（信号与信息处理专业论文）tdscdma集群多媒体业务类型及其模型研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着移动通信技术的不断发展和成熟，集群通信也向着业务宽带化和业务定 制化的趋势发展。我国具有自主知识产权的t d s c d m a 移动通信系统既有快速、 高效的接入方式，还可以灵活承载各种多媒体业务。基于t d 。s c d m a 的集群系统 不仅能满足集群通信的功能和业务需求，更能推进我国移动通信和集群通信的发 展，使t d s c d m a 集群的认可度得到较大的提升。 本论文依托于我校与中兴通讯股份有限公司合作的科研项目，对t d s c d m a 集群系统多媒体业务类型及其模型进行研究，为t d s c d m a 集群系统提供丰富的 业务，主要内容如下： 1 在详细分析语言业务特性和传统泊松模型的基础上，得出t d s c d m a 集群 系统的语音业务模型。采用e r l a n g c 模型描述t d s c d m a 集群系统语音业务，再 利用模型中的条件呼损、平均等待时长和队列长度等参数详细地说明t d s c d m a 集群语音业务的服务质量，并给出参数的分布取值。模型的参数及取值对 t d s c d m a 集群语音业务资源配置提供一定的参考依据。 2 针对传统的多媒体消息传输方法无法适用于t d s c d m a 集群群组业务的缺 点，提出一种新的适用于t d s c d m a 集群多媒体消息业务的传输方法，有效地解 决终端接收群组多媒体消息时在成功率和系统资源共享上的问题。 3 在以多媒体消息方式实现t d s c d m a 集群静态图像传输的基础上，针对泊 松模型无法准确地描述分组数据业务的问题，提出一种新的适用于t d s c d m a 集 群多媒体消息业务的建模方案，包括业务源模型和业务传输模型。图像业务源模 型以w a p 模型为基准并结合m m s 业务特性得出，图像业务传输模型利用业务协 议架构和数据封装流程来建模。此建模方案能较为准确地描述多媒体消息业务特 性，为分析t d s c d m a 集群通信系统多媒体消息业务提供一种全面、简单、有效、 可行的方法。 4 通过分析会话类业务用户行为、集群通信系统信道分配方式和业务的容量 特性，对t d s c d m a 集群系统会话业务模型进行描述。在详细研究几种典型的业 务容量估算算法优缺点的基础上，并且针对坎贝尔算法无法准确估算不同业务容 量需求的缺点，提出一种改进算法。该算法利用不同业务呼损制的不同，将电话 互联业务和可视电话相结合再结合调度业务，从而实现对会话类业务容量需求更 为准确的估算。 关键字：t d s c d m a ，集群系统，多媒体业务，模型分析 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u a ld e v e l o p m e n ta n dt h ec o m p l e t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ，a n dt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm m k i n gc o m m u n i c a t i o n i ss e r v i c e b r o a d b a n da n dc u s t o m i z e d t d - s c d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mw h i c hh a v et h e c o m p l e t e l yi n d e p e n d e n ti n t e l l i g e n tp r o p e r t yo w n e db yo u r s e l f , n o to n l yh a sf a s ta n d e f f i c i e n ti n t e r f a c em o d e ，b u ta s l oc a nf l e x i b l eb e a rm a n yk i n d so fm u l t i - m e d i as e r v i c e t h et r u n k i n gs y s t e mb a s e do nt d s c d m ac a ns a t i s f yt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s f u n c t i o na n ds e r v i c en e e d ，a n dc a np u s ht h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o na n d t r u n k i n gc o m m u n i c a t i o nf o ro u rc o u n t y ，a d v a n c e t h ea c c e p t a b i l i t yo ft d s c d m a t r u n k i n gs y s t e m t m sp a p e rl e e c ho nt ot h ep r o j e c tt h a ti s c o o p e r a t e db yo u rs h o o lw i t h z t e ，r e s e a r c ho nm u l t i m e d i at r a f f i ct y p ea n dt r a f f i cm o d e lo ft d s c d m at r u n k i n g s y s t e m ，s u p p l ya f f l u e n ts e r v i c ef o rt d - s c d m at r u n k i n gs y s t e m ，t h em a i n r e s u l t sa r ea s f o l l o w s ： 1 b ya n a l y z i n g c h a r a c t e r i s t i co fv o i c ea n dt r a d i t i o n a lp o s s i o nm o d e l i n g ，v o i c e t r a f f i cm o d e lb a s e do nt d - s c d m at m n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi ss u m m a r i z e d v o i c et r a f f i co ft h i ss y s t e mc a l lb ed e s c r i b e db ye r l a n g - c a n dt h e nf u r t h e re x p l a i n t d s c d m at r u n k i n gs y s t e mv o i c et r a f f i c sq o sb yc o n d i t i o n a lc a l ll o s sr a t i o ，a v e r a g e c a l lw a i t i n gt i m e ，a v e r a g eq u e u el e n g t h ，a n dp r e s e n td i s t r i b u t i o np a r a m e t e rv a l u e so f v o i c et r a f f i cm o d e l i n g t h e s ef o r m u l aa n dp a r a m e t e rv a l u e sc a no f f e rh e l pf o rt h ei n i t i a l s t a g eo fv o i c et r a f f i cr e s o u r c e sd i s t r i b u t i o ni nt d s c d m at r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s y s t e m 2b e c a u s eo ft r a d i t i o n d a lm u l t i m e d i am e s s a g et r a n s m i s s i o nm e t h o dc o u l d n tf i tf o r t d - s c d m at n m k i n g s y s t e m ，t h i sp a p e rs u g g e s t s an e wm u l t i m e d i a m e s s a g e t r a n s m i s s i o nm e t h o df o rt d s c d m at r u n k i n gs y s t e m w h i c hm a yb ee f f e c t i v er e s o l v e t h e q u e s t i o no fs u c c e s sr a t ea n ds y s t e mr e s o u r c es h a r i n gw h e nu er e c e i v eg r o u p m u l t i m e d i am e s s a g e 3b a s e do nr e a l i z a t i o nt d s c d m at r u n k i n gs y s t e ms t i l li m a g eb ym m s ( m u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e ) ，b e c a u s eo fp o s s i o nm o d e l i n gc o u l d n ta c c u r a t ed e s c r i b l e d a t as e r v i c e ，t h i sp a p e rs u g g e s t san e wm o d e l i n gp l a nw h i c hi sf i tf o rt d s c d m a t r u n k i n gs y s t e mm u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e ，i n c l u d i n gt r a f f i c s o u r c em o d e la n d i i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t t r a f f i ct r a n s m i s s i o nm o d e l t r a f f i cs o u r c em o d e li sb a s e do nw a pm o d e lo nm m s s e r v i c ep r o p e r t y ，a f f i ct r a n s m i s s i o nm o d e lu s es e r v i c ep r o t o c o ls t r u c t u r ea n dd a t a e n c a p s u l a t i n gp r o c e d u r et o m o d e l t h i sm o d e l i n gp l a nc a ne x a c t l yd e s c r i b et h e c h a r a c t e r i s t i co fm u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c e ，s u p p l yac o m p r e h e n s i v e ，s i m p l e e f f e c t i v e ， f e a s i b l em e t h o dt oa n a l y s i sm u l t i m e d i am e s s a g es e r v i c eb a s e do l lt d s c d m at r u n k i n g s y s t e m ，h a sag o o du s e f u lp r o s p e c t 4t h r o u g ht h e a n a l y s i s o fc o n v e r s a t i o n a ls e r v i c e su s e rb e h a v i o r s ，c h a n n e l d i s t r i b u t i o nm o d ea n dc a p a c i t a n c ep r o p e r t i e so ft h i n k i n gs y s t e m ，c o n v e r s a t i o n a ls e r v i c e m o d e lo ft d s c d m at r u n k i n gs y s t e mi ss u m m a r i z e d b a s e do nt h em e r i t sa n df a u l t si s i n v e s t i g a t e di nd e t a i lo fc l a s s i c a ls e r v i c ec a p a c i t a n c ec a l c u l a t i n ga l g o r i t h m ，a n da i m e da t t h ep r o b l e m so fc a m p b e l la l g o r i t h mc o u l d n te x a c t l yd e s c r i b l et h ec a p a c i t a n c en e e d b e t w e e nd i f f e r e n tr e t a k i n gs e r v i c e ，t h i sp a p e rs u g g e s t sai m p r o v e da l g o r i t h m t h i s a l g o r i t h mu s e sd i f f e r e n ts e r v i c eh a sd i f f e r e n tc a l ll o s sr a t i o ，c o n n e c t sv o i c ei n t e r c o n n e c t s e r v i c ea n dv i d e ot e l e p h o n ea n dt h e na n a l y s ed i s p a t c h i n gs e r v i c e ，t h u sr e a l i z e sam o r e p r e c i s ec o n v e r s a t i o n a ls e r v i c ec a p a c i t a n c en e e d sc a l c u l a t i n g k e yw o r d s ：t d s c d m a ，t r u n k i n gs y s t e m ，m u l t i m e d i as e r v i c e ，m o d e la n a l y s i s i i i 第一章绪论 1 1 论文的研究背景 第一章绪论 数字集群技术从2 0 世纪9 0 年代中期在全球范围内兴起，得到了广泛的应用 并取得了良好的社会效益和经济效益。相比公众移动通信，数字集群在网络结构 与安全控制等方面具有独特的特征，支持如快速调度、群呼、组呼、直通、强拆、 强插、优先呼叫等一系列特殊功能。在我国，随着社会活动和经济活动节奏加快， 许多专业团体对可用于广域调度指挥的集群通信网络的需求日益迫切，为我国发 展集群通信系统提供了经济和市场基础。 1 1 1 集群通信发展现状 2 0 0 0 年1 2 月，信息产业部正式批准和发布了我国数字集群移动通信系统体 制，参照两种数字集群国际标准t e t r a 和i d e n ，分别确定了体制a 和体制b 两种集群通信体制。从2 1 世纪开始，国内的中兴和华为两大公司正式相继宣布我 国自主研发的数字集群通信系统g o t a 和g t 8 0 0 的成功完成。2 0 0 4 年l1 月2 日信息产业部科技司正式发布了g o t a 和g t 8 0 0 两个系统的通信标准技术参考性 文件。 至此，我国已经被信息产业部批准的数字集群通信体制目前有四种，即： t e t r a 、i d e n 、g o t a 和g t 8 0 0 。 ( 1 ) t e t r a 系统 t e t r a 是由e t s i 于1 9 9 5 年确定的数字集群移动通信标准。该系统基于 t d m a 技术，提供包括集群、非集群和直通模式通信的一系列服务，集双向无线 电对讲机、移动电话、字符报文传送和数据等功能于一身。 ( 2 ) i d e n 系统 i d e n 系统是m o t o r o l a 公司开发的集群通信系统标准，它将数字调度通信 和数字蜂窝通信综合互联在一套系统中，集移动电话、数据传输、集群调度和短 信息传输于一体，并使用和g s m 系统相同的双工通话结构以及特殊的频率复用方 式。 重庆邮电大学硕士论文 ( 3 ) g o t a 系统 g o t a 系统是中兴通讯推出的基于c d m a 技术的数字集群通信系统，采用目 前移动通信系统的无线技术和协议标准，并进行了优化和改进，以符合集群系统 的技术要求 ( 4 ) g t 8 0 0 系统 g t 8 0 0 是华为公司基于g p r s 和g s m r 技术开发的数字集群系统。它结合蜂 窝技术，通过对t d m a 技术的优化与融合，可以提供专业用户所需的集群业务和 功能。 我国在数字集群移动通信系统体制中，确定了数字集群移动通信使用的 频段为8 0 0 m h z 。上下行分别为8 0 6m h z 8 2 1m h z 和8 5 1m h z 8 6 6m h z ，共 1 5m h z ，双工间隔为4 5m h z ，频道间隔为2 5k h z 。 我国从2 0 0 3 年4 月起，已经在国内部分城市进行共网数字集群业务商用试验。 其中，原中国卫通在上海开通了i d e n 运营共网；北京正通公司在北京建设t e t r a 移动政务共网。全国城市轻轨交通通信，几乎均采用了t e t r a 系统。我国自主研 发的数字集群通信系统g o t a 在国内已建成多个网络，包括原中国卫通在济南、天 津、南京、潍坊、青岛、铁通在沈阳以及长春都开通了商用试验网。此外，原中 国铁通也在重庆建设和开通了g t 8 0 0 系统商用试验网。 1 1 2 集群技术发展趋势 我国数字集群通信的发展现状同国外发达地区相比还处于初期阶段，具有民 族自主知识产权的数字集群系统也刚刚开始发展，无论从数字集群通信的市场发 展还是民族产业发展角度来看，都存在着很大的发展空间，这种现状对于我国今 后数字集群通信系统的发展是挑战也是机遇。 ( 1 ) 在我国数字集群通信发展的过程中共网和专网形式将长期存在，协调发 展。原信产部对发展数字集群通信系统也指出：发展数字集群通信应形成以“共 网为主、专网并存 的格局； ( 2 ) 数字集群通信将和公众移动系统相互补充，协调发展。数字集群通信， 是面向集团用户提供以指挥调度业务为主的专用移动通信系统，而公众移动通信 是面向普通大众用户以提供语音和数据业务为主的公共移动通信系统，应避免重 复过去通过集群系统提供公网业务的弯路。同时，从公众移动通信系统目前的技 术发展水平来看，至少在相当长的时间内还不能替代集群系统； ( 3 ) 未来集群业务将逐渐往业务宽带化和业务定制化上的方向发展，丰富业 务类型和提供更多的业务功能，发展p u s ht ox ( x 可以语音、图像、视频和数据 2 第一章绪论 等多种形式) 业务，并增加如用户优先级和灾难处理等用户定制的功能，让集群 的业务更加完善。 目前已经实现商用的t e t r a 、i d e n 、g o t a 和g t 8 0 0 主要都是基于第二代移 动通信技术，虽然具有比较完善集群功能和业务，但支持高速多媒体业务的能力 比较弱，不能完全适应未来集群通信发展的需要，潜力较差。而且这四类产品都 还存在一些问题：由于大量的技术专利掌握在国外厂家手里，t e t r a 和i d e n 的 系统和终端设备价格较高；不同厂家的t e t r a 产品间还未完全实现互联互通， i d e n 只能由m o t o r o l a 独家生产；国内自主研发的g o t a 和g t 8 0 0 这两个系统分别 基于c d m a 和g s m 技术，在专利方面也无法完全摆脱国外企业对其核心专利的 控制，而且也同样在后续功能增强上略显不足。 在现存集群无线系统中( 如i d e n ，t e t r a ，g o t a 等) 其承载的最主要业务 是语音业务，数据业务只占非常小的比例。随着各种特殊部门( 政府，公安，安 全，交通等) 的不断发展，它们对其他业务的传输需要日渐迫切。但是以往的集 群系统技术不能满足人们对数据传输的速率等方面的要求。第三代移动通信系统 可提供丰富的移动多媒体业务 1 】，具有较低的成本和较强的业务处理能力，因此 以3 g 技术承载集群系统的各种多媒体业务就成为唯一的选择。而我国自主研发的 t d s c d m a 以其更大的通信容量、高速的数据率和更高的频谱利用率等无可比拟 的优势，基于t d s c d m a 的集群系统不仅能更好的承载各种多媒体业务，更能进 一步拓展t d s c d m a 技术的应用空间和产业竞争能力，也完全符合集群技术发展 方向和国家利益发展战略。 1 2 论文的研究意义 t d s c d m a 属于第三代移动通信系统，可以灵活的承载各种多媒体业务。本 论文结合我校与中兴通讯股份有限公司合作的科研项目，通过对t d s c d m a 集群 系统多媒体业务类型及其模型进行研究，为t d s c d m a 集群系统提供丰富的业 务，使t d s c d m a 集群的认可度得到较大的提升。 业务的开展不仅需要从理论上分析不同集群用户对业务的应用需求还需要确 定支撑各种多媒体业务的相应模块单元。本论文通过对现有t d s c d m a 支持的业 务( 包括语音业务、多媒体消息业务、可视电话业务等) 的研究并结合集群系统 的特殊需求，得出适用于t d s c d m a 集群系统的业务类型。 业务模型的建立是分析和研究网络性能、科学规划网络建设的基础，对网络 协议和网络设备的开发与性能评价有重要的作用。由于语音业务的稳定性，在 3 重庆邮电大学硕士论文 t d s c d m a 集群系统中仍可以采用泊松模型来描述。但是由分组数据用户所产生 业务的特性与具体应用紧密相关并且业务流量具有很高的突发性( 如，分组数据 包之间的到达时间间隔和不同分组包的大小都可能有很大的差异性) 。而且，由 于传输控制协议( t c p ) 速率适应机制，网络中的流量主要取决于网络负载情况和 服务器的处理速度。因此，用户的行为是以反馈为导向的，这使得用户的行为不 仅与具体的业务应用有关而且会受到外部未知因素的影响。分组数据业务以反馈 为导向的特性使得泊松模型很难充分的模拟大多数分组数据业务。建立模型最重 要的一步在于建立模型的数据能够描述业务的统计特性，但t d s c d m a 集群系统 还处于研究阶段并没有实测统计数据。由于多媒体消息是以m m s 方式实现，并且 m m s 是以w a p 协议为承载，本文参考w a p 业务模型并结合国内外学者对m m s 的分析预测，建立多媒体消息业务模型。多媒体消息业务模型的建立，有利于在 t d s c d m a 集群系统拓展多媒体消息业务和准确预测集群用户行为。此外，多媒 体消息业务的建模方法还可以用在其他分组数据业务。而对于会话类业务模型， 本文从业务的用户行为及容量估算方面来做分析。而准确的容量估算可以提高系 统资源的合理分配。 总之，本文所做的工作对t d s c d m a 集群的初期网络规划设计、组网建设和 系统资源配置提供一定的参考依据。 1 3t d s c d m a 集群通信系统简介 基于第三代移动通信技术t d s c d m a 的集群通信系统是将蜂窝通信技术与专 业调度通信系统相结合，采用半双工和全双工的通信系统。t d s c d m a 集群系统 不仅可以实现快速的呼叫连接、支持群组呼叫、组播呼叫，还可以承载各种多媒 体业务( 如语音、图像、视频和数据等) 以及满足高速的无线数据传输。 1 3 1t d s c d m a 集群系统网络结构 t d s c d m a 通信集群系统是在保持现有3 g 接入网完整性的前提下，对终端、 无线接入网、核心网进行相应的修改，并定义专用的p t t 调度服务器来实现集群 功能的。t d s c d m a 数字集群系统的网络如图1 1 所示。t d s c d m a 集群作为 t d s c d m a 系统和网络的一种附加业务，基于现有h s p a 平台和现有的系统和终 端基带芯片，单独载频同频组网运行。t d s c d m a 端到端的呼叫时延约为3 - - 4 s 不能满足集群呼叫快速链接的特性，因此为了加快呼叫处理过程，对t d s c d m a 4 第一章绪论 系统增加d s ( d i s p a t c hs e r v i c e ) 域，与现有业务隔离并共存眩3 ，使用p d s 调度服 务器( 增加i u d s 接口) 。同时，可以考虑让集群业务在r r c 连接请求时与普通 业务分流，通过对呼叫处理流程的改造和采用独立处理平台实现快速呼叫。集群 终端可通过改造现有t d s c d m a 终端得到，集群服务器，集群数据库及控制台需 要重新开发。 曰 1 3 2 设计方案 图1 1t d s c d m a 集群通信系统的网络结构示意图 为了在现有的t d s c d m a 技术上实现集群指挥调度通信，支持p u s ht ox 等 新型集群通信业务，t d s c d m a 集群通信系统增加调度交换域( d s 域) ，与现有 业务隔离共存；网络侧增加集群调度子系统( d s s ) ；为了实现集群调度业务，无 线接入侧增加调度控制器p d c ，空中接口部分增加四个物理信道：上行专用业务 信道( t - p u c h ) 、下行群组业务信道( t - p d c h ) 、上行共享控制信道( t - p u c c h ) 、 下行共享控制信道( t - p d c c h ) 。其中，集群调度子系统d s s 包括调度服务器p d s 、 调度位置寄存器p h r 和调度台代理服务器( 包括调度台服务器d a s 和调度客户 端d a c ) 三个部分。其中，调度服务器p d s 是集群业务的总控制点，完成集群调 度的处理，包括鉴别集群用户、建立各种集群业务等；调度位置寄存器p h r 完成 用户的集群业务鉴权、授权、计费、位置更新和动态群组管理功能，并为集群用 户提供集群群组、用户的业务受理；调度台服务器d a s 是集团管理台，执行业务 管理、集团调度操作的代理服务器，与调度台管理台一起为集团提供调度管理服 务；d a c 客户端可登录到d a s 服务器站点，通过d a s ( 调度台服务器) 与p d s 重庆邮电大学硕士论文 ( 调度服务器) 、p h r ( 调度位置寄存器) 的交互，执行调度管理操作；调度台控 制器p d c 完成调度业务控制、功率控制、支持t d s c d m a 集群终端在不同覆盖 下切换、汇集和分发集群数据流，调度台控制器p d c 能提供多种制式的接口和交 换子系统、分组交换子系统和集群调度子系统相连，满足终端各种业务的需求。 1 4 本文主要研究内容与结构 本论文的研究内容是t d s c d m a 集群多媒体业务类型和业务模型建立。论文 的主要内容如下： 第一章主要介绍本论文的研究背景和意义以及t d s c d m a 集群通信系统的 特点和系统架构。 第二章概要介绍t d s c d m a 集群系统语音业务类型特性，并重点分析了基 于e r l a n g c 的语言业务模型。 第三章以t d s c d m a 集群多媒体消息业务为主要研究内容，在分析多媒体 消息系统、业务类型和业务功能基础上，提出适用于t d s c d m a 集群系统的多媒 体群组消息传输方法，以及t d s c d m a 集群多媒体消息业务建模方案。 第四章从会话类业务用户行为、时延特性、系统资源需求以及容量估算等方 面分析了t d s c d m a 集群系统的会话类业务模型，并利用不同业务特性实现改进 的基于坎贝尔算法的会话类业务容量估算算法。 第五章对全文的工作进行了总结，并对t d s c d m a 集群多媒体业务类型及 模型的下一步研究进行展望。 6 第二章t d s c d m a 集群语音业务类型及业务模型分析 第二章t d s c d m a 集群语言业务及模型分析 在t d s c d m a 集群系统中应用最广泛的业务应是语言业务。按照3 g p p 协议 以q o s 对业务类型f 1 划分，语音属于会话类业务【3 】。语言业务特性为较小的延时 容限、对称的数据速率和容错性较好。集群通信系统多用于一些特殊部f - j ( 如： 政府、公安、交通等) 或行业专网( 如：出租车公司、保安公司等) ，常用来处理 紧急事务，因此端到端时延就要求得更高。快速链接是集群系统的一个重要特色， 按照国家相关标准的要求，集群通信系统初始呼叫建立时间应小于5 0 0 m s ，话权抢 占时间应小于2 0 0 m s 4 1 。并且集群通信系统常用于机密信息的交互，要求更高的信 息保密性，因此t d s c d m a 集群系统必须对语音信号采用安全性更高的加密技术 【5 1 。 2 1 语言业务类型分析 2 1 1 语音业务特性 语音业务特性可从业务到达过程、呼叫强度( 单位时间呼叫次数) 、服务时长 三个方面进行描述。如图2 1 所示，人们讲话一般是由交替的激活状态和闲置状态 ( 静默阶段) 组成【6 1 。 语立匝五虹丛圆 图2 1 语音业务特性 2 1 2 语音编码方式 为了有效利用有限的无线频带资源，t d s c d m a 标准采用的是自适应多速率 ( a m r ，a d a p t i v em u l t i r a t e ) 语音编码技术。a m r 的压缩比较大，通话效果较好。 而t d s c d m a 集群系统是在现有数字集群移动通信系统和t d s c d m a 技术的基 础上提出的数字集群通信技术体制。由于t d s c d m a 通信系统已经产业化和商 用，考虑到实现的难易程度和语音的通信质量，t d s c d m a 集群通信系统的语音 编码可采用与t d s c d m a 通信系统相同的编码方式。 重庆邮电大学硕士论文 2 1 2 1a r m 分类 基于带宽的考虑，a r m 又分为a m r n b ( a m rn a r r o w b a n d ) 和a m r w b ( a m r w i d e b a n d ) 。a m r - n b 处理的语音带宽范围为3 0 0 3 4 0 0 h z ，采用8 k h z 抽样。 a m r w b 语音带宽范围为5 0 7 0 0 0 h z ，采用1 6 k h z 抽样。a m r w b 同时被国际 标准化组织i t u t 和3 g p p 采用为宽带语音编码标准，也称为g 7 2 2 2 标准。由于 其提供的语音带宽范围很大，用户主观感受更加自然、舒适和易于分辨。 2 1 - 2 2a r m 不同速率的主观语音质量分析 语音压缩编码研究的基本问题就是在给定编码速率的条件下，如何能得到尽 量好的重建语音质量。主观评定方法符合人类听话时对语音质量的感觉，得到了 广泛应用，其常用的方法有平均得分意见( m e a no p i n i o ns c o r e ，简称m o s ) 笋f j 定法。 a m r 语音编码器各模式的语音质量的m o s 值见表2 1 所示。m o s 值和用户满意 度之间的关系见表2 2 。 表2 1a r m 语音编码器各模式的m o s 值 编码 a r m l 2 2 a r m l 0 2 a r m 7 9 5a r m 7 4a r m 6 7a i w 5 9a r m 5 1 5 a r m 4 7 5 方式 m o s 4 0 l4 0 63 9 13 8 33 7 73 7 23 5 03 5 0 值 表2 2m o s 值和用户满意度之间的关系 m o s 值( 下限)用户满意度 4 3 4 很满意 4 0 3满意 3 6 0有些用户不满意 2 5 8几乎所有用户不满意 2 1 2 3t d s c d m a 集群系统的语音编码方式分析 t d s c d m a 中使用的信道码是o v s f 码( 正交可变扩频因子码) ，s f ( 扩频 系数或扩频因子) 可取1 、2 、4 、8 、1 6 。下行方向s f 可取1 、1 6 ，上行方向s f 可取1 、2 、4 、8 、1 6 。一个s f = 1 6 的码为一个基本信道单元。在t d s c d m a 系 统中，一个载频带宽为1 6 m h z ，一般情况下，时隙o 为下行公共时隙，设置时隙1 ， 第二章t d s c d m a 集群语音业务类型及业务模型分析 2 ，3 为上行业务时隙，时隙4 ，5 ，6 为下行业务时隙。每个时隙支持最大1 6 个信 道码，每个码道速率为8 8 k b p s 。 t d s c d m a 集群系统可采用a m r n b 编码技术，考虑到m o s 值和用户满意 度之间的关系，其编码方式可为7 ( 或5 ) ，即编码后的速率为1 2 2 k b p s ( 或7 9 5 k b p s ) 【7 1 。如果t d s c d m a 集群采用a r m n b 的编码方式7 ，进行1 2 2 k b p s 的语音业务 的传输，则需要两个码道。1 2 2 k b p s 对应的m o s 值达到4 o l ，用户的通话质量为 满意。如果需要考虑充分利用有限的传输资源，同时传输更多的用户的语音信号， 也可采用a r m - n b 的编码方式5 ，数码率为7 9 5 k b p s ，m o s 值为3 9 1 ，用户的通 话质量基本满意。 2 1 3 语音业务流程 此处语言呼叫流程主要是指u e 与c n 之间的端到端呼叫流程，包括u e 主动 发起的呼叫和被动呼叫，且只是t d s c d m a 集群系统内部的终端而不涉及p s t n ， p l m n 系统。t d s c d m a 集群通信系统语言业务主要包括单呼、组呼和广播呼叫。 2 1 3 1 单呼 图2 2t d s c d m a 集群系统语音单呼主叫流程 图中步骤l 为当用户需要发起p t t 点到点呼叫时，首先需要建立u e 与网络之 间的底层承载；步骤2 为u e l 与g g s n 针对r t p 语音所需的q o s 指标，对p d p c o n t e x t 修改的过程；步骤3 为u e l 与p t ts e r v e r 建立s i p 会话过程，在s i p 会话 建立过程中同时发起对被叫用户u e 2 的寻呼；步骤4s i p 会话建立完成后，主叫 u e l 发送v o i c e 至p t ts e r v e r 。 9 重庆邮电大学硕士论文 图2 3t d s c d m a 集群系统语音单呼被叫流程 图中步骤1 为当p t ts e r v e r 收到主叫用户的s i p 会话建立请求后，将发起对 被叫用户的会话建立过程，此时p t ts e r v e r 传送s i p 信令消息给s g s n ；步骤2 为s g s n 收到s i p 信令数据包后，通过r n s 对u e 2 发起寻呼；步骤3 为r n s 寻 呼u e 2 过程；步骤4 为u e 2 收到寻呼后与网络建立底层承载的过程；步骤5 为 u e 2 与g g s n 针对r t p 语音所需的q o s 指标，对p d pc o n t e x t 修改的过程；步骤 6 为u e 2 与p t ts e r v e r 建立s i p 会话过程；步骤7 为s i p 会话建立完成后，p t t s e r v e r 将语音包发送给u e 2 。 2 1 3 2 组呼 图2 4t d s c d m a 集群系统语音组呼流程 1 0 第二章t d s c d m a 集群语音业务类型及业务模型分析 为了满足集群通信快速呼叫建立的要求，需要对一些信令以及流程做出修改， 可以分别从以下几个方面来考虑减少信令时延： ( 1 ) 简化r r c 信令连接处理过程。由于r r c 信令包含参数比较多，空中接 口可能需要几个传输时间间隔( t t i ) 来完成传输。一个t t i 是1 0 个毫秒，所以 一条信令的传输需要几十个毫秒。由于p t t 业务的语音速率为恒定的1 2 2 k b i t s ， 且每次r r c 连接过程的参数配置除了少数的发生变化( 如r r c 建立原因，单呼 还是组呼等) ，大多数都是相同的。因此可以考虑将r r c 连接信令参数固定为几 种固定的模式( 集群单呼、组呼等) 存储在系统中，在发送r r c 连接消息时直接 发送这几类格式的序列号。u t r a n 或u e 收到序列号后可以从固定模式中调用所 需要的参数。这样原来传送一条r r c 信令所需要的时间将由原来的几个t t i 缩短 为一个t t i 就可以完成。 ( 2 ) 提前分配资源。在r a b 指派过程之前，即当r n c 收到r r c 连接建立 请求消息后，如果无线侧判断r r c 建立原因为集群呼叫，则r n c 可以将呼叫所 需的无线承载( i m ) 在r r c 连接建立响应消息中提前分配。这样在c n 发起r a b 指派时只需c n 与r n c 建立r a b 和r b 之间的映射，r b 分配就在r r c 连接过程 中完成。上述的r b 分配过程也就是发起将信令和业务捆绑在一起的频率、时隙和 码道资源分配过程。 ( 3 ) 无线侧与网络侧并行处理，并立即指配基站信道。无线侧判断出是一次 集群呼叫，立即向p d s 发起呼叫建立请求，同时立即向u e l 分配无线资源。另一 侧，在起呼u e 发送初始u e 消息之后，就通过r n c 向被叫u e 2 发起寻呼。之后 主呼剩下的r r c 连接，初始直传，直传消息，r a b 映射等过程与被叫的处理流程 并行处理。 ( 4 ) 基站和u e 并行捕获信令消息，并取消业务协商和安全模式。业务协商 和鉴权可以在闲时进行。 2 1 3 3 广播呼叫 广播呼叫与组呼的主要区别在于，组呼是半双工的通话方式，而广播呼叫是 单工的通话方式。广播呼叫过程中，只有广播呼叫的发起者可以通话，而其他用 户只能接听，没有发言的权利。广播呼叫的呼叫流程同组呼基本相同，不再另行 叙述。 重庆邮电大学硕士论文 2 2 语言业务模型 2 2 1 泊松模型 泊松模型是使用最为广泛和最古老的业务模型之一。传统电信网络主要采用 无记忆的泊松分布来描述业务分布。在泊松过程中到达间隔时间服从参数为入的 负指数分布：p a n t = 1 e x p ( x t ) 。泊松分布的均值和方差都等于参数入。理论上 如果一个业务的业务源是无穷的及单位时间内业务平均发生率服从泊松分布，那 么就可以用泊松模型来描述这种业务。泊松模型能很好的服务于传统的电信业务， 其根本原因就在于语音业务的稳定性，即网络、呼叫流和用户的稳定性【引，因此仍 然可以采用泊松模型来描述t d s c d m a 集群系统语音业务。 2 2 2t d s c d m a 集群语音业务模型 t d s c d m a 集群系统语音业务采用队列机制，即等待服务系统的条件呼损， 原则上不存在呼叫损失，其含义不同于呼损制服务系统的呼损。因此本节利用 e r l a n g c 公式来说明语音业务的条件呼损9 1 。直观想象，条件呼损权值的大小并不 能全面地说明t d s c d m a 集群系统语音业务服务质量。因此，可通过另外两个参 数来进一步描述语音业务模型：呼叫平均等待时间7 、平均队列长度虿。 2 2 - 2 1 条件呼损 若采用肯德尔记号( k e n d a l l sn o m t i o n ) m s s c p i ) 描述t d s c d m a 集群系 统，a 为到达过程、s 为服务时间分布、s 为信道数、c 为系统的处理能力( 如： 信道数和队列大小) ，p 为人口数或能容纳的最大呼叫数目，d 为排队原理( 如： 先进后出，后进先出等) ，t d s c d m a 集群系统可标记为：m m s s o o o o 队列。两 个m 分别表示到达过程和服务时间过程，它们均为m a r k o v i a n ( p o i s s o n ) 过程，s 表 示系统可用的资源数，第一个表示理论上系统可容纳无限的用户数，后一个0 0 表 示当所有的资源都被占用时新的呼叫用户进入( 有限) 队列。p d 表示用户进入等 待队列的概