音业务质量评估方法，其特征在于，从通过Iub 口的所有信 令中解析网络参数时，选取的网络参数，还包括:串联自由操作状态TFO、编码转换免除操作状态TrFO。
【文档编号】H04W24/02GK103987067SQ201410231974
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】费泽松, 邢成文, 李文智, 苑婷婷, 哈楠, 匡镜明 申请人:北京理工大学