CN104255017A - 用于启用语音质量降级估计的网络通信的损伤仿真 - Google Patents

Abstract

用于测试蜂窝电话传输的音频信号质量的自动化方法使用廉价测试组件来提供平均意见分数(MOS)输出。所述测试系统使用服务器计算机以消除对于工作台测试系统中所使用的昂贵衰减器的需求。所述服务器计算机以远比使用实际衰减器更低的成本来操控来自所述基准媒体文件的数据分组以仿真包括丢失、误差、噪声和抖动的损伤。提供通过两个分离的射频接入网RAN的传输以使用具有单个蜂窝电话的分离移动设备来仿真两方通信(端到端测试方案)。

Description

用于启用语音质量降级估计的网络通信的损伤仿真

优先权要求

该申请要求Jheroen Pieter Dorenbosch等人的题为“IMPAIRMENT SIMULATION FOR NETWORKCOMMUNICATION TO ENABLE VOICE QUALITYDEGRADATION ESTIMATION”的2012年4月25日提交的美国专利申请No.13/455,838的优先权的利益。

技术领域

本发明涉及一种用于仿真网络无线通信信号中包括丢失、误差、噪声和抖动以使得能够估计语音或视频质量方面的所得降级的测试系统。

背景技术

操作者需要确保他们的系统提供优越的多媒体质量。每次引入新手机，就应该测试以确保其在理想覆盖条件和降级的覆盖条件下产生清楚的音频和视频。

图1示出用于测量无线系统中的媒体质量的经典测试系统。典型地，对于语音媒体或视频媒体测量或估计媒体质量。如所示那样，该系统包括两个用户装备(UE)设备2和4，其使得能够进行通过无线链路的电话类型语音通信。设备2和4可以是蜂窝移动电话。UE2由发声者用于提供语音基准媒体1，语音基准媒体1由UE2转换为分组数据信号并且通过无线空中接口链路6发送到无线系统8。无线空中接口链路6是第一射频接入网(RAN)的一部分，并且可以承载移动电话信号，例如LTE、UMTS、CDMA或GSM信号。无线系统8可以包括用于移动电话通信的基站。无线系统8然后通过第二RAN的另一无线接口链路10再次将分组数据信号传送到另一UE4。UE4也是待测试设备(DUT)的一部分，因为其将分组数据信号转换回到音频信号，该音频信号通过DUT UE4的扬声器提供，以供听者收听。通过扬声器所播放的音频信号将降级的媒体信号11提供给听者。听者然后确定降级的媒体信号的质量。

可以通过很多方式来测量并且报告连接的语音质量。过去，优选方法是让如图1所示的一组听者估计所感知的从一个或多个扬声器接收到的音频的接收质量。所得分数取平均并且捕获作为平均意见分数(MOS)。MOS标度范围从1(差)到5(优异)。用于无线连接的分数取决于编解码器或所使用的信号编码和解码方法。所述分数还强烈取决于空中接口6和10的延时和可靠性。例如，GSM具有3.5的值，AMR-WB具有4.2的值。

通过真实听者来估计MOS是主观的，并且必须使用大量听者。集合人群来收听是耗时且昂贵的。近年来，已经开发了客观方法以测量MOS。对于这些方法，人们注入来自记录自发声者的源文件(“基准文件”)的基准音频并且然后在目标文件(“降级的”文件)中在通过至少一个RAN的传输之后捕获所得音频。人们可以然后使用软件来比较并且分析基准文件和降级文件以估计MOS。

若干软件包对于话音质量的自动化评估是商业上可用的，并且提供感知客观收听质量评估。示例软件包是PESQ和POLQA。PESQ代表“话音质量的感知估计”。其被标准化为ITU-T推荐P.862。POLQA代表“感知客观收听质量评估”，并且提供话音质量的自动化评估。其被标准化为ITU-T推荐P.863。

语音质量强烈取决于源UE和目标UE所使用的射频接入网(RAN)的性质。构成RAN的组件(例如源UE和基站)以及将它们连接的空中接口(例如LTE空中接口)引入损伤，例如分组丢失、分组延迟、分组丢失中的波动(抖动)和分组误差(帧误差)。RAN可以是使用GSM、UMTS、GPRS、CDMA或LTE等的广域无线网络的RAN或局域无线网络(例如DECT、蓝牙和Wi-Fi等)的RAN。另一贡献来自将源RAN和目标RAN互连的内部组件，如图1中的无线系统8中的内部组件。为了简明，这些内部组件并未被示出，但可以包括公知实体，例如一个或多个基站(例如LTE节点B)、移动交换中心、区域网络控制器、服务和分组网关、网关控制器、移动管理实体、IP多媒体系统的各种呼叫会会话控制功能(CSCF)(例如代理CSCF、询问CSCF和服务CSCF)以及各种数据库。无线系统8可以还包含管理服务质量的实体，例如策略掌控和规则功能。

图2示出在实验室环境中仿拟损伤的效果以使得能够估计一个或多个RAN的的传统测试系统中所使用的组件。在测试系统20中提供图2的估计测试组件，其从另外与图1相似的系统中的UE接收信号。发送进入和出自测试系统20的信号包括来自UE2的基准媒体信号1，输出包括从DUT UE4提供的降级的媒体信号11。对转载自图1的组件以及在后续附图中转载的组件相似地进行标记。

测试系统20包括衰减器22和28以及仿拟两个分离RAN24和26的组件24和26。衰减器是例如通过改变上行链路和/或下行链路空中接口连接的调制的信号强度来仿拟空中接口的行为的设备。测试系统20通过以信令测试器(比如Anritsu MD8430)来仿拟每个RAN并且以衰减器(例如Anritsu MF6900A)对每个空中接口施加人工损伤而提供一种用于产生源RAN和目标RAN的人工损伤的方式。

为了使用图2的测试系统20来估计MOS，我们根据具体RAN参数来配置测试器和衰减器22和28。这在空中接口上产生精确受控的丢失、延迟、抖动和帧误差。接下来，在源UE2和目标UE4之间启动呼叫，并且用户播放例如经由源UE2内建麦克风中或经由源UE2麦克风插孔从基准媒体文件1进入源UE2的声音。该声音然后在目标UE4处从其内建扬声器或耳机插孔被捕获，并且转换为数字数据而且存储为降级的媒体文件11。PESQ或POLQA最终用于比较并且分析文件并且获得MOS。注意，在稍微不同的配置中的相同系统可以用于获得用于从DUT UE4到对等UE2的多媒体传输的MOS。

操作者需要测量对控制空中接口的各个参数的MOS的影响，从而他们可以优化吞吐量而不使得语音质量降级。所需的是一种可以在各种RAN条件下自动地估计用于包括源RAN和目标RAN的用于语音呼叫的UE的MOS而没有昂贵装备(例如图2所示的衰减器)的成本的方法。

发明内容

本发明实施例提供一种用于使用廉价测试组件来估计用于待测试设备(DUT)的平均意见分数(MOS)的自动化方法。所述测试系统使用服务器计算机以消除对于传统上使用的衰减器和另外测试装备的需求。所述服务器计算机以远比使用实际衰减器更低的成本来操控来自所述基准媒体文件的数据分组以仿真噪声和抖动。所述服务器计算机还使用软件以提供一种用于自动化评估射电话系统的用户所体验的话音质量的方案。所述服务器计算机以通过标准化方法(例如PESQ或POLQA)或本领域公知的相似过程来执行感知客观收听质量评估的软件来提供自动化评估。所述系统可以评估用于在下行链路方向上(朝向DUT)通过空中接口发送和/或在上行链路方向上(来自DUT)发送的媒体的媒体质量。

所述测试系统服务器可以估计用于语音和用于视频媒体的媒体质量。所述计算机创建仿真的基准话音或视频样本，其被提取作为基准媒体文件并且转换为架构于IP的语音(VoIP)分组流。服务器计算机对分组流中的单独分组施加人工损伤，以仿真在通过一个或多个无线射频接入网(RAN)的传输期间典型的损伤。所引入的损伤仿真空中接口6、10或射频(RF)链路以及无线连接系统8所产生的损伤，其可以使得所接收到的分组的顺序延迟或改变，以使得在目标对等媒体设备DUT进行接收时分组的顺序必须改变回去，以保持各连续分组之间的相关性并且防止语音信号中断。所引入的损伤也可以仿真第一单独分组的丢弃，其在第二单独分组的传输中产生延迟，一种将影响语音质量的使得分组捆绑(bounch up)的情况。所述系统可以使用仿真的用于UE2的源对等媒体设备来引入损伤，使得能够仿真使用具有单个蜂窝电话的分离移动设备进行通信的两方通过两个分离的RAN的传输(端到端测试方案)。

在所述测试系统中，操作者可以改变用于第一和第二RAN中的损伤的参数并且调查其对DUT和媒体质量的影响。这允许DUT的快速表征，或反之，用于优化RAN的配置的高效方式。

所述服务器计算机通过无线连接将具有这些损伤的分组流发送进入以及出自所述DUT。在下行链路测试方向上，表示分组流的音频信号例如通过使用声卡而从所述DUT接收回去并且被捕获回到所述服务器计算机中，而且转换为数字音频以形成降级的媒体文件。所述降级的媒体文件和所述基准媒体文件然后受比较并且分析以获得所述服务器计算机中的MOS。

在一些实施例中，所述测试系统可以在上行链路方向上运行。在该方向上，所述服务器计算机使用扬声器通过内部或外部声卡将基准音频信号发送到DUT UE4，以发送到DUT麦克风或缆线，或从声卡发送到DUT耳机连接。所述DUT然后将所述音频信号转换为分组流，其通过所述测试系统在所述上行链路方向上经过所述空中接口发送回到所述服务器计算机，所述服务器计算机将所述分组流捕获到降级的媒体文件中，以用于评价。

在另一实施例中，所述测试系统可以提供并且分析视频信号。所述视频信号可以从所述服务器计算机投射并且由所述DUT的摄像机接收。所述DUT可以然后包封所述视频信号并且将它们作为分组流通过测试系统发送回到所述服务器计算机，所述服务器计算机捕获所述分组流作为降级的媒体信号，以用于评价。在又一实施例中，可以发送并且评价音频和视频信号。

本发明实施例的测试方案可以因此提供以下特征：(1)源RAN、目标RAN以及连接RAN的网络的独立仿真；(2)在控制对连续分组所施加的各损伤之间的相关性的同时，通过引入损伤来操控数据分组以仿真丢失、误差、噪声和抖动的方案；(3)使得能够从单个DUT同时估计端到端MOS和对总MOS的贡献的方案。

附图说明

借助附图来协助解释本发明的其它细节，其中：

图1示出用于测量无线系统中的语音质量的经典测试系统；

图2示出在实验室环境中仿拟延迟和抖动的效果以使得能够估计一个或多个RAN的传统测试系统中所使用的组件；

图3示出可以仿真以包括本发明实施例的RAN的组件；

图4示出图3的RAN内的分组的到达、序列号(1、2、3……)的分配以及分组的分布；

图5示出当使用根据本发明的组件时可以如何修改图3的测试系统设置；

图6是示出RAN损伤仿真的示例实现的流程图；

图7示出说明链接两个RAN仿真的流程图；

图8示出说明测试系统也可以如何仿真两个RAN之间的网络中的损伤的流程图；

图9是示出说明网络延迟仿真可以使得语音帧乱序传送的时序图；

图10示出图7的框图的修改，以加入源RAN与目标UE之间的网络的仿真；

图11示出在网络已经将损伤引入到从图9的网络仿真释放的分组的情况下以及在目标RAN加入其它损伤的情况下测试系统将分组传递到目标RAN的示例仿真；

图12示出测试系统可以如何将源RAN仿真链接于网络仿真和目标RAN仿真；

图13示出用于产生仿真的降级的测试媒体以使得能够分析目标DUT所引入的效果的对图12的修改；

图14示出用于使得能够非实时仿真RAN和/或网络损伤的修正的测试系统的软件组件；

图15示出构成根据本发明的测试系统的组件的框图；

图16提供示出下游通信路径中所使用的组件的图15的框图的更多细节；以及

图17提供示出上游通信路径中所使用的组件的图16的框图的更多细节。

具体实施方式

图3示出用于说明通过典型LTE网络发送并且接收的信号的RAN300的组件。图3的系统将使得能够随后解释根据本发明的测试系统中的服务器计算机可以如何操控信号以仿真噪声和抖动。图3示出影响LTE RAN中的语音质量的各种协议层的操作。为了简明，仅示出无线电链路控制(RLC)层和媒体访问控制(MAC)协议层。

对于源RAN，发送实体是源UE，接收实体是基站。在目标系统中，它们的作用相反。由于无确认RLC模式(UM)典型地用于语音和视频，因此将仅讨论该模式下的操作。MAC和RLC操作的细节分别可见于3GPP技术规范(TS)36.321和TS36.322。

发送实体302在RLC层中在服务器接入点(SAP)处接收数据。源UE发送SAP信号，其被接收作为在RTP IP分组中封装的媒体帧的流。这通常被称为架构于IP的语音(VoIP)。语音化分组按规则间隔(对于AMR-WB编码语音，20ms)在源UE处发源。RTP分组中的时间戳表示编码的时间。RLC分段层304执行分段并且分配序列号。对于语音，典型地将存在每分段一个RTP分组。RLC分段层将分组传递到发送MAC实体306，发送MAC实体306通过空中接口将分组发送到接收实体312的MAC验证实体314。MAC层306、314使用混合ARQ并且返回Ack或Nack以指示传输是否成功。Nack使得发送MAC实体306重传分组。如果到达最大数量的重传或当Nack指示被破坏并且解释为Ack时，分组可能丢失。

由于重传的有效数量对于不同分组是不同的，因此它们可能由MAC验证实体314以错误顺序接收。RLC接收机实体316将通过等待晚到的分组来重排这些分组。最大等待时间受控于RLC接收机316的软件中的T_reorder定时器，以使得当分组丢失时RLC316不会永远等待。一旦分组被接收并且排序，RLC316就将然后通过SAP将它们发送出去。除了分组可以不按规则片段到达之外，目标RAN中的操作与接收机RAN300相似。

图4示出在第一行中分配序列号(1、2、3、……9)的情况下输入到发送实体302中的RLC304的在SAP处的分组的到达以及图3的RAN300内的分组的分布。后三行示出处置分离HARQ处理A-C以将分组馈送到接收机312的MAC314的发射机302的MAC306中的混合自动重复请求(HARQ)处理。分组#1的第一次传输并未成功，MAC接收机314返回Nack。第二次传输或重传成功，并且由Ack指示。分组#2采取更多重传，但最终在均耗费8ms的四次重传之后到达。分组#3的传输首次成功，以使得RLC接收机在其具有分组#2之前得到分组#3。在此情况下，RLC316启动重排定时器。其在其得到分组2之前将不释放分组#3，并且其将按正确顺序释放分组。

图4还示出当分组(例如分组#4)丢失时将发生什么。当首先并未接收到分组#5时，RLC316当其得到分组#6时启动重排定时器并且开始等待分组#5直到定时器超时。分组#6示出为晚到，因为其采取太多重传。给定使得先前分组#5丢失的差信道条件，那么这并不是不合理的。这些差信道条件产生连续分组的丢失与延迟之间的相关性。注意，截至RLC316的重排定时器超时，若干更多分组#8、#7、#9已经到达。RLC316将然后通过SAP按正确顺序释放到达的分组。

重要的是，应理解，RAN中的丢失和延迟是高度相关的。一个分组的丢失或延迟可能导致若干其它分组的延迟。这些相关性可能严重影响语音质量，并且当估计MOS时应予正确考虑。

注意，虽然在图3中处理RAN的丢失，但连接源RAN和目标RAN的网络将还引入附加丢失、延迟和抖动。其也可能加入帧误差。当源UE和目标UE使用不同的编解码器时，网络将包含译码器，其引入附加损伤。可能因此也需要仿真连接两个RAN的网络的损伤。

RAN损伤仿真

图5示出当使用根据本发明的组件时可以如何修改图2的测试系统设置。图5的简化测试系统30的配置仍使用仿拟源和目标空中接口的一个或多个信令测试器，但其无需衰减器。在图5中，空中接口中的一个或两个的RF链路可以使用不加入明显丢失或抖动的理想配置。在理想RF链路上，所有分组得以在最短可能延迟的情况下并且在充足RF功率的情况下发送，以消除分组丢失。因为将反而仿真所有丢失和抖动，所以可以完成该操作。

为了使得能够进行图5的测试系统设置，在服务器计算机的测试系统软件中仿真源RAN和目标RAN中的损伤。RAN损伤仿真受控于表示RAN的协议层的多个参数，例如HARQ传输的最大数量M_transmit以及RLC重排定时器的持续时间T_reorder。源RAN和目标RAN可以使用不同的参数值。可以通过很多不同的方式并且在不同细节的级别的情况下实现这种RAN仿真。

图6的流程图中示出RAN损伤仿真的示例实现。图6示出无确认模式(UM)的仿真。该仿真用于延迟从源UE行进到目标UE的真实VoIP分组。该仿真根据所配置的分组丢失参数来施加分组丢失(或丢弃的分组)。对于未丢失或丢弃的分组，该仿真将计算释放时间T_out，该仿真将延迟分组直到T_out出现。

当RLC304中的测试系统接收到VoIP分组并且分组被标记有到达时间T_in时，处理在步骤600中开始。在步骤602中，图3的RLC304将序列号分配给分组。分组然后传递到MAC306，并且轮流丢失或传递到MAC314。在步骤604中，MAC306确定分组是将成功地发送还是丢失。在步骤606中，MAC314确定分组是接收OK还是丢失。如果分组丢失，则MAC314在步骤608中记住该分组丢失，直到下一分组受处理。如果该分组是接收OK，则在步骤610中，该分组在时间T_out释放到接收机RLC316。T_out通过将时间加入到初始传输T_in而考虑来自初始传输的时延和重传。1……M重传中的每一个所产生的实际加入的延迟连同LTE中的延时时间总计达关于延时自身的大约2ms加上关于每个重传的在8ms的量级上的重传时间。

在步骤614中，RLC316接下来开始处理分组并且确保它们处于正确的顺序。在RLC316中的第一步骤614中，在重排定时器正运行的同时确定是否接收到分组。如果接收到，则在步骤620中，保存该分组以用于释放，直到定时器超期。如果重排定时器并未运行，如在步骤614中所确定的那样，则处理移动到步骤616，以确定先前分组是否丢失。如果丢失，则在步骤624中，对于该分组延迟时序，从而其可以按正确的顺序放置。如果先前分组尚未丢失，如在步骤616中所确定的那样，则处理移动到步骤618，其中，确定该分组是否应相对于其它先前分组而延迟。如果确定，则在步骤622中施加延迟，以确保分组得以正确地排序。如果不是，则在最终步骤626中，在分组传递到输出之前，通过增加序列号来对具有相同T_out的任何分组进行排序。

步骤610中的输出传输时间T_out的计算受控于各种参数，例如指定每次HARQ传输分组的哪个部分失败的参数(Nack)。该参数的典型值将是20％，但可以在任何其它值的情况下使用仿真。注意，仿真算法比实际MAC和RLC层所使用的算法更简单。这是因为，当分组的运程是计算机生成的时，仿真已经获知所有超前分组的运程。

T_out的计算仿真分组丢失、HARQ重传和重排的效果，并且因此精确地再现分组丢失与分组延迟之间的相关性。更复杂的仿真包括分段(未示出)的效果，其可以当多个VoIP分组同时到达时在目标RAN中产生。在此情况下，多个VoIP分组可以为单个MAC PDU所包括，这带来附加相关性。分段也可以将大媒体分组(比如视频分组)划分为较小的分段。

测试系统可以仿真一个或多个RAN中的损伤。一种用于实现该情况的方式是链接两个RAN仿真，如图7示意性示出的那样，图7示出链接源RAN仿真720和目标RAN仿真730。在此，测试系统首先使用源RAN仿真720以计算T_out。然而，测试系统在T_out并不释放分组，而是反而将分组传递到目标RAN仿真730。目标RAN仿真730可以丢失分组或可以进一步延迟它，这产生用于T_out的更新值。

对于图7中的步骤的更多细节，当分组在步骤700在T_in到达并且在步骤702中传送到源RAN仿真720时，处理开始。在源RAN仿真720中的处理之后，分组在新的T_out在步骤704中得以释放。来自源RAN仿真720的新的T_out在步骤706中设置为新的T_in，并且在步骤708中传送到目标RAN仿真730。目标RAN仿真730处理新的分组，并且可以在步骤710在释放分组之前丢失或延迟分组，以用于在步骤712中在新的T_out发送。

测试系统也可以仿真两个RAN之间的网络中的损伤，如图8所示。网络仿真可以提供参数以仿真网络所引入的附加分组丢失、分组误差、延迟和抖动。在步骤800中，当分组到达时，处理开始。在步骤802中，然后引入随机丢失或延迟。在步骤804中，确定分组是否已经丢失。如果丢失，则在步骤806中，系统记住该分组丢失，直到处理序列中的下一分组。如果在步骤804中，分组未丢失，则在步骤808中，标记一些分组，以用于帧误差的随机引入。在步骤810中，确定分组是否掩盖(slate)，以用于帧误差的引入。如果是，则在步骤812中，注入帧误差，并且在步骤814中，将T_out传输时间分配给分组，其中，一些T_out时间具有所引入的随机延迟。如果在步骤810中，分组并未对于帧误差的引入而掩盖，则系统进入步骤814，以用于分配T_out，其中，一些T_out接收随机延迟。在步骤816中，分组在它们的所分配的T_out释放。

图9是示出当网络抖动被配置为与分组间隔相比很大时可以乱序传送网络延迟仿真语音帧的时序图。如图9所示，分组#1在从RAN1释放之后实际上在网络中丢失。此外，分组#2在网络中延迟，以使得其在分组#3和#4之后释放到RAN2。此外，分组#7和#8归因于网络中的延迟而重排。

当源UE和目标UE使用不同的编解码器时，网络仿真可以进一步提供(真实)译码。使用译码可能引入其它延迟。使用译码器典型地要求加入解抖动缓冲器，其可以是仿真的解抖动缓冲器或根据本发明的测试系统中的真实解抖动缓冲器。

图10示出图7的框图的修改以加入源RAN仿真720与目标RAN仿真730之间的网络仿真1020的仿真。在网络仿真1020中，加入步骤1010和1012以考虑网络。在1010中，源RAN仿真720因此将其分组释放到网络仿真1020作为新的分组。网络仿真1020然后仿真网络的损伤，并且在步骤1012中将分组释放到目标RAN仿真730，以用于其它步骤。

图11示出在网络已经将损伤引入到从图9的网络仿真释放的分组之后以及在目标RAN仿真730加入其它损伤的情况下测试系统将分组传递到目标RAN仿真的示例仿真。注意，目标RAN中的RLC层将新的序列号分配给到来分组(a、b、c、d、e、f、g)。网络的RLC接收机316将通过增加新的序列号来传送分组。因此，如果目标RAN脱离初始顺序(3、4、2、6、8、7、9)从网络接收分组，则分组将如所示那样保持无序。

因为HARQ重传和RLC重排，所以在连续分组的损伤之间存在强相关性。例如，如果分组明显地受延迟，则下一分组将同样是迟到的(例如图11中分组e和f相对于分组c)，如果分组丢失，则下一分组将受延迟(例如分组d和e)。图11还示出分组倾向于变得捆绑在一起。仿真这种聚束(bunching)的细节是重要的，因为聚束严重地影响语音质量，尤其当分组的大聚束在解抖动缓冲器中丢失时。现有技术工具不仿真连续分组的各损伤之间的相关性，并且不揭示关于语音质量的聚束的效果。

图11示出目标RAN的操作另外与图4所示的源RAN相似。MAC发射机306具有多个HARQ处理。分组b在到达之前在处理B中采取一次重传。RLC接收机316然后必须重排分组b和c。分组e在到达之前需要三次重传。RLC接收机然后必须使用重排定时器来重排分组e、f和g。

单个UE测试系统操作

图12示出测试系统可以如何在仅使用一个真实DUT UE4的同时将源RAN仿真720链接于网络仿真1020和目标RAN仿真730仿真。测试系统1200(其可以为单个服务器计算机所包括)可以包括用于生成整个仿真链和源UE1202的软件。系统可以存储重排的或计算机生成的基准媒体1，并且仿真UE1202、第一仿真RAN720、连接网络1020和第二仿真RAN730。目标RAN仿真730可以使用或可以不使用与图6所示的源RAN仿真720相同的协议规则，并且其可以对于RAN参数(比如T_reorder)使用不同的值。为了完成链接，第一RAN仿真720的T_out对于网络仿真1020用作T_in，网络仿真1020的T_out用作第二RAN仿真730的T_in。在信令测试器(未示出)进行的第二RAN仿真730之后，通过空中接口在T_out释放在仿真中未丢失的分组。信令测试器可以是仿拟不引入其它损伤或衰减的理想空中接口的简单信令测试器。

为了估计该设置中的MOS，测试系统被配置为提供理想空中接口，源RAN仿真720、网络仿真1020和目标RAN仿真730被配置为产生人工损伤。为了开始测试处理，在源UE1202与目标DUT UE4之间启动呼叫，声音从基准文件播放到所仿真的源UE1202的编解码器中。声音可以由数字数据(例如PCM)表示。编解码器运行在编码器模式下，以产生呈现给链接到目标RAN仿真730的源RAN仿真720的VoIP分组。在VoIP分组通过空中接口发送到真实DUT UE4之前，这些仿真延迟VoIP分组。DUT UE4使用解码器模式下的编解码器以首先获得声音的数字表示(例如PCM)。DUT UE4可以然后使用数模转换器(DAC)以产生模拟声音。表示分组流的所得声音在服务器PC1500的音频/视频端口处被捕获、数字化并且存储为降级的媒体文件11。PESQ或POLQA或相似过程可以最终用于比较并且分析基准和降级的文件以获得MOS。

存在用于产生用于估计的降级的文件11的替选方式。在一个替选中，UE4的解码器的数字结果是内部降级的文件中的UE4所捕获的分组流。该降级的文件可以稍后由服务器PC1500从UE4(例如通过空中接口或通过UE4的通用串行总线(USB)接口)捕获。在另一替选中，解码器的数字输出流送出UE4的接口(例如USB)并且在另一计算机上或在存储器棒上在外部被捕获为降级的文件11。这些替选的不利之处在于，声音路径不包括UE4中的模拟音频分量。

通过图12的系统所确定的MOS反映从传送到源UE1202的基准文件1到目标UE4的音频输出的整条路径的总体降级。假定MOS为测试系统1200中所引入的人工损伤所主导。我们可以通过在语音分组通过空中接口发送之前拷贝它们来确定对于目标UE4的降级的贡献，如图13所示。

图13修改图12以加入来自目标RAN730的计算机生成的仿真的DUT1310以产生仿真的降级的测试媒体1312以形成新的测试系统1300。目标RAN730的输出仍还通过空中接口传递到真实目标UEDUT4。语音分组然后受第二仿真UE1310和真实DUT4二者处理。第二仿真UE1310提供解抖动缓冲器和编解码器以对损伤的语音分组进行解码。损伤的分组在它们各自的仿真的T_out时间呈现给第二仿真UE1310，解码器的输出在被称为降级的测试媒体文件或中间媒体文件1312的文件中被捕获。为了确定UE的贡献，我们使用PESQ或POLAQ等来比较并且分析中间文件与在目标UE处所捕获的降级的文件。以此方式我们可以确定例如解抖动缓冲器处于UE4中有多深。

图13所示的组件使得本发明替选实施例成为可能。该实施例估计用于两个目标DUT4和1310的损伤的组合的MOS。系统使得能够可选地在真实DUT4的损伤的情况下以及在没有DUT1310中的目标DUT730损伤的情况下确定仿真的连接网络1020的损伤，以使得能够通过例如凭借使用PEQ或POLQA来对降级的媒体11与降级的媒体1312进行比较而标识DUT UE4所引入的损伤的效果。

非实时操作

图4和图11所示的RAN仿真算法是这样的：分组按增加T_in的顺序呈现给仿真。因此，当网络仿真改变分组顺序时，分组应在它们传递到下一RAN仿真之前通过增加T_in而分类或重排。否则，如图11所示，分组(比如2、3和4)保持重排为3、4和2。

对于重排分组的需要增加了仿真的复杂性，因为在重排发生的同时，新的分组继续进入仿真。这些新的分组可能影响最终分组顺序，并且需要类似于解抖动缓冲器的功能。可以通过非实时运行仿真来减少重排的复杂性。在该非实时模式下，可以在将另外引入非实时组件的每个空中接口仿真时提供分类和重排。

图14示出用于使得能够进行非实时仿真中的分类的修订的测试系统1400的软件组件。在源RAN仿真1206、网络仿真1208和目标RAN仿真1210中的每一个之后，在测试系统1400中引入分类步骤1410、1412和1414。如果仿真步骤改变帧的顺序，则在完成仿真步骤之后在分类步骤中对分组进行分类。通过增加T_out来对分组进行分类。这种仿真和分类的级联的结果然后将被捕获或存储在存储器(比如随机存取存储器或硬盘驱动器)中作为损伤的媒体文件，然后其将通过空中接口发送。对于每个分组，同样重排仿真的T_out。为了完成MOS估计，测试系统1400通过经过与DUT UE4的空中接口经由信令测试器在源自级联的仿真的T_out实时发送每个所存储的分组来播出所存储的损伤的媒体。注意，在此情况下，关于实时播出的开始而参照T_out。

非实时准备并不仅仅简化无序分组的重排。在分组发送到DUT的同时，其还减少对测试系统的计算负载。可以通过捕获中间文件中的所有上行链路分组并且通过在与基准文件对应的所有分组已经通过空中接口发送之后排序并且转换分组来对于上行链路媒体的MOS估计减少计算负载。分组流因此而非实时产生、存储并且稍后实时播出。

所提议的实现

图15示出构成根据本发明的测试系统的组件的框图。测试系统中所使用的组件为可得自Anritsu公司的ME7834测试平台所包括，但不包括衰减器。该平台包括具有用户接口的服务器PC1500、测试控制PC1502、信令测试器1508和DUT UE4。信令测试器1508可以包括可得自Anritsu公司的MD8480、MD8470和MD8340测试设备。与移动电话系统中的基站相似的这些信令测试器功能并且尤其是MD8340仿拟LTE系统基站。服务器PC1500包括声卡，其可以连接到扬声器和麦克风或具有音频和视频端口的UE DUT4耳机/麦克风，以通过DUT UE4启用测试。服务器PC1500还包括分组数据信号端口，用于测试提供SIP传信、语音、视频和其它架构于LTE的数据信号能力的IP多媒体子系统(IMS)功能。最后，服务器PC1500包括用于媒体质量估计和MOS的估计的软件。可以在单个计算机上实现测试控制PC1502和服务器PC1500。

图15所示的测试系统典型地提供架构于LTE的基本功能的测试。该系统仿拟基本上无损并且具有固定延时的空中接口，而且不使用或应用衰减器。根据本发明的实现扩展了现有测试系统产品的实现。本发明通过修改服务器PC1500中的软件以实现在此所描述的测试仿真处理来扩展系统。

图16提供示出下游通信路径中所使用的组件的图15的框图的更多细节。图16还示出控制PC1502的细节。IMS的功能分布在控制PC1502与服务器PC1500之间。IMS的主要任务是设置从服务器PC1500和DUT UE4提供的仿真的或“虚拟的”源UE之间的呼叫。服务器PC1500仿真媒体网关并且处理控制PC1502所协调的所有语音、传信和宽带媒体数据。服务器PC1500进一步仿真通过信令测试器1508与目标UE DUT4通信VoIP的“虚拟”源UE1504。

对于下行链路VoIP，服务器PC1500例如通过从压缩盘(CD)或从硬盘驱动器读取音频文件或视频文件来提供基准媒体信号。服务器PC1500通过编解码器来转换来自基准媒体文件的数字媒体信号；将所得语音帧封装到实时传输协议(RTP)中，并且通过分组数据输出端口将RTP分组作为分组流发送到信令测试器系统1508的测试端口。所创建的基准媒体文件还存储在存储器中作为基准数字媒体文件，以用于稍后分析。信令测试器1508应用用于LTE信号传输的强健头压缩(RoHC)并且调度用于通过下行链路RF空中接口的传输的分组。DUT UE4接收分组；应用RoHC解压缩；解封所得RTP分组，并且通过适当的编解码器对所得语音帧进行解码，以获得音频。DUT UE4经由其扬声器或经由耳机插孔将分组流的音频表示输出回到服务器PC1500。

服务器PC1500可以使用声卡1600以处理DUT UE4的模拟音频。声卡1600从DUT UE4接收模拟音频，并且将其应用于编解码器，编解码器将音频转换回到数字媒体信号(PCM)。虽然示出声卡，但其它本领域公知的组件可以用于通过耳机音频插孔或允许发送音频信号的其它无线连接(例如通过扬声器和麦克风系统)或通过DUT UE4与服务器计算机1500之间的蓝牙发送音频(例如直接缆线连接)。在随后描述的实施例中，可以直接在服务器PC1500与DUT UE4之间相似地发送视频信号，有效地提供数字“媒体”信号连接可能性。可以在上行链路方向和下行链路方向上发送数字媒体信号，如随后描述的那样。从DUT UE4到服务器PC1500以音频形式在下行链路方向上发送的数字媒体信号然后存储在将与“虚拟UE”所创建的“基准媒体文件”进行比较的被称为“降级的媒体文件”的文件中，并且存储在服务器PC1500中的存储器中，以用于使用MOS来确定音频质量。

服务器PC1500在测试控制PC1502中所提供的快速测试设计器(RTD)软件的控制下仿真RAN和网络损伤。测试控制PC1502的RTD软件可以为服务器PC1500指定待施加的损伤值。为了仿真损伤，服务器PC1500首先生成下行链路媒体分组(其也存储在PC1500中的存储器中作为基准音频文件)，然后以精确指定的速率使用编解码器对它们进行编码以提供源音频文件。服务器PC1500然后通过以下操作来应用所指定的损伤：根据帧丢失率来移除分组的部分；根据帧误差率在其余分组中的一些中引入语音帧误差；根据所指定的参数来延迟其余分组。数据通过分组数据端口作为分组流从服务器PC1500发送到信令测试器1508。

DUT UE4从信令测试器1508捕获分组流。DUT4然后在下行流方向上创建来自分组流的媒体信号。然后例如通过经过扬声器播放待由服务器PC1500的声卡1600接收的音频文件由DUT从分组流创建或推导的媒体信号得以提供给服务器PC1500。服务器PC1500通过使用POLQA或本领域公知的相似估计技术来捕获媒体文件并且获得MOS，以对源文件(“基准媒体文件”)的内容与从接收自DUT UE4的其声卡1600捕获的文件(“降级的媒体文件”)进行比较。POLQA还估计基准文件和降级的文件中的音频之间的延迟。

图16的系统的组件，尤其涉及测试控制PC1502的操作的更多细节如下。首先，测试控制PC1502的更多细节是这样的：其包括RTD系统，以控制IMS测试信号生成和传输组件，所述系统受控包括服务器PC1600、信令测试器1508和DUT UE4。RTD向服务器PC1500指令哪个基准文件将要用作音频源。RTD还提供指定在服务器PC1500中将要如何损伤下行链路VoIP的参数。在DUT UE4附连到LTE并且注册到测试平台1508的IMS之后，RTD通过指令服务器PC1500让虚拟UE将SIP INVITE发送到DUT UE4来发起呼叫。RTD然后控制呼叫设置的其余部分。

一旦呼叫设置完成，所发起的音频路径的更多细节如下。首先，在确认设置完成之后，服务器PC1500开始将基准音频文件从其内部虚拟UE播出到编解码器中。服务器PC1500然后在RTP分组流中封装来自编解码器的语音帧，并且应用所指定的损伤，然后经由信令测试器1508将RTP分组发送到DUT UE4。DUT UE4的模拟音频输出等同于分组流，并且应用于声卡1600。服务器PC1500然后捕获所得降级的音频并且产生降级的音频文件。服务器PC1500然后在测试控制PC1502中通知RTD。RTD通过指令服务器PC1500发送SIP BYE消息来结束呼叫。RTD还指令服务器PC1500通过在音频文件上运行POLQA以估计MOS来执行语音质量比较，测量结果传递到RTD。对于改进的统计，测试系统可以使用同一基准媒体信号来重复以上过程，或可以使用不同的基准文件来重复它。可选地，可以在单次呼叫期间处理若干文件。

在本发明一个实施例中，仿真的损伤的分组流保存在存储器中作为第一基准媒体文件。然后通过仿真理想DUT UE(例如图13中的组件1310)的内部解抖动缓冲器来提供第一基准媒体文件的拷贝。仿真的DUT UE RTP输出然后解封装，所得语音帧解码，以产生第二降级的媒体文件。服务器PC1500可以运行POLQA以比较并且分析第一和第二降级的文件，以估计对来自DUT UE4的质量降级的贡献。

在本发明另一可选实施例中，服务器PC1500可以被配置为：在高负载条件下测试DUT UE。为了创建高负载条件，服务器PC1500可以将附加分组发送到目标UE4。服务器PC也可以在MOS测试处于进程中的同时通过发送控制信号以强制目标UE4发送上行链路分组来创建高负载条件。这允许估计在高负载条件下的MOS。

虽然音频系统主要描述于用于以上测试的媒体信号的测试处理中，但视频信号或组合的视频-音频信号可以类似地使用图16所示的系统而在下行链路方向上受测试。对于测试视频信号，服务器PC1500从基准视频信号创建视频分组流，施加损伤，并且经由信令测试器1508通过RF空中接口发送信号。DUT4对分组流进行解抖动以及解码，并且在屏幕上播放等同于分组流的视频图像。屏幕典型地是DUT的显示屏幕。服务器PC1500然后使用相机以捕获DUT4从分组流创建或推导的模拟视频图像，可能地使用视频捕获卡将它们转换为数字数据以在端口中应用于视频。接收到的相机数据然后用于提供降级的媒体信号。或者，服务器PC1500可以通过直接从DUT(例如经由USB连接)以数字形式获得降级的媒体信号来捕获降级的媒体。

在另一实施例中，本发明可以被配置为：估计用于在相反的上行链路方向上的语音通信的MOS。图17提供示出上游通信路径中所使用的组件的图16的框图的更多细节。为了实现上游通信，服务器PC1500获得或创建基准音频文件，并且将其作为基准媒体音频/视频存储在存储器中。并非将基准文件转换为分组并且将其发送到信令测试器1508，服务器PC1500反而对于上行链路媒体信号使用声卡将音频基准文件转换为等同于分组流的模拟音频信号，声卡经由扬声器或耳机连接器缆线轮流将声音注入到DUT UE4。DUT UE4将把音频转换为分组流，并且经由信令测试器1508通过RF空中链路将流发送回到服务器PC1500。服务器PC1500将捕获分组流，并且可以然后施加人工损伤以仿真两个RAN之一以及互连网络的效果，对分组流进行解码并且将所得降级的媒体信号存储在存储器中作为降级的文件，以用于MOS估计。或者，服务器PC1500可以例如经由USB连接将基准媒体信号以数字形式直接注入到DUT UE4中。服务器PC1500可以例如以PCM格式注入基准音频信号。DUT UE4将然后把注入的音频转换为RTP分组流，并且通过RF空中链路发送流。

在另一实施例中，并非相反上行链路方向上的音频，可以在上行链路方向上测试视频信号。为了完成该操作，服务器PC1500的投影仪在屏幕(未示出)上显示模拟视频信号图像。屏幕也可以是附连到服务器PC1500的监视器屏幕。DUT UE4然后使用视频相机以记录视频信号。所记录的视频信号由DUT UE4转换为分组信号，并且通过信令测试器1508发送回到服务器PC作为RTP分组流。服务器PC1500然后捕获分组流，并且比较所接收到的降级的视频信号与其投影到DUT UE4的基准视频信号，以分析媒体质量降级。或者，服务器PC1500可以例如经由USB连接将基准视频信号以数字形式直接注入到DUT中。

在另一实施例中，音频和视频都可以作为组合的模拟媒体信号而在上行链路方向上发送。音频和视频都可以由DUT UE4记录并且以分组形式发送回到服务器PC1500，以用于估计。音频信号可以由MOS估计，而视频可以由本领域公知的过程估计，以比较基准视频和降级的视频信号，以分析视频信号降级。

虽然已经具体地描述了本发明，但这仅仅是教导本领域技术人员如何进行以及使用本发明。很多附加修改将落入本发明的范围内，该范围由所附权利要求限定。

Claims (27)

1.一种用于估计由无线传输产生的媒体质量降级的方法，包括：

将基准媒体信号编码为分组流；

将第一仿真损伤施加到所述分组流中的各单独分组，以仿真能够由所述分组流通过与对等媒体设备的接口的第一无线传输产生的降级；

通过射频(RF)链路发送所述分组流；

捕获得自所述分组流的降级的媒体信号；以及

分析所述降级的媒体信号，以估计所述媒体质量降级。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

将第二仿真损伤施加到所述分组流中的各单独分组，以仿真能够由所述分组流的第二无线传输产生的降级。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一无线传输是通过第一无线射频接入网(RAN)的传输，所述第二无线传输是通过第二RAN的传输。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

把被仿真的网络损伤施加到所述分组流中的各单独分组，以仿真能够由通过将所述第一RAN与所述第二RAN连接的固定网络进行的传输产生的降级。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一仿真损伤、所述第二仿真损伤和被仿真的网络损伤中的至少一个改变所述分组流中的至少两个单独分组的顺序。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一仿真损伤和所述第二仿真损伤中的至少一个包括在发送第二单独分组中产生延迟的所仿真的第一单独分组的丢弃。

7.如权利要求2所述的方法，其中，把所述基准数字媒体信号编码为分组流、把第一仿真损伤施加到所述分组流中的单独分组、以及把第二仿真损伤施加到所述分组流中的单独分组这三者中的至少一个包括：在通过所述RF链路发送所述分组流之前，把所述分组流存储在存储器中，并且其中通过所述RF链路发送所述分组流包括：实时通过所述RF链路发送所述分组流。

8.如权利要求1所述的方法，其中，分析所述降级的媒体信号的步骤包括对所述降级的媒体信号与所述基准媒体信号进行比较。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述分析步骤包括确定平均意见分数(MOS)以量化媒体质量降级的量。

10.如权利要求9所述的方法，其中，使用感知客观收听质量评估来确定所述MOS。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述链路在理想RF条件下操作。

12.如权利要求1所述的方法，其中，把所述基准媒体信号编码为分组流包括：

从数字表示转换所述基准媒体信号以获得模拟媒体信号；以及

将所述模拟媒体信号注入到待测试设备(DUT)中。

13.如权利要求12所述的方法，

其中，所述基准媒体信号包括基准语音信号，

其中，转换基准数字媒体信号以获得模拟媒体信号包括转换基准语音信号以获得模拟语音信号，以及

其中，把所述模拟媒体信号注入到所述DUT中包括把所述模拟语音信号注入到麦克风连接器中。

14.如权利要求12所述的方法，

其中，所述基准媒体信号包括基准视频信号，

其中，转换所述基准媒体信号以获得模拟媒体信号包括转换基准视频信号以获得视频图像，以及

其中，把所述模拟媒体信号注入到所述DUT中包括以所述DUT中的相机来捕获视频图像。

15.如权利要求12所述的方法，

其中，所述基准媒体信号包括基准语音信号和基准视频信号。

16.如权利要求1所述的方法，其中，捕获降级的媒体信号的步骤包括：

转换所述分组流以获得模拟媒体信号；以及

从待测试设备捕获模拟媒体信号。

17.如权利要求16所述的方法，

其中，所述模拟媒体信号包括模拟视频信号，以及

其中，从所述待测试设备DUT捕获模拟媒体信号包括从所述DUT上的屏幕捕获图像。

18.一种装置，包括：

服务器计算机，用于提供基准媒体信号，将所述基准媒体信号编码为分组流，并且将第一损伤提供给所述分组流中的分组以仿真能够由所述分组流的第一无线传输产生的降级，以在输出处创建损伤的分组输出信号；

信令测试器，耦合到所述服务器计算机，用于从所述服务器计算机的所述输出接收所述损伤的分组输出信号，并且通过射频(RF)链路将损伤的输出信号发送到待测试设备(DUT)；

其中，所述服务器计算机进一步被配置用于从所述DUT接收从所述损伤的分组输出信号创建的媒体输出信号，转换所述媒体输出信号以提供降级的媒体信号；以及

其中，所述服务器计算机进一步被配置用于分析所述降级的媒体信号以提供所估计的媒体质量方面的降级的量。

19.如权利要求18所述的装置，

其中，所述第一损伤仿真通过第一射频接入网(RAN)的传输，以及

其中，所述服务器计算机进一步把第二损伤提供给流中的分组，以仿真能够由通过第二RAN的第二无线传输产生的降级，以创建损伤的分组输出信号。

20.如权利要求18所述的装置，其中，所述第一损伤包括在第二单独分组的输出处产生延迟的所仿真的第一单独分组的丢弃。

21.如权利要求18所述的装置，

其中，转换媒体输出信号以提供降级的媒体信号包括从DUT捕获模拟媒体信号，以及

其中，从DUT捕获模拟媒体信号包括：从所述DUT中的扬声器和所述DUT上的耳机连接器中的至少一个捕获模拟语音信号。

22.如权利要求18所述的装置，

其中，所述基准媒体信号包括视频信号，以及

其中，从所述DUT接收所述损伤的分组输出信号包括从所述DUT上的屏幕捕获图像。

23.如权利要求18所述的装置，

其中，将所述基准数字媒体信号编码为分组流以及将第一损伤施加到分组流这二者中的至少一个包括：在通过所述RF链路发送所述损伤的分组输出信号之前，将所述分组流存储在存储器中，以及

其中，通过所述RF链路发送分组流包括实时通过所述RF链路发送所述分组流。

24.一种装置，包括：

服务器计算机，用于将基准媒体信号提供给待测试设备(DUT)，在输入处获得分组流，将第一损伤提供给流中的分组以仿真能够由流的第一无线传输产生的降级以创建损伤的分组流，并且捕获所述损伤的分组流以提供降级的媒体信号；

信令测试器，耦合到所述服务器计算机，用于通过射频(RF)链路从所述DUT接收所述分组流，并且将所述分组流发送到所述服务器计算机的输入；以及

其中，所述服务器计算机进一步被配置用于分析所述降级的媒体信号以提供所估计的媒体质量方面的降级的量。

25.如权利要求24所述的装置，其中，所述服务器计算机包括解抖动缓冲器，其中，捕获所述损伤的分组流以提供降级的媒体信号包括通过所述解抖动缓冲器传递所述损伤的分组流。

26.如权利要求24所述的装置，

其中，所述基准媒体信号包括基准语音信号，

其中，将所述基准媒体信号提供给所述DUT包括：从数字表示转换所述基准语音信号以获得模拟语音信号，并且将所述模拟语音信号注入到所述DUT的麦克风连接器中。

27.如权利要求24所述的装置，

其中，所述基准媒体信号包括基准视频信号，

其中，将所述基准媒体提供给所述DUT包括在屏幕上输出所述基准视频信号。