技术领域
[0001] 本
申请要求2009年4月30日提交的标题为“Integrated VAMOS Power Control and AMR Link Adaptation”的美国临时申请No.61/174039的优先权益，通过引用将其内容结合到本文中。
[0002] 本
发明涉及无线电电信系统。非限制性地更具体来说，本发明针对用于提高无线电电信系统中语音
质量的设备和方法。
背景技术
[0003] 全球移动通信系统(GSM)网络因人口密集城市的新兴市场的移动话音服务的增加需求和有限无线电谱而迅速扩大。为了实现这个方面，
电路交换话音信道的现有谱必须携带附加话音业务。运营商极为关注的是在保持可接受话音质量的同时携带这个增加的话音业务。
[0004] 为了增加话音容量，当前在GSM EDGE无线电接入网(GERAN)中正对称作基于单时隙的自适应多用户信道的话音服务(VAMOS)的新GSM特征进行标准化，以便将处于语音模式的两个移动终端复用到使用相同时隙和载波
频率的相同业务信道(TCH)。按照传统，不同用户的语音
信号在不同时隙中传送。语音有效
载荷位经过信道编码，映射到突发，使用GMSK来调制，旋转π/2，采用传输(TX)脉冲来滤波，并且被传送。但是，VAMOS通过使用自适应四相
星座(quaternary constellation)来组合两个突发映射的已编码语音数据流。为了生成一个这种符号，来自第一流的一个位映射到最高有效位(MSB)，而来自第二信号的一个位映射到最低有效位(LSB)。这些所谓的“双位”映射到星座的符号。这个过程重复进行，直到已经使用两个流的全部位。所产生的符号逐渐旋转π/2，采用TX脉冲来滤波，然后被传送。
[0005] 两个同TCH移动台中的每个移动台使用其训练序列来提取它自己的信号。两个移动台的训练序列必须呈现低互相关和良好自相关，并且优选地是
正交的。由于一个用户的信号干扰另一个用户的信号，所以移动接收器的干扰消除能
力是极合乎需要的。有利的是，两个用户中的至少一个用户具有单天线干扰消除(SAIC)能力。通过SAIC，移动台要求较低载波干扰(C/I)比用于对所接收信号正确解码。这使基站能够将附加功率分配给可能需要更大功率以便继续停留在信道上的另一个移动台。
[0006] 分配给两个同TCH用户的子信道传输功率必须得到仔细控制，特别是在下行链路。但是，移动台无法向基站发送最近的下行链路质量信息，因为GSM系统中不存在快速控制信道。已经提出使用RXQUAL来控制子信道功率
不平衡比(SCPIR)。RXQUAL是根据每480ms所计算的平均误位率(BER)来确定的信号质量等级。移动台每480ms向基站发送作为其测量报告的组成部分的RXQUAL。
发明内容
[0007] 由于两个同TCH用户的快速变化的信道条件以及由于缺乏两个用户的最近下行链路质量信息，与有效VAMOS操作有关的一个难题是快速准确地控制分配给两个同TCH用户的子信道传输功率，特别是在下行链路。用于子信道传输功率控制的现有方法尝试单独控制子信道传输功率和编
解码器模式自适应。但是，这些方法都不够迅速以适合两个同TCH用户的不同的快速变化无线电条件。由于在基站缺乏准确的和最新的下行链路质量信息，移动台向基站发送RXQUAL测量报告的速率(每480ms)对于准确子信道特定功率控制过慢。另外，基站无法基于RXQUAL来确定当前语音质量，因为相同RXQUAL等级能够对应于极为不同的
帧擦除速率(FER)，FER最终确定语音质量。诸如误位概率(BEP)之类的所有其它下行链路质量量度具有与RXQUAL相同的问题。
[0008] 本发明的一个
实施例通过对同TCH用户综合子信道功率控制和自适应多速率(AMR)链路自适应来实现准确且及时的子信道传输功率控制。本发明联合控制两个同TCH用户的编解码器模式和所接收信号功率等级，以便使给定总发射功率之内的两个用户的语音质量为最高。
[0009] 如以下示范实施例中所述，本发明通过利用由移动台通过带宽有效AMR带内信令信道更加频繁发送的AMR编解码器模式
请求，来提供VAMOS子信道功率控制的增加
精度。基站能够更频繁地应用所请求编解码器模式，估计同TCH移动台处的语音质量，并且调整移动台之间的功率分配。这提供增加的话音容量、提高的话音质量以及对所分配传输功率的更有效使用。通过将现有AMR带内信令用于VAMOS子信道功率控制而无需引入新信令信道，本发明降低实现成本，并且缩短VAMOS的部署时间。在现有移动台中不需要变化以支持本发明的联合功率和AMR控制。
[0010] 因此，在一个实施例中，本发明针对一种在基站中用于联合控制无线电电信系统中共享相同频率和时隙的第一移动台和第二移动台的子信道传输功率和所指配编解码器模式的方法。该方法包括下列步骤：接收来自第一移动台的编解码器模式请求以及来自第二移动台的编解码器模式请求，各请求请求用于对将来下行链路传输进行信道编码的编解码器模式；将所请求编解码器模式与第一移动台和第二移动台当前所遇到的所估计语音质量等级关联；以及基于与所请求编解码器模式关联的所估计语音质量等级来向第一移动台和第二移动台分配子信道传输功率和指配编解码器模式。
[0011] 在另一个实施例中，该方法包括下列步骤：向第一移动台和第二移动台分配子信道传输功率的初始部分并且向第一移动台和第二移动台指配初始编解码器模式；向第一移动台和第二移动台传送语音帧；从第一移动台和第二移动台接收所测量语音质量指示；以及由基站基于所测量语音质量指示来确定第一移动台和第二移动台的新编解码器模式和子信道传输功率的新分配。该方法还包括随后从第一移动台和第二移动台接收编解码器模式请求；以及在接收到编解码器模式请求时，基于各移动台的所请求编解码器模式来确定第一移动台和第二移动台的已更新语音质量估计。然后，基站确定已更新语音质量估计在第一移动台和第二移动台处是否为可接受并且为平衡的。在确定已更新语音质量估计是可接受并且是平衡时，基站将所请求编解码器模式应用于下一个语音帧，同时保持发射器功率的初始分配。在确定已更新语音质量估计在移动台之一处是不可接受的或者是不平衡时，基站将所请求编解码器模式应用于下一个传输，并且将发射器功率分配从具有较好语音质量的移动台转移到具有较差语音质量的移动台。
[0012] 在另一个实施例中，本发明针对一种在基站中用于联合控制无线电电信系统中共享相同频率和时隙的第一移动台和第二移动台的子信道传输功率和所指配编解码器模式的设备。该设备包括：接收器，用于接收来自第一移动台的编解码器模式请求以及来自第二移动台的编解码器模式请求，各请求请求用于对将来下行链路传输进行信道编码的编解码器模式；用于将所请求编解码器模式与第一移动台和第二移动台当前所遇到的所估计语音质量等级关联的部件；以及用于基于与所请求编解码器模式关联的所估计语音质量等级来向第一移动台和第二移动台分配子信道传输功率和指配编解码器模式的部件。
附图说明
[0013] 在以下小节中，将参照通过附图所示的示范实施例来描述本发明，附图包括：
[0014] 图1是基于单时隙的自适应多用户信道的话音服务(VAMOS)系统的简化
框图；
[0015] 图2是按照本发明的理论所
修改的基站的一个示范实施例的简化框图；
[0016] 图3是示出按照本发明的理论的示范有效代码集(ACS)及用于编解码器模式切换的关联C/I
阈值的说明图；
[0017] 图4是示出按照本发明的理论、基于AMR模式请求的动态子信道功率控制的时序图；以及
[0018] 图5是示出本发明的方法的一个示范实施例的步骤的
流程图。
具体实施方式
[0019] 由于VAMOS操作中的两个同TCH用户的不同且变化的无线电条件(即，路径损耗、衰落和干扰等级)，基站准确地控制子信道功率不平衡比(SCPIR)以保持两个用户的话音质量是关键的。SCPIR定义为：
[0020] SCPIR＝10log10(P1/P2)
[0021] 其中，P1和P2是向两个用户分配的功率，并且P1+P2＝P，其中P是分配给两个同TCH用户的总发射功率。
[0022] 在3GPP TR 45.914“Circuit Switched Voice Capacity Evolution for GSM/EDGE Radio Acces s Network”(v.1.0.2(2009年1月)中对VAMOS已经提出若干备选下行链路调制技术，包括正交子信道(OSC)和α-QPSK。通过OSC，能够通过选择用于EDGE的现有8PSK星座的不同子集，来改变SCPIR。通过α-QPSK，能够通过调整α值来连续改变SCPIR。调制符号按下式与α相关：
[0023]
[0024]
[0025] SCPIR与α之间的关系为：
[0026]
[0027] 应当注意，本公开将α-QPSK调制用于进行说明目的，所提出的方法而是也可适用于OSC和任何其它VAMOS调制方案。
[0028] 如上所述，本发明的一个实施例通过综合子信道功率控制和AMR链路自适应，来准确地控制分配给两个同TCH用户的传输功率。AMR解决其中使用包括GSM全速率(FR)、增强FR(EFR)和半速率(HR)语音编解码器的固定速率语音编解码器来传送
语音信号的GSM传输中遇到的问题。FR编解码器向信道
编码器传递13kbps的固定源位率，信道编码器对源信息添加固定量的冗余用于错误防护。总位率为22.8kbps的信道编码器输出通过无线电
接口传送。但是，固定速率编解码器是低效的。固定信道编码
冗余度在极好信道条件下是浪费，并且在极差信道条件下不是健壮的。
[0029] AMR编解码器通过使源编码率和信道编码率适合变化的信道条件，来克服这个问题。AMR提供多个编解码器模式，并且各模式具有不同的源/信道编码率。在本公开中，GSM自适应全速率语音(AFS)编解码器用于进行说明，所提出的方法而是也可适用于其它类的AMR编解码器，其中包括自适应半速率语音编解码器(AHS)、宽带全速率语音编解码器(WFS)和宽带半速率语音编解码器(WHS)。
[0030] GSM AFS编解码器包括从0编号至7的八个模式。AFS4.75模式具有最低源速率(即，4.75kbps)和最低本征语音质量，但提供最健壮编码。AFS12.2模式具有最高源速率(即，12.2 kbps)，但具有最不健壮编码。AFS12.2因较高源速率而具有最佳本征话音质量，但是仅在良好无线电条件下。在极差条件下，AFS4.75因强编码而具有最佳话音质量。
[0031] 对于AMR下行链路自适应，移动台选择对于当前无线电条件是最佳的编解码器模式，并且每40ms向基站发送编解码器模式请求。移动台估计每一个所接收突发的C/I，对C/I进行滤波，并且将经滤波C/I与一组阈值进行比较，以便选择编解码器模式。阈值能够预先定义或者适应当前无线电条件。下面在图3中示出示例阈值。基站能够准予或忽略模式请求。基站向移动台发送模式命令和模式指示，从而指示实际应用哪一个模式。模式请求和指示的信令必须是快的。但是，GSM中不存在充分快的信令信道。因此，带内、即连同语音有效载荷一起发信号通知模式请求和指示。
[0032] 为了降低带内信令所使用的带宽，一个上行链路帧(20ms)包含请求用于将来帧的编解码器模式的编解码器模式请求，并且下一个上行链路帧(20ms)包含指示用于当前帧的编解码器模式的模式指示。类似地，一个下行链路帧包含基站的模式命令，并且下一个下行链路帧包含模式指示。移动台和基站均知道所接收帧是包含模式请求还是指示。与语音有效载荷分开地对模式请求和指示进行信道编码。在对包含模式指示的语音帧进行解码之前，接收器必须在对语音有效载荷进行解码之前首先对模式指示进行解码。
[0033] 需要三个位来发信号通知关于请求或应用八个AFS编解码器模式中的哪一个。为了使信令开销为最小，利用包含多达四个不同编解码器模式的预定义有效代码集(ACS)。移动台只能在ACS中的模式之间进行切换。ACS的使用将信令位的数量从三个位减少到两个位，而无需包括用来保护信令位的奇偶校验位。
[0034] 移动台通过估计均衡器的输入处的C/I，并且将C/I估计与一组预定义阈值进行比较，来选择最佳编解码器模式。两个阈值、即上阈值和下阈值用于在两个相邻模式之间进行切换。如果C/I估计超过上阈值，则选择较不健壮的模式。如果C/I估计低于下阈值，则选择更健壮的模式。
[0035] 子信道功率控制必须准确且迅速，以便适合两个同TCH用户的快速变化信道条件。否则，一个用户可能具有差话音质量，而另一个用户具有不必要的高C/I。所提出的现有解决方案用于基站基于来自移动台的测量报告中包含的所接收质量(RXQUAL)指示来执行子信道功率控制。但是，对于这种方式存在若干问题。首先，移动台每480ms发送测量报告，这对子信道功率控制过慢。其次，作为对过去测量周期的平均原始误位率(BER)估计的RXQUAL仅量
化成八个等级，这是过少的。第三，如果一个用户遇到快速衰落，而另一个用户遇到慢速衰落，则具有极为不同的话音质量的两个同TCH用户可能报告相同RXQUAL值。测量报告或增强测量报告(EMR)中包含的其它下行链路质量量度(例如误码概率(BEP))也遭遇同样的问题。
[0036] 本发明通过将AMR模式请求用于下行链路子信道功率控制，来克服这些问题。AMR模式请求比RXQUAL更加频繁地、即每40ms而不是每480ms发送给基站。另外，AMR模式请求比RXQUAL与当前话音质量更密切相关。通过利用现有AMR带内信令机制，无需引入新的控制信道，并且不存在附加信令开销。另外，本发明对同TCH用户联合执行执行子信道功率控制和AMR链路自适应，因为同TCH用户的最佳SCPIR和编解码器模式密切相关。
[0037] 图1是VAMOS系统10的简化框图。基站(BS)11利用AMR与两个同TCH用户MS112和MS213进行通信。在下行链路，基站向两个同TCH用户传送VAMOS信号14。在上行链路，基站在相同时隙中接收两个信号15、16。每个移动台包括发射器17和接收器18。发射器包括语音编码器19、信道编码器20和GMSK
调制器21。接收器包括解调器22、信道解码器23和语音解码器24。基站包括发射器25、接收器26和控制单元27。这些移动台中的至少一个移动台具有SAIC能力。基站发射器同样包括语音编码器、信道编码器和调制器。基站接收器包括解调器、信道解码器和语音解码器。为了简洁起见，基站发射器和接收器的组件未示出。
[0038] 图2是其中综合了子信道功率控制和AMR链路自适应的本发明的基站30的一个示范实施例的简化框图。MS1 12和MS2 13是支持AMR和SAIC的现有移动台。实现本发明时不要求对移动台的进一步修改。MS1和MS2各在相同时隙每20ms传送语音帧。各帧包括带内模式请求或模式指示。各移动台还使用慢关联控制信道(SACCH)每480ms来传送RXQUAL测量报告或增强测量报告。基站接收器26从移动台接收消息。在解调和信道解码之后，基站接收器向控制单元31转发模式请求和测量报告，控制单元31包括长期语音质量分析器32和子信道特定功率
控制器33。
[0039] 为VAMOS操作选择适当的活动编解码器集(ACS)。ACS应当包括至少一个高速率模式、一个中等速率模式和低速率模式。高速率模式可用于每当两个同TCH用户均具有良好信道条件时使语音质量为最高。低速率模式对于外部干扰和/或两个同TCH用户所引起的互干扰是健壮的，并且因此可在用户之一遇到不良信道条件时使用。中等速率模式可用于当信道条件对各用户是可接受的时平衡两个用户的语音质量。备选地，虽然编解码器模式的最大数量当前设置在四，但是ACS还能够包括用于更精细粒度控制的附加编解码器模式。
[0040] 在呼叫期间，语音质量分析器32连续估计各移动台的语音质量，并且对于各编解码器模式进行。基于在前一个480ms报告时间所接收的测量报告以及最近的编解码器模式请求，语音质量分析器通过基于每个同TCH移动台所请求的编解码器模式推断语音质量的变化，来更新所估计语音质量。例如，如果请求较低、更健壮的编解码器模式，则语音质量分析器推断语音质量已经降级。相反，如果请求较高、较不健壮的编解码器模式，则语音质量分析器推断语音质量已经得到提高。语音质量分析器将已更新语音质量估计与质量极限进行比较。如果语音质量超过该极限，则产生语音质量标志。
[0041] 每40ms，基站接收两个带内模式请求，从每个同TCH移动台接收一个。如果移动台之一的C/I下降到低于一个或多个阈值等级，则该移动台将请求更健壮的模式，如结合图3和图4进一步描述。同样，如果该移动台的C/I增加到高于一个或多个阈值等级，则移动台请求较不健壮的编解码器模式。基于模式请求，子信道特定功率控制器33可改变两个同TCH用户之间的发射功率分配，因而改变SCPIR，以便平衡两个用户的语音质量。
[0042] 在确定每个同TCH用户的编解码器模式和发射功率分配之后，子信道特定功率控制器33向语音编码器和信道编码器36传递MS1的模式指示34和MS2的模式指示35。语音编码器和信道编码器又将语音和信道编码的数据传递给α-QPSK调制器37。另外，子信道特定功率控制器将所计算SCPIR转换成对应α值38，并且将其传递给α-QPSK调制器。经调制的数据则发送给发射器无线电前端，以便传送到MS1和MS2。
[0043] 下列示例示出控制过程。在这个示例中，MS1和MS2均使用具有三个编解码器模式的ACS：模式1(4.75kbps)、模式2(7.95kbps)和模式3(12.2kbps)。
[0044] 图3是示出ACS的三个编解码器模式及用于编解码器模式切换的关联C/I阈值的说明图。在每两个相邻模式之间存在两个阈值，即上阈值和下阈值。如果C/I高于上阈值，则移动台请求从较低速率模式改变到较高速率模式。如果C/I低于下阈值，则发送从较高速率改变到较低速率模式的请求。下阈值与上阈值之间的缓冲区用于降低乒乓效应。
[0045] 作为一个示例，如果移动台的所测量C/I下降到低于阈值T21_L，则移动台请求模式1，即最健壮4.75kbps模式。如果所测量C/I上升到高于T12_H，则移动台请求模式2，即中等7.95kbps模式。如果所测量C/I高于阈值T23_H，则移动台请求模式3，即12.2kbps模式。如果所测量C/I随后下降到低于T23_L但高于T21_L，则移动台请求模式2，即7.95kbps模式。
[0046] 图4是示出本发明的方法的一个示范实施例中基于AMR模式请求的动态子信道功率控制的时序图。在这种示范情况下，各移动台最初分配有50％的总功率(P)，这对应于0dB SCPIR。在第一40ms周期中，MS1发送请求12.2kbps的编解码器模式请求，并且MS2发送请求7.95kbps的编解码器模式请求。基站确定两个用户的语音质量是可接受的，因为任一个移动台都没有请求4.75kbps模式。因此，基站应用所请求模式，而不改变当前SCPIR。
[0047] 在第二40ms周期中，MS1仍然请求12.2kbps，而MS2发送请求4.75kbps的编解码器模式请求，因为MS2的C/I例如因遮蔽而已经下降到低于T21_L。为了平衡语音质量，基站向MS1分配40％的总功率(0.4P)，而向MS2分配60％的总功率(0.6P)。对应SCPIR等于-1.76dB。子信道特定功率控制器33将SCPIR值转换成对应α值，并且将其传递给α-QPSK调制器。
[0048] 在第三40ms周期中，MS1和MS2仍然分别请求12.2kbps和4.75
[0049] kbps，因为在这种情况下，MS1处的已降
低信号功率没有引起MS1处的C/I下降到低于T32_L，并且MS2处的已增加信号功率没有引起MS2处的C/I增加到高于T12_H。所请求模式向基站指示MS1仍然享有比MS2更好的话音质量。作为响应，基站对功率分配进行进一步改变，并且仅向MS1分配30％的总功率(0.3P)，而向MS2分配70％的总功率(0.7P)。这对应于-3.68dB SCPIR。子信道特定功率控制器33将SCPIR值转换成对应α值，并且将其传递给α-QPSK调制器。
[0050] 由于新功率不平衡比，在这种情况下假定在第四40ms周期中，MS1处的C/I这时下降到低于T32_L阈值，而MS2处的C/I增加到高于T12_H阈值。因此，MS1请求7.95kbps模式，并且MS2请求7.95kbps模式。两个用户的语音质量这时是平衡的。基站向两个用户应用所请求模式，但是没有改变当前功率分配，即，SCPIR仍为-3.68dB。
[0051] 有可能的是，MS1和MS2均请求4.95kbps模式，指示两个移动台均遇到不良语音质量(图4中未示出的一种情况)。如果那种情况发生，则基站可增加分配给两个同TCH用户的总功率，或者可停止VAMOS操作，并且将用户之一指配到单独时隙，以便提高两个用户的话音质量。
[0052] 上述示例仅示出将AMR带内信令用于子信道特定功率控制的一种方式。其它控制策略也是可能的。下面是一些示例。
[0053] -SCPIR的改变能够基于两个移动台的编解码器模式请求和RXQUAL。
[0054] -在每个40ms的控制周期中，两个移动台的各自功率等级能够根据其编解码器模式请求和RXQUAL以及最后接收的质量报告中的其它质量量度而变化。
[0055] -基站能够忽略一个或两个移动台的编解码器模式请求。例如，由于MS1在第三40ms中接收较少功率，所以基站能够迫使MS1使用更健壮的模式2，以便补偿降低的信号功率。
[0056] 图5是示出本发明的方法的一个示范实施例的步骤的流程图。在步骤51，为VAMOS操作定义ACS，优选地具有三个或四个编解码器模式，包括高速率模式、中等速率模式和低速率模式。在步骤52，基站向两个同TCH移动台MS1和MS2进行初始功率分配，并且计算初始SCPIR。在步骤53，基站中的子信道特定功率控制器33将SCPIR值转换成对应α值，并且将其传递给α-QPSK调制器37。在步骤54，基站在相同
载波频率和时隙利用VAMOS操作向MS1和MS2传送不同语音帧。在步骤55，MS1和MS2每480ms在RXQUAL测量报告中报告其语音质量或C/I，同时每40ms利用AMR带内信令向基站发送编解码器模式请求。
[0057] 在步骤56，基站基于所接收编解码器模式请求来确定各移动台处的C/I的已更新估计。在步骤57，基站确定已更新C/I估计对MS1和MS2两者是否为可接受并且为平衡的(即，近似相等)。如果是的话，则基站应用所请求编解码器模式，而没有改变两个移动台之间的功率分配(即，没有改变SCPIR)。然后，该方法返回到步骤54，其中基站向MS1和MS2传送下一个语音帧。
[0058] 但是，如果基站因为移动台之一已经请求低速率4.75kbps编解码器模式和/或RXQUAL指示差无线电条件而确定该移动台的已更新C/I估计是不可接受的，则该方法转到步骤59，其中基站将所分配功率的一部分从具有良好C/I估计的移动台转移到具有不良C/I估计的移动台，并且应用所请求编解码器模式。选择所分配功率的被转移部分的大小，以便平衡反应时间和过冲。在步骤60，基站基于新功率分配来计算新SCPIR，并且在步骤61，基站中的子信道特定功率控制器33将SCPIR值转换成对应α值，并且将其传递给α-QPSK调制器37。然后，该方法返回到步骤54，其中基站向MS1和MS2传送下一个语音帧。
[0059] 如以上示范实施例中所述，本发明由于使用由移动台更频繁发送的模式请求而提供增加的VAMOS子信道功率控制精度。这转换为增加的话音容量、提高的话音质量以及传输功率的更有效分配。本发明将现有AMR带内信令用于VAMOS子信道功率控制，而无需引入新的信令信道。这降低实现成本，并且缩短VAMOS的部署时间。在现有移动台中不需要用来支持联合功率和AMR控制的改变。
[0060] 本领域的技术人员会理解，本申请所描述的新概念可在大范围应用中进行修改和变更。相应地，
专利主题的范围不应当局限于以上所述的具体示范理论的任一个，而是由以下
权利要求书来定义。
