WO2009049536A1

WO2009049536A1 - Procédé et dispositif pour la transmission de la voix dans un système radio

Info

Publication number: WO2009049536A1
Application number: PCT/CN2008/072628
Authority: WO
Inventors: Hang Li; Guanghan Xu; Yongquan Qiang; Hui Zhou; Qiang Ma
Original assignee: Beijing Xinwei Telecom Technology Inc.
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2009-04-23
Also published as: CN101409609A; US8331269B2; US20100220677A1

Description

无线系统中传输语音的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种无线通信系统中传输语音的方法及装置。背景技术

在基于 IP的多业务混合传输的无线通信系统中，为了合理利用无线资源，一个终端与基站间的资源可能会由该终端的多种业务共享，基站根据业务的 QoS 及链路质量等情况采用调度的方式动态地为各种业务分配资源。由于现有的 VOIP大多采用基于 UDP传输协议的 RTP/RTCP 语音封装，以提供端到端的实时语音传输，所以这种传输方式对于低码率语音编码如 G.729系列来说将导致艮低的传输效率，而对于无线系统而言这种低频语效率是对空中资源的极大浪费。因而，对于语音包的特殊封装及空中资源的合理分配变得十分重要。在这种情况下，语音业务的资源有可能会被优先级更高的空口链路控制消息（如资源配置改变消息）占用，导致当前帧的语音包无法及时送。这样对于实时性要求较高的语音业务将产生影响。此外，由于无线信道的不可靠性，会导致接收端语音包的错误接收或丢失。发明内容

本发明的实施例提出了一种无线系统中传输语音的方法及装置，以保证语音业务的实时传输，并增加语音传输的可靠性。

本发明的实施例提出了一种无线系统中传输语音的方法，包括以下步骤：发送端对需发送的原始语音编码包标识用于表征播放顺序的序号，并对标识序号后的语音编码包进行信道编码构成语音会话包；

发送端与接收端建立语音会话或语音数据混合会话，为所述语音会话或语音数据混合会话动态分配信道；

发送端根据预设的优先级对新到达语音会话包、延迟语音会话包、重传语音会话包，数据会话包及控制命令包进行发送；

接收端接收语音会话包并对所述语音会话包进行检测，如果确认语音会话包丢失，向发送端发送包含丢失的语音会话包序号的

NACK 包以指示发送端重传该语音会话包；如果所述接收端为终端，进一步包括：将正确接收到的语音会话包放入接收端的抖动緩冲控制器。

本发明的实施例还提出一种无线系统中传输语音的装置，该装置包括：

包封装单元，安装于基站和终端，对需发送的原始语音编码包标识用于表征播放顺序的序号，并对标识序号后的语音编码包进行信道编码构成语音会话包；

重发语音会话包产生器，安装于基站和终端，生成需要重传的语音会话包；

信道分配单元，安装于基站，与终端交互语音会话建立请求消息以建立语音会话或语音数据混合会话 , 动态分配信道；

发送包调度单元，安装于基站和终端，用于根据预设的优先级对新到达语音会话包、延迟语音会话包、重传语音会话包、数据会话包及控制命令包进行发送；

语音包检测单元，安装于基站和终端，接收语音会话包并对所述语音会话包进行检测，如果确认语音会话包丢失，将确认丢失的语音会话包通知给 NACK包产生器；安装于终端的语音包检测单元将正确收到的语音会话包送入抖动緩冲控制器；

NACK包产生器，安装于基站和终端，生成包含丢失的语音会话包序号的 NACK包，并向发送该丢失的语音会话包的发送端发送 NACK包以指示发送端重传该语音会话包。

由此可见，在本发明实施例提出的传输语音的方法和装置中，通过针对特殊封装的语音包引入重传机制、动态信道分配和延迟抖动緩冲机制，可在满足实时性业务 QoS要求的上，提高多业务传输的无线系统中实时性语音业务的频语效率和可靠性。附图简要说明

图 1为传统的无线通信系统中语音传输模型的示意图；图 2为典型的全 IP业务无线通信系统中语音传输模型的示意图；

图 3为本发明实施例的改进的全 IP业务无线通信系统中语音传输模型的示意图；

图 4为本发明实施例的改进的语音会话包传输格式和传输过程的示意图；

图 5为本发明实施例的改进的语音会话包传输和动态信道分配的示意图；

图 6为本发明实施例的改进的语音^舌包传输装置示意图；图 7为本发明实施例的改进的语音会话包传输方法的总体处理流程图；

图 8为本发明实施例的^舌建立信令流程图；

图 9为本发明实施例的发送端发送语音^舌包流程图；图 10为本发明实施例的接收端接收语音会话包流程图；图 11为本发明实施例的抖动緩冲控制器的示意图；

图 12为本发明实施例的重传指示信令流程图。实施本发明的方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明 , 并不用于限定本发明。

在无线通信系统中，每个信息比特流编码块都被转换为信号波形并放入一个帧中进行传输。由于语音业务固有的实时性和带宽恒定性，因此在传统无线通信系统的语音传输方式中，通常使用固定的信道来传输语音编码包。该信道可能采用固定的编码调制方式，并通过控制发射功率的方式来适应信道的变化。在传统的无线通信系统中，每帧有一个语音包周期性地到达发送端。每帧通过空中信道严格传送一个语音包，包的传输顺序和播放顺序必须相同。图 1 为传统的无线通信系统中语音传输模型的示意图，示出了一个下行语音传输的例子。由图 1可见，通过无线网络控制器并利用 T1链路将来自声码器的包传递到基站。包到达的时间和顺序是固定不变的。然而，无线信道可能引起包错误。在图 1中，包通过空中接口传输时检测出号码为 2的包发生了比特错误，于是该包被丢弃。如果频繁的丢弃语音包，语音质量将会下降。

对于一个典型的全 IP无线系统，在核心网中，每个语音包都被打包成一个 IP语音包。由于现有的 VOIP系统大多采用基于 UDP 传输协议的 RTP/RTCP语音封装，以提供端到端的实时语音传输，所以这种传输方式带来的额外开销对于低码率语音编码如 G.729系列来说将导致艮低的传输效率。图 2为典型的全 IP业务无线通信系统中语音传输模型的示意图。在图 2中，每个 IP语音包在网络中传输时都可能会引入额外的时延抖动。在无线接入网中， IP语音包作为数据业务通过空中接口传输。对于空中丢包，基于无线数据传输系统采用的自动重传请求机制（ARQ )和 IP语音包播放时采用的抖动緩冲控制，可以获得较高的语音质量，但是由于 IP语音包头引起的开销，较高的语音质量是以较高的无线资源损耗为代价的。图 2所示的就是这样的一个 IP语音包传输系统。

图 3为本发明实施例的改进的全 IP业务无线通信系统中语音传输模型的示意图。在本发明的这一实施例中，无线通信系统仍然为一个全 IP无线系统。一旦 IP语音包进入无线接入系统，将 IP语音包的 IP头去掉，通过空中接口只传输对原始语音编码包经过再次特殊封装而成的语音会话包。此时，可以用较小的无线资源传输语音包。图 3所示的就是一个这样的改进的 IP语音包传输系统。为了保证在信道衰落条件下的语音质量，每个原始语音编码包都加上一个 ID序号，利用这样的 ID序号实现语音编码包的重传。之后，再对每个加上 ID序号后的语音编码包进行信道编码从而构成语音会话包，原始语音编码包长度与语音会话包的长度比不小于 0.70。接收端将检测是否正确接收语音会话包。如果语音会话包由于信道衰落而丢失，该语音会话包的 ID序号将被反馈给发送端以请求重传。可能检测到多个语音会话包丢失，此时，所有丢失的语音会话包的

ID序号将被反馈给发送端以请求重传多个语音会话包。

图 4为本发明实施例的改进的语音会话包传输格式和传输过程示意图。在本发明的这一实施例中，给每个 G.729语音编码包在传输前都加上一个 ID序号和 CRC校 ^r, 并对每个加上 ID序号后的语音编码包进行信道编码从而构成语音会话包。在接收端，检测到第 2个语音会话包丢失了，则含有该语音会话包的 ID序号的 NACK 消息被发送回发送端。发送端在发送第 4个包前接收到 NACK消息，则发送端将自动同时发送第 2个和第 4个包，这样就不会引入永久时延。接收端还包括一个抖动緩冲控制器，主要控制每个语音会话包的播放时延并对接收到的语音会话包进行必要的重新排序，这样输出的语音编码包就能以正确的顺序和正常的语速播放了。为了保持正常的播放语速，在输出语音编码包缺失时需要插入一个或多个合成语音编码包，在输出语音编码包拥塞时需要丢弃一个或多个语音编码包。

全 IP无线系统支持数据和语音混合传输，因此每一帧都可能需要传输语音会话包和数据会话包。在本发明的一个实施例中，如果没有足够的带宽来发送所有数据，可用带宽总是优先用来发送语音 ^舌包。

为了使发送端和接收端之间的语音传输同步，在语音会话或语音数据混合会话开始时，需要将第一个语音会话包的 ID序号发送给另一端，使得另一端能够正确检测接收到的语音会话包，一旦确认语音会话包丢失就初始化重传。在本发明实施例中，利用接收信噪比或检错码校验来确认语音会话包丢失。

由于在实际的信道中，每一信道所受到的干扰和传播特性会发生变化，优化的作法是实时调整分配的信道数，信道位置及其相应的调制和编码方式使得通信信道处于最佳条件。为了达到这个目的，基站需要向终端发送带宽重配命令。基站向终端发送带宽重配命令包以增加上行或下行带宽，该增加的带宽在重传的语音会话包发送后自动取消，无需基站向终端额外发送控制命令包。在本发明的一个实施例中，基站利用分配给业务包的信道将重配命令发送给终端，称为带内信令。如果业务包仅包括语音会话包，则必须延迟一个或多个语音会话包以及时传输信令消息。由于重配命令需要周期地发送，因此，在接收端，语音会话包的到达时间会出现延迟。当语音^舌包的传输被中断用来传输 NACK消息时，被中断的语音会话包将被延迟，并且和新到达的语音会话包一起传输。在以上的情形中，为了避免插入控制命令而引入永久时延，在重配并发送该帧中的延迟语音会话包和新到达语音会话包时，需要将所需的额外带宽计算在内以进行补偿。如果业务包既包括语音会话包又包括数据^舌包，当需要传输重配命令或 NACK消息时，将中断数据 ^舌包以释放带宽用于传输命令。图 5为本发明实施例的 TDD无线通信系统中的语音^舌包传输和动态信道分配的示意图。在图 5中，基站和终端分别利用下行帧和上行帧来传输语音会话包，并且给每个上行或下行语音会话包都标识一个序号。基站根据当前帧需发送的语音会话包及数据会话包和当前信道条件来动态分配信道数目、信道位置及语音会话包和数据会话包所占用的每一信道对应的调制编码方式，其中需发送的语音会话包可以包括新到达的语音会话包、被延迟的语音会话包以及要重传的语音会话包的其中之一或任意组合。而且，基站在检测到上行语音会话包丢失后向终端发送带宽重配命令，该命令不迟于包含丢失的语音会话包序号的 NACK包到达终端。例如，如果第 2个下行语音会话包 D2丢失，一个 NACK 包在随后的上行帧中被发送给基站。一旦基站接收到 NACK包，便发送一个带宽重配（ BWR )命令给终端用于通知终端重配信道，这样终端就能在下一个上行帧时发送 U2和 U3两个语音会话包了，下一个下行帧能够发送三个语音会话包 D2、 D3和 D4。另外，重配仅对一帧有效，在重配后信道将自动返回前一个带宽状态。当第四个上行语音会话包 U4丢失，基站将立即发送 NACK包给终端，并触发终端重传语音会话包 U4。在下一个下行帧中，基站也将发送 BWR命令给终端以初始化重配，这样语音会话包 D5, D6和 D7 将在一个下行帧中发送；语音^舌包 U5和 U6将在一个上行帧中发送。另外，重配仅对一个帧有效。显然，上述传输方案引入了语音会话包到达时间的抖动。终端的抖动緩冲控制器可以对播放时延进行调整，从而使语音编码包以与声码器一致的正常速度播放。

图 6为本发明实施例的改进的语音^舌包传输装置示意图。在基站侧，包封装单元 600将原始语音编码包标识序号以表征其播放顺序，并对标识序号的语音编码包进行信道编码从而转换为语音会话包。重发语音会话包产生器 603生成将要重传的语音会话包。信道分配单元 601根据传输緩存中等待的包的情况分配用于包传输的信道个数，并与终端交互语音会话建立请求信息以建立语音会话或语音数据混合会话，还生成发送给终端的重配命令包。信道分配单元根据终端与基站交互的语音会话建立请求消息中携带的语音包的起始序号，来确定第一个语音会话包的序号。而且，基站中的信道分配单元根据当前帧需发送的语音会话及数据会话包和当前信道条件动态分配信道数目、信道位置及语音会话包和数据会话包所占用的每一信道对应的调制编码方式，其中需发送的语音会话包包括新到达的语音会话包、被延迟的语音会话包或要重传的语音会话包。基站的信道分配单元还向终端发送带宽重配命令以增加上行或下行带宽，增加的带宽在重传的语音会话包发送后自动取消，无需基站向终端额外发送控制命令包。 NACK包产生器 602在语音包检测单元 606检测到来自终端的语音会话包丢失后生成包含丢失的语音会话包序号的 NACK包。包封装单元 600生成的新到达的语音会话包和延迟语音会话包、信道分配单元 601 生成的重配命令包、 NACK产生器生成的 NACK包和重发语音会话包产生器生成的重传语音会话包都被发送到发送包调度单元 604,发送包调度单元 604 根据预定的优先级和可用带宽情况来选择一个或多个包进行发送，优先级由高到低的顺序为控制命令包，如重配命令包和 NACK包、重传语音会话包、延迟语音会话包、新到达语音会话包、数据会话包。语音包检测单元 606接收来自终端的语音会话包并检测，将确认丢失的语音会话包通知给 NACK包产生器 602。在基站侧，也可以根据需要进一步包括抖动緩冲控制器 605 , 用于从语音包检测单元 606接收正确的语音会话包。在终端侧，包封装单元 607、重发语音会话包产生器 608、 NACK包产生器 609、语音包检测单元 611 和发送包调度单元 610对来自基站对语音会话包进行处理，各单元功能与基站侧类似。

上述方法提出了一种以延迟和延迟抖动为代价的可靠的语音会话包传输机制，因此在终端侧至少要配置一个抖动緩冲控制器 612。抖动緩冲控制器 612从语音包检测单元 611接收正确的语音会话包，并为每个语音会话包调整播放延迟。然后，输出的语音会话包被发送到语音编码包提取单元进行去封装，为语音编码器生成原始语音编码包。

图 7为本发明实施例的改进的语音会话包传输方法的总体处理流程图，如图 7所示，该方法包括如下步骤：

步骤 100, 无线通信系统的应用层接收原始语音编码包并按顺序加入序号，并对加入序号的原始语音编码包进行信道编码而封装成语音会话包。

步骤 101 , 在语音会话建立过程中，在会话建立请求消息中携带语音会话包的起始序号，以使双方统一第一个语音会话包的序号，语音会话建立过程如图 8所示。如图 8所示，主叫方（例如本实施例中的发送端）向被叫方（例如本实施例中的接收端）发起语音会话建立请求消息，该语音会话建立请求消息中携带语音会话包的起始序号，被叫方向主叫方返回语音会话建立响应，从而建立语音^舌。

步骤 102, 语音会话建立成功后，发送端逐帧向接收端发送步骤 100中生成的语音^舌包，发送端发送语音会话包的过程如图 9所示。

图 9 为本发明实施例的发送端发送语音会话包的流程图，包括如下步骤 301 - 304。

步骤 301 , 发送端将语音会话包存入发送包调度单元中。

步骤 302, 发送包调度单元判断是否有比语音会话包优先级高的数据会话包发送，若没有比语音会话包优先级高的数据会话包，执行步骤 303; 若有比语音会话包优先级高的数据会话包时，则执行步骤 304。

步骤 303, 发送包调度单元发送当前语音会话包到接收端，至此，发送端完成语音会话包的正常发送流程。

步骤 304, 发送包调度单元緩存语音会话包，先发送比语音会话包优先级高的数据会话包，再根据带宽状况发送当前语音会话包到接收端。

步骤 103, 接收端接收发送端发送的语音会话包，对没有收到的及错误接收的语音会话包进行标识，生成包含没有收到的及错误接收的语音会话包序号的 NACK包并反馈给发送端。接收端接收语音会话包的过程如图 10所示。

图 10为本发明实施例的接收端接收语音^舌包的流程图，包括如下步骤 401 - 404。

步骤 401 , 接收端的语音包检测单元判断当前帧是否正确接收到发送端发送的语音会话包，如果正确接收到语音会话包，执行步骤 402; 否则，执行步骤 403。步骤 402, 接收端的语音包检测单元将正确接收的语音会话包放入图 11 所示的抖动緩冲控制器中，具体放置规则为：根据到达的语音会话包的序号，执行重排序功能，计算出该序号对应的緩冲器位置 Buf— In— p (范围为 0~Max— Buf— Size-1 ), 将语音会话包放入该 Buf— In— p指示的緩冲器位置中，并执行步骤 404。

步骤 403,如果语音会话检测单元没有正确接收到语音会话包，标识该语音会话包的序号对应的 Buf— In— p 指示的緩冲器位置中的语音会话包为丢失。

步骤 404 , Buf— In— p 自动增加一个单位，当 Buf— In— p= Max— Buf— Size时，使 Buf— In— p=0。

步骤 104, 接收端的抖动緩冲控制器计算每一语音会话包的播放时间与到达时间之间的最佳时延 N_d , 如检测到 Buf— In— p 与 Buf— Out— p之间的时延达到 N_d帧时，抖动緩冲控制器启动发送操作，按照 Buf— Out— p指示的序号，向语音编码包提取单元提交语音会话包，每提交一个语音会话包， Buf— Out— p 自动增加一个单位，其范围为 0~ Max— Buf— Size-1 , 当 Buf— Out— p= Max— Buf— Size 时，使 Buf— Out— p=0。

步骤 105, 接收端的语音编码包提取单元接收语音会话包，去封装并生成原始语音编码包。语音编码包提取单元才艮据指定的语音编码速率均匀输出原始语音编码包到应用层播放。语音编码包提取单元还可以在输出语音编码包缺失时根据序号插入一个或多个合成的语音编码包或在输出语音编码包拥塞时删除一个或多个语音编码包。步骤 106，发送端的语音包检测单元收到 NACK消息后，判断当前的带宽资源是否足够传输所有重传语音会话包及当前帧语音会话包 , 如果是，则发送所有重传语音会话包及当前帧语音会话包；否则，请求媒体接入层，执行资源重配置过程，配置成功后，再发送重传语音会话包及新到达的语音会话包。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、一种无线系统中传输语音的方法，其特征在于，该方法包括：发送端对需发送的原始语音编码包标识用于表征播放顺序的序号，并对标识序号后的语音编码包进行信道编码构成语音会话包；

NACK包以指示发送端重传该语音会话包；

如果所述接收端为终端，进一步包括：将正确接收到的语音会话包放入接收端的抖动緩冲控制器。

2、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述原始语音编码包是如下语音编码包之一： G.723 , G.729, G.729A, G.729B , G.729D, G729E。

3、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述原始语音编码包长度与语音会话包的长度比不小于 0.70。

4、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述发送端与接收端建立语音会话或语音数据混合会话包括：

在会话建立请求消息中携带语音会话包的起始序号，以使发送端和接收端确定第一个语音会话包的序号。

5、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述发送端或接收端为基站；所述为所述语音会话或语音数据混合会话动态分配信道包括：

基站根据当前帧需发送的语音会话包及数据会话包和当前信道条件动态分配信道数目、信道位置及语音会话包和数据会话包所占用的每一信道对应的调制编码方式，其中需发送的语音会话包包括新到达的语音会话包、被延迟的语音会话包或要重传的语音会话包的其中之一或任意组合。

6、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述发送端或接收端为基站；所述为所述语音会话或语音数据混合会话动态分配信道包括：

基站向终端发送带宽重配命令包以增加上行或下行带宽，所述增加的带宽在重传的语音会话包发送后自动取消，无需基站向终端发送控制命令包。

7、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述发送端或接收端为基站；所述为所述语音会话或语音数据混合会话动态分配信道包括：

基站在检测到上行语音会话包丢失后向终端发送带宽重配命令，该命令不迟于包含丢失的语音会话包序号的 NACK 包到达终端。

8、根据权利要求 1 所述的方法，其特征在于，所述预设的优先级由高到低依次为：控制命令包、重传语音会话包、延迟语音会话包、新到达语音会话包、数据会话包。

9、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，进一步包括：利用接收信噪比或检错码校验来确认语音会话包丢失。

10、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，进一步包括：将正确接收的语音会话包放入抖动緩冲控制器后，抖动緩冲控制器按所述序号的顺序勾速将正确接收到的语音会话包及插入的合成语音编码包输出到所述无线系统的应用层。

11、一种无线系统中传输语音的装置，其特征在于，该装置包括：

语音包检测单元，安装于基站和终端，接收语音会话包并对所述语音会话包进行检测，如果确认语音会话包丢失，将确认丢失的语音会话包通知给 NACK包产生器；安装于终端的语音包检测单元将正确收到的语音会话包送入抖动緩冲控制器； NACK包产生器，安装于基站和终端，生成包含丢失的语音会话包序号的 NACK包，并向发送该丢失的语音会话包的发送端发送 NACK包以指示发送端重传该语音会话包。

12、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述包封装单元中的原始语音编码包是如下语音编码包之一： G.723、 G.729、 G.729A, G.729B, G.729D, G729E。

13、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述包封装单元中的原始语音编码包长度与语音会话包的长度比不小于 0.70。

14、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述信道分配单元根据终端与基站交互的语音会话建立请求消息中携带的语音包的起始序号，来确定第一个语音会话包的序号。

15、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述基站中的信道分配单元根据当前帧需发送的语音会话及数据会话包和当前信道条件动态分配信道数目、信道位置及语音会话包和数据会话包所占用的每一信道对应的调制编码方式，其中需发送的语音会话包包括新到达的语音会话包、被延迟的语音会话包或要重传的语音 ^舌包。

16、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述基站的信道分配单元向终端发送带宽重配命令以增加上行或下行带宽，所述增加的带宽在重传的语音会话包发送后自动取消，无需基站向终端额外发送控制命令包。

17、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述基站的信道分配单元在检测到上行语音会话包丢失后向终端发送带宽重配命令，该命令不迟于包含丢失的语音会话包序号的 NACK包到达终端。

18、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述预设的优先级由高到低依次为：控制命令包、重传语音会话包、延迟语音会话包、新到达语音会话包、数据会话包。

19、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述语音包检测单元，利用接收信噪比或检错码校验来确认语音会话包丢失。

20、根据权利要求 11 所述的装置，其特征在于，所述抖动緩冲控制器，安装于终端，按所述序号的顺序匀速输出来自语音包检测单元的正确接收到的语音会话包及插入的合成语音编码包到所述无线系统的应用层。