-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Informationskodierverfahren,
das eine fokussierte Fehlerkorrektur und/oder Fehlererkennung verwendet,
wobei bei diesem Verfahren die Qualität der Datenübermittlungsverbindung verwendet
wird, um den Kodiermodus für
die Datenübermittlungsverbindung
auszuwählen. Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein System und Endgeräte, die
das Verfahren anwenden. Die Erfindung ist insbesondere für eine Verwendung
in Verbindung mit Datenübermittlungsverbindungen,
die durch Funk verwirklicht werden, geeignet.
-
Während Information,
wie Sprache oder Daten, unter Verwendung von Übermittlungsverbindungen, die Übermittlungsfehlern
unterworfen sind, übermittelt
wird, wird die zu übermittelnde
Information im allgemeinen unter Verwendung eines Fehlerkorrekturalgorithmus
geschützt.
Insbesondere bei digitalen Verbindungen wird versucht, Übermittlungsfehler
zu erkennen und die fehlerhaften Informationsbits zu korrigieren.
Die Tatsache, wie gut dies gelingt, hängt unter anderem von der Anzahl
der Übermittlungsfehler
und vom verwendeten Fehlerkorrekturalgorithmus ab. Bei bisherigen,
Fachleuten vorbekannten Sprachkodiersystemen werden ein Hauptteil
der Bits, die die Sprachinformation umfassen, unter Verwendung eines
Fehlerkorrekturkodes geschützt.
Dies ist das Verfahren beispielsweise im sogenannten Full-Rate-(FR,
Full Rate)-Sprach-Kodierer-Dekodierer des GSM-Systems.
-
Im
Full-Rate-Sprach-Kodierer-Dekodierer (der später auch FR-Sprach-Kodierer-Dekodierer genannt wird)
des GSM-Systems wird ein Sprachkodiersystem auf RPE-LTP-Basis (Regular
Pulse Excitation – Long term
Prediction) verwendet. Es produziert 260 Sprachparameterbits für jeden
Sprachrahmen von 20 ms. Aus diesen 260 Bits werden die 182 subjektiv
am wichtigsten Bits unter Verwendung eines Fehlerkorrekturkodes geschützt. Als Fehlerkorrekturkode
wird die 1/2-Raten-Faltungskodierung verwendet. Die verbleibenden
78 Bits werden in der Datenübermittlungsverbindung
vollständig
ohne eine Fehlerkorrektur übermittelt.
-
Die
Anzahl der Übermittlungsfehler
auf einer Datenübermittlungsverbindung
kann vorübergehend
die Fehlerkorrekturkapazität
der 1/2-Raten-Faltungskodierung, die im GSM-System verwendet wird, übersteigen. Somit
kann es sein, dass die wichtigen empfangenen Sprachparameterbits Übermittlungsfehler
enthalten. Es ist wichtig, diese aufgetretenen Übermittlungsfehler zu erkennen,
sogar wenn es nicht möglich
ist, sie zu korrigieren. Wenn die Sprachparameter, die für die Sprachqualität am wichtigsten
sind, Übermittlungsfehler
enthalten, so sollten sie nicht für die Sprachsynthetisierung
im Empfänger
verwendet werden, sondern sie müssen zurückgewiesen
werden. Im Full-Rate-FR-Sprach-Kodierer-Dekodierer
des GSM-Systems wird eine 3 Bit CRC-Fehlererkennung (Cyclic Redundancy
Check, Prüfsummenverfahren)
verwendet. Die CRC-Fehlererkennung ist auf die 50 wichtigsten Bits
der Sprachkodierung gerichtet. In einem Empfänger wird der Fehlererkennungskode
für das
Verifizieren der Korrektheit der 50 wichtigsten Bits jedes Sprachrahmens
von 20 ms verwendet. Wenn sie Fehler enthalten, so wird der Rahmen
als schlecht klassifiziert und nicht bei der Sprachsynthetisierung
verwendet. Stattdessen wird versucht den schlechten Rahmen durch
eine Abschätzung
zu ersetzen, die beispielsweise auf der Basis zeitlich vorhergehender,
fehlerfreier Rahmen gebildet wird.
-
Das
Full-Rate-Sprachkodierverfahren des GSM-Systems, das oben kurz vorgestellt
wurde, arbeitet ziemlich gut unter der Voraussetzung, dass der relative
Anteil von Übermittlungsfehlern
nicht zu groß wird.
Unter diesen Bedingungen kann der Fehlerkorrekturalgorithmus Übermittlungsfehler
in ausreichender Weise korrigieren, um eine zufriedenstellende Übermittlungsverbindung
und durch sie eine zufriedenstellende Sprachqualität zu erhalten.
Wenn der Anteil der Übermittlungsfehler
auf einen mittleren oder hohen Pegel wächst, wird die Fehlerkorrekturfähigkeit
der Faltungskodierung, die das ½-Rate-Kodierverhältnis aufweist, überschritten. In
diesem Fall würde
ein effizienterer Fehlerkorrekturalgorithmus benötigt, wie beispielsweise eine
Faltungskodierung, die ein 1/3-ratiges Kodierverhältnis aufweist.
In diesem Fall wird sich jedoch die gesamte Sprachkodiereffizienz
wesentlich reduzieren, da mehr Fehlerkorrekturinformationsbits in
die Datenübermittlungsverbindung
eingeschlossen werden müssen.
Dies erhöht
natürlich
die Datenübermittlungsrate,
die für
die Datenübermittlungsverbindung
benötigt
wird. Somit kann diese Lösung
nicht für
Kodierer-Dekodierer mit einer festen Leitungsgeschwindigkeit verwendet
werden. Tatsächlich
ist das oben dargestellte Verfahren, das darauf basiert, den Fehlerkorrekturalgorithmus
effizienter zu machen, für
Systeme mit variabler Leitungsgeschwindigkeit geeignet.
-
Beispielsweise
kann die gesamte Bitrate des Datenübermittlungssystems, das für das Übermitteln
von Sprache verwendet wird, konstant gehalten werden, vorausgesetzt,
dass zur selben Zeit die Anzahl der Bits, die für die Sprachkodierung selbst
verwendet werden, reduziert wird. Dies wiederum erfordert die Verwendung von
mehreren unterschiedlichen Sprach-Kodierern-Dekodierern mit unterschiedlichen
Leitungsgeschwindigkeiten sowohl im Sender als auch im Empfänger, was
die Struktur des Systems komplizierter macht.
-
Ein
bekanntes Beispiel der Verwendung unterschiedlicher Sprach-Kodierer-Dekodierer
ist in der
US 5 115 469 veröffentlicht,
bei dem der Kodierer so ausgewählt
wird, dass die am besten das ursprüngliche Signal erzeugende Kodierer-Dekodierer-Kombination
gewählt
wird. In der
GB 2 291 570 werden
unterschiedliche Abschnitte eines Sprachrahmens für eine Fehlerkorrektur
parallelen Kodierern unterworfen, die jeweils eine Blockkodierung
ausführen,
und das Ausgangssignal einer der Kodierer wird für die Übermittlung in Abhängigkeit
von der Qualität
des Kommunikationskanals ausgewählt.
-
Je
geringer die Anzahl der Bits ist, die für die Sprachkodierung verwendet
werden, desto mehr Rechenkapazität
ist normalerweise für
die verschiedenen Komponenten des Systems erforderlich. Die oben
dargestellten Nachteile erhöhen
die Kosten des Systems. Zusätzlich
kann die Verschlechterung der Sprachqualität nicht vermieden werden, wenn
mehr Bits für
die Fehlerkorrektur verwendet werden, da je weniger Bits für die Sprachkodierung
verfügbar
sind, desto mehr die Sprachqualität gefährdet werden muss. Die Verschlechterung
der Sprachqualität
durch die Reduktion der Anzahl der Bits, die für die Sprachkodierung verwendet
werden, ist insbesondere in so einem Fall wichtig, bei dem es zur
Sprache Hintergrundgeräusche,
beispielsweise Geräusche
von einem Fahrzeugmotor, gibt.
-
Ein
Problem, das bei den Sprachkodierverfahren gemäß dem Stand der Technik auftaucht,
ist die vollständige
Unterdrückung
der Sprachsynthetisierung in einem Empfänger, wenn Datenübermittlungsverbindungen
verwendet werden, die eine große
Anzahl von Übermittlungsfehlern
aufweisen. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass wenn ein Fehlererkennungsalgorithmus Übermittlungsfehler
in Sprachrahmen erkennt, er zu leicht den Sprachsynthesizer stumm
schaltet. Dies führt
zum Verlust von Sprachinformation.
-
Wie
aus der obigen Beschreibung deutlich wird, besteht eine Notwendigkeit,
ein besseres Verfahren des Schützens
von Informationsparametern auf Datenübermittlungsverbindungen, die
viele Übermittlungsfehler
enthalten, zu entwickeln. Zusätzlich
besteht ein Bedürfnis,
ein System zu entwickeln, dessen Empfänger Informationsparameterrahmen,
die Fehler enthalten, besser toleriert. Nachfolgend werden das Informationskodierverfahren
gemäß der Erfindung
und das System, das es verwendet, und die Endgeräte primär beispielhaft unter Verwendung
der Sprachkodierung in einem mobilen Kommunikationssystem erläutert. Nichts
begrenzt jedoch die Anwendung des Informationskodiersystems gemäß der Erfindung
für das
Kodieren auch anderer Daten als Sprachdaten. Aus Gründen der
Klarheit wird die Erfindung nachfolgend auch als Sprachkodierverfahren
bezeichnet, da es am besten eines der wichtigsten Anwendungsfelder
der Erfindung beschreibt. Es ist möglich, die Erfindung statt
bei einer Funkverbindung beispielsweise auch in Verbindung mit Informationsübermittlungssystemen,
die unter Verwendung von drahtgebundenen Verbindungen verwirklicht
werden, zu verwenden.
-
Es
wurde nun ein Informationskodierverfahren, das ein fokussiertes
Fehlerkorrektur- und Fehlererkennungssystem verwendet, erfunden,
durch dessen Verwendung die oben beschriebenen Probleme reduziert werden
können.
Einer der Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sprachkodierverfahren
zu präsentieren,
das sich als Funktion der Qualität
einer Datenübermittlungsverbindung
automatisch einstellt, um die Sprachqualität auf Datenübermittlungsverbindungen jeder
Qualität
zu optimieren. Die Qualität
der verwendeten Datenübermittlungsverbindung
wird durch das Messen der Parameter, die die Qualität einer
Datenübermittlungsverbindung
beschreiben, wie beispielsweise C/I-Verhältnis (Träger-Zu-Störungs-Verhältnis), S/N-Verhältnis
(Signal-zu-Rausch-Verhältnis)
oder Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER), die Fachleuten schon vorbekannt
sind, analysiert. Im Informationskodierverfahren gemäß der Erfindung
besteht keine Notwendigkeit, die Anzahl der Bits, die für die Sprachkodierung
verwendet werden, in Bezug auf die gesamte Bitrate, die bei der Informationsübermittlungsverbindung
verwendet wird, zu reduzieren, so dass in diesem Fall die Sprachqualität der Sprache
vorzugsweise gut bleibt. Im Informationskodierverfahren gemäß der Erfindung
ist die Fehlererkennung und wahlweise die Fehlerkorrektur auf die
Bits fokussiert, die für
die Sprachqualität
am wesentlichsten sind, als Funktion des C/I-Verhältnisses
oder einiger anderer Parameter, die die Qualität der Datenübermittlungsverbindung beschreiben.
Das Unterdrücken
der Sprachsynthetisierung, das in bisher bekannten Systemen bei
Datenübermittlungsverbindungen
schlechter Qualität
auftritt, wird beim Informationskodierverfahren gemäß der Erfindung
durch die Verwendung der fokussierten Fehlererkennung, mit anderen
Worten durch die Verwendung einer fokussierten Erkennung von schlechten
Rahmen, reduziert.
-
Das
Informationskodierverfahren gemäß der Erfindung
toleriert Datenübermittlungsfehler
gut. Die hohe Toleranz von Datenübermittlungsfehlern
kann durch das Überwachen
der Qualität
der Datenübermittlungsverbindung
und durch das Optimieren der Fokussierung der Fehlerkorrektur und
der Fehlererkennung von Sprachparametern erzielt werden. Sowohl
die Fehlerkorrekturkodierung (beispielsweise Faltungskodierung)
als auch die Fehlererkennungskodierung (beispielsweise Prüfen der
zyklischen Redundanz) werden so eingestellt, dass sie zu den Fehlerzuständen der
Datenübermittlungsverbindung
passen.
-
Wenn
wenig Datenübermittlungsfehler
auftreten, werden alle oder nahezu alle Sprachparameterbits mit
einem Fehlererkennungskode in einem System gemäß der Erfindung geschützt, und
wenn mehr Datenübermittlungsfehler
auftreten, wird die Fehlererkennung um so mehr auf die Sprachparameterbits
fokussiert, die am wichtigsten für
die Sprachqualität
und die Verständlichkeit
sind, je mehr Datenübermittlungsfehler
auftreten. Zusätzlich
können,
wenn wenig Datenübermittlungsfehler
auftreten, alle oder nahezu alle Sprachparameterbits mit einem Fehlerkorrekturkode
in einem System gemäß der Erfindung
geschützt
werden. Wenn mehr Datenübermittlungsfehler
auftreten, wird die Fehlerkorrektur um so mehr auf die Sprachparameterbits
fokussiert, die am wichtigsten für
die Sprachqualität
und die Verständlichkeit
sind (wenn andere Daten als Sprache übermittelt werden, auf die
wichtigsten Bits für
die Information), je mehr Datenübermittlungsfehler
auftreten. Das Fokussieren auf die Fehlererkennungsbits kann erfolgen,
indem die Anzahl der Fehlererkennungsbits konstant gehalten wird
(beispielsweise 3 CRC-Bits), aber eine Fehlererkennung mit einer
anderen Menge von Informationsbits in Abhängigkeit von der Datenübermittlungsqualität durchgeführt wird.
Das Fokussieren der Fehlererkennungsbits kann durch das Variieren
der Menge der Fehlererkennungsbits in Abhängigkeit von der Datenübermittlungsqualität erfolgen.
Die Tatsache, welche Bits die für
die Sprachqualität
wichtigsten Bits sind, wird auf der Basis des verwendeten Sprachkodierverfahrens
bestimmt. Wenn beispielsweise eine einfache PCM-Kodierung (Puls-Kode-Modulation)
verwendet wird, ist es unzweideutig, dass die signifikantesten Bits (MSB,
Most Significant Bits) wichtiger sind und sie sorgfältig geschützt werden
müssen.
Die am wenigsten signifikanten Bits (LSB, Least Significant Bits)
können
wieder, wenn notwendig, ungeschützt
gelassen werden, da ihre Wirkung auf die Verständlichkeit der Sprache klein
ist. Im FR-Sprach-Kodierer-Dekodierer des GSM-Systems, das einem
Fachmann vorbekannt ist, wurde die relative Signifikanz der Bits
in der GSM-Beschreibung definiert. Die endgültige Entscheidung darüber, welche
Bits die wichtigsten für
die Sprachqualität sind,
wurde subjektiv auf der Basis von Hörtests vorgenommen. Wenn im
Verfahren gemäß der Erfindung
der Fehlererkennungskode auf die wichtigsten Bits fokussiert wird,
wird der Fehlerkorrekturkode zur selben Zeit geändert, um effizienter zu sein,
oder es wird mehr Fehlerkorrekturinformation in Relation zu den
geschützten Sprachparameterbits
eingefügt.
Dies wird verwirklicht unter Verwendung einer Faltungskodierung,
die ein niedrigeres Kodierverhältnis
aufweist.
-
Wenn
die Qualität
einer Informationsübermittlungsverbindung
schlecht wird, wie es in einem mobilen Kommunikationssystem vorkommt,
wenn die Qualität
einer Funkverbindung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation
sich verschlechtert, wird in einem System gemäß der Erfindung ein kleinerer
und kleinerer Teil der Sprachparameterbits selektiv geschützt, wobei
aber ein verbesserter Fehlerkorrekturkode verwendet wird. Die Fehlerkorrekturkodierung
wird auf die Bits fokussiert, die für die Sprachqualität am wichtigsten
sind, so dass die wichtigsten Bits immer geschützt werden und die weniger
wichtigen Bits innerhalb der Grenzen, die durch die Qualität der Informationsübermittlungsverbindung
und die Anzahl der Bits, die für
die Fehlerkorrektur ermöglicht
werden, festgelegt werden, geschützt
werden. Als Ergebnis der Verbesserung des Fehlerkorrekturkodes ist
es möglich,
Sprache im Empfangsteil sogar bei Informationsübermittlungsverbindungen, die eine
Menge Fehler enthalten, zu dekodieren, mit anderen Worten, ein System,
das das Sprachkodierverfahren gemäß der Erfindung verwendet,
wird nicht „kollabieren", das heißt, das
Ausgangssignal des Sprachdekodierers wird nicht stumm geschaltet.
Bits, die ohne den Fehlerkorrekturkode übermittelt werden, können die Sprachqualität durch Übermittlungsfehler
reduzieren, aber die gut geschützten,
wichtigsten Sprachparameterbits garantieren dennoch die Unterscheidbarkeit
der Sprache. Im Hinblick auf die Sprachqualität ist dieses Verfahren weit
besser als der Versuch, alle Sprachparameterbits oder einen Hauptteil
von ihnen unter Verwendung eines schlechten Fehlerkorrekturkodes
zu schützen.
Ein schlechter Korrekturkode bei Informationsübermittlungsverbindungen mit
vielen Störungen
führt zu
einer Situation, in welcher der Fehlerkorrekturkode nicht länger die Übermittlungsfehler
korrigieren kann. In diesem Fall sind tatsächlich alle Bits, die für die Fehlerkorrektur
verwendet werden, verschwendet. Wenn sich die Qualität auf der
Informationsübermittlungsverbindung verbessert
oder die Anzahl der Übermittlungsfehler
reduziert wird, passt sich das Sprachkodierverfahren gemäß der Erfindung
entsprechend an die neue Situation an und erhöht den Anteil der Sprachparameterbits,
die mit dem Fehlerkorrekturkode geschützt sind. Somit arbeitet die
Fehlerkorrektur bei allen Datenübermittlungszuständen effizient.
-
Es
ist möglich,
die Qualität
einer Informationsübermittlungsverbindung
unter Verwendung einer Anzahl von Verfahren zu analysieren. Unter
diesen Verfahren sind die oben erwähnten, die Fachleuten vorbekannt sind,
C/I (Kanal zu Interferenz)- und S/N (Signal-zu-Rausch)-Verhältniss,
die in einer Informationsübermittlungsverbindung
gemessen werden. Es ist möglich,
die Qualität
einer Informationsübermittlungsverbindung auch
als eine Funktion der Frequenz des Auftretens von Sprachparameterrahmen,
die bei der Sprachsynthetisierung durch Fehler, die in den wichtigsten
Bits enthalten sind, zurückgewiesen
werden, zu analysieren, wie das später detaillierter in Verbindung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wird. Es ist möglich, die Erkennung der Qualität einer
Informationsübermittlungsverbindung
selbst in einem Sender durchzuführen.
Die Information über
den ausgewählten
Sprachkodiermodus (oder wie die Fehlerkorrektur- und/oder Fehlererkennungsbits
gemäß der Erfindung
fokussiert werden) muss immer an den Sprachkodierer des Senders übermittelt
werden.
-
Ein
System gemäß der Erfindung
verwendet typischerweise denselben Sprach-Kodier-Dekodier-Betrieb
bei einer festen Leitungsgeschwindigkeit. Nur die Fokussierung der
Fehlerkorrekturkodierung und der Fehlererkennungskodierung wird
angepasst, um den aktuellen Datenübermittlungszuständen zu
entsprechen. Dies erleichtert den Betrieb des Systems oberhalb eines „Kollabierungspunktes". Ein Kollabierungspunkt
bezeichnet eine Situation, in welcher eine Datenübermittlungsverbindung so viele
Datenübermittlungsfehler
enthält,
dass der Empfänger
nicht länger
fähig ist,
die empfangene Information zu interpretieren. Mit anderen Worten,
ein Informationskodierverfahren, das die fokussierte Fehlerkorrektur
und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
verwendet, erniedrigt den Kollabierungspunkt einer Datenübermittlungsverbindung,
was in der Praxis bedeutet, dass beispielsweise eine Datenübermittlungsverbindung
zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation bei Funkverbindungen
mit schlechteren Signal-zu-Rausch-Verhältnissen
als bisher errichtet werden kann.
-
Ein
System, das das Sprachkodierverfahren gemäß der Erfindung verwendet,
wird automatisch gemäß den aktuellen
Datenübermittlungszuständen angepasst
und minimiert somit die Wirkung der Datenübermittlungsfehler auf die
Sprachqualität.
Da das Fokussieren des Fehlerkorrekturkodes auf gewisse Sprachbits ein
Teil des Fehlerkorrekturkodes selbst ist, ist es möglich unter
Verwendung der Erfindung ein solches System zu verwirklichen, das
bei einer festen Leitungsgeschwindigkeit arbeitet und eine hohe
Sprachqualität
liefert. Es ist möglich,
die Erfindung bei allen Arten von Datenübermittlungsverbindungen zu
verwenden, ohne dazu übergehen
zu müssen,
einen Kodierer-Dekodierer mit einer niedrigeren Leitungsgeschwindigkeit
zu verwenden. In solchen Datenübermittlungssystemen,
die eine variable Leitungsgeschwindigkeit verwenden, oder die das Verhältnis zwischen
den Sprachparameterbits und der Fehlerkorrekturinformation ändern, kann
die Erfindung in gleicher Weise verwendet werden, um die Datenübermittlungsverbindung
und durch sie die Sprachqualität zu
verbessern.
-
Zusätzlich dazu,
dass im Sprachkodierverfahren gemäß der Erfindung der Fehlererkennungskode (beispielsweise
CRC) desto mehr darauf fokussiert wird, die wichtigsten Sprachparameterbits
zu schützen,
je mehr Datenübermittlungsfehler
die aktuelle Datenübermittlungsverbindung
enthält,
kann der Fehlerkorrekturkode auch in Bezug auf die wichtigsten Sprachparameterbits
fokussiert werden. Dies verbessert weiter die Wahrscheinlichkeit
für ein
Durchkommen der Information und reduziert die Notwendigkeit, das
Sprachsignal im Empfänger
stumm zu schalten. Dies verbessert vorzugsweise die Sprachqualität und die
Verständlichkeit. Wenn
Datenübermittlungsverbindungen
verwendet werden, die eine sehr große Anzahl von Datenübermittlungsfehlern
enthalten, ist es möglich,
Datenübermittlungsfehler
in den weniger wichtigen Bits der Sprachrahmen zu akzeptieren und
diese Sprachrahmen für
das Synthetisieren der Übermittlungsverbindungsinhalte
zu verwenden, es kann also der Fehlerkorrekturkode auf die wichtigsten
Sprachparameterbits fokussiert werden. Dies verbessert weiter die
Wahrscheinlichkeit für
ein Durchkommen der Information und reduziert die Notwendigkeit,
das Sprachsignal im Empfänger
stumm zu schalten. Dies verbessert vorzugsweise die Sprachqualität und die
Verständlichkeit.
Wenn Datenübermittlungsverbindungen
verwendet werden, die eine sehr große Anzahl von Übermittlungsfehlern
enthalten, ist es möglich,
Datenübermittlungsfehler
in den weniger wichtigen Bits der Sprachrahmen zu akzeptieren und
diese Sprachrahmen für
das Synthetisieren von Sprache im Empfänger zu verwenden, da sich
die Qualität
der Sprache sowieso reduzieren würde,
wenn Sprachrahmen durch Fehler in den wichtigsten Bits der Sprachrahmen
zurückgewiesen
würden.
-
Ein
Empfänger
und ein Empfangsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in den Ansprüchen
1 beziehungsweise 6 angegeben.
-
Das
Informationskodierverfahren, das eine fokussierte Fehlerkorrektur
und eine fokussierte Fehlererkennung gemäß der Erfindung verwendet,
und seine Verwirklichung werden im Detail nachfolgend unter Verwendung
einer Sprachkodierung als Beispiel unter Bezug auf die angefügten Figuren
erläutert.
-
1A stellt
in Form eines Blockdiagramms einen Sprachkodierer, der einem Fachmann
vorbekannt ist, und Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturparameter,
die in den Datenfluss eingefügt
sind in Verbindung mit ihm dar;
-
1B stellt
in Form eines Blockdiagramms einen Sprachdekodierer, der dem Sprachkodierer
entspricht, der in 1A dargestellt ist, und funktionelle
Blöcke,
die einem Fachmann vorbekannt sind, dar;
-
1C stellt
die Fokussierung der Faltungskodierung auf die wichtigsten Sprachparameterbits
innerhalb eines Sprachrahmens im GSM-System dar;
-
2 stellt
als ein Diagramm das Verhältnis
der Effizienz der Faltungskodierung zur Anzahl der Parameterbits,
auf die die Fehlerkorrektur fokussiert ist, in einem Informationskodiersystem
gemäß der Erfindung dar;
-
3 stellt
das Fokussieren der Fehlerkorrekturkodierung auf Sprachparameterbits
in Relation zur Effizienz der Fehlerkorrekturkodierung, die in einem
Sprachkodiersystem gemäß der Erfindung
verwendet wird, dar;
-
4 stellt
in Form eines Blockdiagramms einen Sender, der die fokussierte Fehlerkorrektur
und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
verwendet, dar;
-
5 stellt
in Form eines Blockdiagramms einen Empfänger, der die fokussierte Fehlerkorrektur
und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
verwendet, dar;
-
6 stellt
das Fokussieren der fokussierten Fehlererkennung gemäß der Erfindung
auf Sprachparameterbits als Funktion eines Fehlererkennungsmodus
dar;
-
7 und 8 stellen
die Verwirklichung der fokussierten Fehlerkorrektur und Fehlererkennung
gemäß der Erfindung
in Verbindung mit einem Sprachkodierer, der mehrere Sprach-Kodierer-Dekodierer
mit unterschiedlichen Bitraten verwendet, dar;
-
9 stellt
die Struktur einer Mobilstation gemäß der Erfindung als ein Blockdiagramm
dar; und
-
10 stellt
ein Informationsübermittlungssystem
gemäß der Erfindung
dar.
-
1A stellt
als Blockdiagramm die Struktur und die Funktion des Senders eines
FR-Sprach-Kodierers-Dekodierers vom GSM-System dar. Das Sprachsignal 100 wird
im Sprachkodierer 101 in Sprachparameter 102 kodiert,
die weiter an einen Kanalkodierer 104 übermittelt werden. Der Kanalkodierer 104 fügt die Fehlerkorrektur-
und Fehlererkennungsbits in Verbindung mit den Sprachparametern 102 hinzu.
Im Bittrennungsblock 103 werden die Sprachparameter in
zwei Wichtigkeitsklassen aufgeteilt. Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturparameter
werden für
die wichtigsten 182 Bits (Klasse I) ausgebildet. Zuerst werden 3-Bit CRC-Fehlererkennungsparameter
in Block 105 für
die 50 wichtigsten Bits berechnet, wonach der erzeugte Bitstrom (182+3
Bits) zum Faltungskodierer 106 gerichtet wird. Der Faltungskodierer 106 berechnet
für die
Bits einen ½-ratigen
Faltungskode mit vier Tailbits. Das Ergebnis sind 378 Bits (2·182 +
2·4 +
2·3)
faltungskodierter Daten 107. Die faltungskodierten Daten 107 werden
weiter zum Multiplexer 109 geführt, in welchen sie mit den
am wenigsten wichtigsten 78 Bits (Klasse II, Bezugszahl 108)
kombiniert werden. Insgesamt erzeugt der Kanalkodierer 104 am
Ausgang (Bezugszahl 110) 456 Bits für jeden Sprachrahmen von 20
ms, so dass die gesamte Leitungsgeschwindigkeit des FR-Sprach-Kodierers-Dekodierers
im GSM-System auf 22,8 kbps kommt.
-
1B stellt
eine Anordnung, die einem Fachmann vorbekannt ist, für die Sprach-
und Kanalkodedekodierung in einem digitalen Empfänger, wie beispielsweise einem
Empfänger
im GSM-System, dar. Das kanalkodierte Signal 111, das von
der Informationsübermittlungsverbindung
empfangen wird, wird im Demultiplexer 112 in zwei Teile
aufgeteilt in 78 nicht geschützte
Sprachparameterbits (Bezugszahl 121) und in 378 Bits (Bezugszahl 112),
die durch den Faltungskodierer 106 erzeugt wurden (1A).
Die Kanalkodierung wird in zwei Stufen im Kanaldekodierer 114 dekodiert.
In der ersten Stufe werden Bits 113, die mit der Faltungskodierung
geschützt
sind, im Faltungsdekodierer 115 verarbeitet, der die Übermittlungsfehler,
die er erkennt, korrigiert und die Bits, die bei der Fehlerkorrektur
verwendet werden, entfernt. Auf diese Weise wird der Bitfluss 116 am
Ausgang des Faltungsdekodierers 115 erhalten, wobei dieser
Bitfluss aus 182 Sprachparameterbits (Bezugszahl 119) und
3 CRC-Bits besteht. Basierend auf den CRC-Bits prüft der Kanaldekodierer 114 in
der CRC-Steuerung 117, ob unter den 50 wichtigsten Bits
fehlerhafte Bits verblieben sind. Wenn es keine Fehler gibt, werden
die Sprachparameterbits 119 im Sprachdekodierer 125 für das Erzeugen
eines Sprachsignals 126 verwendet. Die Sprachparameterbits 119 und
die nicht geschützten
Bits 121 werden im Multiplexer 120 kombiniert,
um einen ganzen Sprachrahmen zu bilden (der 260 Bits umfasst, wie
das früher
erwähnt
wurde). Wenn Übermittlungsfehler
unter den 50 wichtigsten Bits erkannt werden, wird der Sprachrahmen
als schlecht angesehen und nicht für die Sprachsynthetisierung
verwendet. Stattdessen wird, um die Gefälligkeit und Verständlichkeit
der Sprache zu verbessern, statt der zurückgewiesenen Sprachrahmen eine
Vorhersage, die vom Multiplexer 120 auf der Basis vorhergehender,
fehlerfreier Sprachparameter erhalten wird, an den Sprachdekodierer 125 übermittelt.
Dies wird im Block 122 durchgeführt. Die CRC-Steuerung 117 steuert
den Schalter 124 unter Verwendung des Schlechtrahmenanzeigeflags 118 (Bad
Frame Indication, BFI), auf dessen Basis entschieden wird, ob entweder
der Sprachrahmen 123, der von der Informationsübermittlungsverbindung
empfangen wird, oder im Falle eines schlechten Rahmens, eine ihn
ersetzende Vorhersage 122 für den Sprachdekodierer ausgewählt wird.
-
1C stellt
die 260 Sprachparameterbits eines Sprachrahmens, der für eine Full-Rate-Sprachkodierung
im GSM-System verwendet
wird, dar. Die Sprachparameterbits sind in 1C in
der Reihenfolge der Sprachkodierbedeutung so dargestellt, dass die
subjektiv wichtigsten Bits zuoberst dargestellt werden, und dass
die weniger wichtigen Bits unten dargestellt werden. Auf einer wirklichen
Informationsübermittlungsverbindung
sind die wichtigsten Bits und die am wenigsten wichtigen Bits in
einem Sprachrahmen verschachtelt, um die Störwirkungen von büschelartigen
Störungen
(mehrere aufeinanderfolgende fehlerhafte Bits) zu reduzieren. Die
subjektive Wichtigkeit bedeutet, dass im GSM-System die Bits schließlich auf
der Basis von Hörtests
in Bits, die wichtiger und in Bits, die weniger wichtig für die Sprachqualität sind,
unterteilt werden, wobei es sogar möglich ist, eine grobe Klassifikation
auch unter Verwendung anderer Verfahren vorzunehmen (beispielsweise
der Wirkung von fehlerhaften Bits auf das S/N-Verhältnis des
Sprachsignals). Die 182 wichtigsten Bits b1 – b182 (die dunkel dargestellt
sind) werden immer unter Verwendung einer ½-ratigen Faltungskodierung
geschützt,
wobei zusätzlich
die 50 wichtigsten Bits mit einem 3-Bit CRC-Fehlererkennungskode
versehen sind. Auf diese Weise werden im GSM-System immer dieselben
Bits mit Fehlerkorrekturparametern und Fehlererkennungsparametern
geschützt,
unabhängig
von der Qualität
der Übermittlungsverbindung.
Die Funktion eines Full-Rate-Sprach-Kodierers-Dekodierers, der im
GSM-System verwendet wird, wurde im Detail in der GSM-Empfehlung
06.10 beschrieben. Sie definiert auch die subjektive Bedeutung der
Sprachkodierparameter, die durch den verwendeten RPE-LTP-Kodierer-Dekodierer
ausgebildet werden, für
die Sprachqualität.
-
2 stellt
ein Diagramm dar, das eine Ausführungsform
der Erfindung beschreibt. Es stellt die Effizienz der Faltungskodierung
und ihrer Fokussierung und die CRC-Fehlererkennungskodierung gemäß der Erfindung
auf einen gewissen Teil der wichtigsten Informationsbits als Funktion
der Fehlerrate des Informationsübermittlungskanals
dar. Die Fehlerrate des Informationskanals wurde in diesem Beispiel
als ein C/I-Verhältnis (Träger-zu-Störungs-Verhältnis) modelliert.
Das C/I-Verhältnis
beschreibt die Qualität
des empfangenen RF-Signals, im wesentlichen das Verhältnis des
Trägerwellensignals
zu Störsignalen.
Die Störsignale
bestehen beispielsweise aus einer Störung auf demselben Kanal, die
durch eine andere Basisstation, die auf derselben Frequenz sendet,
verursacht wird, und aus einer Störung, die durch benachbarte
Kanäle
verursacht wird. Es würde
gleichermaßen
möglich
sein, für
die Klassifikation beispielsweise das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/N,
Signal-to-Noise) oder die später
erläuterte
Anzeige auf der Basis der Anzahl der empfangenen, zurückgewiesenen
Sprachrahmen zu verwenden. Auf der Basis der Fehlerrate des Informationsübermittlungskanals
wird der Informationsübermittlungskanal
in diesem Beispiel in vier unterschiedliche Klassen klassifiziert:
| Nahezu
fehlerfreier Kanal | (C/I > 10 dB) |
| Niedriges
Fehlerverhältnis | (7
dB < C/I ≤ 10 dB) |
| Mittleres
Fehlerverhältnis | (4
dB < C/I ≤ 7 dB) |
| Hohes
Fehlerverhältnis | (C/I ≤ 4 dB) |
-
Auf
einem nahezu fehlerfreien Informationsübermittlungskanal ist es möglich, einen
Fehlerkorrekturkode, der eine niedrige Fehlerkorrekturfähigkeit
aufweist, zu verwenden.
-
Beispielsweise
ist eine Faltungskodierung, deren Kodierverhältnis höher als ½ ist, ausreichend, um die Fehler,
die schließlich
in der Informationsübermittlungsverbindung
auftreten, zu korrigieren. In diesem Fall ist weniger als ein Bit
einer Fehlerkorrekturinformation für jedes Sprachparameterbit
vorhanden, was aber ausreichend ist. Wenn ein Sprach-Kodierer-Dekodierer
mit 13,0 kbps und ein Informationsübermittlungskanal, der eine Übermittlungsrate
von 22,8 kbps aufweist, verwendet werden, so können alle 260 Sprachparameterbits eines
Sprachrahmens von 20 ms unter Verwendung einer 267/456-ratigen Faltungskodierung
mit 4 Tailbits und einem 3-Bit CRC-Kode geschützt werden. Auf diese Weise
erhöht
die verwendete Fehlerkorrekturkodierung die ursprüngliche
Anzahl von 260 Sprachparameterbits (456/267)·(260-4-3) = 456 Bits, exakt
wie es vom GSM-System, das in unserem Beispiel verwendet wird, gefordert
wird.
-
Es
ist möglich
einen 267/456-ratigen Faltungskode aus einem ½-ratigen durch Punktieren
zu verwirklichen.
-
Punktieren
ist eine Technik, die einem Fachmann vorbekannt ist, unter Verwendung
von dieser es möglich
ist, Faltungskodes mit unterschiedlichen Kodierverhältnissen
unter Verwendung derselben Faltungskodierpolynome zu verwirklichen.
Das Punktieren ist ein leicht zu verwirklichendes und flexibles
Verfahren, das für
das Erzeugen der Faltungskodes mit unterschiedlichen Kodierverhältnissen,
das im Sprachkodierverfahren gemäß der Erfindung
erforderlich ist, gut geeignet ist. Beispielsweise wird ein 267/456-ratiger
Faltungskode aus einem ½-ratigen
Faltungskode in zwei Stufen erhalten. In der ersten Stufe werden
267 Bits (260 Sprachparameterbits, 3 CRC-Bits und 4 Tailbits) unter
Verwendung des ½-ratigen
Faltungskodes kodiert. In der zweiten Stufe werden aus dem erhaltenen
faltungskodierten Bitfluss von 534 Bit 78 Bits fallengelassen (punktiert), um
ihn in einen 456-Bit-Kanalrahmen einzupassen. Auf diese Weise wird
die 267/456-ratige Faltungskodierung erhalten. In einem Empfänger arbeitet
ein Faltungsdekodierer 222 synchron mit dem Faltungskodierer 209 und
kennt somit die Bitpositionen der fallengelassenen Bits. Der Faltungsdekodierer 222 füllt die
fehlende (punktierten) Bitpositionen mit einem neutralen Wert, der
keine „0" oder „1" darstellt, sondern
vielmehr „die Hälfte eines
Bits". Nach dem
Füllen
der fehlenden Bitpositionen besitzt der Faltungsdekodierer 222 einen Block
mit 534 Bit, der nachfolgend unter Verwendung des ½-ratigen
Faltungskode dekodiert wird.
-
Wenn
die Fehlerrate eines Informationsübermittlungskanals hoch genug
wird, dass er als ein Kanal mit niedriger Fehlerrate interpretiert
werden kann (7 dB < C/I ≤ 10 dB), ist
ein 267/456-ratiger Faltungskode nicht länger fähig, Fehler zu korrigieren,
die bei der Datenübermittlung
aufgetreten sind. Es wird ein effizienterer Fehlerkorrekturkode
benötigt.
Dies würde
es entsprechend erfordern, dass mehr Fehlerkorrekturinformationsbits
im Informationsübermittlungskanal
platziert werden müssten,
als es möglich
ist, dort im System zu platzieren. Im Sprachkodierverfahren gemäß der Erfindung
wird eine ausreichend effektive Fehlerkorrektur durch das Fokussieren des
Fehlerkorrekturkodes nur auf die wichtigsten Bits der 260 Sprachparameterbits
erhalten. Dies wird in dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung
unter Verwendung von vier Betriebsarten derart verwirklicht, dass
die Fokussierung desto genauer ist, je höher die Fehlerrate des Informationsübermittlungskanals
ist. Gleichzeitig wird das Kodierverhältnis der Fehlerkorrektur entsprechend
eingestellt. In diesem Beispiel wird ein ½-ratiger Faltungskode bei
den 182 wichtigsten Bits auf Kanälen,
die ein niedriges Fehlerverhältnis aufweisen,
verwendet, und somit werden die 2·(182+3+4) + 78 = 456 Bits,
die vom Kanalrahmen gefordert werden, erhalten.
-
Für Kanäle mit einer
mittleren Fehlerrate (4 dB < C/I ≤ 7 dB) und
einer hohen Fehlerrate (C/I ≤ 4
dB) werden noch effektivere Fehlerkorrekturkodes benötigt, um
fähig zu
sein, die zunehmenden Fehler zu korrigieren. Für diese Kanäle wird bei der Verwirklichung
des Beispiels des Sprachkodierverfahrens gemäß der Erfindung eine Faltungskodierung
bei Raten von 127/316 und ¼ verwendet,
während
entsprechend die Fehlerkorrektur auf die 120 beziehungsweise 56
wichtigsten Bits fokussiert wird. Die folgende Tabelle stellt eine
Zusammenfassung für
vier verschiedene Fokussiermoden zusätzlich zum Informationsübermittlungskanalfehlerverhältnis, dem
Faltungskodierungsverhältnis
und der Anzahl der geschützten
Bits, also Parametereigenschaften des Sprachkodiersystems gemäß der Erfindung
dar.
-
-
Zusätzlich zur
Verwendung der fokussierten Fehlerkorrektur, das heißt dem Variieren
der Menge der durch Fehlerkorrektur geschützten Bits (Zeile A in der
obigen Tabelle), wird eine fokussierte Fehlererkennung verwendet.
Dies bedeutet, dass notwendigerweise keine Fehlerkorrektur durchgeführt wird
(oder dass überhaupt
keine Fehlerkorrektur durchgeführt
wird), aber die Fehlererkennung fokussiert wird, so dass wenn wenig Datenübermittlungsfehler
auftreten, alle oder nahezu alle Sprachparameterbits mit einem Fehlererkennungskode
in einem System gemäß der Erfindung
geschützt
werden, und wenn mehr Datenübermittlungsfehler
auftreten, die Fehlererkennung desto mehr auf die Sprachparameterbits
fokussiert wird, die am wichtigsten für die Sprachqualität und die Verständlichkeit
sind, je mehr Datenübermittlungsfehler
auftreten. Das Fokussieren der Fehlererkennungsbits kann durchgeführt werden,
indem die Anzahl der Fehlererkennungsbits konstant gehalten wird
(beispielsweise 3 CRC-Bits), aber eine Fehlererkennung bei einer
anderen Zahl von Informationsbits (die Zahl könnte die sein, wie sie in der
Zeile A in obiger Tabelle dargestellt ist) in Abhängigkeit
von der Datenübermittlungsqualität durchgeführt wird.
Auch die Anzahl der redundanten Bits aufgrund der Fehlererkennung und/oder
der Fehlerkorrektur kann in Abhängigkeit
von der Datenübermittlungsqualität variiert
werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Fehlererkennungsbits
variiert werden, indem 6, 5, 4 oder 3 Bits für die CRC in den Moden 0 – 3 in der
obigen Tabelle verwendet werden. In diesem Fall wird die Gesamtbitrate
(das ist die Gesamtzahl von Bits, die übermittelt werden müssen, die
sowohl aus Quellenkodierbits als auch Fehlerschutzbits besteht)
im System auch von der Datenübermittlungsqualität abhängen. Die
Zunahme bei der Anzahl der CRC-Bits oder der Fehlerkorrekturbits
kann zur selben Zeit durch das Reduzieren der Quellenkodierbitrate kompensiert
werden. Dies bedeutet, dass zusätzlich
zur fokussierten Fehlerkorrektur und Fehlererkennung das Verhältnis der
Anzahl von Quellenkodierbits und Fehlerschutzbits im System gemäß der Datenübermittlungsqualität variiert
wird.
-
Das
Fehlerverhältnis
eines Informationskanals wurde in der obigen Tabelle als C/2-Verhältnis (Träger-zu-Störung) oder
Signal-zu-Rausch-Verhältnis
(S/N) modelliert. Für
das vorliegende Verfahren ist auch ein Verfahren zur Analyse der
Qualität
einer Datenübermittlungsverbindung
gut geeignet, bei dem eine Modellbildung auf der Basis der Anzahl
der empfangenen, zurückgewiesenen
Sprachrahmen verwendet wird. Das wird nachfolgend detailliert erklärt.
-
Die
Qualität
einer Datenübermittlungsverbindung
kann auf der Basis der Anzahl der empfangenen, zurückgewiesenen
Sprachrahmen abgeschätzt
werden. Die Abschätzung
basiert auf der Anzahl der empfangenen, zurückgewiesenen Sprachrahmen in
einer Zeiteinheit. Es ist beispielsweise möglich, die Anzahl der empfangenen,
zurückgewiesenen
Sprachrahmen während
der letzten zwei Sekunden in Bezug auf alle empfangenen Sprachrahmen
zu überwachen
und die Klassifikation folgendermaßen durchzuführen:
| Nahezu
fehlerfreier | Kanal
zurückgewiesene
Rahmen ≤ 0,3% |
| Niedrige
Fehlerrate | 0,3% < zurückgewiesene
Rahmen ≤ 3% |
| Mittlere
Fehlerrate | 3% < zurückgewiesene
Rahmen ≤ 15% |
| Hohe
Fehlerrate | zurückgewiesene
Rahmen > 15% |
-
Der
Prozentsatz der zurückgewiesenen
Sprachrahmen aller empfangenen Sprachrahmen gibt als solches nicht
sehr genau an, welche Art der Reduktion der Sprachqualität betroffen
ist. Beispielsweise wird in einem solchen Fall, bei dem ein Frequenzspringen
im System nicht verwendet wird, und in dem sich der Nutzer eines
Telefons langsam bewegt, eine lange örtliche Schwunderscheinung
bei der Übermittlungsverbindung auftreten,
sogar wenn der Anteil der zurückgewiesenen
Rahmen als Ganzes klein ist. Ein Verfahren, besser als das oben
präsentierte,
zur Erkennung der Qualität
einer Informationsübermittlungsverbindung
wird somit erhalten durch das Kombinieren einer zusätzlichen
Erkennung auf der Basis der Anzahl der nacheinander empfangenen
schlechten Rahmen mit dem oben dargestellten Verfahren, das direkt
auf dem Prozentsatz der zurückgewiesenen
Rahmen basiert. Diese zusätzliche
Erkennung basiert auf der Anzahl der nacheinander empfangenen schlechten
Rahmen während
beispielsweise der letzten zwei Sekunden, und durch seine Verwendung
wird eine robustere Auswahl des Fokussiermodus gegen gelegentlichen
langen Schwund erzielt.
-
Nachfolgend
wird ein Qualitätsanalysierverfahren
auf der Basis dieses Verfahrens vorgestellt. In ihm wird die Anzahl
der empfangenen, aufeinanderfolgenden schlechten Rahmen als P bezeichnet.
| Nahezu
fehlerfreier Kanal | P ≤ 1 |
| Niedrige
Fehlerrate | 1 < P ≤ 3 |
| Mittlere
Fehlerrate | 3 < P ≤ 6 |
| Hohe
Fehlerrate | P > 6 |
-
Die
oben präsentierten
Verfahren, die auf dem Prozentsatz der zurückgewiesenen Rahmen und auf der
Anzahl der nacheinander zurückgewiesenen
Rahmen basieren, werden vorzugsweise so kombiniert, dass die Qualität einer
Informationsübermittlungsverbindung
unter der gleichzeitigen Verwendung beider obiger Verfahren erkannt
wird, und das Ergebnis, das die geringere Qualität angibt, wird für das Auswählen des
Fokussiermodus gemäß dem vorliegenden
Verfahren verwandt.
-
Im
Stand der Technik basiert die Ersetzungsprozedur zurückgewiesener
Rahmen auf einer Zustandsmaschine (state machine), in der die Anzahl
der nacheinander zurückgewiesenen
Rahmen direkt gezählt
wird. Wenn mehrere aufeinanderfolgende schlechte Rahmen empfangen
werden, findet durch die Wirkung jedes zurückgewiesenen Rahmens eine Bewegung
zu einem um einen Schritt niedrigeren Zustand in der Zustandsmaschine
statt, und das Sprachsignal wird während der Ersetzungsprozedur
desto mehr unterdrückt,
je mehr der niedrigere Zustand im Ersetzungsverfahren verwendet
wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der GSM-Empfehlung
06.11 „Substitution
and muting of lost frames for full-rate speech traffic channels" und im US-Patent
5,526,366 „Speech
code processing" beschrieben.
Bei dieser Art von Verfahren kann die Anzahl der zurückgewiesenen,
aufeinanderfolgenden Rahmen leicht direkt aus der Zustandsmaschine
erhalten werden, basierend auf dem niedrigsten Zustand der Ersetzungsprozedur
der zurückgewiesenen
Rahmen, der besucht wurde. Somit kann die oben präsentierte
Erkennung der Qualität
einer Informationsübermittlungsverbindung
auch so angewandt werden, dass als P., der die Erkennung steuert,
der niedrigste Status der Ersetzungsprozedur für zurückgewiesene Rahmen, der während des Überwachungsschlitzes
besucht wurde, verwendet wird. In Abhängigkeit von der Ersetzungsprozedur
ist P dann nicht länger
direkt die Anzahl der aufeinanderfolgend zurückgewiesenen Rahmen, sondern
es beschreibt mehr allgemein, als wie schwierig das Ersetzen jedes
zurückgewiesenen
Rahmens in der Ersetzungsprozedur für zurückgewiesene Rahmen eingeschätzt wird. Beispielsweise
beschreibt das US-Patent 5,526,366 „Speech Code Processing" ein Verfahren, in
welchem die Zustandsmaschine so modifiziert wurde, dass der niedrigste
Zustand der Ersetzungsprozedur für
zurückgewiesene
Rahmen auch als Ergebnis eines einzelnen schlechten Rahmen herein
genommen wird, wenn dieser einzelne Rahmen nach nur einem oder nur
wenigen guten Rahmen empfangen wurde.
-
3 stellt
die Trennung der Sprachparameter in Bits, die durch Faltungskodierung
geschützt
sind, und nicht geschützte
Bits in vier Betriebsarten, die im Ausführungsbeispiel des Sprachkodiersystems
gemäß der Erfindung
verwendet werden, dar. In anderen Ausführungsformen kann es auch mehr
oder weniger als vier Betriebsarten geben. Die Bits, die mit der
Faltungskodierung geschützt
sind, sind in 3 dunkel dargestellt. Einer
dieser vier Betriebsarten wird für
jeden Sprachrahmen von 20 ms verwendet. Die Auswahl der Betriebsart
basiert auf der Abschätzung
der Fehlerrate der Informationsübermittlungsleitung
und es ist möglich,
den Modus individuell für
jeden Rahmen zu bestimmen. Im Empfänger könnte der Kodiermodus (Fokussiermodus), der
für das
Kodieren verwendet wird, direkt aus dem empfangenen Bitstrom identifiziert
werden, wobei aber die Information über den in einem Sprachrahmen
verwendeten Kodiermodus als Seiteninformationsbits (side information
bits) eingeschlossen werden kann. Da die Information über den
verwendeten Kodiermodus die wichtigste Information, die für das Dekodieren
notwendig ist, ist, müssen
die Seiteninformationsbits unter Verwendung des effizientesten Fehlerkorrektur-
und Fehlererkennungsalgorithmus geschützt werden. Dies reduziert
natürlich
die Effizienz des Kodierer-Dekodierers
in einem gewissen Grad, und so ist es eine bessere Lösung, den
Kodiermodus aus dem empfangenen Daten in einem Dekodierer zu identifizieren.
Es ist auch möglich,
den Kodiermodus in einem Signalisierkanal zu übermitteln, wenn das aktuelle
Informationsübermittlungssystem
dies erleichtert.
-
4 stellt
einen Senderabschnitt 10, der die fokussierte Fehlerkorrektur
und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
verwendet, dar. In ihm wird das Sprachsignal 200 im Sprachkodierer 201 kodiert,
der die Sprache in Sprachparameterbits 202, die für den Sprachkodieralgorithmus
(beispielsweise RPE-LTP-Kodierung) kennzeichnend sind, kodiert.
Die Fehlerkorrektur und die Fehlererkennung sind gemäß der Erfindung
auf Sprachparameterbits 202 als Funktion der Qualität der Informationsübermittlungsverbindung
fokussiert. Die Qualität
der Informationsübermittlungsverbindung
wird kontinuierlich überwacht.
Die Überwachung
wird ausgeführt
beispielsweise unter Verwendung eines Detektors 215, der
das C/2-Verhältnis
der Informationsübermittlungsverbindung
misst (alternativ würde
es möglich
sein, beispielsweise das S/N-Verhältnis oder das Bitfehlerverhältnis (BER)
zu verwenden). Das gemessene C/I-Verhältnis 203 wird zur
Fokussiermodusauswahlvorrichtung 216 übermittelt, die einen zu verwendenden
Kodiermodus 213 für
die Sprachkodierung gemäß dem Prinzip,
das in Verbindung mit der Erläuterung
der 2 und 3 erwähnt wurde, auswählt. Die
Qualität des
empfangenen Signals aus der Informationsübermittlungsverbindung 214 kann
somit auf der Basis beispielsweise des S/N-, C/I- oder Bitfehlerverhältnisses
(BER) analysiert werden. Diese Parameter werden typischerweise im
Kanalentzerrungsblock eines Empfängers
ausgebildet. Die Abschätzung
des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
und des Bitfehlerverhältnisses
wurde beispielsweise im US-Patent 5557639 dargestellt.
-
Es
ist für
das Verständnis
der Erfindung nützlich
aber nicht beansprucht, zu erläutern,
dass es sein kann, dass bei einem Zweiwege-Informationsverkehr ein
signifikanter Unterschied in der Fehlerrate einer Informationsübermittlungsverbindung
(Bezugszahl 214) in den verschiedenen Richtungen (gesendete
Information, empfangene Information) auftreten kann. Um es zu ermöglichen,
die zu übermittelnde
Information gemäß dem Verfahren
im bestmöglichen
Fokussiermodus zu übermitteln,
kann eine solche Ausführungsform
im Verfahren verwendet werden, in welcher die Erkennung der Qualität des Übermittlungskanals 214 im
Empfänger 20 (5)
durchgeführt
wird, und der Empfänger 20 den
Sender 10 in den bestmöglichen
Fokussiermodus steuert. In diesem Fall werden die Erkennung der
Qualität
des Übermittlungskanals 214 und
die Auswahl des Fokussiermodus im Empfänger 20 durchgeführt. Der
Empfänger 20 übermittelt
den ausgewählten
Fokussiermodus als eine Seiteninformation an den Sender 10,
der zur Verwendung des ausgewählten
Fokussiermodus wechselt. Auf diese Weise muss der Sender 10 nicht
die Erkennung der Qualität
des Übermittlungskanals 214 und
die Auswahl des Fokussiermodus durchführen.
-
Sprachparameterbits 202,
die vom Sprachkodierer 201 (4) erzeugt
werden, werden zur Sprachparametertrennvorrichtung 204 geleitet,
in welcher sie in zwei Teile aufgeteilt werden: in Bits 205,
die unter Verwendung eines Fehlerkorrektur- und Fehlererkennungskodes
zu schützen
sind, und Bits 206 (wenn es denn welche gibt), die über die
Informationsübermittlungsverbindung
ungeschützt übertragen
werden. Im Informationskodiersystem gemäß der Erfindung ist es also
möglich,
nur die Fehlererkennungskodierung zu verwenden. Die gleichzeitige
Verwendung beider Kodierverfahren ergibt jedoch die besten Ergebnisse
bei der Sprachqualität.
Die fokussierte Fehlerkorrekturkodierung (beispielsweise die Faltungskodierung 209)
und die Fehlererkennungskodierung (beispielsweise die CRC-Kodierung 208)
gemäß der Erfindung
werden im Kanalkodierer 207 durchgeführt. Das Ausgangssignal 210 des
Faltungskodierers 209 und die Sprachparameterbits 211,
die ohne eine Fehlerkodierung zu übermitteln sind (Modus 1 bis
3, 3) werden unter Verwendung eines Multiplexers 212 kombiniert,
um ein kanalkodiertes Signal 214 zu bilden, das zur Informationsübermittlungsverbindung
zu übermitteln
ist. Das Signal wird zur Informationsübermittlungsverbindung unter
Verwendung der Transceivereinheit 240 übermittelt. Wenn der Modus 0 verwendet
wird, werden alle Sprachparameterbits geschützt, wobei in diesem Fall die
Sprachparameterbittrennung 204 und das Multiplexen 212 nicht
ausgeführt zu
werden brauchen, wobei aber alle Sprachparameterbits durch die Fehlerkorrekturkodierung 209 und
die Fehlererkennungskodierung 208 hindurch gehen.
-
In
Verbindung mit den 2 und 3 wurde
hauptsächlich
die Fokussierung der Fehlerkorrekturkodierung auf gewisse Sprachparameterbits
beschrieben. Die Kodierung (beispielsweise CRC-Kodierung 208), die
für die
Erkennung von Übermittlungsfehlern
aus ausgewählten
Bits verwendet wird, wird in einer entsprechende Weise ausgeführt. Dies
erhöht
weiter die Wahrscheinlichkeit, dass die wichtigsten Bits ihr Ziel
erreichen. Auf diese Weise taucht die Notwendigkeit, die Sprachsynthetisierung
in einem Empfänger
zu unterdrücken,
nicht so häufig
wie bei bisher bekannten Systemen auf, da es möglich ist, einen größeren Anteil
der Sprachrahmen als bisher zu dekodieren.
-
Bei
nahezu fehlerfreien Kanälen
(C/I > 10 dB) ist
die CRC-Kodierung 208 im
oben beschriebenen Fall auf die 100 wichtigsten Bits fokussiert,
während
bei Kanälen
mit einem niedrigen Fehlerverhältnis
(7 dB < C/I ≤ 10 dB), einem
mittleren Fehlerverhältnis
(4 dB < C/I ≤ 7 dB) und
einem hohen Fehlerverhältnis
(C/I ≤ 4
dB) die CRC 208 nur die 50, 30 beziehungsweise 15 wichtigsten
Bits abdeckt. 6 stellt die Fokussierung der CRC-Kodierung 208 auf
gewisse Bits als Funktion des Fokussiermodus 213 dar.
-
5 stellt
als ein Blockdiagramm die Struktur des Empfängers 20, der im Informationskodiersystem gemäß der Erfindung
verwendet wird, dar. Die Daten, die von der Informationsübermittlungsverbindung 214 empfangen
werden, werden von der Transceivereinheit 241 zum Demultiplexer 219 geführt, in
welchem sie unter Verwendung des Verfahrens (beispielsweise 3,
Modus 0 bis 3), das durch den verwendeten Fokussiermodus bestimmt
wird, dekodiert werden. Der zu verwendende Fokussiermodus wird vom
Sender 10 beispielsweise als Seiteninformationsbits (Bezugszahl 213)
empfangen und an die Fokussiermodusauswahlvorrichtung 248 weitergegeben.
-
Wenn
die Fokussiermodusauswahlvorrichtung 248 den zu verwendenden
Fokussiermodus 250 bestimmt hat, so übermittelt sie den Fokussiermodus 250 an
den Kanaldekodierer 223. Die empfangenen Daten 218 werden
in nicht geschützte
Bits 225 und Bits 220, die sowohl mit dem Fehlerkorrekturkode 209 ( 4) als
auch dem Fehlererkennungskode 208 (4) geschützt sind,
basierend auf dem Fokussiermodus aufgeteilt. Wenn die Informationsübermittlungsverbindung 214 nahezu
fehlerfrei ist (Modus 0 wurde als Fokussiermodus ausgewählt), muss
keine Bittrennung ausgeführt
werden, da alle Bits geschützt
wurden.
-
Aus
den Daten 220, die vom Demultiplexer 219 zum Kanaldekodierer 223 übermittelt
werden müssen, wird
zuerst die Fehlerkorrekturkodierung entfernt. Dies wird unter Verwendung
eines Faltungsdekodierers 222 gemäß einem Algorithmus, der auf
der Basis des Fokussiermodus 250 bestimmt wird, verwirklicht.
In einem Faltungsdekodierer 222 wird dasselbe Faltungskodierverhältnis (267/456, ½, 127/316
oder ¼)
wie im Sender 10 verwendet. Nachdem die Daten zum CRC-Prüfungsblock 224 geführt wurden,
der an den Daten, die er empfangen hat, prüft, ob die Bits, die der fokussierten
Fehlererkennungskodierung unterworfen wurden, solche Fehler umfassen,
die der Faltungsdekodierer 222 nicht korrigieren konnte.
Die CRC-Prüfung
ist in diesem Beispielfall auf 100, 50, 30 oder 15 wichtigste Bits
in der Art, die durch den Fokussiermodus 250 bestimmt wird, fokussiert.
Der CRC-Prüfungsblock 224 gibt
als sein Ausgangssignal dekodierte Sprachparameter 227 und
ein Schlechtrahmenanzeigesignal 226 aus.
-
Wenn
der CRC-Prüfungsblock 224 keine
Fehler unter den Bits, die der Fehlererkennungskodierung unterworfen
sind, erkennt, werden die dekodierten Sprachparameterbits 227 und
schließlich
nicht geschützte Bits
225 im Multiplexer 228 in einen gesamten Sprachrahmen 230 kombiniert,
der weiter an den Sprachdekodierer 232 für ein Sprachsynthetisieren
geben wird. Wenn der CRC-Früfungsblock 224 einen
Fehler unter den CRC-geschützten Sprachparameterbits
erkennt, so aktiviert er das Schlechtrahmenanzeigesignal 226,
wobei in diesem Fall der in Frage stehende Rahmen 230 nicht
für die
Sprachsynthetisierung verwendet wird. Stattdessen erzeugt auf der
Basis von fehlerfreien Rahmen, die früher vom Multiplexer 228 empfangen
wurden, die Schlechtrahmenersetzungseinheit 229 eine Abschätzung und übermittelt
diese zum Sprachdekodierer 232. Das Schlechtrahmenanzeigesignal 226 steuert
den Schalter 231, der die Auswahl zwischen einem dekodierten
Sprachparameterrahmen 230 und einem Rahmen 270,
der den schlechten Rahmen ersetzt, durchführt. Das Schlechtrahmenanzeigesignal 226 wird
auch zum Qualitätsdetektor 245 für die Informationsübermittlungsverbindung
des Empfängers 20 geführt.
-
Derselbe
Sprachkodierer 201 und derselbe Sprachdekodierer 232 werden
die ganze Zeit im Informationskodierverfahren gemäß der Erfindung,
das eine fokussierte Fehlerkorrektur und Fehlerdetektion anwendet,
verwendet. Auch die Sprachkodierrate wird konstant gehalten. Nur
der Modus der Fehlererkennungskodierung 208 und wahlweise
der Fehlerkorrekturkodierung 209 wird optimiert auf der
Basis der Qualität
des Informationsübermittlungsverbindung 214,
um die bestmögliche
Sprachqualität
zu erhalten. Nichts hindert jedoch daran, die Erfindung bei Sprachkodiersystemen
zu verwenden, die mit variabler Leitungsgeschwindigkeit arbeiten.
Die Erfindung ist gleichermaßen
ausgezeichnet geeignet für
die Verwendung in Verbindung mit solchen Sprachkodiersystemen mit
einer festen Leitungsgeschwindigkeit, in denen mehrere Sprach-Kodierer-Dekodierer, die bei
verschiedenen Leitungsgeschwindigkeiten arbeiten, verwendet werden.
In diesen Systemen wird der proportionale Anteil der Fehlererkennungsbits
und optional der Fehlerkorrekturbits der Sprachparameter auf der
Basis der Qualität
der Informationsübermittlungsverbindung
eingestellt, während
die gesamte Leitungsgeschwindigkeit konstant bleibt. In diesem Systemen
ist es möglich,
die fokussierte Fehlerkorrektur und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
als ein zusätzliches
Merkmal zu verwenden: zuerst wird das Verhältnis zwischen Sprachparameterbits
und Fehlerkorrektur- und
Erkennungsbits im System ausgewählt,
wonach ein Fokussiermodus individuell für jede Leitungsgeschwindigkeit,
die für
die Fehlerkorrektur und/oder Fehlererkennung verwendet wird, ausgewählt wird.
In diesen Systemen ist es auch möglich,
in einem Sprachkodiersystem eine bessere Sprachqualität zu erzielen,
indem die fokussierte Fehlerkorrektur und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
verwendet wird, insbesondere bei Informationsübermittlungsverbindungen mit
einer schlechten Fehlerrate.
-
7 stellt
einen Sprachkodiersystemkodierer mit fester Leitungsgeschwindigkeit,
der N Stücke
von Sprachkodierern SPE1, SPE2,..., SPEN, die bei unterschiedlichen
Leitungsgeschwindigkeiten arbeiten, umfasst. Jeder von diesen erzeugt
eine unterschiedliche Sprachkodierbitrate k1, k2,..., kN. Jeder
Sprachkodierer SPE1, SPE2,..., SPEN ist mit einem von N Kanalkodierern
CHE1, CHE2,..., CHEN verbunden. Jeder N Kanalkodierer CHE1, CHE2,...,
CHEN weist auch eine unterschiedliche Gesamtbitrate c1, c2,...,
cN (in der Figur nicht gezeigt), die insgesamt für die Fehlerkorrektur und Fehlererkennung
verwendet wird, auf. Die Bitraten der Sprachkodierer und der Kanalkodierer
sind so, dass k1 > k2 > ... > kN und c1 < c2 <... < cN. Die Gesamtbitrate K
der kodierten Information, die an den Informationsübermittlungskanal
geliefert wird, ist für
das System konstant. Dies wurde erreicht, indem solche Bitraten
für die
Sprachkodierer SPE1, SPE2,..., SPEN und die Kanalkodierer CHE1,
CHE2,..., CHEN verwendet werden, die die folgende Gleichung erfüllen: ki
+ ci = k, i = 1,..., N. Somit ändert
sich nur der proportionale Anteil der Bitraten, die von den Sprachkodierern
und den Kanalkodierern verwendet werden, während die gesamte Leitungsgeschwindigkeit
K konstant bleibt. Der proportionale Anteil der Bitraten wird auf
der Basis der Qualität
der Informationsübermittlungsverbindung
eingestellt: wenn mehr Übermittlungsfehler
in der Informationsübermittlungsverbindung
auftauchen, so werden Sprachkodierer mit einer umso niedrigeren
Bitrate und entsprechend Kanalkodierer mit einer entsprechend höheren Bitrate (mehr
Bits werden für
die Fehlerkorrektur und die Fehlererkennung verwendet) verwendet.
Das obige Sprachkodiersystem ist einem Fachmann vorbekannt.
-
Wenn
die fokussierte Fehlerkorrektur und Fehlererkennung gemäß der Erfindung
auf das oben beschriebene Sprachkodiersystem angewandt wird, wird
es individuell für
jeden N Kodiermodus (oder für
einige von ihnen) (eine Kombination eines Sprachkodierers und eines
Kanalkodierers) verwirklicht. Auf diese Weise gibt es eine Anzahl
von Fokussiermoden gemäß der Erfindung
für jeden
N Kodiermodus (oder für
einen Teil von ihnen). Je fehlerhafter ein Informationsübermittlungskanal
ist, eine desto höhere
Fokusmodusnummer wird ausgewählt
(8), mit anderen Worten, desto mehr wird die Fehlerkorrektur
und Fehlererkennung auf die Bits, die am wichtigsten für die Sprachqualität sind,
fokussiert.
-
Die
Verwendung der fokussierten Fehlererkennung und wahlweise Fehlerkorrektur
gemäß der Erfindung
bietet mehr zusätzliche
Flexibilität,
um die Informationsübermittlungskanäle an variierende
Qualitäten
anzupassen, und ergibt eine bessere Sprachqualität auf Informationsübermittlungsverbindungen
mit Störungen. Die
Erfindung liefert einen neuen Parameter für das Einstellen der Fokussierung
einer Fehlerkorrektur und Fehlererkennung, wobei in diesem Fall
die erzielte Genauigkeit und Effizienz besser als in bisher bekannten Systemen
sind. Die Erfindung bietet einen exzellenten Weg, ein Sprachkodiersystem
zu verwirklichen, das vom Standpunkt der Fehlerkorrektur und der
Fehlererkennung auf mehreren unterschiedlichen Betriebsmoden arbeitet,
wobei das System vorzugsweise nur eine kleine Anzahl unterschiedlicher
Sprach-Kodierer-Dekodierer
verwendet. Die Anordnung gemäß der Erfindung
erleichtert die Verwirklichung eines Sprachkodiersystems, das auf
mehreren unterschiedlichen Betriebsarten arbeitet, das gegenüber Übermittlungsfehlern
sehr tolerant ist, das eine geringe Anzahl von Sprach-Kodierern-Dekodierern
verwendet, wobei die gesamte Komplexität des Systems auf einem niedrigen
Pegel verbleibt. Auf diese Weise sind die verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung auch in wirtschaftlichem Sinn konkurrenzfähig.
-
8 zeigt,
wie unterschiedliche Fokussiermoden (in diesem Beispiel 1 bis 3)
auf jedes unterschiedliche Kodierverhältnis 1, 2, 3,..., N als Funktion
der Qualität
der Informationsübermittlungsverbindung
(in der Figur als das C/I-Verhältnis
präsentiert)
fokussiert werden. Das Kodierverhältnis bedeutet der Anteil der Sprachparameterbits
zu den Fehlererkennungs- und wahlweise Fehlerkorrekturbits in einem
Sprachkodiersystem, das bei einer konstanten Leitungsgeschwindigkeit
arbeitet.
-
9 zeigt
als ein Blockdiagramm die Struktur einer Mobilstation gemäß der Erfindung,
wobei in dieser Mobilstation die fokussierte Fehlerkorrektur und
Fehlererkennung gemäß der Erfindung
verwendet wird. Das zu übermittelnde
Sprachsignal, das vom Mikrofon 301 erhalten wird, wird
im A/D-Wandler 302 abgetastet, und die Sprache wird im
Sprachkodierer 303 kodiert, wonach die Verarbeitung des
Basisfrequenzsignals in Block 304 durchgeführt wird,
im wesentlichen eine Kanalkodierung 207 (4)
gemäß der Erfindung,
die eine Fehlerkorrektur und Fehlererkennung ausführt. Danach
wird dieses kanalkodierte Signal in eine Funkfrequenz umgewandelt
und vom Sender 305 durch einen Duplexfilter DPLX und eine
Antenne ANT gesendet. Beim Empfang wird die empfangene Sprache den
Funktionen der Empfangsverzweigung 306, die in Verbindung
mit 5 erläutert
wurden, wie der Sprachdekodierung unter Verwendung von Fokussiermodus 213, 213' gemäß der Erfindung
in Block 223 unterworfen. Die dekodierte Sprache wird durch
den D/A-Wandler 308 für eine Wiedergabe
an den Lautsprecher 309 geleitet.
-
10 stellt
das Informationsübermittlungssystem 310 gemäß der Erfindung
dar, wobei das System Mobilstationen 311, 311', eine Basisstation 312 (BTS,
Base Transceiver Station, Basistransceiverstation), eine Basisstationssteuerung 313 (BSC,
Base Station Controller), ein mobiles Vermittlungszentrum 314 (MSC,
Mobile Switching Center), Telekommunikationsnetzwerke 315 und 316 und
Nutzerendgeräte 317 und 319,
die mit diesen entweder direkt oder über eine Endgeräteinrichtung
(beispielsweise einen Computer 318) verbunden sind, umfasst.
Im Informationsübermittlungssystem 310 gemäß der Erfindung
sind die Mobilstationen und anderen Nutzerendgeräte 317, 318 und 319 miteinander über Telekommunikationsnetzwerke 315 und 316 verbunden,
und sie verwenden für
die Informationsübermittlung
das Informationskodierverfahren, das in Verbindung mit den 2 bis 9 beschrieben
wurde. Das Verfahren gemäß der Erfindung
wird im System vorzugsweise in den Mobilstationen 311, 311' und der Basisstation 312 verwendet.
-
Das
Obige ist eine Beschreibung der Verwirklichung der Erfindung und
ihrer Ausführungsformen
unter Verwendung von Beispielen. Es ist für einen Fachmann offensichtlich,
dass die Erfindung nicht auf die Details der oben dargestellten
Beispiele beschränkt
ist, und dass die Erfindung auch in anderen Ausführungsformen verwirklicht werden
kann, ohne von den Eigenschaften der Erfindung, wie sie durch die
Ansprüche
definiert wird, abzuweichen. Die dargestellten Ausführungsformen
sollten als illustrativ und nicht als begrenzend angesehen werden.
Somit sind die Möglichkeiten, die
Erfindung zu verwirklichen und zu nutzen, nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.
Die verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung, die durch die Ansprüche spezifiziert sind, und
auch äquivalente
Ausführungsformen
sind im Umfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert
wird, eingeschlossen.
