cdma2000網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)——4GV技術(shù)淺析

王月珍，尹 珂

（中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院 廣州 510630）

1 引言

隨著無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，對(duì)頻率資源的需求量不斷提高，每個(gè)運(yùn)營(yíng)商的可用頻率資源有限，如何利用有限的頻率資源提供更多的用戶服務(wù)成為電信運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的話題。

在此背景下，3GPP2標(biāo)準(zhǔn)組織針對(duì)cdma2000網(wǎng)絡(luò)提出了一系列的增強(qiáng)技術(shù)，包括第四代語(yǔ)音編碼（4GV）、干擾消除技術(shù)（QLIC）、手機(jī)多天線接收（MRD）等，本文重點(diǎn)介紹 4GV技術(shù)——EVRC-B（enhanced variable rate codec B）編碼。

2 EVRC-B編碼原理

EVRC-B編碼采用了碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)（CELP）、原型基音周期（PPP）、噪聲激勵(lì)線性預(yù)測(cè)（NELP）3種編碼技術(shù)。CELP編碼技術(shù)用于全速率和1/2速率編碼，PPP編碼技術(shù)用于全速率和1/4速率編碼，NELP編碼技術(shù)用于1/4速率和1/8速率編碼。EVRC-B編碼原理如圖1所示。

不同類型的語(yǔ)音幀采用不同的編碼技術(shù)，EVRC-B編碼方案具體見表1。

EVRC-B編碼技術(shù)支持COP=0,1,…,7共8種編碼操作點(diǎn)（也稱為編碼模式），每種模式對(duì)應(yīng)的激活語(yǔ)音平均速率見表2，其中平均信道數(shù)據(jù)速率指添加了幀質(zhì)量指示和編碼尾比特后的數(shù)據(jù)速率。表2中的平均速率為估算值，實(shí)際的速率將因說(shuō)話習(xí)慣、方式的不同而圍繞均值上下波動(dòng)。

3 EVRC-B編碼與EVRC編碼的比較

EVRC-B編碼技術(shù)與EVRC編碼技術(shù)的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

·EVRC采用的是廣義CELP編碼技術(shù)，EVRC-B采用的是CELP、PPP和NELP編碼技術(shù)的組合。

·EVRC只支持全速率、1/2速率和1/8速率編碼，EVRC-B在此基礎(chǔ)上引入了1/4速率編碼，對(duì)特定的激活語(yǔ)音幀采用1/4速率編碼可以降低語(yǔ)音幀的平均編碼速率。

表1 EVRC-B編碼方案

表2 EVRC-B編碼操作點(diǎn)及速率

·EVRC語(yǔ)音通話采用SO3，而EVRC-B語(yǔ)音通話采用SO68。終端在起呼消息或是尋呼響應(yīng)消息中攜帶支持的SO值，將其支持的編碼技術(shù)通知基站。

· EVRC-B支持8種編碼操作點(diǎn)，從COP0到COP7，編碼的平均速率逐步下降，所獲得的語(yǔ)音容量逐步提升，但語(yǔ)音質(zhì)量逐步下降。

EVRC編碼與EVRC-B編碼的語(yǔ)音幀在質(zhì)量上有何差異？在FER=1%的情況下，對(duì)EVRC編碼和EVRC-B編碼的語(yǔ)音幀質(zhì)量進(jìn)行了MOS分值比對(duì)測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。4GV COP3的語(yǔ)音質(zhì)量比EVRC好，COP4的語(yǔ)音質(zhì)量比EVRC稍差。

需要注意的是，現(xiàn)有的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)測(cè)方法和工具采用的是PESQ算法，該算法在對(duì)EVRC編碼的語(yǔ)音幀質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估時(shí)會(huì)出現(xiàn)MOS絕對(duì)值偏低的情況，因此該算法只適合于用來(lái)觀察EVRC-B和EVRC的MOS相對(duì)分值情況，而不是絕對(duì)分值情況。

4 EVRC-B編碼的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

EVRC-B編碼技術(shù)引入了1/4速率編碼，通過(guò)減少全速率幀數(shù)量、增加1/4速率幀數(shù)量來(lái)降低編碼速率。對(duì)于語(yǔ)音呼叫，用戶的即時(shí)發(fā)射功率依賴于編碼速率，平均發(fā)射功率與平均編碼速率成比例。當(dāng)語(yǔ)音編碼平均速率降低時(shí)，空口單用戶的發(fā)射功率將減少，空口的用戶接入數(shù)將增加，空口容量得到提高。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的EVRC-B編碼全速率幀、1/4速率幀、1/2速率幀、1/8速率幀的分布情況如圖3所示：COP0模式由全速率幀、1/2速率幀和1/8速率幀組成，沒(méi)有1/4速率幀；從COP1模式到COP6模式，全速率幀的數(shù)量逐步下降，1/4速率幀的數(shù)量逐步增加，1/8和1/2速率幀的數(shù)量基本維持不變；COP7模式只有1/2速率幀和1/8速率幀。

通過(guò)幀分布和前向信道功率消耗兩種方式進(jìn)行了EVRC-B的容量增益測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

與EVRC相比，采用EVRC-B編碼后，cdma2000系統(tǒng)的小區(qū)容量明顯提升，從COP0模式到COP7模式，系統(tǒng)容量增益逐步提升。從與EVRC語(yǔ)音質(zhì)量相當(dāng)?shù)腃OP3、COP4模式來(lái)看，可獲得20%左右的前向容量增益和10%左右的反向容量增益。在容量緊張的區(qū)域，cdma2000系統(tǒng)都是前向容量受限，因此采用EVRC-B編碼所獲得的前向容量增益是我們關(guān)注的重點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)前面的分析我們可以看到，EVRC-B語(yǔ)音編碼技術(shù)與EVRC編碼最本質(zhì)的區(qū)別在于引入了1/4速率幀和支持多種編碼模式以降低編碼后的數(shù)據(jù)平均速率，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果該技術(shù)的采用可以在不犧牲語(yǔ)音質(zhì)量的情況下，獲得約20%的容量增益，也就是說(shuō)滿足同樣數(shù)量的語(yǔ)音話務(wù)需求，采用EVRC-B編碼比采用EVRC編碼可節(jié)省20%的頻率資源。對(duì)于cdma2000網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商而言，這意味著可以提高設(shè)備利用率，節(jié)省運(yùn)營(yíng)投資成本，同時(shí)節(jié)省的頻率資源可用于支撐數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

需要注意的是，EVRC-B編碼技術(shù)能夠獲得系統(tǒng)容量增益的前提是用戶終端都支持該編碼技術(shù)并開啟了該項(xiàng)功能，在cdma2000網(wǎng)絡(luò)中，支持并打開EVRC-B編碼功能的終端滲透率越低，采用該技術(shù)最終所能獲得的容量增益就會(huì)越不明顯。