CN1243449C - 一种移动通信系统中语音传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种移动通信系统中语音传输方法，主叫方发起呼叫后，根据移动通信系统接口之间的传输方式确定语音编码方式；主叫方BTS将移动通信系统采用的语音编码方式转换成上述的语音编码方式；主叫方MSC判断本次呼叫为移动台和移动台之间的呼叫、并且被叫方BTS支持语音压缩的无二次编码功能，则主叫方BTS将编码后的语音信息通过主叫方BSC、主叫方MSC、被叫方MSC、被叫方BSC，传输给被叫方BTS；被叫方BTS完成语音编码的解码。由于在移动台呼叫移动台的整个通信过程只进行一次语音编解码，可以减轻多次语音编码对语音质量的不利影响和系统处理语音编解码的工作量。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信系统，尤其涉及移动通信系统中语音传输技术领域。
技术背景
移动通信系统包括GSM系统、CDMA2000系统、WCDMA系统等，在GSM系统或CDMA2000系统中，包括基站收发信台(BTS)、基站控制器(BSC)和移动交换中心(MSC)，在WCDMA系统中，包括相对应的基站(NodeB)、无线网络控制器(RNC)和核心网(CN)，其中基站收发信台(BTS)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(BSC)负责基站子系统(BSS)的各种接口管理和无线资源管理的功能，移动交换中心(MSC)实现语音与信令的交换和控制。
基站收发信台和基站控制器之间、以及基站控制器和移动交换中心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。
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、CDMA2000、WCDMA。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分有失真为通讯级(3.5-4分为实用通讯级)；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讯系统，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下表所示。
| 编码器类型 | 编码速率(kbps) | 复杂度MIPS | 时延(ms) | 语音质量 |
| 脉冲编码调制 | 64 | 0.01 | 0 | 高级 |
| 自适应脉冲编码调制 | 32 | 0.1 | 0 | 高级 |
| 自适应子频段编码 | 16 | 1 | 25 | 高级 |
| 多脉冲线性预测编码 | 8 | 10 | 35 | 通讯级 |
| 随机激励线性预测编码 | 4 | 100 | 35 | 通讯级 |
| 线性预测编码的声码器 | 2 | 1 | 35 | 合成级 |
如上所述，移动通讯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。
而语音编解码会对语音质量带来一定程度的损伤，并且编解码过程需要增加系统的工作量，多次编解码将增加移动通信系统接口之间的数据流量。同时，部分传输方式的链路成本很高，如卫星传输。
发明内容
本发明的目的就是提出一种在移动通信系统中的语音传输方法，能够使该方法在减少移动通讯系统接口之间数据流量、降低传输带宽的同时，减轻多次语音编码对语音质量的不利影响和系统处理语音编解码的工作量。
一种移动通信系统中语音传输方法，包括以下步骤：
a、主叫方发起呼叫后，根据移动通信系统接口之间的传输方式确定语音编码方式；
b、主叫方基站收发信台(BTS)将移动通信系统采用的语音编码方式转换成步骤a所述的语音编码方式；
c、主叫方移动交换中心(MSC)判断本次呼叫是否为移动台和移动台之间的呼叫、并且被叫方基站收发信台(BTS)是否支持语音压缩的无二次编码功能，如果上述两个条件都满足，则进入步骤d；两个条件不是都满足，则由主叫方移动交换中心MSC或者主叫方基站控制器BSC完成语音编码的解码；
d、主叫方基站收发信台(BTS)将编码后的语音信息通过主叫方基站控制器(BSC)、主叫方移动交换中心(MSC)、被叫方移动交换中心(MSC)、被叫方基站控制器(BSC)，传输给被叫方基站收发信台(BTS)；
e、被叫方基站收发信台(BTS)完成语音编码的解码。
所述的步骤a所述传输方式可以是卫星传输，也可以是光纤、微波或者数字用户线路XDSL传输。
所述的步骤b可以进一步包括以下步骤：
b1、将移动通信系统采用的语音编码方式转换成PCM；
b2、将PCM转换成步骤a所述的语音编码方式。
所述的步骤b中将移动通信系统采用的语音编码方式转换成步骤a所述的语音编码方式时，采用的是直接转换的方式。
采用了本发明，由于在移动台呼叫移动台的整个通信过程只进行一次语音编解码，可以减少移动通讯系统接口之间数据流量、降低传输带宽，减轻多次语音编码对语音质量的不利影响和系统处理语音编解码的工作量，从而降低基站收发信台和基站控制器、基站控制器和移动交换中心之间的接口传输链路的租赁费用。
附图说明
图1是语音编码速率与语音质量比较示意图；
图2是本发明语音传输流程图；
图3是具体实施方式中GSM系统语音传输流程图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图2所示，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，应该根据基站收发信台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A。即当链路租赁费用较高时，可以选用比现有移动通信系统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系统采用语音编码方式的编码速率低得较多、语音质量较差的编码方式。
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，所以将现有编码方式B转换为PCM后，再由PCM转换为编码方式A的操作比较简单。现有移动交换中心中存在将现有编码方式B转换为PCM的单元，可以直接使用，进而将PCM转换为编码方式A，实现语音压缩，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。
如果有现成的编码方式B直接转换成编码方式A的算法和芯片，也可以直接完成语音的转换和压缩。
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收发信台和基站控制器，以及基站控制器和移动交换中心之间传输。
为了实现在整个呼叫过程中，仅进行一次语音压缩的编解码处理过程，需要满足两个条件：
其一，被叫必须是移动用户，即主叫到被叫的都是移动用户。因为如果被叫是固定用户，则需要在固定交换中心侧完成语音压缩的解码处理过程，而固定交换中心与移动系统属于不同的系统，同时现有固定交换中心种类较多，在固定交换中心实现解码存在较大的困难。所以仅对移动呼叫移动的过程实现压缩无二次编码功能。
其二，被叫侧基站必须支持语音压缩的无二次编码功能。即在被叫方基站支持语音压缩的解码功能的同时，还需要支持不经基站控制器和移动交换中心的语音压缩解码而由被叫方基站收发信台完成。
上述两个条件的判断由移动交换中心判定。
当这两个条件同时满足时，在主叫方基站收发信台完成语音压缩后，则在整个主叫方基站收发信台到主叫方基站控制器之间、主叫方基站控制器到主叫方移动交换中心、主叫方移动交换中心到被叫方移动交换中心，被叫方移动交换中心到被叫方基站控制器、被叫方基站控制器到被叫方基站收发信台的语音信息传输过程中，不进行语音编码的解码(解压缩)，而仅在被叫方基站收发信台进行语音编码的解码。
当这两个条件不能同时满足时，则无法实现语音压缩的无二次编码处理过程，需要在本地基站控制器或者移动交换中心侧完成语音编码的解码。
若基站控制器和移动交换中心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，可以在移动交换中心完成语音压缩的解码。否则在基站控制器进行。
如图3所示，当上述的移动通信系统为全球数字移动通讯系统(GSM)时，在基站收发信台将GSM采用的规则激励长期预测RPE-LTP转换为合适的语音编码方式，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，当移动交换中心判断条件满足时，仅在被叫方基站收发信台完成语音编码的解码过程。
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，为较高的通讯级水平。
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讯级的语音质量，如随机激励线性预测编码，其MOS值大于3.0，为通讯级水平。
当语音压缩方式确定后，由移动交换中心MSC判断是否同时满足本次呼叫是否是移动到移动的呼叫，同时被叫侧的对端基站收发信台是否支持语音压缩的无二次编码功能。如果满足，则仅在被叫基站收发信台侧完成语音压缩的解码处理过程，以实现语音压缩的无二次编码功能。
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。
进而当条件满足时在整个移动呼叫移动的通讯过程中仅包括一次的语音压缩编解码过程。在减少移动通讯系统接口之间数据流量、降低传输带宽的同时，减少语音编解码的次数，从而减轻多次语音编码对语音质量的不利影响和系统处理语音编解码的工作量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1、一种移动通信系统中语音传输方法，其特征在于包括以下步骤：
a、主叫方发起呼叫后，根据移动通信系统接口之间的传输方式确定语音编码方式；
b、主叫方基站收发信台BTS将移动通信系统采用的语音编码方式转换成步骤a所述的语音编码方式；
c、主叫方移动交换中心MSC判断本次呼叫是否为移动台和移动台之间的呼叫、并且被叫方基站收发信台BTS是否支持语音压缩的无二次编码功能，如果上述两个条件都满足，则进入步骤d；两个条件不是都满足，则由主叫方移动交换中心MSC或者主叫方基站控制器BSC完成语音编码的解码；
d、主叫方基站收发信台BTS将编码后的语音信息通过主叫方基站控制器BSC、主叫方移动交换中心MSC、被叫方移动交换中心MSC、被叫方基站控制器BSC，传输给被叫方基站收发信台BTS；
e、被叫方基站收发信台BTS完成语音编码的解码。
2、如权利要求1所述的移动通信系统中语音传输方法，其特征在于：步骤a所述传输方式是卫星传输或者光纤传输或者微波传输或者数字用户线路XDSL传输。
3、如权利要求1所述的移动通信系统中语音传输方法，其特征在于：步骤b进一步包括以下步骤：
b1、将移动通信系统采用的语音编码方式转换成PCM；
b2、将PCM转换成步骤a所述的语音编码方式。
4、如权利要求1所述的移动通信系统中语音传输方法，其特征在于：步骤b中将移动通信系统采用的语音编码方式转换成步骤a所述的语音编码方式时，采用的是直接转换的方式。
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