AFS je režim plnorychlostního hlasového kodeku v rodině AMR pro sítě GSM/EDGE, který dynamicky přizpůsobuje svou přenosovou rychlost a ochranu proti chybám na základě rádiových podmínek, aby optimalizoval kvalitu hlasu a kapacitu sítě.

Popis

AFS (Adaptive Multi-Rate Full Rate Speech) je specifický provozní režim adaptivního hlasového kodeku Adaptive Multi-Rate (AMR), standardizovaného organizací 3GPP pro systémy GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN). Funguje na plnorychlostním provozním kanálu (TCH/F) s hrubou přenosovou rychlostí 22,8 kbit/s. Základním principem AFS je jeho adaptivní povaha: nepracuje na jedné pevné přenosové rychlosti. Místo toho vybírá z osmi režimů zdrojového kodeku v rozsahu od 4,75 kbit/s do 12,2 kbit/s (včetně režimu kodeku ETSI GSM Enhanced Full Rate). Zbývající kapacita kanálu po alokaci bitů pro hlasovou datovou část je využita pro korekci chyb (FEC) prostřednictvím kanálového kódování. Síť, konkrétně řadič základnových stanic (BSC), dynamicky volí optimální režim kodeku na základě měření kvality rádiového kanálu v reálném čase, jako je síla signálu a míra chybovosti bitů.

Z architektonického hlediska implementace AFS zahrnuje jak mobilní stanici (MS), tak síťové prvky. Kódování hlasu probíhá v MS a v převodníkové jednotce (TCU), která je často umístěna v řadiči základnových stanic (BSC) nebo v mediální bráně (MGW). BSC hraje klíčovou roli, protože přijímá hlášení o měřeních od MS a od základnové stanice (BTS) o aktuální kvalitě rádiového spoje. Na základě těchto informací BSC provádí algoritmus adaptace režimu AMR, aby rozhodl, zda nařídit změnu na jiný režim kodeku – například přechod z režimu s vysokou přenosovou rychlostí (jako 12,2 kbit/s) nabízejícího nejlepší kvalitu hlasu na robustnější režim s nižší přenosovou rychlostí (jako 4,75 kbit/s) se silnější FEC při zvýšeném rušení. Tento příkaz je odeslán pomocí vnitropásmového signalizování uvnitř hlasového rámce.

Úlohou AFS v síti je maximalizovat spektrální účinnost a zvýšit robustnost kvality hlasu. Tím, že umožňuje výměnu přenosové rychlosti hlasového kodeku za zvýšenou ochranu proti chybám, poskytuje AFS významné zvýšení tolerance vůči chybám kanálu ve srovnání se staršími kodeky s pevnou rychlostí, jako je GSM Full Rate (FR) nebo Enhanced Full Rate (EFR). To přímo vede ke zlepšené kvalitě hlasu na okrajích buňky nebo v oblastech se špatným pokrytím a může zvýšit kapacitu sítě tím, že umožní přijatelné kvality hovorů při nižších poměrech nosná/rušení (C/I). Adaptace je typicky pomalá, v řádu sekund, aby odpovídala relativně pomalým charakteristikám útlumu rádiového kanálu a aby se zabránilo nadměrnému přepínání režimů. AFS je klíčovou součástí celkové funkčnosti kodeku AMR, která zahrnuje také režim Adaptive Multi-Rate Half Rate Speech (AHS) pro provoz na polorychlostních kanálech, což poskytuje další zisky v kapacitě.

K čemu slouží

AFS byl vytvořen, aby řešil omezení hlasových kodeků s pevnou rychlostí v sítích GSM, především kompromis mezi kvalitou hlasu a odolností proti chybám. Předchozí kodeky před AMR, jako GSM Full Rate (FR) a Enhanced Full Rate (EFR), používaly statické přidělování bitů pro hlas a kanálové kódování. Za dobrých rádiových podmínek to bylo neefektivní, protože nadbytečné bity pro kanálové kódování byly promrhány, zatímco za špatných podmínek byla pevná úroveň ochrany často nedostatečná, což vedlo k výraznému zhoršení hlasu nebo přerušeným hovorům. Průmysl potřeboval inteligentnější kodek, který by mohl tento kompromis dynamicky optimalizovat.

Motivace pro AFS a širší kodek AMR byla hnací silou potřeby zlepšit kvalitu hlasových služeb a zvýšit kapacitu sítě bez nutnosti nového spektra nebo dalších lokalit buněk. Zavedením adaptability mohl stejný fyzický rádiový kanál podporovat vyšší kvalitu hlasu, když byly podmínky dobré, a robustnější, byť mírně nižší kvalitu hlasu, když se podmínky zhoršily. Tato adaptabilita přímo řešila problém nekonzistentní kvality hlasu, kterou zažívali mobilní uživatelé, zejména v náročných rádiových prostředích. Umožnila operátorům zlepšit spokojenost zákazníků a potenciálně zpřísnit vzory opakování kmitočtů, čímž zvýšila počet současných hovorů, které síť mohla zvládnout.

Historicky byl AFS součástí zavedení kodeku AMR ve 3GPP Release 4 (ačkoli je často spojován s pozdějšími releasy pro specifické funkce), což představovalo významný vývoj od kodeku GSM EFR. Poskytl zpětně kompatibilní cestu upgradu pro stávající sítě GSM, protože struktura plnorychlostního kanálu zůstala nezměněna; pouze interpretace bitového toku byla adaptována. To učinilo nasazení AFS pro operátory relativně přímočarým, což jim umožnilo získat výhody adaptivního hlasového kódování na jejich stávající infrastruktuře a otevřelo cestu k efektivnějšímu využití cenného rádiového spektra vyhrazeného pro hlasové služby.

Klíčové vlastnosti

• Dynamický výběr režimu kodeku z osmi přenosových rychlostí (4,75; 5,15; 5,90; 6,70; 7,40; -7,95; 10,2; 12,2 kbit/s)
• Pracuje na plnorychlostním provozním kanálu GSM (TCH/F) s rychlostí 22,8 kbit/s
• Adaptace spoje řízená BSC na základě měření kvality rádiového signálu
• Vnitropásmová signalizace pro příkazy a indikace režimu kodeku
• Vylepšená odolnost proti chybám prostřednictvím adaptivní alokace kanálového kódování
• Zpětná kompatibilita se strukturou kanálů GSM pro snadné nasazení

Související pojmy

• GERAN – GSM EDGE Radio Access Network

Definující specifikace

• TR 45.913 (Rel-19) — Optimized Transmit Pulse Shape for EGPRS2-B
• TR 45.914 (Rel-19) — MUROS Feasibility Study for Voice Capacity
• TR 45.926 (Rel-19) — GERAN BTS Energy Saving Study

📖 Anglický originál a plná specifikace: AFS na 3GPP Explorer