移动通信系统中自适应多速率编码的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及移动通信系统，具体涉及移动通信系统中自适应多速率编码的方法和装置。
背景技术
为了便于本领域一般技术人员理解本发明，将本说明书中使用的术语列表如下：
AMR adaptive multi-rate codec 自适应多速率编码
BLER block error ratio 误块率
CDMA code division multiple access 码分多址接入
CPICH RSCP CPICH received signal code power 导频信道接收功率
Node B 第三代蜂窝系统基站
FER frame error ratio 误帧率
MOS Mean Opinion Score 平均主观分
在包括CDMA和GSM及TDMA及PCS通信系统中，语音使用AMR编码方式(Adaptive Multi-Rate codec)，该编码方式可以提供8种编码速率，分别为：12.2，10.2，7.95，7.4，6.7，5.9，5.15or4.75kbit/s。通常，对于采用某一种速率进行编码，我们称该编码方式为某速率模式。那么对应8种编码速率，AMR语音编码共有8种速率模式。
无线通讯系统中的语音从信号源传播到接收方，对语音质量产生影响的主要因素是信源编码速率(即语音的AMR模式)和信道传播误块率(Block Error Ratio(BLER)，受到传播环境的影响)。编码速率越大，则信号所携带的语音信息就越多，接收方就能够更准确地还原语音信息，那么语音的质量就越好。语音信号在数字无线通讯系统中传输过程中会转换成数字比特，在无线信道中数字比特分成块进行传输，在传输过程中受到的干扰越小，那么接收到的数字块的正确率就越高，即误块率(BLER)就越低，那么恢复的语音质量就越好。
图1为3GPP TR26.975[1]提供的不同模式语音质量随FER的变化曲线图。其中，示出了不同的语音模式在不同地误帧率(Frame Error Ratio(FER)，相似于BLER)情况下的质量情况进行了衡量，衡量的方式采用了MOS(Mean Opinion Score)分值。MOS分越高，则语音质量越好。图中纵轴表示与最大MOS分4分的差值。
图1中的数据来自于在GSM系统中的试验数据，对无线通讯系统中对语音模式的控制具有参考作用。从图中可以看到，在FER小于0.1％以前，语音的MOS分值比较稳定，当FER大于0.1％以后，语音质量下降的速率越来越快。在同样的FER情况下，基本上高模式的语音有更好的质量。
当AMR语音在无线通讯系统中传输的时候，语音质量受到传播环境的影响也非常大，传播环境会影响语音业务的BLER。在传播环境由好变差过程中，由于低模式具有比高模式更好的容错性，所以低模式的语音质量降低的速率比高模式语音质量降低的速率慢。当环境变差到一定程度，就会出现低模式语音质量高于高模式语音质量的情况。请参考图2，图2示出不同模式语音质量随环境变化的曲线。
图2中，横轴表示信号与干扰的比值(C/I)，传播环境越差，C/I越低。图2也来自于3GPP TR2 6.975。从图中可以看到，当C/I降低到10dB～4dB时，12.2kbits/s的语音质量已经变差，7.95kbits/s的语音质量变得最好，当C/I在4～1dB时，5.9kbits/s的语音质量变得最好，而当C/I低于1dB以后，4.75kbits/s的语音质量变得最好。
在无线通讯系统中，随着系统中用户数目、距离基站远近等因素的变化，用户所处的无线环境经常在变动，在不同的环境中所适用的最优的语音模式也会随之变化。因此，多速率自适应语音控制算法的目的即是根据环境的不同，自适应地调整用户的语音模式，以尽量为用户提供最好的服务。
由于采用不同语音模式时，所需要的发射功率是不同的，在相同环境下，一般低模式所需要的发射功率比高模式要小。所以有时会出于提高系统容量或者增加覆盖的目的，而有意降低语音的模式。这都涉及自适应多速率语音控制算法。
现有技术中，多采用根据整个小区的负载变化来调整用户的语音模式。对整个小区的负载的衡量一般采用对下行载波的或者上行干扰水平的测量来判断系统的负载状况。当负载超过一个设定的门限，说明当前的负载较重，则启动对语音用户的控制，一般进行降低模式的处理，以减小语音用户对发射功率的需求，进而减小系统的负载；当负载低于设定的门限时，也启动对语音用户的控制，一般进行升高模式的处理，以充分利用当前充足的资源，进而为用户提供更好的语音质量。
进行以上处理时，进行降低模式判决的负载门限高于进行升高模式判决的负载门限。
根据整个小区的负载情况来调整语音模式，只能对所调整的用户进行相同的处理，即用户的语音模式同时升高或者同时降低。然而用户在小区中所处的位置不同，其建立相同模式的语音业务对发射功率的消耗是不同的，比如：处于小区中心的用户距离基站较近，功率在路径上的损耗较少，其建立12.2kbits/s模式的语音所需要的发射功率可能还小于处于小区边缘地区用户建立4.75kbits/s业务所需要的功率。此时如果小区负载升高需要降低语音模式，现算法会将小区中心和小区边缘的用户语音模式同时降低几级，使所有用户的语音质量都降低，这种处理方式不如先将小区边缘的用户质量降低到较低的模式，以使小区中心的用户能够保持较高的质量，提高了功率对质量的贡献率。
有的小区可能出于提升小区容量或者增大覆盖的原因，没有配置12.2kbbits/s语音模式在小区中的全覆盖，那么走到小区边缘的用户需要自动地降低模式以保持链路的连续性。现有方法只能反映当前负载的状况，不能反映用户距离基站的远近，那么用户移动所需要的模式调整指示就无法得到，进而用户业务的连续性就不能被保证。
【发明内容】
本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种用于移动通信系统的自适应多速率编码的方法和装置，反映当前负载的状况及用户距离基站的远近，以获得用户移动所需要的模式调整指示，保证了用户业务的连续性。
本发明提供一种移动通信系统的自适应多速率编码的方法，包括步骤：
编码话音并建立通信链路；
测量所述通信链路的信号质量参数；
判断所述测量的信号质量参数是否大于预定的第一门限；如果大于，降低话音的编码速率；否则，维持原话音的编码速率；
判断所述测量的信号质量参数是否小于预定的第二门限；如果小于，增加话音的编码速率；否则，维持原话音的编码速率；
其中，所述第一门限大于所述第二门限。
可选地，所述降低话音的编码速率的步骤包括：
测量降低话音的编码速率的信号质量参数；
判断所述降低速率的信号质量参数是否小于预定的第三门限，如果小于，停止降低话音的编码速率；否则，继续降低话音的编码速率。
优选地，所述增加话音的编码速率的步骤包括：
测量增加话音的编码速率的信号质量参数；
判断所述增加速率的信号质量参数是否大于预定的第四门限，如果大于于，停止增加话音的编码速率；否则，继续增加话音的编码速率。
可选地，所述测量信号质量参数的步骤包括：周期测量或根据预定条件激发的事件测量所述质量参数。
优选地，所述测量信号质量参数的步骤包括：周期测量或根据预定条件激发的事件测量所述质量参数。
可选地，所述测量信号质量参数的步骤包括：
测量所述信号的发射功率，和/或
测量所述信号的CPICH RSCP(导频信道接收功率)，和/或
测量所述信号的CPICH Ec/No(导频信道信噪比)和/或
测量所述信号的链路的信噪比。
优选地，所述降低话音的编码速率的步骤包括：逐级降低话音的编码速率或多级降低话音的编码速率。
可选地，所述增加话音的编码速率的步骤包括：逐级增加话音的编码速率或多级增加话音的编码速率。
本发明还提供一种移动通信系统的自适应多速率编码的装置，其特征在于，包括：
可变速率话音编码器，用于根据通信链路的信号质量编码话音；
收发信道，用于建立所述通信链路；
测量装置，用于测量所述通信链路的信号质量参数；
判断装置，用于判断所述测量的信号质量参数是否大于预定的第一门限和小于预定的第二门限；
控制装置，用于根据判断结果的不同，分别降低话音的编码速率；或维持原话音的编码速率；或增加话音的编码速率；
其中，所述第一门限大于所述第二门限。
可选地，所述测量装置包括：
功率测量装置，用于测量所述信号的发射功率，或用于测量所述信号的CPICH RSCP(导频信道接收功率)；和/或
信噪比测量装置，用于测量所述信号的CPICH Ec/No(导频信道信噪比)，或测量所述信号的链路的信噪比。
利用本发明，由于针对用户业务的发射功率测量值能够反映小区的负载情况和用户距离基站的远近，所以采用面向连接的多速率自适应语音控制算法既能够根据小区负载情况调整AMR模式，以在有资源的时候提供更好的服务，而在资源紧缺的时候降低模式以保证链路的连续性；又能够根据用户距离基站的远近调整AMR模式，以提供尽量大的覆盖性能。
由于对不同的AMR模式设置不同BLER目标值，可以对不同模式提供差异性的服务质量，也更能够保证链路的连续性和系统的容量。
【附图说明】
图1为3GPP TR2 6.975[1]提供的不同模式语音质量随FER的变化曲线图；
图2示出了不同模式语音质量随环境变化的曲线；
图3示出了本发明的发射功率报告机制的原理示意图；
图4是依据发射功率调整AMR模式的方法的流程图；
图5是WCDMA系统中不同AMR模式对发射功率的需求图。
【具体实施方式】
本发明提供的方法是一种面向连接的语音模式控制算法，能够根据用户的功率情况自适应地调整用户语音业务的模式，使用户语音业务的模式能够根据用户距离基站的远近自适应地进行调整，也能够根据小区的负载状态进行模式的转变。
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。
1、根据发射功率调整AMR模式的算法
无线通讯系统中，由于功率控制的作用，使得在保证语音质量时发射功率大小反映了系统和业务连接的状况，如小区负载情况及传播环境下的路径损耗情况等。当系统负载越大，则空中干扰越大，为了达到一定的信噪比，则各用户的发射功率需要越大，反过来也一样。当系统传播条件改变，或者用户离基站比较远，到了小区的边缘时，路径损耗会增加，从而移动台需要的发射功率也增加。而且对每个用户，当发送功率降低时，会直接影响接收信号的信噪比，从而影响接收数据的误码率，进而影响语音业务的质量。
由于发射功率很好地反映了空中接口负载以及当前连接状况，所以在进行AMR模式控制时，可以选用发射功率作为调整AMR模式所需的反馈信息。对上行AMR模式控制，测量移动台载波发射功率，对下行AMR模式控制，则是测量基站(第三代蜂窝系统的Node B)的码发射功率。当发射功率越过门限值时事件触发测量报告。AMR控制器就可以根据报告的内容对AMR模式进行调整。
图3示出了本发明的发射功率报告机制的原理示意图。图中为发射功率设置了两套门限，即上门限和下门限，在图中分别用1系列和2系列标识。每系列门限中包含两个门限：A和B，分别用于检查进入功率受限状态(或者功率不受限状态)和退出功率受限状态(或者功率不受限状态)。报告机制具体是：当发射功率从下往上穿越了上门限6A1门限，则报告6A1事件；当发射功率从上往下穿越了上门限6B1门限，则报告6B1事件；当发射功率从上往下穿越了下门限6B2门限，则报告6B2事件；当发射功率从下往上穿越了下门限6A2门限，则报告6A2事件。
门限的设置可以通过链路的最大发射功率减去相对门限的方法来得到。
依据发射功率来调整AMR模式的具体方法是：
当收到6A1事件报告，表示发射功率比较高，具体对应的环境可能是小区的负载已经处于比较高的状态，或者用户已远离基站，当前的AMR模式可能不能继续被支持，为了保持用户业务的连续性，或者减轻小区的负载，则判决需要将当前用户的AMR模式降低。如果用户的AMR模式降低一次之后，仍然没有收到6B1事件，则以一定周期再次降低AMR模式，直到AMR模式降为最低模式，或者收到6B1事件或者6B2事件报告才停止周期降低模式的处理。
当收到6B2事件报告，表示当前的发射功率水平比较低，具体对应的环境可能是系统负载比较低，或者用户距离基站比较近，还有多余的功率资源可用，那么就判决可以升高用户当前的AMR模式，以提供更好的语音服务质量。当用户的AMR模式升高一次之后，在一定时间内没有收到6A2事件，则可以以一定周期再次升高用户的AMR模式，直到用户的AMR模式达到最高模式，或者收到6A2事件或者6A1事件报告才停止周期性升高模式的处理。
当收到6B1或者6A2事件，说明发射功率从受到限制或者比较富余的状态中出来，具体的处理需要视该事件报告之前的状态而定：
●当语音模式处于周期性向上调整时，如果收到6A2事件报告则停止调整AMR模式的处理，并进入正常状态，如果收到6B1事件则不处理；
●当语音模式处于周期性向下调整时，如果收到6B1事件则停止周期调整AMR模式的处理，并进入正常状态，如果收到6A2事件则不处理；
当语音模式没有处于周期性调整状态时，如果收到6B1事件或者6A2事件则都不处理。
图4是依据发射功率调整AMR模式的方法的流程图。
首先，编码话音并建立通信链路，以建立话音义务；
然后，建立链路发射功率测量控制，以测量所述通信链路的信号功率；
判断测量的信号功率是否大于预定的第一门限；如果大于，为图中的6A1事件，户终止其他状态，进入周期性向下调整AMR模式的状态，降低话音的编码速率；否则，维持原话音的编码速率；
判断所述测量的信号质量参数是否小于预定的第二门限；如果小于，为图中的6B2事件，用户终止其他状态，进入周期性向上调整AMR模式的状态；增加话音的编码速率；否则，维持原话音的编码速率；
其中，所述第一门限大于所述第二门限；
如果发现信号发射功率小于预定的第三门限，为图中的6B1事件，如果在降低话音的编码速率的过程中，停止降低话音的编码速率，终止周期性向下调整AMR模式的状态，进入正常状态。
如果发现信号的发射功率大于预定的第四门限，为图中的6A2事件，如果在增加话音的编码速率的过程中，终止周期性向上调整AMR模式的状态，进入正常状态，停止增加话音的编码速率。
在实施例中，描绘为根据事件测量功率，实际上也可以周期测量功率。
无线通讯系统中，对上行链路测量移动台的发射功率，作为上行AMR模式调整的触发因素，对下行测量下行链路发射功率，作为AMR模式调整的触发因素，因此上下行的AMR模式控制是不对称的，这意味着在语音通讯中上行和下行可以采用不同AMR模式。
2、AMR模式服务质量的设置
根据AMR语音质量与传播环境的关系，在不同的环境下，质量最高的模式会发生改变，具体请参见图2。最理想的AMR模式调整方式是根据AMR语音质量与传播环境的关系，找到最优质量对应的模式发生改变所对应的C/I点，在具体的模式调整过程中对实际的C/I进行测量，然后配置最优的AMR质量对应的模式。但是这种方式精确性难以保证，实际操作也有困难。在本算法中为了配合依据发射功率调整AMR模式的算法，我们依据高模式提供更好的服务，低模式提供较低的服务的原则对AMR模式服务质量进行设置。
在相同的传播环境下，即相同BLER情况下，高模式的质量高于低模式，所以我们为高模式配置不大于低模式的BLER目标值，为低模式配置不低于高模式的BLER目标值，在无线通讯系统功率控制的作用下，高模式和低模式的语音质量就能够有所差别，以提供在不同环境下(比如：负载情况、距离基站远近情况)差异化的服务质量。另外，由于高模式的BLER目标值不高于低模式的BLER目标值，就能够保证低模式对发射功率的需求低于高模式，这样也有利于依据发射功率来调整AMR模式以保证链路的连续性以及系统的容量。
虽然在本发明的实施例中，对发射功率的报告采用事件报告的方式，应该知道，对发射功率的报告可以不采用事件报告的方式，采用周期性的报告方式，通过每次将报告的功率值和门限进行比较，进而判决是否升高或者降低AMR模式。
虽然在本发明的实施例中，为发射功率总共设置了4个门限，应该知道，也可以只设置两个门限，即一个上门限和一个下门限，在发射功率超过上门限时就进行降低AMR模式的处理，而在发射功率低于下门限时进行升高AMR模式的处理。
另外，每次升高或者降低AMR模式的级数可以有多种，比如：每次升高或者降低一级模式或者多级模式，可以视需要而定，如，可以设定一个门限，如果小于门限，每次升高或者降低一级，如果大于门限，每次升高或者降低预定级。还可以根据区间确定。
在本发明的实施例中，对用户距离基站的远近判决，是以发射功率与门限的比较来判断的，也可以通过移动台测量CPICH RSCP(导频信道接收功率)来判断，在CPICH RSCP低于下门限时进行降低AMR模式的处理，而在CPICH RSCP高于上门限时进行升高AMR模式的处理。
本发明中，在移动通信系统的自适应多速率编码的装置，包括：可变速率话音编码器，用于根据通信链路的信号质量编码话音；收发信道，用于建立所述通信链路；测量装置，用于测量所述通信链路的信号质量参数；判断装置，用于判断所述测量的信号质量参数是否大于预定的第一门限和小于预定的第二门限；控制装置，用于根据判断结果的不同，分别降低话音的编码速率；或维持原话音的编码速率；或增加话音的编码速率。
图5是WCDMA系统中不同AMR模式对发射功率的需求图。这是在实验WCDMA系统中，在相同的地点和环境下测试不同AMR模式下语音业务对发射功率的需求。图中，横轴表示AMR语音的模式，纵轴代表各模式所需要的发射功率。从图中可以看到，在低模式阶段对发射功率的需求有些波动，但是曲线变化的趋势是随着模式的增高，对发射功率的需求也越大。可以说明，在基站总的发射功率一定时，系统可以容纳更多的低模式语音用户，可以增加接入用户数目。
在实验中，分别设置最大发射功率为-20dbm、-10dbm、0dbm、3dbm，测试语音业务在不同模式情况下所能够达到的覆盖范围，见下表：
通过这些实验结果可以看出，低模式能够带来更大的覆盖增益。
在本发明中，利用了用户业务的发射功率测量值能够反映小区的负载情况和用户距离基站的远近这个结果，采用面向连接的多速率自适应语音控制算法既能够根据小区负载情况调整AMR模式，以在有资源的时候提供更好的服务，而在资源紧缺的时候降低模式以保证链路的连续性；又能够根据用户距离基站的远近调整AMR模式，以提供尽量大的覆盖性能。
由于对不同的AMR模式设置不同BLER目标值，可以对不同模式提供差异性的服务质量，也更能够保证链路的连续性。
本发明也给无线通讯运用商提供了均衡业务服务质量和扩大系统容量的选择。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，例如，虽然在说明书中，主要以CDMA系统描述本发明，本领域技术人员知道，本发明可以用于包括GSM系统和PCS系统的TDMA系统甚至FDMA系统，因此，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。