CN117835358A - 一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于卫星移动通信话音领域，公开了一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，该方法在相同的时间和频率资源上，通过设计物理层的编译码和调制解调方法，实现800b、1200b、2400b和4000b四种话音速率。该方法主要由终端、信关站和核心网三部分组成，其中终端侧包括物理层模块、话音桥接模块和话音编解码模块。信关站包括物理层和话音桥接模块。核心网包括话音编解码模块。其中终端和信关站之间增加随路信道，用于传输接收信号的质量。在发送阶段，发送端根据随路信道上指示的对端接收信号的质量，实时调整上行话音速率。在接收阶段，接收端首先使用历史话音速率参数解析数据，若解析失败，依次遍历其它三种话音速率参数。

Description

一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法

技术领域

本发明属于卫星移动通信话音领域，具体涉及一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法。在复杂的无线环境下通过话音速率自适应方法，在无线信号质量较弱时，自动降低话音速率，保持话音的连接，在无线信号质量较强时，自动升高话音速率，提高话音清晰度，提升用户体验。

背景技术

卫星移动通信是指车辆、舰船、飞机及单人在运动中利用卫星作为中继器进行的通信方式，是地面蜂窝移动通信的有效补充。卫星移动通信系统主要面向用户提供全球或者区域范围的话音、短信、数据等移动通信服务。卫星移动通信系统主要有用户段、空间段和地面段三部分组成。其中用户端主要为用户终端，包括手持终端、车载终端和便携终端等；空间段主要由卫星组成；地面段由信关站和核心网组成，信关站和地面移动通信系统的基站功能类似，完成终端信号的解调和解码，同时完成移动通信协议栈的接入层。核心网完成非接入层功能。

卫星移动通信系统空间段卫星距离地面较远，低轨卫星距离地面接近1000公里，高轨卫星距离地面36000公里，远远超过地面基站的高度。终端和卫星之间的无线链路质量受到很多因素的影响，包括终端对星精确度、是否遮挡、天气、信号干扰等因素。用户在移动中使用卫星移动通话功能时，遇到障碍物遮挡，无线信号质量降低，影响用户话音质量，甚至中断话音连接，降低用户使用话音业务的体验。

用户在使用通话功能时，卫星移动通信传统做法是用户在建立通话过程时根据当时的无线信号质量指定一种话音速率，后续一直使用该速率通话。信号质量弱时，终端和信关站不能及时做出物理信道参数调整，导致终端下行信号接收失败，触发无线链路失败，中断通话；信号质量相比之前更强时，用户本可以使用更高的话音速率时，却只能维持在原始速率上，不能充分利用当前的时间和频谱资源，造成浪费。

发明内容

本发明为了解决卫星移动终端通话过程中，在信号受到遮挡、干扰等影响时，无线信号质量降低，导致话音连接中断的问题，提出了一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法。

本发明采用的技术方案为：

一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，基于终端、信关站和核心网实现，终端发送每帧上行语音时，包括以下步骤：

S1、终端的物理层模块在发送话音数据时，解析下行随路信道上信关站的无线信号接收质量，并根据本地存储的话音速率自适应准则选择上行发送的话音速率R，其中R为800b、1200b、2400b和4000b中的一种；

S2、终端的物理层模块携带速率参数R，向终端的话音桥接模块请求上行话音数据；

S3、终端的话音桥接模块携带速率参数R向终端的话音编解码模块请求编码数据；

S4、终端的话音编解码模块设置编码速率为R，并将当前的PCM话音数据编码为速率R的上行话音数据，传递给终端的话音桥接模块；

S5、终端的话音桥接模块将话音数据传递到终端的物理层模块；

S6、终端的物理层模块根据速率R的编码和调制参数生成无线信号，并通过话音信道发送到卫星；

S7、信关站的物理层模块在帧号FN接收到无线信号后，首先使用FN-1帧的本地存储的历史话音速率参数解析FN帧的无线信号，若解调和解码正确，则转入S9；若解调和解码失败，则转入S8；

S8、信关站的物理层模块依次遍历其它三种话音速率的解调和解码参数，直到解调和解码正确，并更新本地正确的话音速率，转入S9；若所有话音速率参数都解调和解码失败，则不更新本地话音速率，将话音数据按照本地话音速率设置为全0，转入S9；

S9、信关站的物理层模块将话音速率参数和话音数据传递给信关站的话音桥接模块；

S10、信关站的话音桥接模块通过SCTP网络协议将话音速率参数和话音数据传递给核心网；

S11、核心网的话音编解码模块根据收到的话音速率参数设置话音速率，并将话音数据解码为PCM话音数据；

至此，终端单帧发送上行语音过程结束。

进一步的，S1中800b、1200b、2400b和4000b四种速率在相同的时间和频率资源上通过物理层模块不同的编译码和调制解调算法实现；其中800b采用1/3编码和BPSK调制方式，1200b采用1/2编码和BPSK调制方式，2400b采用1/3编码和QPSK调制方式，4000b采用1/2A类编码 + B类非编码和QPSK调制方式，并且不同话音速率档插入不同长度的UW。

一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，基于终端、信关站和核心网实现，信关站发送每帧下行语音时，包括以下步骤：

S1、信关站的物理层模块在发送话音数据时，解析上行随路信道上终端的无线信号接收质量，并根据本地存储的话音速率自适应准则选择下行发送的话音速率R，其中R为800b、1200b、2400b和4000b中的一种；

S2、信关站的物理层模块携带速率参数R，向信关站的话音桥接模块请求下行话音数据；

S3、信关站的话音桥接模块携带速率参数R，通过SCTP网络协议向核心网的话音编解码模块请求编码数据；

S4、核心网的话音编解码模块设置编码速率为R，并将当前的PCM数据编码为速率R的下行话音数据，传递给信关站的话音桥接模块；

S5、信关站的话音桥接模块将话音数据传递到信关站的物理层模块；

S6、信关站的物理层模块根据速率R的编码和调制参数生成无线信号，并通过话音信道发送到卫星；

S7、终端的物理层模块在帧号FN接收到无线信号后，首先使用FN-1帧的本地存储的历史话音速率参数解析FN帧的无线信号，若解调和解码正确，则转入S9；若解调和解码失败，则转入S8；

S8、终端的物理层模块依次遍历其它三种话音速率的解调和解码参数，直到解调和解码正确，并更新本地正确的话音速率，转入S9；若所有话音速率参数都解调和解码失败，则不更新本地话音速率，将话音数据按照本地话音速率设置为全0，转步骤9；

S9、终端的物理层模块将话音速率参数和话音数据传递给终端的话音桥接模块；

S10、终端的话音桥接模块将话音速率参数和话音数据传递给终端的话音编解码模块；

S11、终端的话音编解码模块根据收到的话音速率参数设置话音速率，并将话音数据解码为PCM数据，通过外放设备播放声音；

至此，信关站单帧下行语音发送过程结束。

本发明相比现有技术的优点为：

现有自适应多速率编码方法在物理层帧长不变的情况下，对话音帧增加帧头和其它辅助信息，额外占用了信道长度，降低了空口资源利用率。本发明话音帧不增加额外开销，通过调整物理层参数，完成不同速率之间的切换，提高了话音数据的承载效率。

附图说明

图1为本发明实施例卫星移动通信系统话音业务架构图。

图2为本发明实施例卫星移动通信系统物理信道帧结构图。

图3为本发明实施例终端和信关站不同速率的发送过程示意图。

图4为本发明实施例终端和信关站不同速率的接收过程示意图。

图5为本发明实施例终端上行语音发送过程图。

图6为本发明实施例信关站下行语音发送过程图。

具体实施方式

下面将参考附图和实施例详细说明本发明。

本发明提出了一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，使用相同的频率和时间资源，不同的编解码和调制解调参数，生成四种话音速率，分别为800b，1200b，2400b和4000b，话音速率越低，对信号质量要求越低，同样话音速率越高，对信号质量要求越高。通话过程中设计一种随路信道，终端和信关站在随路信道上实时传输无线信号接收质量，终端根据信关站的无线信号接收情况，实时选择上行话音速率。同样，信关站根据终端的无线信号接收情况，实时选择下行话音速率。从而避免在无线信号弱时信号接收失败导致通话中断。同时信号强时提高话音速率，充分利用当前的时频资源，提升用户话音清晰度，提升用户体验。

参考附图1，卫星移动通信系统话音业务主要由终端、信关站和核心网三部分组成。其中终端侧包括物理层模块、话音桥接模块和话音编解码模块。信关站包括物理层模块和话音桥接模块。核心网包括话音编解码模块，其中终端和信关站之间采用无线信号传输数据，信关站和核心网之间使用SCTP网络协议传输数据。终端内部物理层模块、话音桥接模块和话音编解码模块采用消息机制相互传递信息。物理层模块包含话音信道和随路信道两种信道，话音信道用于传输话音数据，随路信道用于传输接收端信号质量参数，话音编解码模块完成PCM话音数据和空口数据之间的编码和解码，话音桥接模块连接物理层模块和话音编解码模块。

参考附图2，针对800b、1200b、2400b和4000b四种速率档在卫星时频资源上占用相同资源块，但是不同话音速率采用不同码率编码调制方式，其中800b采用1/3编码和BPSK调制方式，1200b采用1/2编码和BPSK调制方式，2400b采用1/3编码和QPSK调制方式，4000b采用1/2A类编码 + B类非编码和QPSK调制方式，并且不同话音速率档插入不同长度UW保证各速率档物理信道解调门限。四种速率对应信息比特K=48/72/144/240，经过信道编码，再经过BPSK或QPSK调制与插入UW独特字成帧处理再经过成型滤波发送。

物理层模块和话音编解码模块在每一帧数据收发上支持800b、1200b、2400b和4000b四种话音速率。参考附图3，在终端和信关站发送阶段，当前帧号FN使用800b的话音速率，FN+1帧可以支持800b话音速率和1200b话音速率，同样可以支持2400b话音速率和4000b话音速率。在发送阶段，物理层模块发送每一帧数据时，根据SACCH（随路信道）上指示的对方信号接收情况，从四种话音速率中选择一种，向话音编解码模块请求编码数据，然后发送。参考附图4，终端和信关站接收阶段，物理层模块在当前帧号FN使用800b话音速率解调和解码，FN+1帧可以支持800b、1200b话音速率，同样可以支持2400b话音速率和4000b话音速率。在接收阶段，物理层模块和话音编解码模块在每帧数据上都支持接收四种不同的速率。物理层模块接收一帧数据后，首先使用前一帧的历史话音速率参数解调和解码，若尝试失败，依次遍历其他三种速率参数解码和解调，直到成功，并记录成功的话音速率，作为下一帧的历史话音速率参数。在整个卫星移动通话过程中，大部分时间接收端连续两帧的话音速率是相同的，使用上一帧号的历史话音速率参数解析当前帧数据，而不是依次遍历四种话音速率参数，能够有效降低物理层模块的运算量，提高物理层模块的运算效率，降低终端和信关站功耗。若使用历史话音速率参数解析失败，再依次遍历其它三种话音速率参数。

参考附图5，终端发送每帧上行语音时，其主要步骤为：

S1、用户通过拨号建立话音连接，信关站为终端分配相同的初始上下行速率，终端和核心网同时打开话音编解码模块；

S2、终端的物理层模块在发送话音数据时，解析SACCH信道上信关站的无线信号接收质量信息，并根据本地存储的话音速率自适应准则选择上行发送的话音速率VOICE RATER，其中R为800b、1200b、2400b和4000b中的一种。信号质量越强，选择越高的话音速率。信噪比大于20时，设置话音速率为4000b，信噪比大于15时，设置话音速率为2400b，信噪比大于10时，设置话音速率为1200b，信噪比小于10时，设置话音速率为800b；

S3、定义终端的物理层模块和话音桥接模块的数据请求接口，终端的物理层模块携带速率参数R，以消息的方式向终端的话音桥接模块请求上行话音数据；

S4、终端的话音桥接模块携带速率参数R向终端的话音编解码模块请求编码数据；

S5、终端的话音编解码模块设置编码速率为R，并将当前的PCM话音数据编码为速率R的上行话音数据，传递给终端的话音桥接模块；

S6、定义终端话音桥接模块和物理层模块的数据发送接口，终端的话音桥接模块将话音数据传递到终端的物理层模块；

S7、终端的物理层模块从数据发送接口中取出数据，根据速率R的编码和调制参数生成无线信号，并通过话音信道发送到卫星；

S8、信关站的物理层模块在帧号FN接收到无线信号后，首先尝试使用FN-1帧的历史话音速率R_OLD解析FN帧的无线信号，若解调和解码正确，则转入S10；若解调和解码失败，则转入S9；

S9、信关站的物理层模块依次遍历其它三种话音速率的解调和解码参数，直到解调和解码正确，并更新本地正确的话音速率R，转入S10；若所有话音速率都解调和解码失败，则将话音数据按照R_OLD速率设置为全0，更新本地话音速率R为R_OLD，转入S10；

S10、信关站的物理层模块将话音速率R和话音数据传递给信关站的话音桥接模块；

S11、信关站的话音桥接模块通过SCTP网络协议将话音速率R和话音数据传递给核心网；

S12、核心网的话音编解码模块设置话音速率为R，并将话音数据解码为PCM话音数据再；至此，终端的上行发送过程结束；

S13、通话结束后，断开话音连接。

参考附图6，信关站发送每帧下行语音时，其步骤为：

S1、信关站的物理层模块在发送话音数据时，解析SACCH信道上终端的无线信号接收质量，并根据本地存储的话音速率自适应准则，选择下行发送的话音速率VOICE RATE R，其中R为800b、1200b、2400b和4000b中的一种；

S2、信关站的物理层模块携带速率参数R，向信关站的话音桥接模块请求下行话音数据；

S3、信关站的话音桥接模块携带速率参数R，通过SCTP网络协议向核心网的话音编解码模块请求编码数据；

S4、核心网的话音编解码模块设置编码速率为R，并将当前的PCM数据编码为速率R的下行话音数据，传递给信关站的话音桥接模块；

S5、信关站的话音桥接模块将话音数据传递到信关站的物理层模块；

S6、信关站的物理层模块根据速率R的编码和调制参数生成无线信号，并通过话音信道发送到卫星；

S7、终端的物理层模块在帧号FN接收到无线信号后，首先尝试使用FN-1帧的历史话音速率R_OLD解析FN帧的无线信号，若解调和解码正确，则转入S9；若解调和解码失败，则转入S8；

S8、终端的物理层模块依次遍历其它三种话音速率的解调和解码参数，直到解调和解码正确，并更新正确的话音速率参数为R，转入S9；若所有话音速率都失败，将话音数据按照R_OLD速率设置为全0，更新本地话音速率R为R_OLD，转入S9；

S9、终端的物理层模块将话音速率R和话音数据传递给终端的话音桥接模块；

S10、终端的话音桥接模块将话音速率R和话音数据传递给终端的话音编解码模块；

S11、终端的话音编解码模块设置话音速率为R，并将话音数据解码为PCM数据，通过外放设备播放声音；

至此，信关站下行语音发送过程结束。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精 神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，其特征在于，基于终端、信关站和核心网实现，终端发送每帧上行语音时，包括以下步骤：

S1、终端的物理层模块在发送话音数据时，解析下行随路信道上信关站的无线信号接收质量，并根据本地存储的话音速率自适应准则选择上行发送的话音速率R，其中R为800b、1200b、2400b和4000b中的一种；

S2、终端的物理层模块携带速率参数R，向终端的话音桥接模块请求上行话音数据；

S3、终端的话音桥接模块携带速率参数R向终端的话音编解码模块请求编码数据；

S4、终端的话音编解码模块设置编码速率为R，并将当前的PCM话音数据编码为速率R的上行话音数据，传递给终端的话音桥接模块；

S5、终端的话音桥接模块将话音数据传递到终端的物理层模块；

S6、终端的物理层模块根据速率R的编码和调制参数生成无线信号，并通过话音信道发送到卫星；

S7、信关站的物理层模块在帧号FN接收到无线信号后，首先使用FN-1帧的本地存储的历史话音速率参数解析FN帧的无线信号，若解调和解码正确，则转入S9；若解调和解码失败，则转入S8；

S8、信关站的物理层模块依次遍历其它三种话音速率的解调和解码参数，直到解调和解码正确，并更新本地正确的话音速率，转入S9；若所有话音速率参数都解调和解码失败，则不更新本地话音速率，将话音数据按照本地话音速率设置为全0，转入S9；

S9、信关站的物理层模块将话音速率参数和话音数据传递给信关站的话音桥接模块；

S10、信关站的话音桥接模块通过SCTP网络协议将话音速率参数和话音数据传递给核心网；

S11、核心网的话音编解码模块根据收到的话音速率参数设置话音速率，并将话音数据解码为PCM话音数据；

至此，终端单帧发送上行语音过程结束。

2.根据权利要求1所述的一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，其特征在于，S1中800b、1200b、2400b和4000b四种速率在相同的时间和频率资源上通过物理层模块不同的编译码和调制解调算法实现；其中800b采用1/3编码和BPSK调制方式，1200b采用1/2编码和BPSK调制方式，2400b采用1/3编码和QPSK调制方式，4000b采用1/2A类编码 + B类非编码和QPSK调制方式，并且不同话音速率档插入不同长度的UW。

3.一种卫星移动通信系统话音速率自适应方法，其特征在于，基于终端、信关站和核心网实现，信关站发送每帧下行语音时，包括以下步骤：

S1、信关站的物理层模块在发送话音数据时，解析上行随路信道上终端的无线信号接收质量，并根据本地存储的话音速率自适应准则选择下行发送的话音速率R，其中R为800b、1200b、2400b和4000b中的一种；

S2、信关站的物理层模块携带速率参数R，向信关站的话音桥接模块请求下行话音数据；

S3、信关站的话音桥接模块携带速率参数R，通过SCTP网络协议向核心网的话音编解码模块请求编码数据；

S4、核心网的话音编解码模块设置编码速率为R，并将当前的PCM数据编码为速率R的下行话音数据，传递给信关站的话音桥接模块；

S5、信关站的话音桥接模块将话音数据传递到信关站的物理层模块；

S6、信关站的物理层模块根据速率R的编码和调制参数生成无线信号，并通过话音信道发送到卫星；

S7、终端的物理层模块在帧号FN接收到无线信号后，首先使用FN-1帧的本地存储的历史话音速率参数解析FN帧的无线信号，若解调和解码正确，则转入S9；若解调和解码失败，则转入S8；

S8、终端的物理层模块依次遍历其它三种话音速率的解调和解码参数，直到解调和解码正确，并更新本地正确的话音速率，转入S9；若所有话音速率参数都解调和解码失败，则不更新本地话音速率，将话音数据按照本地话音速率设置为全0，转步骤9；

S9、终端的物理层模块将话音速率参数和话音数据传递给终端的话音桥接模块；

S10、终端的话音桥接模块将话音速率参数和话音数据传递给终端的话音编解码模块；

S11、终端的话音编解码模块根据收到的话音速率参数设置话音速率，并将话音数据解码为PCM数据，通过外放设备播放声音；

至此，信关站单帧下行语音发送过程结束。