CN1167292C - 一种在移动通信系统中实现基站语音压缩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在移动通信系统中实现基站语音压缩的方法，该方法包括以下步骤：在基站和基站控制器(或者移动交换机)中分别增加语音编解码的转换单元；根据基站和基站控制器之间采用传输方式的传输链路租赁费用情况，选择合适的接口传输语音编码方式A；在基站侧，将移动通讯系统采用语音编码方式转换为PCM的编码方式，进而转换为语音编码方式A，从而降低基站和移动交换机之间接口的数据流量。该方法可以降低基站和基站控制器(或者移动交换机)之间传输带宽，节约传输设备投资和传输链路带宽的租赁费用。
Description
(一)技术领域
本发明涉及移动通信系统，更具体地指，在移动通信系统中实现基站语音压缩的方法。
(二)背景技术
在GSM(全球移动通信系统)、CDMA(码分多址)、WCDMA(宽带码分多址)、CDMA2000(码分多址2000)等移动通信系统中，基站实现移动通信系统通过空中接口与移动台之间的无线传输与控制功能，基站控制器负责基站子系统的各种接口管理和无线资源管理的功能，移动交换机实现语音与信令的交换和控制。这些基站、基站控制器和移动交换机包括全球数字移动通信系统(GSM)系统中基站收发信台(BTS)、基站控制器(BSC)和移动交换中心(MSC)，宽带码分多址系统(WCDMA)系统中基站(NodeB)、无线网络控制器(RNC)和核心网(CN)，宽带码分多址系统(CDMA2000)系统中基站收发信台(BTS)、基站控制器(BSC)和移动交换中心(MSC)，等等。
基站和基站控制器之间，以及基站控制器和移动交换机之间的数据接口包括语音信道、信令信道和操作维护信道等信息，其中语音占据的数据带宽最大。数据的传输由传输设备完成，常用的传输方式包括光纤、微波、数字用户线路(xDSL)、卫星等，其中部分传输方式的链路租赁费用昂贵，如卫星传输。
目前的移动通信系统多为数字移动通信系统，即系统中处理的信息均是数字信息，如上所述的GSM、CDMA、WCDMA、CDMA2000。为了将语音、图像等模拟信息转换为数字信息，需要通过信源编码将模拟信息数字化。如GSM采用的规则激励长期预测RPE-LTP，CDMA采用的增量型脉冲编码调制ADPCM等语音信源编码方式。
语音的信源编码主要需要考虑几个指标。
首先是语音质量。一般采用主观评定的方法，即平均评价得分(MOS)，共1-5分。其中5分质量完美；4-5分高质量，为网络级；3-4分有失真为通信级(3.5-4分为实用通信级)；3分以下不宜辨别讲话者。
其次是编码后的数据量。高质量的语音质量并不一定对应高的编码速率。语音编码一般包括波形编码器(如PCM、ADPCM)、声源编码器(如线性预测编码LPC)和混合编码器(如RPE-LTP)，相对而言，波形编码器语音质量最好，同时编码速率较大；声源编码器质量较差，速率较低；混合编码器居中。常用的PCM编码速率为64k，ADPCM为32k，RPE-LTP纯编码速率为13k(包括纠错等信息后总编码速率16k)。语音编码速率与语音质量比较图如图1所示，其中虚线为研究目标。
进而对于特殊的应用系统如移动通信系统，由于无线传输条件的严酷性，需要考虑采用的信源编码对于传输误码率等有良好的抵抗能力，即不能因为无线传输误码率的提高而对语音质量带来恶劣的影响。
最后，包括语音编码处理时延和编解码处理工作量的复杂度。对时延应该控制在几十毫秒以内。工作量一般以数字信号处理器DSP的处理量百万条指令/秒(MIPS)表示。常用的几种语音编码方式的比较如图2所示。
如上所述，移动通信系统选用的语音编码方式需要有良好抗无线传输误码特性，以解决移动台和基站间可能存在的传输误码。但基站和基站控制器间、或者基站控制器和移动交换中心间的接口传输是由专门的传输系统完成的，对抗传输误码可以由传输系统自身完成。为了降低接口间传输系统链路租赁费用，可以在接口间采用专门的、不需要考虑抵抗移动误码高等特性的低速率语音编码方式。
(三)发明内容
为了降低基站和基站控制器间、或者基站和移动交换中心间的接口传输链路的租赁费用，对移动通信采用的语音编码方式在基站侧进行压缩，以降低数据量。在对语音质量影响较小的情况下，提高系统的经济利益。
本发明采用如下技术方案：一种在移动通信系统中实现基站语音压缩的方法，通过在基站和基站控制器(或者移动交换机)中分别增加语音编解码的转换单元，对现有移动通信语音编码的数据量进行压缩，从而降低基站和基站控制器(或者移动交换机)之间接口的数据流量。该方法包括以下步骤：a，根据基站和基站控制器之间采用传输方式的传输链路租赁费用情况，选择合适的接口传输语音编码方式A；b，在基站侧，将移动通信系统采用语音编码方式转换为脉冲编码调制(PCM)的编码方式；c，在基站侧，将脉冲编码调制编码方式转换为语音编码方式A，d，进行基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用高低的判断：若基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较低且传输资源丰富，在基站控制器侧将语音编码方式A转换为脉冲编码调制(PCM)，从而降低基站和基站控制器之间接口的数据流量；若基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较高，在移动交换机侧将语音编码方式A转换为脉冲编码调制(PCM)，从而降低基站和移动交换机之间接口的数据流量。
当上述的移动通信系统为全球数字移动通信系统(GSM)时，在基站收发信台侧GSM将采用的规则激励长期预测RPE-LTP转换为合适的接口传输语音编码方式，如编码速率较低的多脉冲线性预测编码、或者编码速率更低的随机激励线性预测编码。
通过对基站和基站控制器之间采用传输方式的传输链路租赁费用的考虑，选择合适的传输编码方式；并根据基站控制器和移动交换机之间采用传输方式，确定将语音编码恢复成PCM编码的处理位置(基站控制器或者移动交换机)。以降低基站和基站控制器间、或者基站和移动交换中心间的接口传输链路的租赁费用，从而可以达到良好的语音质量和传输租赁费用的性能价格比，进而提高基站设备的竞争力。
(四)附图说明
图1为语音编码速率与语音质量比较图；
图2为常用的几种语音编码方式的比较；
图3为具有语音压缩功能的基站流程示意图；
图4为全球数字移动通信系统中具有语音压缩功能基站收发信台的流程示意图。
(五)具体实施方式
请参阅图3，通过在基站和基站控制器(或者移动交换机)中分别增加语音编解码的转换单元，对现有移动通信语音编码的数据量进行压缩，从而降低基站和基站控制器(或者移动交换机)之间接口的数据流量。
该方法包括以下步骤：
1、根据基站和基站控制器之间采用传输方式的传输链路租赁费用情况，选择合适的接口传输语音编码方式A
一般情况下，对于同一种语音编码类型(波形编码器、声源编码器和混合编码器)，语音质量和编码速率基本是成正比的。为了得到良好的语音质量和传输租赁费用的性能价格比，应该根据基站和基站控制器之间采用传输方式的传输链路租赁费用情况，选择合适的传输语音编码方式。
即当链路租赁费用较高时，可以选用比现有移动通信采用语音编码方式的编码速率较少、语音质量较高的编码方式；当链路租赁费用很高时(如卫星传输)，可以选用比现有移动通信采用语音编码方式的编码速率少得较多、语音质量较差的编码方式。
2、在基站侧，将移动通信系统采用语音编码方式B转换为脉冲编码调制(PCM)的编码方式
在选定合适的接口传输语音编码方式A后，需要将移动通信系统采用的语音编码方式B转换为A。由于现在通常采用的语音编解码方法和芯片多数是以PCM为目标的，所以将编码方式B转换为PCM后，再由PCM转换为编码方式A的操作比较简单。
在目前的移动通信系统中，为了移动交换机完成语音交换，也需要在基站控制器或者移动交换机中将编码方式B转换为PCM。在基站中可以直接使用类似的措施予以实现此编码方式的转换。
3、在基站侧，将脉冲编码调制编码方式转换为语音编码方式A
将PCM转换为编码方式A，实现语音压缩，进而减少接口传输的数据量。目前常用的语音编码方式的编解码有比较现成的算法和芯片可供使用。
语音编码方式转换为A后，包括语音信道在内的接口数据在基站和基站控制器，以及基站控制器和移动交换机之间传输。
4、如3所述，若基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较低且传输资源丰富，在基站控制器侧将语音编码方式A转换为脉冲编码调制(PCM)，从而降低基站和基站控制器之间接口的数据流量
为了在移动交换机中实现语音的交换，特别是移动用户语音与固定电话用户语音(采用PCM编码)的交换，一般需要将移动通信系统采用的语音编码转换为PCM，此转换工作可以在基站控制器或者移动交换机中完成。
在移动通信系统采用的语音编码转换为编码方式A后，为了尽可能的降低传输链路的费用，应该根据链路租赁费用的特点，确定将语音编码A恢复成PCM编码的处理位置(基站控制器或者移动交换机)。当基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较低且传输资源丰富，没有必要在基站控制器和移动交换机之间采用经过压缩处理的语音信道时，在基站控制器侧将语音编码方式A转换为脉冲编码调制PCM，从而降低基站和基站控制器之间接口的数据流量。
5、如3所述，若基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较高，在移动交换机侧将语音编码方式A转换为脉冲编码调制PCM，从而降低基站和移动交换机之间接口的数据流量
当基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较高，为了降低基站和基站控制器之间、和基站控制器和移动交换机之间的数据流量，在移动交换机侧将语音编码方式A转换为脉冲编码调制PCM，从而降低基站和移动交换机之间接口的数据流量。
实施例：
请参阅图4，当上述的移动通信系统为全球数字移动通信系统(GSM)时，在基站收发信台侧GSM将采用的规则激励长期预测RPE-LTP转换为合适的接口传输语音编码方式，如编码速率较低的多脉冲线性预测编码、或者编码速率更低的随机激励线性预测编码。
RPE-LTP的总编码速率16k。在信道质量良好情况下，语音质量可以达到4.0；在载干比为10dB时，语音质量下降，MOS值约下降0.2-0.8；在载干比为4dB时，MOS值约为2。
为了达到语音压缩以便节省传输的目的，可以考虑压缩到8k或者更低。
当接口传输链路费用不是很高时(如光纤传输)，可以采用将语音压缩到8k的方式。目前多种编码速率为8k的混合编码器可以达到良好的语音质量，如多脉冲线性预测编码、码本激励线性预测编码等，其MOS值在3.5-4.0之间，为较高的通信级水平。在传输链路费用不是很高时，可以采用这些语音质量较好、编码速率适中的编码方式，在降低传输带宽约一半的情况下(接口间语音信道占据绝大多数的数据量)保证较好的语音质量。
当接口传输链路费用很高时(如卫星传输)，可以采用将语音压缩到更低如4k的方式。目前一些编码速率为4k的混合编码器可以达到通信级的语音质量，如随机激励线性预测编码，其MOS值大于3.0，为通信级水平。在传输链路费用很高情况下，通过牺牲一定的语音质量，获得接口传输链路费用的大幅度下降(可以降为原来的约四分之一强)。
综上所述，通过对接口间传输链路租赁费用的考虑，选择合适的传输编码方式。可以在保证良好语音质量的同时将传输带宽基本减半，也可以在牺牲一定语音质量的情况下将传输带宽降为约四分之一强。从而可以达到良好的语音质量和传输租赁费用的性能价格比，提高基站设备的竞争力。
Claims (2)
1、一种在移动通信系统中实现基站语音压缩的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
在基站和基站控制器或者移动交换机中分别增加语音编解码的转换单元；
根据基站和基站控制器之间采用传输方式的传输链路租赁费用情况，选择接口传输语音编码方式；
在基站侧，将移动通讯系统采用语音编码方式转换为脉冲编码调制的编码方式；
进行基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用高低的判断：
若基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较低且传输资源丰富，在基站控制器侧将语音编码方式转换为脉冲编码调制，从而降低基站和基站控制器之间接口的数据流量；
若基站控制器和移动交换机之间采用传输方式的传输链路租赁费用较高，在移动交换机侧将语音编码方式转换为脉冲编码调制，从而降低基站和移动交换机之间接口的数据流量。
2、如权利要求1所述的一种在移动通信系统中实现基站语音压缩的方法，其特征在于：当上述的移动通讯系统为全球数字移动通讯系统时，在基站收发信台侧GSM将采用的规则激励长期预测转换为接口传输语音编码方式，即编码速率低的多脉冲线性预测编码、或者编码速率低的随机激励线性预测编码。
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