专利名称：语音数据帧的接收方法及终端、无线分组网网关和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通讯技术领域，具体涉及基于网络承载的语音流(VOIPVoiceOver Internet Protocol)技术中语音数据帧的接收方法以及相应的终端、无线分组网网关和语音通讯系统。
背景技术：
VOIP是指将声音讯号经过一定格式的压缩与封装之后，以数据包的形式在IP网络环境中进行传输，也称网络电话。随着通信技术的发展，尤其是网际协议多媒体子系统(IMSInternet Protocol Multimedia Subsystem)技术的引入，使得VOIP成为未来网络的发展方向。
在移动网络中VOIP的实现包括如下过程终端(UEUser Equipment)通过IMS域完成呼叫建立请求，IMS域通知无线分组网络为呼叫建立相应承载连接，承载建立后，主、被叫UE间的语音即通过无线分组网络进行基于IP的传递。
在语音通讯的过程中时延抖动是影响语音质量的关键因素之一，1ms以上的时延抖动就会带来明显的语音质量下降。在传统的语音网络中，语音直接承载在传输网络上，可以保证发送侧UE每20ms发送的语音数据帧被接收侧UE也按20ms的间隔准确接收，如图1所示。在无线分组网承载下，采用VOIP技术传输的语音数据帧需要穿过由无线接入网(RANRadio Access Network)和无线分组网网关(GWGateWay)等组成的无线分组网，以及存在于发送侧无线分组网络与接收侧无线分组网络之间的IP骨干网，如图2所示，在这些网络中的传输一般将导致0ms～50ms的时延抖动，使得VOIP网络的语音质量不稳定，部分时候甚至会出现语音质量急剧下降而导致用户无法正常通话的情形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制时延抖动，提高VOIP语音通讯质量的语音数据帧的接收方法以及相应的终端、无线分组网网关和语音通讯系统。
为达到本发明的目的，所采取的技术方案是一种语音数据帧的接收方法，包括启动控制语音数据帧接收队列的令牌桶；令牌桶以设定的时间间隔下发令牌；接收队列获得令牌后，取出一个语音数据帧进行后续的接收处理操作。
优选的是，在接收队列收到第一个语音数据帧时启动令牌桶。
优选的是，令牌桶在启动后二分之一令牌间隔时下发第一个令牌，以后每隔一个令牌间隔下发一次令牌，令牌间隔可选为10～50毫秒。
若令牌下发时接收队列为空，则令牌可推迟二分之一设定的时间间隔下发；进一步的，所述推迟的总次数不超过设定的间隔推迟次数；所述接收队列中的语音数据帧个数超过设定队列长度时，可丢弃新接收的语音数据帧；所述间隔推迟次数可选为3～7次，所述队列长度为所述间隔推迟次数的两倍。
本发明还提供以下装置和系统一种终端，包括接收模块、语音转换模块和令牌桶控制模块，所述接收模块接收网络侧发送的语音数据帧，并在收到所述令牌桶控制模块下发的令牌后依次将一个语音数据帧发送给所述语音转换模块；所述令牌桶控制模块以设定的时间间隔向所述接收模块下发令牌；所述语音转换模块对收到的语音数据帧进行解析和语音转换。
一种无线分组网网关，包括网络连接模块、无线接入网连接模块和令牌桶控制模块，所述网络连接模块接收经互联网络传送的语音数据帧，并在收到所述令牌桶控制模块下发的令牌后依次将一个语音数据帧发送给所述无线接入网连接模块；所述令牌桶控制模块以设定的时间间隔向所述网络连接模块下发令牌；所述无线接入网连接模块将收到的语音数据帧发送到无线接入网中。
一种语音通讯系统，包括无线分组网网关、无线接入网、终端和令牌桶控制模块；所述无线分组网网关接收语音数据帧，将语音数据帧发送给所述无线接入网；所述无线接入网从所述无线分组网网关接收语音数据帧，转发给所述终端；所述终端从所述无线接入网接收语音数据帧，对收到的语音数据帧进行解析和语音转换；所述令牌桶控制模块对已接收的语音数据帧进行控制，以设定的时间间隔下发令牌，所述已接收的语音数据帧在获得令牌后依次进入后续的接收处理。
所述令牌桶控制模块可对所述无线分组网网关已接收的语音数据帧进行控制，所述无线分组网网关将获得令牌的语音数据帧依次发送给所述无线接入网。
所述令牌桶控制模块也可对所述无线接入网已接收的语音数据帧进行控制，所述无线接入网将获得令牌的语音数据帧依次转发给所述终端。
所述令牌桶控制模块还可对所述终端已接收的语音数据帧进行控制，所述终端对获得令牌的语音数据帧依次进行解析和语音转换。
采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于1)本发明采用令牌桶定时下发令牌来控制语音数据帧的接收时间间隔的方法，有效抑制传输过程中带来的时延抖动，保证了VOIP语音数据帧在移动分组网内的传输质量，提高VOIP语音通讯质量。
2)采用本发明结合实际应用场景提供的关于间隔时间设置以及具体控制策略等的优选方案，能够获得抑制抖动的效果与附加时延之间的最佳平衡，使得本发明方案在实际应用中达到最优。
下面通过具体实施方式
并结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是传统语音网络语音数据帧发送接收间隔示意图；图2是现有VOIP网络语音数据帧发送接收间隔示意图；图3是本发明实施例一语音数据帧的接收方法流程示意图；图4是本发明方法应用于GW的信令流程示意图；图5是本发明实施例二语音数据帧的接收方法流程示意图；图6是本发明实施例三终端模块结构示意图；图7是本发明实施例四无线分组网网关模块结构示意图；图8是本发明实施例五语音通讯系统模块结构示意图；图9是本发明实施例六语音通讯系统模块结构示意图；图10是本发明实施例七语音通讯系统模块结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供了一种语音数据帧的接收方法，其核心思想是，采用令牌桶定时下发令牌来控制语音数据帧的接收时间间隔，本发明方案对于象无线分组网承载的VOIP这样具有较大时延抖动的情况，能够有效的抑制抖动，改善语音通讯质量。本发明控制方案可以在终端的接收操作中进行，也可以在无线接入网或无线分组网网关的接收操作中进行。本发明还提供适用于上述控制方案的终端及无线分组网网关、终端和系统。以下分别对本发明方法和设备进行详细说明。
实施例一、一种语音数据帧的接收方法，流程如图3所示，包括A1、启动控制语音数据帧接收队列的令牌桶；令牌桶的启动条件可依实际情况进行设置，可以在有语音数据接收时启动令牌桶，也可以在检测到所接收语音数据帧之间的时间间隔不稳定、与发送时间间隔出现偏差等情况，即出现时延抖动时启动令牌桶；A2、令牌桶以设定的时间间隔下发令牌；本文中将相邻两个令牌下发之间的时间间隔称为一个令牌间隔，为保证接收侧与发送侧语音速率的一致性，令牌间隔一般取与发送侧的发送时间间隔一致，为10～50毫秒，通常为20ms；当然，若接收队列为空，令牌下发的设定时间可在令牌间隔的基础上进行相应的推迟，可以以令牌间隔为参照设置每次推迟的时间长度，例如，为令牌间隔的一半或四分之一；A3、接收队列获得令牌后，取出一个语音数据帧进行后续的接收处理操作；在出现时延抖动的情况下，接收队列中的语音数据帧之间的时间间隔与标准的发送时间间隔相比，会出现两种情况的变化抖动导致的间隔缩小与抖动导致的间隔增大。对于前者，通过按发送时间间隔下发的令牌，即可将缩小的间隔调整回标准的间隔；对于后者，若令牌按令牌间隔下发时，数据帧仍未准备好，则当次令牌的下发会被推迟，假设设定的推迟间隔为二分之一令牌间隔，在一次推迟的时间内，数据帧被接收，随后令牌成功下发，这样后续的令牌下发时间也会相应顺延二分之一令牌间隔，因此若后续语音数据帧的时延抖动范围在二分之一令牌间隔内，则其时延抖动不再会对接收数据帧的时间间隔产生影响，本次令牌下发推迟的时间就成为当前令牌桶对时延抖动的抑制范围。但相应的，推迟的时间也就成为接收数据帧的附加时延。
显然，在每次间隔推迟之后，令牌桶对时延抖动的抑制范围都会扩大，但是相应的附加时延也会增加。虽然大的抖动抑制范围能够充分的保障接收语音数据帧按照标准时间间隔被调整，但过多的附加时延也会导致发送侧与接收侧语音通讯出现同步上的偏差，这对于实时性要求很高的语音业务来说是不利的，因此，为了避免附加时延对收发同步性的影响，可以为间隔推迟的次数设置一个限制，超过该限制即不再进行推迟，可对令牌桶进行重置，重新开始上述启动及控制过程。
对于从接收队列中取出的语音数据帧的具体后续操作，可依本发明方案具体被设置于通讯网络中的位置来确定，一般而言，有如下三种情况一、设置于UE。应用本发明方案对UE接收到的语音数据帧进行抖动抑制控制，从接收队列中取出的语音数据帧被送到UE上层进行解析及语音转换等操作。由于UE是所接收语音数据帧的传输终点，因此在UE上进行抖动抑制控制能够达到最好的改善通讯质量的效果；二、设置于无线分组网网关。应用本发明方案对GW接收到的由IP骨干网传输来的语音数据帧进行抖动抑制控制，从接收队列中取出的语音数据帧被GW转发给RAN，并由RAN最终发送给UE。GW上可能同时有多个用户的语音连接，因此语音数据帧队列和令牌桶需要以VOIP的IP流为单位设置。由于VOIP中产生的时延抖动绝大多数都是因为在IP网络中的传输造成的，因此，对从IP骨干网出来的数据帧进行抖动控制能够对最终的语音接收质量起到实质性的改善。并且，由于抖动控制操作设置在网络侧，可避免进行终端升级及保持一致性的困难，使本发明方案更易于在现网中使用；当然，设置于GW的抖动抑制控制也可以对由UE发送来的准备进入IP骨干网传输的语音数据帧进行，以减小对端GW收到的数据帧的抖动，是否需要对通过GW的数据帧进行双向抖动抑制控制可根据通讯网络的整体情况确定；三、设置于无线接入网。RAN由无线网络控制器(RNCRadio NetworkController)和基站(Node B)构成，可选择将抖动控制设置在RNC或Node B上进行。控制操作设置在RAN上与设置在GW上类似，区别在于，当控制操作设置在GW上时，VOIP承载通道的启动由IMS域完成；当控制操作设置在RAN上时，VOIP承载通道的启动由无线分组网的核心网部分完成。
以下，以抖动控制设置在GW上为例，说明本发明方案的一种应用。应用本发明方案的VOIP一个发送、接收过程的信令流程如图4所示，图4中UE1、RAN1、GW1为主叫方终端、无线接入网及网关，UE2、RAN2、GW2为被叫方终端、无线接入网及网关。为清楚起见，图4中以主叫UE作为发送方UE，被叫UE作为接收方UE；图4中的信令流程为a1、UE1发送呼叫请求消息给IMS域设备；a2、IMS转发呼叫请求消息到UE2；a3、IMS发送承载建立请求消息到GW1，该消息中包含需要被建立的呼叫承载的IP 5元组信息，即，UE1的IP地址/端口号、UE2的IP地址/端口号、协议类型；a4、IMS发送承载建立请求消息到GW2，该消息中包含IP 5元组；a5、GW1根据IP 5元组建立IP流上下文，启动抑制抖动令牌桶；a6、GW2根据IP 5元组建立IP流上下文，启动抑制抖动令牌桶；a7、UE1采样形成语音数据帧；a8、UE1将语音数据帧通过RAN1发送给GW1；a9、GW1进行抖动抑制控制；a10、GW1将抖动抑制控制后的数据包通过IP承载网将发送给GW2；a11、GW2进行抖动抑制控制；a12、GW2将抖动抑制控制后的语音数据帧通过RAN2发送给UE2。
在上述应用例中，GW对发送到IP网络侧与发送到RAN侧的语音数据帧都进行了抖动抑制控制。
实施例二、一种语音数据帧的接收方法，流程如图5所示，包括B1、在接收队列收到第一个语音数据帧时启动令牌桶；本例采用以第一个语音数据帧的到达作为令牌桶启动的条件；B2、在令牌桶启动后二分之一令牌间隔时下发第一个令牌；与实施例一中由令牌推迟下发自然产生的附加时延不同，本例中在令牌桶启动后即自动设置一个附加时延，当然，这也就是当前令牌桶的时延抖动抑制范围，当令牌间隔为20ms时，这个抑制范围设置在5～25ms之间都是适当的，考虑到传输网络的一般抖动情况以及附加时延对语音实时性的影响，本例设置为二分之一令牌间隔，即10ms；B3、在下发第一个令牌后，每隔一个令牌间隔下发一次令牌，若接收队列为空，则推迟下发，具体步骤包括B31、在到达令牌下发时刻时，判断接收队列是否为空，若是则执行B32，若否则执行B35；B32、判断推迟下发的总次数是否超过5次，若是则执行B33，若否则执行B34；B33、重置令牌桶，等待新语音数据帧的接收。
B34、令牌推迟二分之一令牌间隔下发；基于实施例一中对附加时延的描述可知，每次间隔推迟之后，令牌桶的抖动抑制范围即附加时延都会加上相应的推迟时间，因此最好对附加时延的上限进行限制，一般而言，当语音收发的时延超过100ms时，通话双方就会感觉到比较明显的不同步，因此，间隔推迟次数在3～7次之间较为适宜，本例中将推迟下发的总次数限制为5次，这样加上第一次下发令牌的10ms附加时延，总附加时延不超过60ms，可以在保证抖动抑制效果的同时尽量不影响通话的实时性；B35、下发令牌；B4、接收队列获得令牌后，取出一个语音数据帧进行后续的接收处理操作；在本实施例中，为进一步保证抖动抑制控制不会对语音通讯的实时性产生不利影响，对接收队列还采用以下控制机制当接收队列中的语音数据帧个数超过设定队列长度时，丢弃新接收的语音数据帧。通常可将队列长度设置为间隔推迟次数的两倍，本例中设置为10。如果接收队列过长，超过10个数据帧时，则将新接收到数据帧丢弃。
采用上述策略是为了能够对当前令牌桶的附加时延进行灵活控制，因为本例中是以第一个语音数据帧的接收作为抖动抑制的参照点，但实际上，有可能第一个数据帧本身就具有较大的延迟，这样当传输网络的延迟恢复正常后，会导致后续数据帧的堆积，影响通讯的实时性；此外，令牌下发的多次推迟也可能导致附加时延过长，产生后续数据帧的堆积。采用上述队列超长时的帧丢弃策略，可以在附加时延过长时，通过丢弃数据帧及时进行调整，使得过大的附加时延得以减少，从而保证语音通讯的质量。
实施例三、一种终端，如图6所示，包括接收模块1、语音转换模块2、令牌桶控制模块3；接收模块1接收网络侧发送的语音数据帧，并在收到令牌桶控制模块3下发的令牌后依次将一个语音数据帧发送给语音转换模块2；令牌桶控制模块3以设定的时间间隔向接收模块1下发令牌；语音转换模块2对收到的语音数据帧进行解析和语音转换。
本实施例中所提供的终端可适用实施例一或二提供的抖动抑制控制策略对所接收的语音数据帧进行控制。
实施例四、一种无线分组网网关，如图7所示，包括网络连接模块4、无线接入网连接模块5，令牌桶控制模块6；网络连接模块4接收经IP网络传送的语音数据帧，并在收到令牌桶控制模块6下发的令牌后依次将一个语音数据帧发送给无线接入网连接模块5；令牌桶控制模块6以设定的时间间隔向网络连接模块4下发令牌；无线接入网连接模块5将收到的语音数据帧发送到无线接入网中。
本实施例中所提供的无线分组网网关同样可适用实施例一或二提供的抖动抑制控制策略对所接收的语音数据帧进行控制。
当然，令牌桶控制模块6也可以对由无线接入网连接模块5进入网络连接模块4的语音数据帧进行抖动抑制控制，如图7中虚线箭头所示，即，对通过GW的数据帧双向都进行防抖控制，具体执行方式都是相同的，只是数据的流向不同，在此不再赘述。
下面对应用本发明方法的几种系统架构进行详细说明。
实施例五、一种语音通讯系统，如图8所示，包括无线分组网网关7、无线接入网8、终端9、令牌桶控制模块10；
无线分组网网关7接收经IP网络传送的语音数据帧，在收到令牌桶控制模块10下发的令牌后将获得令牌的语音数据帧依次发送给无线接入网8；无线接入网8从无线分组网网关7接收语音数据帧，转发给终端9；终端9从无线接入网8接收语音数据帧，对收到的语音数据帧进行解析和语音转换；令牌桶控制模块10以设定的时间间隔下发令牌给无线分组网网关7已接收的语音数据帧，对无线分组网网关7已接收语音数据帧的后续传输进行帧间隔控制。
实施例六、一种语音通讯系统，如图9所示，包括无线分组网网关11、无线接入网12、终端13、令牌桶控制模块14；无线分组网网关11接收经IP网络传送的语音数据帧，将语音数据帧发送给无线接入网12；无线接入网12从无线分组网网关11接收语音数据帧，在收到令牌桶控制模块14下发的令牌后将获得令牌的语音数据帧依次转发给终端13；终端13从无线接入网12接收语音数据帧，对收到的语音数据帧进行解析和语音转换；令牌桶控制模块14以设定的时间间隔下发令牌给无线接入网12已接收的语音数据帧，对无线接入网12已接收语音数据帧的后续传输进行帧间隔控制。
实施例七、一种语音通讯系统，如图10所示，包括无线分组网网关15、无线接入网16、终端17、令牌桶控制模块18；无线分组网网关15接收经IP网络传送的语音数据帧，将语音数据帧发送给无线接入网16；无线接入网16从无线分组网网关15接收语音数据帧，转发给终端17；终端17从无线接入网16接收语音数据帧，在收到令牌桶控制模块18下发的令牌后对获得令牌的语音数据帧进行解析和语音转换；令牌桶控制模块18以设定的时间间隔下发令牌给终端17已接收的语音数据帧，对终端17已接收语音数据帧的后续语音解析和转换进行帧间隔控制。
在上述三个实施例中，给出了几种采用本发明令牌桶控制语音接收方法的不同系统结构形式。从上述实例可以看出，在IP语音包进入无线接收网络侧直到终端的这一段传输过程中，都可以采用令牌桶对语音数据帧的传输间隔进行控制和调整，差别只在于具体控制点的不同，可根据实际网络情况选择恰当的系统结果来实现。
以上对本发明所提供的语音数据帧的接收方法以及相应的终端、无线分组网网关和语音通讯系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种语音数据帧的接收方法，其特征在于，包括。启动控制语音数据帧接收队列的令牌桶；令牌桶以设定的时间间隔下发令牌；接收队列获得令牌后，取出一个语音数据帧进行后续的接收处理操作。
2.根据权利要求1所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于在接收队列收到第一个语音数据帧时启动令牌桶。
3.根据权利要求1所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于令牌桶在启动后二分之一令牌间隔时下发第一个令牌，以后每隔一个令牌间隔下发一次令牌。
4.根据权利要求3所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于所述令牌间隔为10～50毫秒。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于若令牌下发时接收队列为空，则令牌推迟二分之一设定的时间间隔下发。
6.根据权利要求5所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于所述推迟的总次数不超过设定的间隔推迟次数。
7.根据权利要求6所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于所述接收队列中的语音数据帧个数超过设定队列长度时，丢弃新接收的语音数据帧。
8.根据权利要求7所述的语音数据帧的接收方法，其特征在于所述间隔推迟次数为3～7次，所述队列长度为所述间隔推迟次数的两倍。
9.一种终端，包括接收模块和语音转换模块，其特征在于还包括令牌桶控制模块，所述接收模块接收网络侧发送的语音数据帧，并在收到所述令牌桶控制模块下发的令牌后依次将一个语音数据帧发送给所述语音转换模块；所述令牌桶控制模块以设定的时间间隔向所述接收模块下发令牌；所述语音转换模块对收到的语音数据帧进行解析和语音转换。
10.一种无线分组网网关，包括网络连接模块、无线接入网连接模块，其特征在于还包括令牌桶控制模块，所述网络连接模块接收经互联网络传送的语音数据帧，并在收到所述令牌桶控制模块下发的令牌后依次将一个语音数据帧发送给所述无线接入网连接模块；所述令牌桶控制模块以设定的时间间隔向所述网络连接模块下发令牌；所述无线接入网连接模块将收到的语音数据帧发送到无线接入网中。
11.一种语音通讯系统，包括无线分组网网关、无线接入网、终端；所述无线分组网网关接收语音数据帧，将语音数据帧发送给所述无线接入网；所述无线接入网从所述无线分组网网关接收语音数据帧，转发给所述终端；所述终端从所述无线接入网接收语音数据帧，对收到的语音数据帧进行解析和语音转换；其特征在于还包括令牌桶控制模块，所述令牌桶控制模块对已接收的语音数据帧进行控制，以设定的时间间隔下发令牌，所述已接收的语音数据帧在获得令牌后依次进入后续的接收处理。
12.根据权利要求11所述的语音通讯系统，其特征在于所述令牌桶控制模块对所述无线分组网网关已接收的语音数据帧进行控制，所述无线分组网网关将获得令牌的语音数据帧依次发送给所述无线接入网。
13.根据权利要求11所述的语音通讯系统，其特征在于所述令牌桶控制模块对所述无线接入网已接收的语音数据帧进行控制，所述无线接入网将获得令牌的语音数据帧依次转发给所述终端。
14.根据权利要求11所述的语音通讯系统，其特征在于所述令牌桶控制模块对所述终端已接收的语音数据帧进行控制，所述终端对获得令牌的语音数据帧依次进行解析和语音转换。
全文摘要
本发明公开了一种语音数据帧的接收方法，其核心思想是采用令牌桶定时下发令牌来控制语音数据帧的接收时间间隔。本发明控制方案可以在终端的接收操作中进行，也可以在无线接入网或无线分组网网关的接收操作中进行。本发明还提供适用于上述控制方案的终端、无线分组网网关和语音通讯系统。本发明能够有效抑制传输过程中带来的时延抖动，保证了VOIP语音数据帧在移动分组网内的传输质量，提高VOIP语音通讯质量。
文档编号H04M11/06GK1889526SQ200610103518
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年7月19日
发明者蒋铭 申请人:华为技术有限公司