CN100433609C - 一种自适应多速率模式调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应多速率模式调整方法，包括步骤一，建立不同自适应多速率模式下，信噪比与平均评价分对应关系；步骤二，根据信噪比与平均评价分对应关系，把自适应多速率模式调整到平均评价分最高的模式。本发明的自适应多速率模式调整方法把自适应多速率模式直接调整到平均评价分最高的模式，免去逐级调整模式过程中对语音质量造成的不必要的损害，提高了语音质量。

Description

一种自适应多速率模式调整方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种自适应多速率模式调整方法。

背景技术

随着的广泛应用和快速发展，中的很多关键技术也日趋完善。在全球GSM中，信源和信道编码速率是固定的，与信道质量无关，在差的信道条件下，如果信道编码的冗余比特数不足以纠正传输错误，应该增加信道编码中的冗余比特数而减小信源编码的比特数来提高语音质量，相反在好的信道条件下，应该增加信源比特数以提高语音质量。因此，在第三代中采用自适应多速率编码方式(Adaptive Multi-Rate codec，AMR)，以更智能的方式解决信源编码和信道编码的速率分配问题。

在宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)系统中，语音使用AMR编码方式，可以提供8种语音模式，每一种模式对应于一种速率：12.2，10.2，7.95，7.4，6.7，5.9，5.15 or 4.75kbit/s。不同的模式语音有不同的信源编码、信道编码等特性，可以提供不同的语音质量。无线通信系统中，对语音质量产生影响的主要因素是信源编码速率，即语音的AMR模式，和信道传播误块率(Block Error Rate，BLER)。AMR模式的高低由编码速率决定，编码速率越高，模式越高。一般而言，在环境好的时候，模式越高，提供的语音质量越高；而在环境很差的时候，低模式的语音质量反而更高。语音信号在数字无线通讯系统中传输时会转换成数字比特，在无线信道中数字比特分成块进行传输，传输过程中BLER越低，则恢复的语音质量就越好。

在通信过程中，由于传输环境和位置等改变可能导致连接质量下降或系统负载接近饱和，这时候需要对可以进行调整的数据速率进行调制以改善通信状况。对应AMR语音来说就是需要进行模式控制。

图1为3GPP TR26.975[1]提供的不同模式的语音质量随误帧率(frameErasure Ratio，FER)的变化曲线图，该图中的数据来自于GSM系统中的试验数据，对无线通信系统中对语音模式的控制具有参考作用。在图1中，采用了平均评价分(Mean Opinion Scores，MOS)对不同的语音模式在不同的FER情况下的质量进行了衡量。MOS分值越高，则表示语音质量越好。图中纵轴△MOS是和MOS4.0(MOS值为4.0)的差值，横轴是FER值。FER的高低直接影响语音质量MOS得分，在AMR语音编码中，由于只对Class A做循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)，Class B、C的CRC校验位为0，因此BLER＝FER。因此，图1也反映了不同模式语音质量随BLER的变化情况。从图中可以看到，基本上语音可以被接受的MOS分至少在2.8以上。对应的FER基本在7％以上。在这段FER范围内，根据图1可以看出，高模式的MOS分基本比低模式的要高，也就是说，如果FER能被保证在7％以内，模式越高语音质量也越高。但是也可以看出，FER在高于4％的时候，各种模式的语音质量急剧下降。

当AMR语音在无线通信系统中传输的时候，语音质量受到传播环境的影响也非常大，传播环境会影响语音业务的BLER。在传播环境由好变差过程中，由于低模式具有比高模式更好的容错性，所以低模式的语音质量降低的速率比高模式语音质量降低的速率慢。当环境变差到一定程度，就会出现低模式语音质量高于高模式语音质量的情况。

3GPP TR26.975中提供了不同模式语音质量随环境变化的趋势。随着C/I(信号与干扰的比值)的增加，不同模式语音质量都会降低，但是模式越低，语音质量减弱的越平缓，甚至低速率模式AMR语音的语音质量逐步优于高速率模式AMR语音。这里的C/I近似于WCDMA中的Ec/No(信噪比)。由于功率控制作用，终端在功率可以被保证的情况下业务的Ec/No基本维持在一恒定水平，因此，Ec/No的恶化主要体现在功率控制不收敛的情况下，而此时低模式语音质量要比高模式更容易维持。

此外，对于不同模式、相同BLER情况下，低模式所需要的发射功率也越低。对于上行，由于编码增益的存在，保证低模式需要较低的发射功率。对于下行，由于非连续发送(Discontinuous Transmission，DTX)的存在，低模式所需要的平均发射功率也就越低。

从以上分析可以看出，在终端功率能够被保障的情况下，终端的话音质量是由高模式提供的高MOS所保障，而当功率不能保障的情况下，就需要适当切换到低模式，一方面由于所需发射功率降低使得终端功率得以保障，此外低模式此时也比高模式更容易维持业务质量。因此，自适应多速率控制所需要做的就是在恰当的时候改变语音模式来维持语音质量。AMR不同语音模式的平滑转换可以为语音终端提供高质量服务，并且为系统的容量和覆盖带来增益。

WCDMA系统中，C/I的变化体现在系统负载以及连接质量的变化。由于采用功率控制的方法，使得在保证语音质量时发射功率大小反映了系统和业务连接的状况，如小区负载情况及传播环境下的路径损耗情况等。当系统负载越大，则空中干扰越大，为了达到一定的信噪比，则各终端的发射功率需要越大，反过来也一样。当系统传播条件改变，或者终端离基站比较远，到了小区的边缘时，路径损耗会增加，从而终端需要的发射功率也增加。而且对每个终端，当发送功率降低时，会直接影响接收信号的信噪比，从而影响接受数据的误码率，进而影响语音业务的质量。

由于发射功率较好地反映了空中接口干扰情况以及当前连接状况，所以现有技术中在进行AMR模式控制时，选用发射功率作为调整AMR模式所需的反馈信息。对上行AMR模式控制，测量移动台载波发射功率，对下行AMR模式控制，则是比较数据专用信道的平均发射功率和门限值。

目前，AMR模式调整方式可以参照图2所示的发射功率报告机制的原理。在图2中为发射功率设置了两个门限，即上门限和下门限，分别用1系列和2系列标识。每系列门限中包含两个门限：A和B，分别用于检查进入功率受限状态和退出功率受限状态。对于门限值的设定是利用最大发射功率，给速率控制算法的控制实体配置一些偏移量，用于计算测量控制的门限值，而不需要在每次信道容量或小区环境改变时再重新根据这些因素来计算测量控制门限值。当条件改变时，只需用最大发射功率减去偏移量即可得到门限值。

报告机制具体为：当发射功率超过了从下往上穿越了上门限6A1，则报告6A1事件；当发射功率从上往下穿越了上门限6B1，则报告6B1事件；当发射功率从上往下穿越了下门限6B2，则报告6B2事件；当发射功率从下往上穿越了下门限6A2则报告6A2事件。门限的设置可以通过链路的最大发射功率减去相对门限的方法来得到。

上述现有技术中依据发射功率调整AMR模式的流程如图4所示，具体方法如下：

当收到6A1事件报告，表示发射功率比较高，具体对应的环境可能是小区的负载已经处于比较高的状态或者终端已远离基站，当前的AMR模式可能不能继续被支持，为了保持终端业务的连续性或者减轻小区的负载，则将当前终端的AMR模式降低。如果终端的AMR模式降低一级之后，仍然没有收到6B1事件，则以一定的周期再次逐级降低AMR模式，直到AMR模式降为最低模式或者收到6B1事件或者6B2事件报告时才停止周期降低模式的处理。

当收到6B2事件报告，表示当前的发射功率水平比较低，具体对应的环境可能是系统负载比较低或者终端距离基站比较近，还有多余的功率资源可用，那么就升高终端当前的AMR模式，以提供更好的语音服务质量。当终端的AMR模式升高一级之后，在一定时间内没有收到6A2事件，则以一定的周期再次逐级升高终端的AMR模式，直到终端的AMR模式达到最高模式或者收到6A2事件报告才停止周期性升高模式的处理。

当收到6B1或者6A2事件，具体的处理需要视该事件报告之前的状态而定，有以下三种情况：

(1)语音模式处于周期性向上调整时，如果收到6A2事件报告则停止调整AMR模式的处理，并进入正常状态，如果收到6B1事件则不处理；

(2)语音模式处于周期性向下调整时，如果收到6B1事件则停止周期调整AMR模式的处理，并进入正常状态，如果收到6A2事件则不处理；

(3)当语音模式没有处于周期性调整状态时，如果收到6B1事件或者6A2事件则都不予处理。

上行和下行AMR模式调整的方法相同，过程独立。

现有技术的依据发射功率调整AMR模式的方法，在传输环境突然变得很差时(BLER很高)，将AMR模式逐级调低，这样中间级速率会对语音质量造成损害；同样如果传输环境突然变得很好(BLER很低)时，将AMR模式逐级升高，中间级速率也会对语音质量造成损害。而且，在逐级升高或者降低调整AMR模式的方法中，如果调到某个速率发射功率高于下门限，那么模式就不会再向上调，但是有可能此时采用更高的模式，发射功率也是允许的，而采用逐级调整的方法显然不会达到该模式，这样势必对语音质量造成影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的就是提供一种自适应多速率模式调整方法，包括下列步骤：

步骤A1)建立不同自适应多速率模式下信噪比之间的关系；

步骤A2)建立不同自适应多速率模式下误块率与信噪比的对应关系；

步骤A3)建立不同自适应多速率模式下误块率与平均评价分的对应关系；

步骤A4)根据信噪比与平均评价分对应关系，把自适应多速率模式调整到平均评价分最高的模式。

所述步骤A1)包括下列步骤：

建立不同信道环境下不同自适应多速率模式下信噪比之间的关系。

所述步骤A1)还包括下列步骤：

根据不同信道环境下不同自适应多速率模式的信噪比之间的关系，建立并保存不同信道环境下不同自适应多速率模式下信噪比的关系表。

所述不同信道环境下不同自适应多速率模式的信噪比之间关系是指上行时同一信道环境下不同自适应多速率模式下各信噪比之比等于比特率之比，下行时同一信道环境下不同自适应多速率模式下各信噪比相等。

所述步骤A2)包括：

A21)在外环功控正常时对不同信道环境进行仿真；

A22)根据仿真结果得到各信道环境下不同自适应多速率模式的误块率与信噪比的对应关系。

所述外环功控正常是指功率充足时，已经收敛到目标误块率所需的目标信噪比；或者功率受限时，已经达到最大发射功率所对应的信噪比和误块率。

步骤A21)中，所述仿真为使用网路模拟器进行仿真。

步骤A3)中，所述不同自适应多速率模式下误块率与平均评价分的对应关系是通过通信协议得到的关系。

所述步骤A4)包括下列步骤：

步骤B1)根据不同自适应多速率模式下的信噪比之间的关系，得到当前信道环境下当前的自适应多速率模式的信噪比值对应的其他自适应多速率模式的信噪比值；

步骤B2)根据不同自适应多速率模式下的误块率与信噪比的对应关系，得到各信噪比值对应的误块率值；

步骤B3)根据不同自适应多速率模式下的误块率与平均评价分的对应关系，得到各误块率值对应的平均评价分；

步骤B4)把自适应多速率模式直接调整到平均评价分最高的自适应多速率模式。

所述信道环境包括乡村环境、典型城市环境、恶劣城市环境和丘陵环境中的任一种或者多种的组合。

所述自适应多速率模式调整方法所应用的网络为WCDMA，或者CDMA2000，或者TD-SCDMA。

本发明的自适应多速率模式调整方法把AMR模式直接调整到MOS分最高的模式，免去逐级调整模式过程中对语音质量造成的不必要的损害，提高了语音质量。

附图说明

图1为3GPP TR26.975[1]提供的不同模式语音质量随误帧率的变化曲线图；

图2为现有的发射功率报告机制的原理示意图；

图3为本发明具体实施例自适应多速率模式调整方法的流程图；

图4为本发明具体实施例自适应多速率模式调整方法中AMR模式调整过程的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：当发射功率受限时，不再采用盲目地逐级调整速率的策略，而是根据该信道环境下各种模式的MOS分，把AMR模式直接调整到MOS分最高的模式，免去逐级调整模式过程中对语音质量造成的不必要的损害，提高语音质量。

下面结合附图3和4及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本实施例子是以一种可以支持第三代(3G)无线移动通信技术，宽带码分多址(WCDMA)通信系统的自适应多速率模式调整方法进行描述，但本发明同样适用除了以上提到的支持第三代(3G)无线移动通信技术的自适应多速率模式调整方法的情况，如码分多址2000(CDMA2000)通信系统或者时分双工-同步码分多址(TD-SCDMA)通信系统。

本实施例的自适应多速率模式调整方法具体步骤如下：

11)建立不同AMR模式下，信噪比(signaling intertrace rate，SIR)与MOS分对应关系。

111)建立不同信道环境下，不同AMR模式的SIR之间的关系。

1111)建立不同信道环境下，不同AMR模式下的SIR之间的关系；

具体过程如下：

根据

计算得到各SIR，其中W为码片率，R为比特率，即不同的AMR速率，P为总功率(假定每种模式都使用最大发射功率)，f为总干扰，p1为总衰落。

对上行而言，由于无非连续发送DTX存在，在相同信道环境下，不同AMR模式下的码片率、总功率、总干扰、总衰落相同，只有比特率不同，所以在相同信道环境下不同AMR模式的SIR比即为R(AMR速率)之比。

对下行而言，因为有非连续发送DTX存在，在相同信道环境下，不同AMR模式下的码片率和比特率不同，其他参数相同，但是，由于此时每种模式的码片率和比特率的比值

近似相等，所以在相同信道环境下不同AMR模式的SIR值近似相等。

通过上述过程，可以分别得到上行和下行在相同信道环境下，不同AMR模式下的SIR之间的关系。

所述AMR模式对应于不同速率，所述速率可以是：12.2，10.2，7.95，7.4，6.7，5.9，5.15或者4.75kbit/s。

所述信道环境包括乡村环境(RA，rural area)、典型城市环境(TU，typicalurban area)、恶劣城市环境(BU，bad urban area)和丘陵环境(HT，hilly terrain)等。

1112)根据各信道环境下，不同AMR模式下的SIR之间的关系，得到各信道环境下，不同AMR模式下的SIR之间的对应关系如表1所示。

表1不同AMR模式下的SIR之间对应的关系

AMR mode	SIR1	SIR2	…	SIRN
					12.2	SIR1-12.2	SIR2-12.2	…	SIRN-12.2
10.2	SIR1-10.2	SIR2-10.2	…	SIRN-10.2
					7.95	SIR1-7.95	SIR2-7.95	…	SIRN-7.95
7.4	SIR1-7.4	SIR2-7.4	…	SIRN-7.4
					6.7	SIR1-6.7	SIR2-6.7	…	SIRN-6.7
5.9	SIR1-5.9	SIR2-5.9	…	SIRN-5.9
					5.15	SIR1-5.15	SIR2-5.15	…	SIRN-5.15
4.75	SIR1-4.75	SIR2-4.75	…	SIRN-4.75

不同的信道环境分别对应不同的表格；上行和下行分别对应不同的表格。

112)根据仿真结果建立各信道环境下不同AMR模式的BLER与SIR的对应关系；

1121)使用网路模拟器(Network Simulator 2，NS2)，对WCDMA网络外环功控正常时不同信道环境进行仿真；

NS2的版本选用ns2-2.27。

NS2是计算机网络中的一种仿真器，由美国加州Lawrence Berkeley国家实验室等单位开发并开源免费使用。NS2广泛应用于局域网、广域网、无线移动网和卫星网络仿真。

按照功率控制的目的，功率控制可以分为内环功控和外环功控。内环功控用来补偿由于多径效应引起的衰落，使接收到的SIR值达到由外环功控提供的目标SIR值。外环功控的目的是保证通信质量在一定的标准上，而此标准的提出是为了给内环功控提供足够高的信噪比要求。具体实现过程是根据统计接收数据的误块率(BLER)，为内环功控提供目标SIR，目标SIR是同业务的数据速率相关联的。所述外环功控正常包括两种情况：一，功率充足，收敛到目标BLER所需的目标SIR；二，功率受限，收敛不到目标BLER，但是已经达到最大发射功率所对应的SIR和BLER了。

对于使用NS2仿真网络环境的方法为公知技术，在此不再详述。

1122)根据仿真结果得到各信道环境下不同AMR模式的BLER与SIR的对应关系曲线；

所述曲线的具体参数如表2所示：

表2 BLER与SIR的对应关系

SIR1	SIR2	SIR3	…	SIRN
					BLER1	BLER2	BLER3	…	BLER1

不同信道环境下不同的AMR模式分别对应一个BLER与SIR的对应关系表格。

113)根据通信协议建立各AMR模式下BLER与MOS分的对应关系；

在通信协议3GPP 26.975中可以查到不同AMR模式下BLER与MOS分的对应关系曲线，该曲线的具体参数如表3所示：

表3BLER与MOS分的对应关系

BLER1	BLER2	BLER3	…	BLER1
					MOS1	MOS2	MOS3	…	MOSN

12)根据SIR与MOS分对应关系，把AMR模式直接调整到MOS分最高的模式，具体AMR模式调整过程如图4所示。

121)判断当前AMR模式需要的发射功率是否超过门限值，如果超过门限值，则根据不同AMR模式下的SIR之间的关系，得到当前信道环境下当前的AMR模式的SIR值对应的其他AMR模式的SIR值；否则，继续。

1211)对于上行，当6A或6B事件触发时判断当前AMR模式需要的发射功率是否超过门限值；对于下行，周期性判断当前AMR模式需要的发射功率是否超过门限值。

对于发射功率的判断采用现有的发射功率报告机，发射功率报告机为发射功率设置了两个门限，即上门限和下门限。对于门限值的设定是利用最大发射功率，给速率控制算法的控制实体配置一些偏移量，用于计算测量控制的门限值，而不需要在每次信道容量或小区环境改变时再重新根据这些因素来计算测量控制门限值。当条件改变时，只需用最大发射功率减去偏移量即可得到门限值。

1212)在当前AMR模式需要的发射功率超过门限值时，查询表示各信道环境下不同AMR模式下的SIR之间的关系的表1，得到当前信道环境下的AMR模式的SIR值对应的其他AMR模式的SIR值。所述门限值包括上门限值和下门限值。

上行和下行分别对应不同的表格，如果是上行需要的发射功率超过门限值时，查询上行的各信道环境下不同AMR模式下的SIR之间的关系的表格；如果是下行需要的发射功率超过门限值时，查询下行的各信道环境下不同AMR模式下的SIR之间的关系的表格。

由于其他AMR模式有7种，因此，查表得到的SIR值有多个。

该步骤也可以根据不同AMR模式下的SIR之间的算数关系，通过计算得到当前的AMR模式的SIR值对应的其他AMR模式的SIR值。

对于上行，在相同信道环境下不同AMR模式的SIR比即为R(AMR速率)之比。

对于下行，在相同信道环境下不同AMR模式的SIR值近似相等。

122)根据各信道环境下AMR模式的BLER与SIR的对应关系，得到各SIR值对应的BLER值；

1221)查询根据各信道环境下不同AMR模式的BLER与SIR的对应关系曲线定义的表2，得到各SIR值对应的BLER值；

123)根据各AMR模式下BLER与MOS分的对应关系，得到各BLER值对应的MOS分；

1231)查询根据各AMR模式下BLER与MOS分的对应关系曲线定义的表3，得到各BLER值对应的MOS分及其对应的AMR模式；

124)把AMR模式直接调整到MOS分最高的AMR模式。

本发明的自适应多速率模式调整方法把AMR模式直接调整到MOS分最高的模式，避免了逐级调整模式过程中中间模式对语音质量造成的不必要的损害，同时也避免了在逐级升高或者降低调整AMR模式的方法中，在调到某个速率发射功率，高于某一门限值后，就不能继续调制到更合适的模式这一缺陷，提高了语音质量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种自适应多速率模式调整方法，包括以下步骤：

步骤A1)建立不同自适应多速率模式下信噪比之间的关系；

步骤A2)建立不同自适应多速率模式下误块率与信噪比的对应关系；

步骤A3)建立不同自适应多速率模式下误块率与平均评价分的对应关系；

步骤A4)根据信噪比与平均评价分对应关系，把自适应多速率模式调整到平均评价分最高的模式。

2如权利要求1所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，所述步骤A1)包括下列步骤：

建立不同信道环境下不同自适应多速率模式下信噪比之间的关系。

3.如权利要求2所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，所述步骤A1)还包括下列步骤：

根据不同信道环境下不同自适应多速率模式的信噪比之间的关系，建立并保存不同信道环境下不同自适应多速率模式下信噪比的关系表。

4.如权利要求2或3所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，所述不同信道环境下不同自适应多速率模式的信噪比之间关系是指上行时同一信道环境下不同自适应多速率模式下各信噪比之比等于比特率之比，下行时同一信道环境下不同自适应多速率模式下各信噪比相等。

5.如权利要求1所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，所述步骤A2)包括：

A21)当功率充足时，已经收敛到目标误块率所需的目标信噪比；或者功率受限时，已经达到最大发射功率所对应的信噪比和误块率时，对不同信道环境进行仿真；

A22)根据仿真结果得到各信道环境下不同自适应多速率模式的误块率与信噪比的对应关系。

6.如权利要求5所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，步骤A21)中，所述仿真为使用网路模拟器进行仿真。

7.如权利要求1所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，步骤A3)中，所述不同自适应多速率模式下误块率与平均评价分的对应关系是通过通信协议得到的。

8.如权利要求1所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，所述步骤A4)包括下列步骤：

步骤B1)根据不同自适应多速率模式下的信噪比之间的关系，得到当前信道环境下当前的自适应多速率模式的信噪比值对应的其他自适应多速率模式的信噪比值；

步骤B2)根据不同自适应多速率模式下的误块率与信噪比的对应关系，得到各信噪比值对应的误块率值；

步骤B3)根据不同自适应多速率模式下的误块率与平均评价分的对应关系，得到各误块率值对应的平均评价分；

步骤B4)把自适应多速率模式直接调整到平均评价分最高的自适应多速率模式。

9.如权利要求2或3或5或8所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，所述信道环境包括乡村环境、典型城市环境、恶劣城市环境和丘陵环境中的任一种或者多种的组合。

10.如权利要求1所述的自适应多速率模式调整方法，其特征在于，该方法所应用的网络为WCDMA，或者CDMA2000，或者TD-SCDMA。

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