CN103686792A - 一种amr算法参数设置的自适应优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AMR算法参数设置的自适应优化方法，属于无线通信技术领域。在建立通话前获取所用信道的C/I，C/I是指接收机接收到的载波信号与干扰信号的平均功率的比值，根据此C/I大小，决定信道的初始编码率，并且通过侦测信道的C/I，实时调整此次通话所使用的AMR的迟滞值大小。这种调整的方法不同于以前仅凭经验的设定，而是针对不同的通话环境提供不同的切换参数非全部使用相同参数，使每个用户都能获得适宜自己的通话环境，更加适用于现网环境。同时，对初始编码速率的优化调整使得信道建立时可以使编码速率处在最佳状态，不会出现建立后的立刻切换甚至是连续多次切换。
Description
技术领域：
本发明涉及一种自适应的AMR通信参数设置的优化方法，具体涉及一种能够通过测量信道C/I，优化初始编码速率与迟滞值的自适应参数修正方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
AMR（自适应多码率语音编解码，Adaptive Multi-Rate SpeechCodec，AMR）是欧洲电信标准化协会（European TelecommunicationsStandards Institute,ETSX）下属的特殊移动组ll（Special Mobile Groupll，SMGll）为全球移动通信系统（Global System for MobileCommunications,GSM）所定制的语音编解码标准，其目的是在半速率信道容量的情况下提升有线语音编解码质量。
过去GSM语音编码主要是以全速率、半速率或增强全速率为主，它们的共同特点在于都采用了固定速率和确定的错误保护级别，而AMR的语音编码方式提供了一种自适应的解决方式来跟踪快速变化的无线信道环境和本地流量情况，根据当前的无线信道和需要传递的信息量的情况确定错误保护级别。它选择最佳信道和编码模式的组合，使语音质量和系统容量完美结合。针对不同信道状况自适应使用相适应的语音编码、信道编码组合，在较差的信道情况下使用鲁棒性较好的编码组合，在较好的信道情况下使用语音质量较好的编码组合。这样，原来无法接入的用户可以接入网络，而无线信道状况较好的用户可以提高话音质量。从整个系统来说，话音质量和系统容量都能获得提高。
虽然AMR技术已经提出了许多年时间，但在国内GSM系统现网中的应用尚处于起步阶段。国内各个运营商对于AMR算法在GSM网络中的应用也仅仅局限于对AMR不同参数的调整，并没有一套成熟的应用经验和网络优化策略，没有建立基于AMR的GSM网络优化体系模型，不利于对AMR技术的深入应用和潜力挖掘。
对现网中的某个基站控制器（Base Station Controller,BSC）局做AMR功能的开启，首先要在移动交换中心（Mobile Switching Center，MSC）中定义相应的数据（传统方法中参数为固定值），对于少数老终端用户不支持AMR功能的，仍可使用原来的普通全速率和半速率功能。AMR功能的实现过程是，通过基站向其所服务的所有手机发送AMR编码模式激活集（AMR Codec Set,ACS）判决门限，在一定时间间隔（40ms）内，基站与手机的信道统计模块分别统计无线链路的信噪比，将统计结果与判决门限进行比较，并将比较结果通知相应的控制模块（Control Module，CM），CM根据比较结果从ACS中选择所使用的各自CM。上行信道由基站进行统计，并将判决结果以命令形式通知手机终端；下行信道由终端进行统计，并将判决结果以请求形式通知基站。
目前业界对于链路级参数的优化还没有研究，主要的AMR优化集中在ACS集合在不同信道下的选择以及发生小区及切换时，对于初始速率的选择问题上，而没有做过对于信道参数（门限、迟滞、初始编码速率）设置的优化。在现有的系统中使用AMR语音编解码方式时，用户的AMR初始速率与迟滞值都是通过信道信令获得的，而信道信令指示的初始速率与迟滞值为后台参数固定配置，无法根据用户所处的不同信道环境进行修正，这样就会造成连接建立时产生非必要的速率切换，甚至是多次连续切换。附图1所示为AMR的门限、迟滞图，ACS定义了通话时了AMR速率调整可用的编码模式集合，这个集合包含4个编码模式依次为最低级编码速率、次低级编码速率、次高级编码速率以及最高级编码速率，即：CODEC_MODE_1、CODEC_MODE_2、CODEC_MODE_3、CODEC_MODE_4；3个迟滞值：HYST_1、HYST_2、HYST_3以及3个门限值：THR_1、THR_2、THR_3。已知语音编码模式转换的判决依据是与ACS中1-4个编码模式对应的1-3个门限值(THR_1-3)和迟滞值,假设当前编码模式为CODEC_MODE_3，当C/I大于(THR_3+HYST_3)时调整到CODEC_MODE_4，当C/I小于THR_2时调整到CODEC_MODE_2。若信道环境适宜CODEC_MODE_1进行通信，然而根据3GPP协议规定，初始速率应定为CODEC_MODE_3，那么在通话建立时就会连续发生两次切换，增加掉话率，严重影响通话质量。另外，在连接建立后由于迟滞设置为某一固定参数，没有对其进行自适应修正，导致速率切换被推迟或提前，这种情况会影响语音的质量，用客观的语音平均主观评分仪器测试评分也较低。
发明内容:
为解决上述问题，本发明提出一种自适应多码率语音编解码（Adaptive Multi-Rate Speech Codec，AMR）算法参数设置的自适应优化方法，通过测量信道的C/I（Carrier/Interference），优化初始编码速率与迟滞值的自适应参数修正，即在建立通话前获取所用信道载干比（Carrier/Interference，C/I），根据此C/I大小，决定信道所用的初始编码速率，并且通过侦测信道的C/I实时调整此次通话所使用的AMR的迟滞值大小。该方法可以针对不同的通话环境提供不同的切换参数，使每个用户都能获得适合自己的通话环境，更加适用于现网环境。
为了实现上述目的，本发明的技术方案所述AMR算法参数设置的自适应优化方法，包括以下步骤：
步骤1，基站在建立通话过程前获取通话所用信道的载干比。
在用户进行通话之前，首先建立通信链路，在基站通知用户转入传输信道（Transfer Channel,TCH信道）之前，基站先通过监测获取此TCH信道的载干比C/I，即接收机接收到的载波信号与干扰信号的平均功率的比值，方法是：基站对该用户发送立即指配命令，该用户反馈一帧测试帧，基站根据接收到的测试帧对TCH信道进行信道估计以确定上行信道载干比C/I；
步骤2，基站获得上行信道载干比C/I后反馈一确认帧，通知用户需设置的初始编码速率大小；
所述初始编码速率的获得方法是：找到使得该上行信道载干比C/I值所对应的MOS值（Mean Opinion Score，平均意见得分）最大时的编码速率并将其设置为此信道建立通话的初始编码速率（InitialCoding Mode，ICM），即，在保证用户体验MOS分的前提下选择最大的编码速率；若在该上行信道载干比C/I下，MOS值最大时对应两个或两个以上编码速率，则应选取其中的最低速率作为初始编码速率使用；
作为优选的方案，所述找到使得该上行信道载干比C/I值所对应的MOS值（Mean Opinion Score，平均意见得分）最大时的编码速率并将其设置为此信道建立通话的初始编码速率（Initial CodingMode，ICM）的方法是：建立基站在不同的AMR编码速率下载干比C/I与MOS的相关性曲线，其横坐标是载干比C/I的取值，纵坐标是不同载干比C/I下的MOS分值，在该曲线上找到使得该上行信道载干比C/I值所对应的MOS值（Mean Opinion Score，平均意见得分）最大时的编码速率并将其设置为此信道建立通话的初始编码速率；
不同的AMR编码速率下载干比C/I与MOS的相关性曲线图反应了在不同编码速率下C/I与MOS的关系。
基站所用的在不同的AMR编码速率下载干比C/I与MOS的相关性曲线获得方法有三种，一是根据3GPP TS 26.975协议规定，二是根据现网中采集的语音数据分析得到，三是通过仿真不同编码速率下C/I与MOS的关系分析获得。
此外，需要说明的是，所述基站获得上行信道载干比C/I后反馈一确认帧通知用户需设置的初始编码速率大小的同时，该用户通过基站发送的确认帧获得下行信道载干比C/I并反馈给基站，用于下行编码速率的选择（注释：因为上下行信道状况可能不同，所以编码速率会不同），为简要起见，本专利描述单向链路即用户到基站的过程，所以没有用到下行信道的C/I，上下行的计算过程是一致的。
步骤3，在通话过程中，基站和用户将一直监测信道的C/I，并统计一段时间内上行信道载干比C/I的均值（时间段的长短可由基站配置，可以根据运营商的选择进行调整，可以固定为相同长度），基站根据均值大小对AMR编码速率判决的迟滞值进行微调，即应增大此编码速率上方的迟滞，或减小此编码速率下方的迟滞：
若侦测到的C/I均值比上一个时间段内的C/I均值低，应加大迟滞值的设置以降低用户的信源编码速率，以保证其信道编码速率始终处于较高状态，能够更好地对抗信道干扰；
若侦测到的C/I均值比上一个时间段内的C/I均值高，则应减小迟滞值的设置，以保证通信能够维持在一个信源编码速率较高的状态，能够更好地传输信息。
所述迟滞值是指图1的AMR编码速率判决的迟滞值，即在原来的速率切换门限上加了一个迟滞，用于防止切换的乒乓效应。
对比现有技术，本发明的有益效果在于，本发明提出的自适应参数修正方法在建立通话前获取所用信道的C/I，C/I是指接收机接收到的载波信号与干扰信号的平均功率的比值，根据此C/I大小，决定信道的初始编码率，并且通过侦测信道的C/I，实时调整此次通话所使用的AMR的迟滞值大小。这种调整的方法不同于以前仅凭经验的设定，而是针对不同的通话环境提供不同的切换参数非全部使用相同参数，使每个用户都能获得适宜自己的通话环境，更加适用于现网环境。同时，对初始编码速率的优化调整使得信道建立时可以使编码速率处在最佳状态，不会出现建立后的立刻切换甚至是连续多次切换。
在传统的AMR方案中，门限、迟滞与初始位置都是直接由基站配置，设为固定参数，无法根据用户所处的不同信道环境进行修正，这样就会造成连接建立时产生非必要的速率切换，甚至是多次连续切换，而在连接建立后又会因为迟滞设置问题导致速率切换被推迟或提前，这种情况会影响语音的质量，用客观的语音平均主观评分仪器测试评分也较低。本发明提供的技术可以使不同环境下的用户都得到信道优化，使用适合参数，同时会随着时间变化实时调整参数值，使得信道一直处于适宜状态。
附图说明
图1AMR判决的门限与迟滞；
图2GSM系统通信信道建立流程图；
图3自适应全速率的ACS与MOS相关性曲线图；
图4自适应半速率的ACS与MOS相关性曲线图。
具体实施方式
为使发明的目的，技术方案及优点更加清晰，下面将以GSM系统为例，并结合附图对本发明做进一步详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体内容如下：
步骤1，首先在建立通话过程前，基站通过用户反馈的测试帧获取此次通话使用的通信信道的上行信道载干比。具体方法如下：
GSM系统通信信道建立的流程如附图2所示，为简要起见，本发明仅说明某一用户（如用户A）与基站之间的通信链路，在通信建立阶段，用户通过随机接入信道（Random Access Channel，RACH）向基站收发台（Base Transceiver Station，BTS）发送信道请求消息，然后BTS以公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）上的允许接入信道（Access Grant Channel，AGCH）信息来响应，CCCH为移动台（Mobile Station，MS）制定一个新的信道进行独立专用控制信道（Stand-Alone Dedicated Control Channel，SDCCH）连接，在SDCCH连接建立后，基站通过SDCCH信道对用户发送信息帧，告知其定时提前量和发射器功率，并通过慢随路控制信道（SlowAssociated Control Channel，SACCH）发送适当的数据供MS处理，几秒后，基站经由SDCCH告知MS重新转入一个具有特定的“绝对无线频道编号”和时隙数的TCH信道中，当用户数据帧接到TCH信道时，语音信号就开始传输。所述使用AMR编码的自适应方法下通信信道建立的方式与图2所示的传统方法不同之处在于，本发明所述的自适应方法下，在基站通知移动台转入传输信道（TransferChannel,TCH信道）之前，即在基站经由SDCCH告知MS重新转入一个具有特定的“绝对无线频道编号”和时隙数的TCH信道之前，基站先通过监测获取此TCH信道的基本信息C/I，即基站对用户A发送立即指配命令，用户A反馈一帧测试帧，基站根据接收到的测试帧对TCH信道进行信道估计以确定上行信道载干比C/I，
步骤2，基站获得上行信道载干比C/I后反馈一确认帧，通知用户A需设置的初始编码速率大小，同时用户A通过基站发送的确认帧获得下行信道载干比C/I并反馈给基站。
所述初始编码速率的获得方法是：基站测量当前用户与基站间上行信道的质量（C/I）后，通过ACS与MOS的相关性曲线确定此C/I在此曲线上的位置，并找到该载干比下MOS值最大的传输速率将其设置为此信道建立的通话最佳ICM。
基站所使用的在不同的AMR编码速率下载干比C/I与MOS的相关性曲线如图3、4所示，其中图3为AMR全速率下的曲线图，AMR全速率包含8种编码速率从4.75kb/s到12.2kb/s，EFR(EhancedFull Rate,增强型全速率)对应的速率为12kb/s。图4为AMR半速率下的曲线图,AMR半速率包含6种编码速率从4.75kb/s到7.95kb/s，FR(Full Rate,全速率)的速率为13kb/s，HR(Half Rate,半速率)的速率为6.5kb/s。
如图3所示，假设C/I为8dB时，可得传输速率7.95kbit/s对应的MOS值最大，则在此信道建立的通话最佳初始编码速率（InitialCoding Mode，ICM）等于7.95kbit/s。
根据ACS与MOS的相关性曲线（AMR曲线），可以选择各个传输速率下MOS曲线的交点位置作为初始编码速率的分界点，当基站侦测到的信道载干比值处于相邻两分界点的区间段上时，即使用此区间在ACS与MOS相关性曲线上MOS分值最大时所对应的编码速率作为初始编码速率，若侦测信号恰好处于分界点位置，为保险起见，应选取分界点处MOS值所对应的低速率作为初始速率使用，即C/I值恰好落于MOS线交点的情况下选择传输速率较低的一条。
如图3所示，12.2kbit/s速率的MOS值曲线与7.95kbit/s速率的MOS值曲线交于C/I=12dB处，若侦测到的信道载干比恰好为12dB，则此时优先保证信号传输能够抵抗信道干扰，即初始编码速率ICM=7.95kbit/s。
步骤3，在通话过程中，基站和用户将一直监测上行信道的C/I，并统计一段时间内的载干比C/I的均值（时间的长短可由基站配置），基站根据均值大小对迟滞值进行微调，即应增大此编码速率上方的迟滞，或减小此编码速率下方的迟滞。所述的迟滞值是指ACS集合中迟滞值HYST_1、HYST_2、HYST_3，ACS集合是AMR编码模式激活集。ACS定义了通话时了AMR速率调整可用的编码模式集合，这个集合包含4个编码模式依次为最低级编码速率、次低级编码速率、次高级编码速率以及最高级编码速率，即：CODEC_MODE_1、CODEC_MODE_2、CODEC_MODE_3、CODEC_MODE_4；3个迟滞值：HYST_1、HYST_2、HYST_3以及3个门限值：THR_1、THR_2、THR_3。例如，我们可以选取10次检测，即400ms内的C/I，求其均值，则此均值可以反映接下来短时间内的信道水平，那么我们根据当前信道情况调配迟滞值，使下一时段的编码速率尽可能停留在均值对应的MOS值最高的编码速率上，这样每400ms进行一次微调迟滞，可以使MOS值保证尽可能的大。若侦测到的信道C/I均值比上一个时间段内的C/I均值低，应加大ACS集合中迟滞值HYST_1-HYST_3的设置以降低信源编码速率，以保证其信道编码速率始终处于较高状态，能够更好地对抗信道干扰；若侦测到的信道C/I均值比上一个时间段内的C/I均值高，则应减小迟滞值HYST_1-HYST_3的设置以保证通信能够维持在一个信源编码速率较高的状态，能够更好地传输信息。
上述迟滞值的修改是通过“迟滞修正值”来完成的，由于ACS集合（AMR编码模式激活集）默认中包含了3个初始迟滞值（HYST_1-HYST_3），设HYST_1-HYST_3初始值为相同参数K（因为该迟滞值是可以进行调整的，故这里为初始值），对应的迟滞修正值分别为HYSTK_1、HYSTK_2、HYSTK_3，三个迟滞值调制的幅度可以相同也可以不同，则实际使用的迟滞值为HYST_i=HYST_i+HYSTK_i，i=1,2,3。根据不同信道环境，迟滞修正值会发生变化，在设置时为保证信源编码速率停在载干比均值对应的MOS值最高的编码速率上，应增大此编码速率上方的迟滞，或减小此编码速率下方的迟滞。若侦测信道的在当前的400ms内的载干比均值C/I处在次高级编码速率（即CODEC_MODE_3）的MOS值最高的区间，即，
若上个400ms内信源的编码速率为CODEC_4，则为保证编码速率维持在次高编码速率上，则应增大CODEC_MODE_3上方的迟滞即HYSTK_3设置为σ，这里σ即为迟滞修正值可根据需求更改；若上个400ms内信源的编码速率为CODEC_2，则为保证编码速率位置在次高编码速率上，则应减小下方的迟滞，即HYSTK_1、HYSTK_2设置为0。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种AMR算法参数设置的自适应优化方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1，基站在建立通话过程前获取通话所用信道的载干比：
在用户进行通话之前，首先建立通信链路，在基站通知用户转入传输信道（Transfer Channel,TCH信道）之前，基站先通过监测获取此TCH信道的载干比C/I，即接收机接收到的载波信号与干扰信号的平均功率的比值，方法是：基站对该用户发送立即指配命令，该用户反馈一帧测试帧，基站根据接收到的测试帧对TCH信道进行信道估计以确定上行信道载干比C/I；
步骤2，基站获得上行信道载干比C/I后反馈一确认帧，通知用户需设置的初始编码速率大小；
所述找到使得该上行信道载干比C/I值所对应的MOS值（Mean Opinion Score，平均意见得分）最大时的编码速率并将其设置为此信道建立通话的初始编码速率（Initial Coding Mode，ICM），即，在保证用户体验MOS分的前提下选择最大的编码速率；若在该上行信道载干比C/I下，MOS值最大时对应两个或两个以上编码速率，则应选取其中的最低速率作为初始编码速率使用；
步骤3，在通话过程中，基站和用户将一直监测信道的C/I，并统计一段时间内上行信道载干比C/I的均值，基站根据均值大小对AMR编码速率判决的迟滞值进行微调，即应增大此编码速率上方的迟滞，或减小此编码速率下方的迟滞：
若侦测到的C/I均值比上一个时间段内的C/I均值低，应加大迟滞值的设置；
若侦测到的C/I均值比上一个时间段内的C/I均值高，应减小迟滞值的设置。
2.根据权利要求1所述一种AMR算法参数设置的自适应优化方法，其特征在于，步骤2中，所述找到使得该上行信道载干比C/I值所对应的MOS值（Mean Opinion Score，平均意见得分）最大时的编码速率并将其设置为此信道建立通话的初始编码速率（Initial Coding Mode，ICM）的方法是：建立基站在不同的AMR编码速率下载干比C/I与MOS的相关性曲线，其横坐标是载干比C/I的取值，纵坐标是不同载干比C/I下的MOS分值，在该曲线上找到使得该上行信道载干比C/I值所对应的MOS值（Mean Opinion Score，平均意见得分）最大时的编码速率并将其设置为此信道建立通话的初始编码速率。
3.根据权利要求2所述一种AMR算法参数设置的自适应优化方法，其特征 在于，步骤2中，基站所用的在不同的AMR编码速率下载干比C/I与MOS的相关性曲线获得方法有三种，一是根据3GPP TS 26.975协议规定，二是根据现网中采集的语音数据分析得到，三是通过仿真不同编码速率下C/I与MOS的关系分析获得。
4.根据权利要求1所述一种AMR算法参数设置的自适应优化方法，其特征在于，步骤3中统计一段时间内上行信道载干比C/I的均值，所述时间段的长短由基站配置，每个时间段为相同长度。
5.根据权利要求1所述一种AMR算法参数设置的自适应优化方法，其特征在于，步骤3中，所述的迟滞值是指ACS集合中迟滞值HYST_1、HYST_2、HYST_3，ACS集合是AMR编码模式激活集。
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Granted publication date: 20160928 Termination date: 20161219 |
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