CN102308552A - 在分组交换语音无线网络中控制声码器模式的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制分组交换语音无线网络中的语音声码器速率的方法，包括包含在网络中的基站，基站控制自适应多速率(AMR)编解码速率。网络可以符合LTE标准并且基站是eNB。

Description

在分组交换语音无线网络中控制声码器模式的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于在分组交换语音无线网络中控制声码器(vocoder)模式的方法，以及更为具体地，但是不排他地涉及为3GPP LTE中的基于因特网协议的语音(VoIP)控制声码器模式。
背景技术
目前，第三代合作伙伴计划(3GPP)正在开发长期演进(LTE)，也被称为E-UTRAN，记载于技术规范3GPP TS 36.300v 8.5.0(2008-05)，读者将其称为附加信息，以及相关的文档。3GPP LTE旨在增强通用移动通信系统(UMTS)无线接入网标准，例如，通过改进效率和服务。
由于3GPP将UMTS演进为3GPP长期演进(LTE)中的纯分组交换技术，将按基于因特网协议的语音(VoIP)的形式来携带语音业务。UMTS中的传统电路交换(CS)语音和LTE中VoIP之间的一个基本区别是，无线接入网(RAN)不再控制VoIP应用所使用的声码器速率的调整，以优化语音质量和空中接口容量之间的权衡(trade-off)。
参见图1，具有UMTS中的传统CS语音，如图1的左手侧所示的，语音业务首先通过移动交换中心(MSC)1进入核心网络，其中它被转码(transcode)为自适应多速率(AMR)编解码(codec)。AMR编解码允许使用不同的速率来编码语音(例如，12.2kbps、7.95kbps、5.9kbps等)，其允许用于传送语音的比特数量和感知(perceived)的语音质量之间的直接权衡。无线网络控制器(RNC)2能够从基站(在UMTS中称为Node-B)3接收负载测量报告，以及基于所述负载，可以发送请求到MSC 1以改变到用户设备(UE)4的下行链路传输的AMR速率。按这种方式，当Node-B3在下行链路中负载较轻时，RNC 2可以请求为所有的语音业务提供最高的AMR编解码速率(例如，12.2kbps)。当由于增加的呼叫量而导致负载增加时，如由来自Node-B 3的报告所确定的，为了保证新的用户不会受到阻塞，RNC 2可以请求MSC 1将AMR速率改变为更低的速率(例如，5.9kbps)，其允许支持更多数量的语音呼叫，尽管具有较低的语音质量。基于从Node-B 3到RNC 2的上行链路负载报告可以使用类似的过程，其中RNC 2可以向UE 4发送消息，使得将UE 4所使用的AMR编解码速率切换为更低或更高的速率。基于来自Node-B 3的直接负载测量报告来调整AMR速率的能力是使用AMR编解码的重要优势，并且允许相对于语音质量来优化语音容量的非常期望的灵活性。
通过3GPP LTE，目标是移到纯分组交换(PS)技术，使得可以按类似的方式来传输语音和数据业务，并且将不再需要保持两个单独的域，即，电路交换和分组交换。另外，在LTE中，UMTS中RNC实体和Node-B实体的功能变为(collapsed)被称为增强Node-B(eNode-B或eNB)的单个实体。
在LTE中，使用VoIP来传递语音，如图1中右手侧所示出的。在VoIP中，使用与数据业务(例如，FTP、HTTP等)相同的方式来将语音帧封装到因特网协议(IP)分组中。LTE中的eNode-B仅需要感知特定业务流的所需要的服务质量(QoS)属性，例如，误码率和延迟要求；其不严格地需要知道它是在使用AMR编解码的特定语音业务中携带的。另一个重要的改变是，用于下行链路传输的AMR编解码不是eNode-B可以直接访问的，这是由于如果运营商选择使用IMS，其可能存在于运营商的IP多媒体子网(IMS)中，或者其可能位于运营商网络中某处的媒体网关(MGW)中，或者其甚至可能直接位于请求(placed)呼叫的另一UE中。因此，eNode-B不能按照与UMTS中可能的相同方式来请求AMR编解码速率的改变，以相对于语音质量来权衡空中接口容量。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种用于在分组交换语音无线网络中控制声码器模式的方法，包括至少一个基站，包括：基站控制声码器的自适应多速率(AMR)编解码模式。所述方法可以应用于根据LTE标准的网络，其中基站是eNB。然而，其可以应用于根据涉及分组交换语音的其它技术和/或标准实现的网络。
在根据本发明的方法中，基站测量负载条件并且根据测量的条件来控制编解码模式。
在根据本发明的另一方法中，基站修改语音分组的编解码模式请求(CMR)字段以控制编解码模式。基站可以修改基站在上行链路中从用户设备(UE)接收的语音分组的CMR字段，以控制在下行链路中发送到UE的语音分组的编解码模式。基站可以修改基站在下行链路上发送到用户设备(UE)的语音分组的CMR字段，以控制在上行链路中从UE发送的语音分组的编解码模式。当基站已经修改了CMR字段之后，基站在计算中使用经修改的CMR字段来计算UDP报头中的校验和。
在根据本发明的另一方法中，基站发送控制消息到UE以控制编解码模式。其中网络是根据LTE实现的，控制消息可以是无线资源控制(RRC)消息。为了修改下行链路中的编解码模式，基站可以发送控制消息到UE，所述控制消息请求UE修改在上行链路中发送的语音分组中的CMR字段。为了修改上行链路中的编解码，基站可以向UE发送控制消息，所述控制消息请求UE改变UE正在使用的编解码模式。
根据本发明的第二方面，一种可操作以使用根据第一方面的方法的基站。
根据本发明的第三方面，一种被安排以使用根据第一方面的方法的无线网络。
附图说明
现在将仅通过实例的方式，并且参照附图来介绍本发明的一些实施方式，其中：
图1示例性地示出相比于LTE中的VoIP在UMTS中电路交换语音的实现方式；
图2示例性地示出用于LTE的VoIP分组的结构；
图3示例性地示出用于下行链路方向中LTE的VoIP的协议栈；
图4示例性地示出用于上行链路方向中LTE的VoIP的协议栈；
图5示例性地示出根据本发明的方法；
图6示例性地示出根据本发明的方法；以及
图7示例性地示出根据本发明的部分LTE网络和eNode-B。
具体实施方式
图2示出了用于LTE的VoIP分组的结构。AMR语音编码器5每20ms产生语音帧6并且分组中的比特数量依赖7于所选择的AMR编解码速率。然后，实时传输协议(RTP)层附加编解码模式请求(CMR)字段8，其长度是4比特，并且还添加RTP报头9。RTP报头9提供时间戳和序列号，其将由接收RTP实体所使用以适当地完成(play out)语音帧。CMR字段8的目的是与允许链路接收侧上的AMR编解码以请求改变链路发送侧所使用的AMR编解码模式。UDP/IP层10添加另一组报头。IP报头11提供路由信息，使得语音分组到达适当的目的地。UDP报头12添加应用端口号以及校验和，校验和是在整个分组(包括IP报头)上计算的。在接收UDP实体处使用所述校验和以检查分组是否已经损坏，在这种情况下，会在接收实体处将其丢弃。
接下来，当分组进入LTE协议栈(下行链路上的eNode-B或者上行链路上UE中协议栈的LTE部分)，其进入分组数据汇聚协议(PDCP)层13。在该层中，可以被压缩的RTP/UDP/IP报头部分将被压缩以提供压缩的报头14并且提升空中接口容量。接收PDCP实体将对分组进行解压缩。压缩/解压缩协议称为鲁棒性报头压缩(RoHC)。
图3和图4分别示出了在下行链路和上行链路中传递VoIP分组的协议栈。注意到，因为语音典型地是双向会话并且因此AMR声码器典型地包括编码器和解码器功能，所以没有上行链路和下行链路的AMR语音编码器和AMR解码器的表示。
在本发明的一个实施方式中，通过修改相反链路中发送的VoIP分组中的CMR字段，eNode-B改变特定链路方向(例如，下行链路或上行链路)中的AMR编解码模式。
图5示出了修改下行链路方向中发送的VoIP分组的编解码模式。在15，eNode-B测量其下行链路中的负载。在16，eNode-B决定修改在下行链路中传递到特定UE的语音业务所使用的AMR编解码模式是否合适。在这个实例中，假设eNode-B测量报告指示下行链路负载变得较高，在这个意义上，语音呼叫的数量目前接近于当前AMR声码器速率的容量限制。可替换地，测量报告可以指示不需要改变或所述负载可能增加。
如果在16，eNode-B决定修改编解码模式以降低下行链路负载，在17，其修改在上行链路方向中发送的VoIP分组中的CMR字段，上行链路方向即，从UE到eNodeB。然后，经修改的CMR字段将到达AMR声码器，用于生成在下行链路中发送的语音分组，并且AMR编解码模式将被适当地改变。在eNode-B的PDCP层内部修改CMR。这可以在报头解压缩之间或之后执行，但是在本实施方式中，在报头解压缩之后执行。因为分组大小和CMR字段的位置是之后精确已知的，在报头解压缩之后修改CMR是有好处的。设置CMR字段以实现所期望的将在下行链路方向中使用的AMR编解码速率。
通过假设CMR字段的原始值来计算在UE发送侧的UDP报头中计算的校验和。在18，使用经修改的CMR字段在eNode-B中重新计算UDP校验和。鉴于CMR字段和UDP校验和将需要由eNode-B来改变，在eNode-B的PDCP实体中执行上述内容是有优势的。于是，eNode-B利用新计算的校验和来替换旧的UDP校验和。这样保证当分组达到UDP/IP层时UDP校验和能够通过。
在19，生成在下行链路中发送的分组的AMR声码器接收经修改的CMR并且因此会将其AMR编解码调整为更低的速率。仅修改下行链路方向中发送的VoIP分组的CMR字段，可以使用相同的技术来修改上行链路中的AMR声码器速率。
通过参考图6，如20所示，通过修改在下行链路中发送给所述UE的VoIP分组的CMR字段，eNode-B还可以控制上行链路中使用的AMR编解码模式。
在本发明的另一实施方式中，将符合3GPP LTE标准的具体控制消息从eNode-B发送到UE，以产生AMR编解码中的所期望改变。图7示例性示出了具有多个eNode-B的LTE网络21的部分。无线资源控制(RRC)消息，即控制平面消息，在LTE标准中的eNode-B和UE之间发送。
为了控制上行链路方向上的AMR编解码速率的改变，eNode-B将RRC消息发送到UE，请求UE改变UE正在使用的AMR编解码。
为了控制下行链路方向中AMR编解码速率的改变，eNode-B将RRC消息发送给UE，请求UE修改在上行链路中发送的VoIP分组中的CMR字段。于是，这实现了在下行链路方向中发送AMR语音分组的对等实体，并且具有将AMR编解码速率改变为所期望速率的效果。
LTE网络的eNode-B可以改变，或附加地，通过参考图5和6或如图5和6所示的实施方式来实现。
本发明可以体现为其它具体形式，而不脱离本发明的精神或基本特征。所介绍的实施方式在各个方面被考虑为是示意性的且不是限制性的。因此，本发明的范围由附加的权利要求所指示，并不是由前述说明所指示。来自权利要求的等价含义和范围内的所有改变被包括在权利要求的范围之内。

Claims (19)

1.一种用于在分组交换语音无线网络中控制声码器模式的方法，所述网络包括至少一个基站，包括：基站控制声码器的自适应多速率(AMR)编解码模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络符合LTE标准以及所述基站是eNB。
3.根据权利要求1所述的方法，并且包括基站测量负载条件以及基于所测量的条件控制编解码模式。
4.根据权利要求1所述的方法，并且包括基站修改具有语音帧载荷的RTP分组的编解码模式请求(CMR)字段，从而控制编解码模式。
5.根据权利要求1所述的方法，并且包括基站修改语音分组的编解码模式请求(CMR)字段以控制编解码模式。
6.根据权利要求5所述的方法，并且包括基站修改在上行链路中基站从用户设备(UE)接收的语音分组的CMR字段，以控制在下行链路中被发送给UE的语音分组的编解码模式。
7.根据权利要求5所述的方法，并且包括基站修改在下行链路中由基站发送到用户设备(UE)的语音分组的CMR字段，以控制在上行链路中从UE发送的语音分组的编解码模式。
8.根据权利要求5所述的方法，并且包括在基站已经修改了CMR字段之后，在计算中基站使用经修改的CMR字段来计算UDP报头中的校验和。
9.根据权利要求8所述的方法，并且包括在基站修改了CMR字段之后，基站执行基站中分组数据汇聚协议(PDCP)实体的其校验和的计算。
10.根据权利要求5所述的方法，并且包括在报头解压缩之后，基站修改CMR字段。
12.根据权利要求1所述的方法，并且包括基站将控制消息发送到UE以控制编解码模式。
13.根据权利要求12所述的方法，并且其中网络符合LTE标准且基站是eNB，以及控制消息是无线资源控制(RRC)消息。
14.根据权利要求12所述的方法，并且其中为了修改下行链路中的编解码模式，基站将控制消息发送到UE，请求UE修改在上行链路中发送的语音分组中的CMR字段。
15.根据权利要求12所述的方法，并且其中为了修改上行链路中的编解码，基站将控制消息发送到UE，请求UE改变UE正在使用的编解码模式。
16.一种用于无线网络的基站，其包括控制用于分组交换语音的声码器的自适应多速率(AMR)编解码模式的控制器。
17.根据权利要求16所述的基站，并且其中基站是eNode-B。
18.根据权利要求16所述的基站，并且包括处理器，用于修改具有语音帧载荷的RTP分组的编解码模式请求(CMR)字段，以控制编解码模式。
19.一种无线网络，包括用于无线网络的基站，包括用于控制分组交换语音的声码器的自适应多速率(AMR)编解码模式的控制器。
20.根据权利要求18所述的无线网络，并且其中根据LTE标准来实现所述无线网络。
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