一種amr算法參數設置的自適應優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種AMR算法參數設置的自適應優化方法，屬于無線通信【技術領域】。在建立通話前獲取所用信道的C/I，C/I是指接收機接收到的載波信號與干擾信號的平均功率的比值，根據此C/I大小，決定信道的初始編碼率，并且通過偵測信道的C/I，實時調整此次通話所使用的AMR的遲滯值大小。這種調整的方法不同于以前僅憑經驗的設定，而是針對不同的通話環境提供不同的切換參數非全部使用相同參數，使每個用戶都能獲得適宜自己的通話環境，更加適用于現網環境。同時，對初始編碼速率的優化調整使得信道建立時可以使編碼速率處在最佳狀態，不會出現建立后的立刻切換甚至是連續多次切換。
【專利說明】—種AMR算法參數設置的自適應優化方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種自適應的AMR通信參數設置的優化方法，具體涉及一種能夠通過測量信道C/I，優化初始編碼速率與遲滯值的自適應參數修正方法，屬于無線通信【技術領域】。
【背景技術】:
[0002]AMR (自適應多碼率語音編解碼，Adaptive Mult1-Rate Speech Codec, AMR)是歐洲電信標準化協會(European Telecommunications Standards Institute, ETSX)下屬的特殊移動組 11 (Special Mobile Group 11，SMG11)為全球移動通信系統(Global Systemfor Mobile Communications, GSM)所定制的語音編解碼標準,其目的是在半速率信道容量的情況下提升有線語音編解碼質量。
[0003]過去GSM語音編碼主要是以全速率、半速率或增強全速率為主，它們的共同特點在于都采用了固定速率和確定的錯誤保護級別，而AMR的語音編碼方式提供了一種自適應的解決方式來跟蹤快速變化的無線信道環境和本地流量情況，根據當前的無線信道和需要傳遞的信息量的情況確定錯誤保護級別。它選擇最佳信道和編碼模式的組合，使語音質量和系統容量完美結合。針對不同信道狀況自適應使用相適應的語音編碼、信道編碼組合，在較差的信道情況下使用魯棒性較好的編碼組合，在較好的信道情況下使用語音質量較好的編碼組合。這樣，原來無法接入的用戶可以接入網絡，而無線信道狀況較好的用戶可以提高話音質量。從整個系統來說，話音質量和系統容量都能獲得提高。
[0004]雖然AMR技術已經提出了許多年時間，但在國內GSM系統現網中的應用尚處于起步階段。國內各個運營商對于AMR算法在GSM網絡中的應用也僅僅局限于對AMR不同參數的調整，并沒有一套成熟的應用經驗和網絡優化策略，沒有建立基于AMR的GSM網絡優化體系模型，不利于對AMR技術的深入應用和潛力挖掘。
[0005]對現網中的某個基站控制器(Base Station Controller, BSC)局做AMR功能的開啟，首先要在移動交換中心(Mobile Switching Center,MSC)中定義相應的數據(傳統方法中參數為固定值)，對于少數老終端用戶不支持AMR功能的，仍可使用原來的普通全速率和半速率功能。AMR功能的實現過程是，通過基站向其所服務的所有手機發送AMR編碼模式激活集(AMR Codec Set, ACS)判決門限，在一定時間間隔(40ms)內，基站與手機的信道統計模塊分別統計無線鏈路的信噪比，將統計結果與判決門限進行比較，并將比較結果通知相應的控制模塊(Control Module，CM)，CM根據比較結果從ACS中選擇所使用的各自CM。上行信道由基站進行統計，并將判決結果以命令形式通知手機終端；下行信道由終端進行統計，并將判決結果以請求形式通知基站。
[0006]目前業界對于鏈路級參數的優化還沒有研究，主要的AMR優化集中在ACS集合在不同信道下的選擇以及發生小區及切換時，對于初始速率的選擇問題上，而沒有做過對于信道參數(門限、遲滯、初始編碼速率)設置的優化。在現有的系統中使用AMR語音編解碼方式時，用戶的AMR初始速率與遲滯值都是通過信道信令獲得的，而信道信令指示的初始速率與遲滯值為后臺參數固定配置，無法根據用戶所處的不同信道環境進行修正，這樣就會造成連接建立時產生非必要的速率切換，甚至是多次連續切換。附圖1所示為AMR的門限、遲滯圖，ACS定義了通話時了 AMR速率調整可用的編碼模式集合，這個集合包含4個編碼模式依次為最低級編碼速率、次低級編碼速率、次高級編碼速率以及最高級編碼速率，即:C0DEC_M0DE_1、C0DEC_M0DE_2、C0DEC_M0DE_3、C0DEC_M0DE_4 ；3 個遲滯值:HYST_1、HYST_2、HYST_3以及3個門限值:THR_1、THR_2、THR_3。已知語音編碼模式轉換的判決依據是與ACS中1-4個編碼模式對應的1-3個門限值(THR_l-3)和遲滯值，假設當前編碼模式為CODEC_M0DE_3,當 C/I 大于(THR_3+HYST_3)時調整到 C0DEC_M0DE_4，當 C/Ι 小于 THR_2 時調整到C0DEC_M0DE_2。若信道環境適宜C0DEC_M0DE_1進行通信，然而根據3GPP協議規定，初始速率應定為C0DEC_M0DE_3，那么在通話建立時就會連續發生兩次切換，增加掉話率，嚴重影響通話質量。另外，在連接建立后由于遲滯設置為某一固定參數，沒有對其進行自適應修正，導致速率切換被推遲或提前，這種情況會影響語音的質量，用客觀的語音平均主觀評分儀器測試評分也較低。

【發明內容】
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[0007]為解決上述問題，本發明提出一種自適應多碼率語音編解碼(AdaptiveMult1-Rate Speech Codec，AMR)算法參數設置的自適應優化方法，通過測量信道的C/I(Carrier/Interference),優化初始編碼速率與遲滯值的自適應參數修正，即在建立通話前獲取所用信道載干比(Carrier/Interference, C/I),根據此C/I大小，決定信道所用的初始編碼速率，并且通過偵測信道的C/Ι實時調整此次通話所使用的AMR的遲滯值大小。該方法可以針對不同的通話環境提供不同的切換參數，使每個用戶都能獲得適合自己的通話環境，更加適用于現網環境。
[0008]為了實現上述目的，本發明的技術方案所述AMR算法參數設置的自適應優化方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1，基站在建立通話過程前獲取通話所用信道的載干比。
[0010]在用戶進行通話之前，首先建立通信鏈路，在基站通知用戶轉入傳輸信道(Transfer Channel, TCH信道)之前，基站先通過監測獲取此TCH信道的載干比C/I，即接收機接收到的載波信號與干擾信號的平均功率的比值，方法是:基站對該用戶發送立即指配命令，該用戶反饋一幀測試幀，基站根據接收到的測試幀對TCH信道進行信道估計以確定上行信道載干比C/I ；
[0011]步驟2，基站獲得上行信道載干比C/Ι后反饋一確認幀，通知用戶需設置的初始編碼速率大小；
[0012]所述初始編碼速率的獲得方法是:找到使得該上行信道載干比C/Ι值所對應的M0S值(Mean Opinion Score，平均意見得分)最大時的編碼速率并將其設置為此信道建立通話的初始編碼速率(Initial Coding Mode, ICM),即，在保證用戶體驗M0S分的前提下選擇最大的編碼速率；若在該上行信道載干比C/Ι下，M0S值最大時對應兩個或兩個以上編碼速率，則應選取其中的最低速率作為初始編碼速率使用；
[0013]作為優選的方案,所述找到使得該上行信道載干比C/Ι值所對應的M0S值(MeanOpinion Score，平均意見得分)最大時的編碼速率并將其設置為此信道建立通話的初始編碼速率(Initial Coding Mode, ICM)的方法是:建立基站在不同的AMR編碼速率下載干比C/Ι與M0S的相關性曲線，其橫坐標是載干比C/Ι的取值，縱坐標是不同載干比C/Ι下的M0S分值，在該曲線上找到使得該上行信道載干比C/Ι值所對應的M0S值(Mean OpinionScore，平均意見得分)最大時的編碼速率并將其設置為此信道建立通話的初始編碼速率；
[0014]不同的AMR編碼速率下載干比C/Ι與M0S的相關性曲線圖反應了在不同編碼速率下C/Ι與M0S的關系。
[0015]基站所用的在不同的AMR編碼速率下載干比C/Ι與M0S的相關性曲線獲得方法有三種，一是根據3GPP TS 26.975協議規定，二是根據現網中采集的語音數據分析得到，三是通過仿真不同編碼速率下C/Ι與M0S的關系分析獲得。
[0016]此外，需要說明的是，所述基站獲得上行信道載干比C/Ι后反饋一確認幀通知用戶需設置的初始編碼速率大小的同時，該用戶通過基站發送的確認幀獲得下行信道載干比c/Ι并反饋給基站，用于下行編碼速率的選擇(注釋:因為上下行信道狀況可能不同，所以編碼速率會不同)，為簡要起見，本專利描述單向鏈路即用戶到基站的過程，所以沒有用到下行信道的C/I，上下行的計算過程是一致的。
[0017]步驟3，在通話過程中，基站和用戶將一直監測信道的C/I，并統計一段時間內上行信道載干比c/Ι的均值(時間段的長短可由基站配置，可以根據運營商的選擇進行調整，可以固定為相同長度)，基站根據均值大小對AMR編碼速率判決的遲滯值進行微調，即應增大此編碼速率上方的遲滯，或減小此編碼速率下方的遲滯:
[0018]若偵測到的C/Ι均值比上一個時間段內的C/Ι均值低，應加大遲滯值的設置以降低用戶的信源編碼速率，以保證其信道編碼速率始終處于較高狀態，能夠更好地對抗信道干擾；
[0019]若偵測到的C/Ι均值比上一個時間段內的C/Ι均值高，則應減小遲滯值的設置，以保證通信能夠維持在一個信源編碼速率較高的狀態，能夠更好地傳輸信息。
[0020]所述遲滯值是指圖1的AMR編碼速率判決的遲滯值，即在原來的速率切換門限上加了 一個遲滯，用于防止切換的乒乓效應。
[0021]對比現有技術，本發明的有益效果在于，本發明提出的自適應參數修正方法在建立通話前獲取所用信道的C/I，C/Ι是指接收機接收到的載波信號與干擾信號的平均功率的比值，根據此c/Ι大小，決定信道的初始編碼率，并且通過偵測信道的C/I，實時調整此次通話所使用的AMR的遲滯值大小。這種調整的方法不同于以前僅憑經驗的設定，而是針對不同的通話環境提供不同的切換參數非全部使用相同參數，使每個用戶都能獲得適宜自己的通話環境，更加適用于現網環境。同時，對初始編碼速率的優化調整使得信道建立時可以使編碼速率處在最佳狀態，不會出現建立后的立刻切換甚至是連續多次切換。
[0022]在傳統的AMR方案中，門限、遲滯與初始位置都是直接由基站配置，設為固定參數，無法根據用戶所處的不同信道環境進行修正，這樣就會造成連接建立時產生非必要的速率切換，甚至是多次連續切換，而在連接建立后又會因為遲滯設置問題導致速率切換被推遲或提前，這種情況會影響語音的質量，用客觀的語音平均主觀評分儀器測試評分也較低。本發明提供的技術可以使不同環境下的用戶都得到信道優化，使用適合參數，同時會隨著時間變化實時調整參數值，使得信道一直處于適宜狀態。【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1AMR判決的門限與遲滯；
[0024]圖2GSM系統通信信道建立流程圖；
[0025]圖3自適應全速率的ACS與M0S相關性曲線圖；
[0026]圖4自適應半速率的ACS與M0S相關性曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]為使發明的目的，技術方案及優點更加清晰，下面將以GSM系統為例，并結合附圖對本發明做進一步詳細說明。本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0028]具體內容如下:
[0029]步驟1，首先在建立通話過程前，基站通過用戶反饋的測試幀獲取此次通話使用的通信信道的上行信道載干比。具體方法如下:
[0030]GSM系統通信信道建立的流程如附圖2所示，為簡要起見，本發明僅說明某一用戶(如用戶A)與基站之間的通信鏈路，在通信建立階段，用戶通過隨機接入信道(RandomAccess Channel, RACH)向基站收發臺(Base Transceiver Station, BTS)發送信道請求消息，然后BTS以公共控制信道(Common Control Channel,CCCH)上的允許接入信道(AccessGrant Channel，AGCH)信息來響應，CCCH為移動臺(Mobile Station，MS)制定一個新的信道進行獨立專用控制信道(Stand-Alone Dedicated Control Channel, SDCCH)連接，在SDCCH連接建立后，基站通過SDCCH信道對用戶發送信息幀，告知其定時提前量和發射器功率，并通過慢隨路控制信道(Slow Associated Control Channel, SACCH)發送適當的數據供MS處理，幾秒后，基站經由SDCCH告知MS重新轉入一個具有特定的“絕對無線頻道編號”和時隙數的TCH信道中，當用戶數據幀接到TCH信道時，語音信號就開始傳輸。所述使用AMR編碼的自適應方法下通信信道建立的方式與圖2所示的傳統方法不同之處在于，本發明所述的自適應方法下，在基站通知移動臺轉入傳輸信道(Transfer Channel, TCH信道)之前,即在基站經由SDCCH告知MS重新轉入一個具有特定的“絕對無線頻道編號”和時隙數的TCH信道之前，基站先通過監測獲取此TCH信道的基本信息C/I，即基站對用戶A發送立即指配命令，用戶A反饋一幀測試幀，基站根據接收到的測試幀對TCH信道進行信道估計以確定上行信道載干比C/I,
[0031]步驟2，基站獲得上行信道載干比C/Ι后反饋一確認幀，通知用戶A需設置的初始編碼速率大小，同時用戶A通過基站發送的確認幀獲得下行信道載干比C/Ι并反饋給基站。
[0032]所述初始編碼速率的獲得方法是:基站測量當前用戶與基站間上行信道的質量(C/Ι)后，通過ACS與M0S的相關性曲線確定此C/Ι在此曲線上的位置，并找到該載干比下M0S值最大的傳輸速率將其設置為此信道建立的通話最佳ICM。
[0033]基站所使用的在不同的AMR編碼速率下載干比C/Ι與M0S的相關性曲線如圖3、4所示，其中圖3為AMR全速率下的曲線圖，AMR全速率包含8種編碼速率從4.75kb/s到12.2kb/s，EFR(Ehanced Full Rate,增強型全速率)對應的速率為12kb/s。圖4為AMR半速率下的曲線圖，AMR半速率包含6種編碼速率從4.75kb/s到7.95kb/s，FR(Full Rate,全速率)的速率為13kb/s，HR(Half Rate,半速率)的速率為6.5kb/s。[0034]如圖3所示，假設C/I為8dB時，可得傳輸速率7.95kbit/s對應的MOS值最大，則在此信道建立的通話最佳初始編碼速率(Initial Coding Mode，ICM)等于7.95kbit/s。
[0035]根據ACS與MOS的相關性曲線(AMR曲線)，可以選擇各個傳輸速率下M0S曲線的交點位置作為初始編碼速率的分界點，當基站偵測到的信道載干比值處于相鄰兩分界點的區間段上時，即使用此區間在ACS與M0S相關性曲線上M0S分值最大時所對應的編碼速率作為初始編碼速率，若偵測信號恰好處于分界點位置，為保險起見，應選取分界點處M0S值所對應的低速率作為初始速率使用，即C/Ι值恰好落于M0S線交點的情況下選擇傳輸速率較低的一條。
[0036]如圖3所示，12.2kbit/s速率的M0S值曲線與7.95kbit/s速率的MOS值曲線交于C/I=12dB處，若偵測到的信道載干比恰好為12dB，則此時優先保證信號傳輸能夠抵抗信道干擾，即初始編碼速率ICM=7.95kbit/s。
[0037]步驟3，在通話過程中，基站和用戶將一直監測上行信道的C/I，并統計一段時間內的載干比C/Ι的均值(時間的長短可由基站配置)，基站根據均值大小對遲滯值進行微調，即應增大此編碼速率上方的遲滯，或減小此編碼速率下方的遲滯。所述的遲滯值是指ACS集合中遲滯值HYST_1、HYST_2、HYST_3, ACS集合是AMR編碼模式激活集。ACS定義了通話時了 AMR速率調整可用的編碼模式集合，這個集合包含4個編碼模式依次為最低級編碼速率、次低級編碼速率、次高級編碼速率以及最高級編碼速率，即:C0DEC_M0DE_1、C0DEC_M0DE_2、C0DEC_M0DE_3、C0DEC_M0DE_4 ；3 個遲滯值:HYST_1、HYST_2、HYST_3 以及 3 個門限值:THR_U THR_2、THR_3。例如，我們可以選取10次檢測，即400ms內的C/I，求其均值，則此均值可以反映接下來短時間內的信道水平，那么我們根據當前信道情況調配遲滯值，使下一時段的編碼速率盡可能停留在均值對應的M0S值最高的編碼速率上，這樣每400ms進行一次微調遲滯，可以使M0S值保證盡可能的大。若偵測到的信道C/Ι均值比上一個時間段內的C/Ι均值低，應加大ACS集合中遲滯值HYST_1-HYST_3的設置以降低信源編碼速率，以保證其信道編碼速率始終處于較高狀態，能夠更好地對抗信道干擾；若偵測到的信道C/I均值比上一個時間段內的C/Ι均值高，則應減小遲滯值HYST_1-HYST_3的設置以保證通信能夠維持在一個信源編碼速率較高的狀態，能夠更好地傳輸信息。
[0038]上述遲滯值的修改是通過“遲滯修正值”來完成的，由于ACS集合(AMR編碼模式激活集)默認中包含了 3個初始遲滯值(HYST_1-HYST_3)，設HYST_1_HYST_3初始值為相同參數K (因為該遲滯值是可以進行調整的，故這里為初始值)，對應的遲滯修正值分別為HYSTK_1、HYSTK_2、HYSTK_3，三個遲滯值調制的幅度可以相同也可以不同，則實際使用的遲滯值為HYST_i=HYST_i+HYSTK_i，i=l，2，3。根據不同信道環境，遲滯修正值會發生變化，在設置時為保證信源編碼速率停在載干比均值對應的M0S值最高的編碼速率上，應增大此編碼速率上方的遲滯，或減小此編碼速率下方的遲滯。若偵測信道的在當前的400ms內的載干比均值C/Ι處在次高級編碼速率(即C0DEC_M0DE_3)的M0S值最高的區間，即，
C7 /e[ T U—R2 , / 若上個400ms內信源的編碼速率為C0DEC_4，則為保證編碼速率
維持在次高編碼速率上，則應增大C0DEC_M0DE_3上方的遲滯即HYSTK_3設置為σ，這里σ即為遲滯修正值可根據需求更改；若上個400ms內信源的編碼速率為C0DEC_2，則為保證編碼速率位置在次高編碼速率上，則應減小下方的遲滯，即HYSTK_1、HYSTK_2設置為0。
[0039]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換和替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種AMR算法參數設置的自適應優化方法，其特征在于，包含如下步驟:步驟1，基站在建立通話過程前獲取通話所用信道的載干比:在用戶進行通話之前，首先建立通信鏈路，在基站通知用戶轉入傳輸信道(TransferChannel, TCH信道)之前，基站先通過監測獲取此TCH信道的載干比C/I，即接收機接收到的載波信號與干擾信號的平均功率的比值，方法是:基站對該用戶發送立即指配命令，該用戶反饋一幀測試幀，基站根據接收到的測試幀對TCH信道進行信道估計以確定上行信道載干比 C/I ；步驟2，基站獲得上行信道載干比C/Ι后反饋一確認幀，通知用戶需設置的初始編碼速率大小；所述找到使得該上行信道載干比c/Ι值所對應的MOS值(Mean Opinion Score,平均意見得分)最大時的編碼速率并將其設置為此信道建立通話的初始編碼速率(InitialCoding Mode, I CM),即，在保證用戶體驗MOS分的前提下選擇最大的編碼速率；若在該上行信道載干比C/Ι下，M0S值最大時對應兩個或兩個以上編碼速率，則應選取其中的最低速率作為初始編碼速率使用；步驟3，在通話過程中，基站和用戶將一直監測信道的C/I，并統計一段時間內上行信道載干比C/Ι的均值，基站根據均值大小對AMR編碼速率判決的遲滯值進行微調，即應增大此編碼速率上方的遲滯，或減小此編碼速率下方的遲滯:若偵測到的C/Ι均值比上一個時間段內的C/Ι均值低，應加大遲滯值的設置；若偵測到的C/Ι均值比上一個時間段內的C/Ι均值高，應減小遲滯值的設置。
2.根據權利要求1所述一種AMR算法參數設置的自適應優化方法，其特征在于，步驟2中，所述找到使得該上行信道載干比C/Ι值所對應的M0S值(Mean Opinion Score，平均意見得分)最大時的編碼速率并將其設置為此信道建立通話的初始編碼速率(InitialCoding Mode，ICM)的方法是:建立基站在不同的AMR編碼速率下載干比C/Ι與M0S的相關性曲線，其橫坐標是載干比C/Ι的取值，縱坐標是不同載干比C/Ι下的M0S分值，在該曲線上找到使得該上行信道載干比C/Ι值所對應的M0S值(Mean Opinion Score，平均意見得分)最大時的編碼速率并將其設置為此信道建立通話的初始編碼速率。
3.根據權利要求2所述一種AMR算法參數設置的自適應優化方法，其特征在于，步驟2中，基站所用的在不同的AMR編碼速率下載干比C/Ι與M0S的相關性曲線獲得方法有三種，一是根據3GPP TS 26.975協議規定，二是根據現網中采集的語音數據分析得到，三是通過仿真不同編碼速率下C/Ι與M0S的關系分析獲得。
4.根據權利要求1所述一種AMR算法參數設置的自適應優化方法，其特征在于，步驟3中統計一段時間內上行信道載干比C/Ι的均值，所述時間段的長短由基站配置，每個時間段為相同長度。
5.根據權利要求1所述一種AMR算法參數設置的自適應優化方法，其特征在于，步驟3中，所述的遲滯值是指ACS集合中遲滯值HYST_1、HYST_2、HYST_3, ACS集合是AMR編碼模式激活集。
【文檔編號】H04W36/00GK103686792SQ201310707022
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】費澤松, 苑婷婷, 李文智, 哈楠, 任雨樵, 邢成文 申請人:北京理工大學