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一種無線局域網的語音質量測定方法.pdf

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一種 無線 局域網 語音 質量 測定 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210172045.8

申請日:

2012.05.25

公開號:

CN102708856B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G10L 11/00申請日:20120525|||公開
IPC分類號: G10L25/60(2013.01)I; H04W24/08(2009.01)I; H04W84/12(2009.01)I 主分類號: G10L25/60
申請人: 浙江工業大學
發明人: 王萬良; 張科娜; 姚信威; 顧熙仁; 徐新黎; 趙燕偉
地址: 310014 浙江省杭州市下城區潮王路18號
優先權:
專利代理機構: 杭州天正專利事務所有限公司 33201 代理人: 王兵;王利強
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210172045.8

授權公告號:

102708856B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.11.28|||2012.10.03

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種無線局域網的語音質量測定方法,包括以下步驟:步驟1,建立如(1)式碰撞概率表達式;將基于IEEE802.11e無線局域網的節點輸入輸入所述碰撞概率表達式;步驟2,根據Markov鏈的性質,得到如(2)式的發送概率、碰撞概率、退避狀態轉移概率之間的關系式;步驟3,根據退避計數器減一的條件得到如(3)式的退避狀態轉移概率的表達式;步驟4,基于步驟1~3得到的三個表達式組成的方程組,解得碰撞概率p的值;步驟5,轉化碰撞概率p,E-Model的最終結果R值,主觀語音質量評價MOS值三者之間的關系,即得到語音質量。本發明提供一種有效提高準確度的基于IEEE802.11e無線局域網的語音質量測定方法。

權利要求書

權利要求書
1.  一種無線局域網的語音質量測定方法,其特征在于:
步驟1,建立如(1)式碰撞概率表達式,

式(1)中,p為碰撞概率,ε為節點發送數據幀的概率,j為退避階數,n為最大退避階數,M為每個節點所包含的節點AC數;
將基于IEEE802.11e無線局域網的節點輸入所述碰撞概率表達式;
步驟2,根據Markov鏈的性質,得到如(2)式的發送概率、碰撞概率、退避狀態轉移概率之間的關系式:

其中,ρn為退避狀態轉移概率,fn為重傳上限,CWmin最小競爭窗;
步驟3,根據退避計數器減一的條件得到如(3)式的退避狀態轉移概率的表達式:

步驟4,基于步驟1~3得到的三個表達式組成的方程組,解得碰撞概率p的值;
步驟5,轉化碰撞概率p,E-Model的最終結果R值,主觀語音質量評價MOS值三者之間的關系;
R=Ro-Is-Id-Ie+A (4)
Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×loss) (5)
R=3.026MOS3-25.314MOS2+87.060MOS-57.336 (6)
上述(4)式是E-Model最終結果值R的表達式;(5)式是R值的重要影響因素–設備引入損傷Ie的表達式;(6)式是R值與MOS值之間的關系式,通過(4)~(6)式將步驟4得到的碰撞概率p值轉化為MOS值,即得到語音質量。

2.  如權利要求1所述的無線局域網的語音質量評估方法,其特征在于:步驟5中,在計算R時,采用的簡化計算公式為
R=94.2-Ie (7)在(7)式中,考慮碰撞概率對語音質量的影響,即考慮因素Ie。

3.  如權利要求1或2所述的無線局域網的語音質量評估方法,其特征在于:步驟5中,在計算Ie時,采用的簡化計算公式為
Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×p) (8)在(8)式中,用碰撞概率p近似代替丟包率loss。

4.  如權利要求3所述的無線局域網的語音質量評估方法,其特征在于:所述式(8)中的碰撞概率p是通過步驟1~3中的公式(1)~(3)計算得到的。

說明書

說明書一種無線局域網的語音質量測定方法
技術領域
[0001] 本發明涉及語音質量測定技術,尤其是一種無線局域網的語音質量測定方法。
背景技術
[0002] 隨著現代社會經濟、技術的不斷發展,人們對生活水平的要求越來越高,已經無法滿足于有線網絡的使用,無線局域網作為有線網絡的有力擴充迅速融入人們的生活。人們迫切希望保證無線局域網的語音質量,使WLAN提供的服務能像有線LAN一樣穩定且高效。IEEE802.11是目前無線局域網應用最廣泛的協議,802.11e協議改善了802.11協議對QoS的支持,能區分不同的服務優先級,提供更高質量的實時數據傳輸服務,代表了網絡的發展方向,正確評估IEEE802.11e無線局域網的語音質量非常重要。
[0003] 雖然目前有多種主、客觀語音質量評價方法,但主觀評價方法花費大且復雜度高;客觀評價方法主要應用于傳統的電話網絡;關于語音質量的研究,目前主要集中在基于IP網絡的語音通信VoIP。1998年國際電聯的G.107將歐洲電信標準協會開發的E-Model標準化。E-Model是客觀預測語音質量的一種方法,全面考慮了延時、噪聲、回音、編碼器性能、丟包等因素;E-Model方法不同于其它的客觀評價方法只適用于傳統的電話網絡,同樣能評估數據網絡的語音質量。此后有很多關于E-Model語音質量評價標準的研究。但是這些研究都是E-Model基于VoIP應用的研究,缺少E-Model基于IEEE802.11WLANs應用的研究。
發明內容
[0004] 為了克服已有語音質量評價方法的準確度較差的不足,本發明提供一種有效提高準確度的基于IEEE802.11e無線局域網的語音質量測定方法。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006] 一種基于IEEE802.11e無線局域網的語音質量測定方法,包括以下步驟:
[0007] 步驟1,建立如(1)式碰撞概率表達式,
[0008] [0009] 式(1)中,p為碰撞概率,ε為節點發送數據幀的概率,j為退避階數,n為最大退避階數,M為每個節點所包含的節點AC數;
[0010] 將基于IEEE802.11e無線局域網的節點輸入輸入所述碰撞概率表達式;
[0011] 步驟2,根據Markov鏈的性質,得到如(2)式的發送概率、碰撞概率、退避狀態轉移概率之間的關系式:
[0012]

[0013] 其中,ρn為退避狀態轉移概率,fn為重傳上限,CWmin最小競爭窗;
[0014] 步驟3,根據退避計數器減一的條件得到如(3)式的退避狀態轉移概率的表達式:
[0015] [0016] 步驟4,基于步驟1~3得到的三個表達式組成的方程組,解得碰撞概率p的值;[0017] 步驟5,轉化碰撞概率p,E-Model的最終結果R值,主觀語音質量評價MOS值三者之間的關系;
[0018] R=Ro-Is-Id-Ie+A (4)[0019] Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×loss) (5)[0020] R=3.026MOS3-25.314MOS2+87.060MOS-57.336 (6)
[0021] 上述(4)式是E-Model最終結果值R的表達式;(5)式是R值的重要影響因素–
設備引入損傷Ie的表達式;(6)式是R值與MOS值之間的關系式,通過(4)~(6)式將步驟
4得到的碰撞概率p值轉化為MOS值,即得到語音質量。
[0022] 進一步,步驟5中,在計算R時,采用的簡化計算公式為
[0023] R=94.2-Ie (7)[0024] 在(7)式中,考慮碰撞概率對語音質量的影響,即考慮因素Ie。[0025] 再進一步,步驟5中,在計算Ie時,采用的簡化計算公式為
[0026] Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×p) (8)
[0027] 在(8)式中,用碰撞概率p近似代替丟包率loss。
[0028] 更進一步,所述式(8)中的碰撞概率p是通過步驟1~3中的公式(1)~(3)計算得到的。
[0029] 本發明的目標是:引入VoIP的E-Model的語音質量評價方法評估基于
IEEE802.11e的語音質量,提高語音質量的評估準確度。
[0030]本發明根據Markov鏈的性質,得到節點發送概率ε,碰撞概率p,退避狀態轉移概率ρ的關系;根據退避計數器減一的條件,得到退避狀態轉移概率ρ關于ε的表達式;本發明建立的碰撞概率p關于ε的表達式得到p的值。然后通過p,loss,Ie,R,MOS等值的一系列相互轉化,最后得到大家普遍公認的主觀MOS評估語音質量。
[0031] 本發明的有益效果主要表現在:引入VoIP的E-Model的語音質量評價方法評估基于IEEE802.11e的語音質量,提高語音質量的評估準確度。
附圖說明
[0032] 圖1為E-Model基本原理框圖。
[0033] 圖2為E-Model的傳輸等級參數與用戶滿意度的對應表。
[0034] 圖3為IEEE802.11e的EDCF的Markov模型圖。
[0035] 圖4為新碰撞概率下εn、ρn、p關系圖。
具體實施方式
[0036] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0037] 參照圖1~圖4,一種基于IEEE802.11e無線局域網的語音質量測定方法,包括以下步驟:
[0038] 步驟1,建立如(1)式碰撞概率表達式,
[0039] [0040] 式(1)中,p為碰撞概率,ε為節點發送數據幀的概率,j為退避階數,n為最大退避階數,M為每個節點所包含的節點AC數;
[0041] 將基于IEEE802.11e無線局域網的節點輸入輸入所述碰撞概率表達式;
[0042] 步驟2,根據Markov鏈的性質,得到如(2)式的發送概率、碰撞概率、退避狀態轉移概率之間的關系式:
[0043]

[0044] 其中,ρn為退避狀態轉移概率,fn為重傳上限,CWmin最小競爭窗;
[0045] 步驟3,根據退避計數器減一的條件得到如(3)式的退避狀態轉移概率的表達式:
[0046] [0047] 步驟4,基于步驟1~3得到的三個表達式組成的方程組,解得碰撞概率p的值;[0048] 步驟5,轉化碰撞概率p,E-Model的最終結果R值,主觀語音質量評價MOS值三者之間的關系;
[0049]R=Ro-Is-Id-Ie+A(4)[0050]Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×loss)(5)[0051]R=3.026MOS3-25.314MOS2+87.060MOS-57.336(6)
[0052]上述(4)式是E-Model最終結果值R的表達式;(5)式是R值的重要影響因素-設備引入損傷Ie的表達式;(6)式是R值與MOS值之間的關系式,通過(4)~(6)式將步驟4得到的碰撞概率p值轉化為MOS值,即得到語音質量。
[0053] 進一步,步驟5中,在計算R時,采用的簡化計算公式為[0054] R=94.2-Ie (7)[0055] 在(7)式中,考慮碰撞概率對語音質量的影響,即考慮因素Ie。[0056] 再進一步,步驟5中,在計算Ie時,采用的簡化計算公式為
[0057]Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×p)(8)
[0058]在(8)式中,用碰撞概率p近似代替丟包率loss。
[0059]更進一步,所述式(8)中的碰撞概率p是通過步驟1~3中的公式(1)~(3)計算得到的。
[0060]本實施例中,圖2是E-Model的傳輸等級參數與用戶滿意度的對應表。平均主觀值MOS是廣泛認同的語音質量標準,MOS值浮動于1.0-5.0之間,MOS值越大,用戶滿意度越高。R值是E-Model的最終結果,取值范圍為0-100,值越大,用戶滿意度越高。
[0061]根據ITU-TG.107的定義,E-Model的結果R和平均主觀值MOS有如下的關系:
[0062] [0063] R值的基本表達式:R=R0-Is-Id-Ie+A (4)
[0064]Ie的表達式:
[0065]Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×loss)(5)
[0066]圖1是E-Model基本原理圖,從圖1看到E-Model的最終結果R值的影響因素。本發明R值不考慮Is、Id、A等對其的影響,重點考慮碰撞概率對語音質量的影響,所以只考慮因素Ie。
[0067]R=94.2-Ie(7)
[0068]用碰撞概率p近似代替圖1中丟包率loss,本發明假設網絡工作在理想的物理傳輸環境下,數據幀在傳輸過程中不出現誤碼。在假設成立下,忽略其他因素對丟包率的影響,只考慮碰撞引起的丟包。
[0069]Ie=13.2+15.84×ln(1+0.38×p)(8)
[0070]在IEEE802.11eWLANs中假設網絡中節點的發送概率為ε,碰撞概率為p,退避狀態轉移概率為ρn,最大的退避階數為nn,第j+1階退避時AC[n]的競爭窗口大小Xn,j,重傳上限fn+1。根據退避規則,可得Xn,j的表達式:
[0071]
[0072]根據MAC協議的馬氏鏈,圖3為EDCF的Markov模型。根據Markov鏈的性質,根據圖3的EDCFMarkov模型可得:
[0073]On,j,0=pnOn,j-1,0(11)
[0074]由此得到下式:
[0075]
[0076]令On,j,l為Markov鏈的平穩狀態分布,根據Markov鏈的性質,所有穩態的概率之和為1。所以得到下式:
[0077]
[0078] 把(11)、(12)代入式(13),進行以下計算:
[0079] [0080]
[0081] 化簡上式(14)得到:
[0082] [0083] 結合式(10)、(15)并化簡就可以得到On,0,0的一般形式。
[0084] 當fn≤nn時:
[0085] [0086] 所以當fn≤nn時On,0,0的表達式為:
[0087] [0088] 通過類似以上fn≤nn的計算,當fn>nn時On,0,0的表達式如下:
[0089]

[0090] 結合式(16)fn≤nn和式(17)fn>nn條件下On,0,0的表達式,得到如下On,0,0的一般表達式:
[0091] [0092] 根據圖3得到當計數器為0時AC[n]訪問信道,某個時隙AC[n]訪問信道的概率εn為:
[0093] [0094] 把式(19)On,0,0的一般式代入式(20),得到εn表達式:
[0095] [0096] 21)
[0097] 退避狀態轉移概率ρn關于εn的表達式:
[0098]
[0099] 建立的新碰撞概率表達式:
[0100] [0101] 本發明用于對比的其它碰撞概率表達式:
[0102] Hui提出的
[0103] 張偉提出的
[0104] YangXiao提出的
[0105] Hui、ZhangWei、YangXiao與本發明提出的碰撞概率下語音質量是非常接近的;本文提出的模型的語音質量結果與仿真結果吻合最好。
[0106] 圖4為新碰撞概率下εn、ρn、p關系圖。
[0107] 根據p,loss,Ie,R,MOS等值的一系列相互轉化,得到MOS值,根據MOS值評價語音質量。

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