专利名称：一种语音移动通信过程中调整编码速率的方法
技术领域：
本发明涉及一种实现语音移动通信的方法。更确切地说，涉及一种在语音移动通信中调整编码速率，以便在接入控制环节尽量降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性。
背景技术：
在移动通信系统中，由于通信信号在传播时有时要经过糟糕的空中环境，为抵消环境的影响，技术人员已经想出很多方法来改善信号的质量，降低信号的波动水平。这些方法例如包括功率控制法、链路自适应法(link adaptation)和可变速率解码率法。采用了这些方法后，不仅信号的服务质量在宽范围的动态干扰和传播环境下得到改善，而且网络间的干扰也得以降低，因此也相应地加大了系统容量(网络中可以服务的用户数量)。
上述可变速率编码率法为用于语音服务的一种为自适应多速率法(adaptivemulti-rate，AMR)。采用该方法可确定多个语音编码速率，其中每个速率对应于不同级别的差错控制水平。AMR编码动态地相应于无线信号条件，采用当时最有效的工作速率。与固定的编码率相比，AMR能够在更糟糕的无线条件下工作，并提供高质量的、可实现多个速率间自由转换的语音服务。这种技术能把信号服务质量和网络容量这两个因素作为网络负荷的一个函数进行权衡。这种多速率之间灵活的转换技术既适用于2G移动通信系统系统，也适用于各种3G移动通信系统，包括TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。
在每个语音帧中所采用的确切的语音速率取决于信号当时所处的真实的无线信道环境。编码自适应算法会依照一个信道质量函数而选取理想的语音速率，我们称之为选取编码速率。在糟糕的传播条件下，会选取使信号最为突出的编码速率。在好的传播条件下，会选取使服务质量最好的编码速率。编码的自适应方式取决于用户设备与网络中所实施的信道质量测量结果，以及通过空中界面传输的、带有语音数据的带中信息。
对上行编码速率的自适应而言，网络必须估计信道质量，确定在现有的传播条件下最好的编码速率，并把该信息(即编码速率命令)通过空中界面传送给用户设备。对下行编码自适应而言，用户设备必须估计下行信道质量，并把该质量信息送到网络，该信息在网络中被映射为一个“建议的”编码速率。理论上每个语音帧的编码速率都是可变的。但在实际中，由于信号传播延迟以及信号在编码自适应方程中所必不可少的滤波过程等因素，编码速率会被调整到一个较低的速率水平。当选择一个不同的编码速率时，与新的编码速率相应的传输功率和质量阈值也会相应地改变。
图1中示出了一个信号传输进程期间，自适应可变速率(AMR)方式的工作流程图。当建立一个呼叫或切换进程时，相应的通信设备会指定一种编码速率，并指定一个相应于此编码速率的服务质量阈值(即速率质量阈值)。该速率质量阈值可用信号干扰功率比(SIR)、载波干扰功率比(CIR)、帧差错率(FER)或比特差错率(BER)来表示。用一个速率定时器来模拟编码速率周期性的切换。接收器不断地检测当前编码速率的服务质量。一旦速率定时器到时，有关设备会确立最后一个周期内所确定的服务质量，并将之与速率服务阈值进行比较，然后生成一个速率命令，并将该命令传送给信号传输所相对的另一侧设备的语音编码器中。这个周期性的过程可以在一个信号进程期间多次重复进行。
在一个通话过程中，由接收器发出的速率命令(MODE COMMAND)会告诉通话对方应使用什么样的通话编码，并且此过程会周期性地在一个闭环中施行。但对呼叫建立和切换过程而言，由于接收器不会发出有关编码速率选择的信令，发送方必须根据一些测量值和运营商规定的参数在开环内自己选择一个适当的编码速率。该选择过程是在呼叫建立或切换过程中由无线资源器(RRM)及接入控制器(AC)来完成的。编码率在以后的另一个呼叫过程还可以依信道条件(如图1中所示)而改变。由于对同一个AMR可以在几个编码速率中选择一个较为合适的速率以应付糟糕的传播环境和网络条件，因此无线资源控制器如果采用基于固定速率的接入控制阈值参数，由于没有考虑到不同编码速率的情况，控制器的工作状态不会很理想。在这种情况下，一些用户在发出呼叫请求时会被拒绝，或者在切换过程中会发生掉线。这些网络服务的质量会变得非常不理想。在已有技术中，对固定传输率语音通信而言，为使传输和网络方面造成的约束条件能够满足呼叫建立和切换的要求，采用一个只带有一个由运营商规定的阈值的接入控制标准(AC criteria)，来判断此呼叫是否能为网络所接受。下面为基于信号干扰比的、只带有一个阈值的接入控制方案公式的例子Tx_pow_new_user＝Path_loss_new_user+interference_power+SIR_threshold其中Tx_pow_new_user为一个用户的传输功率，Path_loss_new_user表示基站与移动站之间的路径损耗；interference_power指接收方处的干扰功率；SIR_threshold表示接收方一端以信号干扰比的要求，它主要地取决于由运营商规定的服务类型，。
如果Tx_pow_new_user超过了网络(基站和移动站)所允许的最大传输功率，则其后选择无线资源的请求就会被拒绝，并且即使网络中还有空余的无线资源，用户信号也会被阻塞，或者出现掉线的情况。
发明内容根据本发明，通过自适应切换编码速率，可变编码率法(例如AMR法)可以在一个很宽的动态传输环境下正常工作。当网络中还有多余的无线资源时，此方法不但具有上述优点，在较差的功率和干扰环境下，还可放宽对接入控制标准的限制。运营商可以根据上述公式来配置与多个编码速率相关的几个信号干扰比阈值。只有出现所有源于多个信号干扰比阈值的信号功率值都超过网络所允许的最大传输功率这种极端的情况下，通话才会被阻塞或者出现掉线的情况。否则，依据本发明，在所有的呼叫建立和切换过程中，网络必能选择一种编码速率，通过接入控制的手段来降低出现信号阻塞和掉线的可能性。
除此之外，还可以根据其他参数来选择接入控制模块中的AMR编码速率，这些参数例如可以是干扰水平和系统负载。与设置多个信号干扰比阈值的手段相似，也可以通过额外设定多个干扰和负载阈值的方式来更好地选择编码速率。根据本发明，只有当绝大多数标准阈值都被突破的情况下，才会发生信道请求被拒绝的情况。
采用本发明AMR多编码速率的语音通信方案，可以有效的突破已有技术在呼叫建立和切换过程中传输环境和网络所造成的一些约束条件。在本发明的这个特点的基础上，本发明还在网络的进行控制过程中引入了多种其它类型的阈值，来降低在呼叫建立过程中出现信号阻塞和切换过程中出现掉线的可能性。同时，根据本发明，也可以人工在接入控制过程中由运营商设置多种阈值，还改善信号的接入性能。此外，还可以在接入控制环节中设置多种其它类型的阈值，例如当前系统负载余量、当前功率余量和用户服务级别等方面的阈值，这样可以使采用AMR方法的网络在接入控制方面变得更灵活、更有效。
具体地说，本发明公开了一种语音移动通信过程中调整编码速率的方法，采用自适应多速率法，由网络管理器或用户决定至少一个可以采用的编码速率(C1，C2，…，Ci，…)；网络管理器或用户综合考虑用户对语音质量的要求、当前的用户数和在接入控制环节降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性这些因素，根据编码速率与决定该编码速率的至少一个与语音信号有关的量之间的关系，选择或切换到一个适当的编码速率；其特征在于确定该编码速率的过程还包括(1)运营商配置至少一个与语音信号有关的量(q1，q2，…，qi，…)中每个量的至少一个范围集合Qi(j)，并且进一步确定由上述至少一个量的至少一个范围组成至少一个范围域(Q1，Q2，…，Qi，…)，所述的范围域至少是一维的；(2)综合考虑用户对语音质量的要求、当前的用户数和在接入控制环节降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性这些因素，确立上述量(q1，q2，…，qi，…)的所述的范围域(Q1，Q2，…，Qi，…)与上述至少一个可以采用的编码速率(C1，C2，…，Ci，…)之间的对应关系；(3)计算对应于用户当前的通信信号的上述量，(4)将对应于用户当前的通信信号的上述与语音信号有关的量与由运营商配置的上述量的范围域(Q1，Q2，…，…，Qi，…)进行比较，(5)根据(2)中所得的上述范围域(Q1，Q2，…，Qi，…)与上述可以采用的编码速率(C1，C2，…，Ci，…)之间的对应关系，确定当前信号所应采用的编码速率，做出不改变编码速率或切换编码速率的决定，并实施该决定。
其中，所配置的与语音信号有关的量例如可以是当前系统负载余量、当前功率余量和用户服务级别中的一个或多个。
根据本发明，网络管理器或用户根据网络条件、用户设备的性能等因素，将上述每个量的取值范围划分为至少一个区。这样，这些量所有的取值范围就构成一个多维空间中的多个“块”。网络管理器或用户综合考虑网络容量、用户对语音质量的要求、当前的用户数、用户设备的性能以及在接入控制环节降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性等多种因素，确定这些多维“块”与可供选用的编码速率之间的对应关系。也就是说，一旦得到当前语音信号有关的各个量的数值(例如功率数值)，确定这些数值究竟落在了上述多维空间的哪个“块”中，然后根据上述的这些多维“块”与可供选用的编码速率之间的对应关系，为当前通信信号选择适当的编码速率。然后，网络管理器或用户根据当前通信信号实际所采用的编码速率是不是该适当的编码速率，做出维持或切换编码速率的决定，并实施该决定。
图1为一个信号传输进程中采用AMR方案的流程图。
图2示出了本发明根据多个有关干扰和系统负载方面的阈值而选择适当的编码速率的例子。
(五)
具体实施例方式
下面的四个实施例示范性地给出了实施本发明方法的一些细节。
例一在本实施例中，运营商分别可以采用三种AMR编码速率。相应地，在接入过程中采用三个信号干扰比阈值。各用户的传输功率分别为Tx_pow_new_user1＝Path_loss_new_user+interference_power+SIR_threshold1；Tx_pow_new_user2＝Path_loss_new_user+interference_power+SIR_threshold2；Tx_pow_new_user3＝Path_loss_new_user+interference_power+SIR_threshold3其中Tx_pow_new_user1、Tx_pow_new_user2和Tx_pow_new_user3分别主要由各自的信号干扰比阈值(SIR_threshold1、SIR_threshold2和SIR_threshold3)决定。只有在Tx_pow_new_user1、Tx_pow_new_user2和Tx_pow_new_user3都高于网络所允许的最大传输功率时，本次呼叫才会出现接入阻塞或切换掉线的情况。如果没有出现这种极端情况，网络在呼叫建立和切换过程中会自动选择一种合适的编码速率，来降低出现接入过程中信号阻塞和切换掉线的情况。
例二(例一方案的延伸)与例一中的条件相似，如果Tx_pow_new_user1、Tx_pow_new_user2和Tx_pow_new_user3中的任何一个都没有超过网络所允许的最大传输功率，则可以根据当前用户的服务级别来确定一个编码速率。该用户的服务级别越高，则分配给该用户的编码速率的数据传输率也越高。
例三在本例中，在接入控制算法中除采用多个其它阈值外，还同时采用系统负载和干扰判据。如图2中所示，除其它方面的约束条件外，这两个判据也同时发生作用。只有当这两个判据同时得到满足时，才可以选择与它们相对应的编码速率。
具体地说，如图2所示，当干扰阈值1和负载阈值1都没有被突破时，选择编码速率1。这种情况下的语音质量最好。
当干扰阈值2和负载阈值2都没有被突破，但干扰阈值1和负载阈值1中有一个被突破时，选择编码速率2。此时的语音质量处于中等水平。
当所有的阈值都被突破时(例如此时干扰阈值3和负载阈值3)，就会发生信号阻塞或掉线的情况。
本领域技术人员不难根据以上描述而理解并引申出属于本发明保护范围的各种变型。
权利要求
1，一种语音移动通信过程中调整编码速率的方法，采用自适应多速率法，由网络管理器或用户决定至少一个可以采用的编码速率(C1，C2，…，Ci，…)；网络管理器或用户综合考虑网络容量、用户对语音质量的要求、当前的用户数、用户设备的性能以及在接入控制环节降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性这些因素，根据编码速率与决定该编码速率的至少一个与语音信号有关的量之间的关系，选择或切换到一个适当的编码速率；其特征在于确定该编码速率的过程还包括(1)运营商配置至少一个与语音信号有关的量(q1，q2，…，qi，…)中每个量的至少一个范围集合Qi(j)，并且进一步确定由上述至少一个量的至少一个范围组成至少一个范围域(Q1，Q2，…，Qi，…)，所述的范围域至少是一维的；(2)综合考虑用户对语音质量的要求、当前的用户数和在接入控制环节降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性这些因素，确立上述量(q1，q2，…，qi，…)的所述的范围域(Q1，Q2，…，Qi，…)与上述至少一个可以采用的编码速率(C1，C2，…，Ci，…)之间的对应关系；(3)计算对应于用户当前的通信信号的上述量，(4)将对应于用户当前的通信信号的上述与语音信号有关的量与由运营商配置的上述量的范围域(Q1，Q2，…，…，Qi，…)进行比较，(5)根据(2)中所得的上述范围域(Q1，Q2，…，Qi，…)与上述可以采用的编码速率(C1，C2，…，Ci，…)之间的对应关系，确定当前信号所应采用的编码速率，做出不改变编码速率或切换编码速率的决定，并实施该决定。
2，如权利要求所述的方法，其中所配置的与语音信号有关的量为当前系统负载余量、当前功率余量和用户服务级别中的一个或多个。
全文摘要
一种语音移动通信过程中调整编码速率的方法，采用自适应多速率法，由网络管理器或用户决定至少一个可以采用的编码速率；网络管理器或用户综合考虑网络容量、用户对语音质量的要求、当前的用户数、用户设备的性能以及在接入控制环节降低信号接入时发生信号阻塞和在编码速率切换时发生信号掉线的可能性这些因素，根据编码速率与决定该编码速率的至少一个与语音信号有关的量之间的关系；测量当前信号的这些量的值，根据上述关系，维持该编码方式或切换到一个新的编码速率。其中，所配置的与语音信号有关的量例如可以是当前系统负载余量、当前功率余量和用户服务级别等量中的一个或多个。
文档编号H04B7/26GK1728598SQ200410054878
公开日2006年2月1日 申请日期2004年7月31日 优先权日2004年7月31日
发明者余立, 蔡月民 申请人:西门子(中国)有限公司