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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren für
die Sprachübertragung
in einem Mobilkommunikationssystem, wobei das Verfahren die Komprimierung
eines Sprachsignals auf eine kleine Anzahl von Sprachcodierungsbits
durch ein Sprachcodierungsverfahren und die Kanalcodierung der Sprachcodierungsbits
umfaßt.
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Hintergrund
der Erfindung
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In Telekommunikationssystemen, die
digitale Sprache übertragen,
wird ein Sprachsignal normalerweise zwei Codierungsoperationen unterworfen:
der Sprachcodierung und der Kanalcodierung.
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Die Sprachcodierung umfaßt die im
Sender durch einen Sprachcodierer ausgeführte Sprachcodierung und die
im Empfänger
durch einen Sprachdecodierer ausgeführte Sprachdecodierung. Der Sprachcodierer
im Sender komprimiert ein Sprachsignal, so daß die Anzahl der Bits, die
verwendet wird, um es darzustellen, pro Zeiteinheit verringert ist,
wodurch weniger Übertragungskapazität für das Übertragen
des Sprachsignals erforderlich ist. Der Sprachdecodierer im Empfänger führt eine
umgekehrte Operation aus, wobei er das Sprachsignal aus den durch
den Sprachcodierer erzeugten Bits synthetisiert. Die im Empfänger synthetisierte
Sprache stimmt jedoch mit der durch den Sprachcodierer komprimierten
ursprünglichen
Sprache nicht völlig überein,
sondern sie hat sich im Ergebnis der Sprachcodierung mehr oder weniger
verändert.
Je mehr die Sprache bei der Sprachcodierung komprimiert wird, desto
mehr verschlechtert sich im allgemeinen ihre Qualität während der
Codierung. Im europaweiten GSM-Mobil-Kommunikationssystem (globales
System für
die Mobilkommunikation) komprimiert z. B. der Sprachcodierer für einen
Verkehrskandal mit voller Rate ein Sprachsignal auf eine Übertragungsrate
von 13 kBit/ s. Die durch den entsprechenden Sprachdecodierer synthetisierte
Sprache besitzt deutlich eine schlechtere Qualität als z. B. die durch ein öffentliches
Fernsprechnetz (PSTN) übertragene Sprache.
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Wenn folglich ein Sprachcodierungsverfahren
ausgewählt
wird, muß zwischen
der durch das Verfahren gebotenen Qualität und der durch es benötigten Übertragungskapazität ein Kompromiß erzielt werden.
Ein weiterer bei der Auswahl zu betrachtender Faktor ist die Komplexität der Implementierung des
Sprachcodierungsverfahren: die Qualität der Sprache kann normalerweise
verbessert werden, ohne die Übertragungsrate
zu vergrößern, falls
höhere
Anforderungen an das Verfahren erlaubt sind, was die Berechnungskapazität und dadurch
außerdem höhere Kosten
der Implementierung anbelangt. Wegen der kontinuierlichen Entwicklung
der Sprachcodierungsverfahren und der Implementierungstechniken
sind immer fortschrittlichere Verfahren für die Sprachübertragung
in den vorhandenen Telekommunikationssystemen verfügbar. Nach
der Entwicklung des im GSM verwendeten Verfahrens ist die Sprachcodierungstechnologie
in einem derartigen Ausmaß fortgeschritten,
daß nun
im Vergleich zum obenerwähnten
13-kBit/s-Sprachcodierungsverfahren eine höhere Qualität der Sprache bei einer viel
niedrigeren Übertragungsrate,
z. B. 8 kBit/s, erreicht werden kann.
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Die Kanalcodierung umfaßt die im
Sender durch einen Kanalcodierer ausgeführte Kanalcodierung und die
im Empfänger
durch einen Kanaldecodierer ausgeführte Kanaldecodierung. Die
Aufgabe der Kanalcodierung besteht darin, die zu übertragenden
Sprachcodierungsbits gegen Fehler zu schützen, die im Übertragungskanal
auftreten. Die Kanalcodierung kann entweder verwendet werden, um
lediglich zu erfassen, ob die Übertragung
irgendwelche Fehler in den Sprachcodierungsbits verursacht hat, ohne
irgendeine Möglichkeit,
sie zu korrigieren, oder sie kann die durch die Übertragung verursachten Fehler
korrigieren, vorausgesetzt, daß die
Anzahl der Fehler ein gegebenes Maximum nicht überschreitet, das vom Kanalcodierungsverfahren
abhängig
ist.
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Die Auswahl des verwendeten Kanalcodierungsverfahrens
hängt von
der Qualität
des Übertragungskanals
ab. In Fest-Übertragungsnetzen
ist die Wahrscheinlichkeit von Fehlern oft sehr niedrig, weshalb
nicht viel Kanalcodierung erforderlich ist, wohingegen in Funknetzen,
wie z. B. Mobiltelephonnetzen, die Wahrscheinlichkeit von Fehlern
in den Übertragungskanälen oft
sehr hoch ist, wobei das verwendete Kanalcodierungsverfahren eine
signifikante Wirkung auf die resultierende Qualität der Sprache
besitzt. Mobiltelephonnetze verwenden normalerweise sowohl fehlererfassende
als auch fehlerkorrigierende Kanalcodierungsverfahren gleichzeitig.
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Die Kanalcodierung basiert auf der
Verwendung von Fehlerprüfbits,
die außerdem
als Kanalcodierungsbits bezeichnet werden, die zu den Sprachcodierungsbits
hinzugefügt
werden. Die durch den Sprachcodierer des Senders erzeugten Bits
werden einem Kanalcodierer zugeführt,
der eine Anzahl von Fehlerprüfbits
zu ihnen hinzufügt.
Im obenerwähnten GSM-Übertragungskanal mit voller
Rate werden z. B. Fehlerprüfbits
mit einer Übertragungsrate
von 9,8 kBit/s zu den Sprachcodierungsbits von 13 kBit/s im Übertragungskanal
hinzugefügt,
wodurch die Gesamtübertragungsrate
des Sprachsignals in dem Kanal 22,8 kBit/s beträgt. Der Kanaldecodierer decodiert
die Kanalcodierung im Empfänger
in einer derartigen Weise, daß nur
der durch den Sprachcodierer erzeugte 13-kBit/s-Bitstrom in den
Sprachdecodierer eingespeist wird. Während der Kanaldecodierung
erfaßt
und/oder korrigiert der Kanaldecodierer die Fehler, die in dem Kanal
aufgetreten sind, soweit wie es möglich ist.
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Die Sprachcodierung und die Kanalcodierung
sind in Telekommunikationssystemen, die Sprache übertragen, eng miteinander
verbunden. Die Signifikanz der durch den Sprachcodierer erzeugten Bits
für die
Qualität
des Sprache verändert
sich im allgemeinen, so daß in
einigen Fällen
ein Fehler in einem wichtigen Bit ein hörbares Geräusch in der synthetisierten
Sprache verursachen kann, wohingegen eine größere Anzahl von Fehlern in
weniger wichtigen Bits fast nicht wahrnehmbar sein kann. Wie groß die Unterschiede
zwischen der Wichtigkeit der Sprachcodierungsbits sind, hängt wesentlich
vom verwendeten Sprachcodierungsverfahren ab; wenigstens kleine
Unterschiede können
jedoch in den meisten Verfahren gefunden werden. Wenn ein Sprachübertragungsverfahren
für ein
Telekommunikationssystem entwickelt wird, wird deshalb die Kanalcodierung
normalerweise zusammen mit der Sprachcodierung in einer derartigen
Weise entwickelt, daß die
Bits, die für
die Qualität
der Sprache am wichtigsten sind, sorgfältiger als die weniger wichtigen
Bits geschützt
werden. In einem Kanal mit voller Rate des GSM-Systems werden z. B. die durch den Sprachcodierer
erzeugten Bits entsprechend ihrer Wichtigkeit in drei verschiedene
Kategorien unterteilt. Die wichtigste Kategorie wird bei der Kanalcodierung
sowohl mit einem Fehlererfassungscode als auch mit einem Fehlerkorrekturcode
geschützt;
die zweitwichtigste Kategorie wird nur mit einem Fehlererfassungscode
geschützt;
die am wenigsten wichtigste Kategorie wird bei der Kanalcodierung überhaupt
nicht geschützt.
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Obwohl die Sprachcodierung und die
Kanalcodierung eng verbunden sind, gibt es oft beträchtliche
Unterschiede in ihrer Implementierung in digitalen Mobiltelephonnetzen.
Das GSM-System kann abermals als ein Beispiel verwendet werden.
Die Sprachcodierung und die Sprachdecodierung werden typischerweise
unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors mittels Software
ausgeführt.
Dies gilt sowohl für
die Endgeräteausrüstung (die
Telephone) als auch für
die Netzelemente. Die Kanalcodierung kann außerdem mittels Software ausgeführt werden,
es wird aber oft eine separate integrierte Schaltung für diesen
Zweck entwickelt, insbesondere auf der Netzseite. Folglich erfordert
die Änderung
des Sprachcodierungsverfahrens oft lediglich ein neues Signalverarbeitungsprogramm,
wohingegen die Änderung
des Kanalcodierungsverfahrens Änderungen der
Ausrüstung
erfordern kann.
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Außer in der Art, in der diese
zwei Codierungen, die Sprachcodierung und die Kanalcodierung, implementiert
sind, können
sie sich in ihren physikalischen Orten auf der Netzseite eines Mobiltelephonsystems
unterscheiden. Im GSM-System wird z. B. die Kanalcodierung im Netz
in einer Basisstation ausgeführt,
während
die Sprachcodierung in einer separaten Codeumsetzer-Einheit ausgeführt wird,
die sich entfernt von der Basisstation befinden kann, wobei sie
eine vollständig
separate Einheit ist, selbst wenn sie sich in der Basisstation befindet.
Infolge der getrennten Orte würden
irgendwelche Änderungen
in den Übertragungsraten
der Kanalcodierung und der Sprachcodierung außerdem Änderungen in den Verbindungen
zwischen den verschiedenen Netzelementen mit sich bringen.
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Hinsichtlich der verschiedenen Arten,
in denen die Sprach- und Kanalcodierung ausgeführt werden, und ihrer getrennten
Orte, wird es deutlich vorteilhafter sein, wenn die Qualität der Sprache
in einem vorhandenen System lediglich durch die Änderung der Sprachcodierung
verbessert werden könnte.
Da die Kanalcodierung jedoch normalerweise speziell für die Sprachcodierung
des vorhandenen Systems entwickelt ist, und da das neue Sprachcodierungsverfahren
genau die gleiche Übertragungsrate
wie das ursprüngliche
Sprachcodierungsverfahren des Systems verwenden sollte, sind Verfahren
zum Anpassen neuer Sprachcodierungsverfahren an vorhandene Telekommunikationssysteme früher nicht
offenbart worden.
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Die 1a und 1b sind Blockschaltpläne, die einen Sender und einen
Empfänger
eines Telekommunikationssystems des Standes der Technik veranschaulichen.
In dem in 1a gezeigten Sender wird ein
Sprachsignal 100 einem Sprachcodierer 101 zugeführt, der
auf der Grundlage dieses Signals komprimierte Sprachcodierungsbits
erzeugt, die eine Übertragungsrate
von S kBit/s besitzen. Diese Sprachcodierungsbits werden einem Kanalcodierer 102 zugeführt, in
dem Fehlerprüfbits
zu ihnen hinzugefügt
werden, dies führt
zu einer Gesamtübertragungsrate
von S + C kBit/s. Dieser Bitstrom 103 wird über den Übertragungskanal
zum in 1b gezeigten Empfänger übertragen.
Im Empfänger
nach 1b wird der vom Sender empfangene
Bitstrom 104 zuerst einem Kanaldecodierer 105 zugeführt, der die
Kanalcodierung decodiert und die auf diese Weise erhaltenen Sprachcodierungsbits
zu einem Sprachdecodierer 106 überträgt; die Übertragungsrate der Sprachcodierungsbits
beträgt
abermals S kBit/s. Der Sprachdecodierer synthetisiert ein digitales
Sprachsignal 107. Die Telekommunikationssysteme des Standes
der Technik verwenden folglich nur ein Sprachcodierungsverfahren
und ein entsprechendes Kanalcodierungsverfahren. Derartige Telekommunikationssysteme
enthalten z. B. alle gängigsten
digitalen Mobiltelephonsysteme.
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Die Systeme des Standes der Technik
enthalten außerdem
Systeme, in denen zwei verschiedene Sprachcodierungsverfahren in
einer derartigen Weise verwendet werden, daß ein separates Kanalcodierungsverfahren
jedem Sprachcodierungsverfahren entspricht, und in denen die im
Ergebnis der Sprach- und Kanalcodierung erhaltende Gesamtübertragungsrate
in diesen zwei Verfahren verschieden ist. Ein Beispiel eines derartigen
Systems ist das GSM-Mobiltelephonsystem, in dem Verkehrskanäle mit voller
Rate und mit halber Rate spezifiziert sind.
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Es sind außerdem Lösungen bekannt, in denen die
Sender und Empfänger
entsprechend den 1a und 1b parallel geschaltet sind, so daß das System,
das gebildet wird, mehrere verschiedene Sprachcodierungsverfahren
umfaßt,
von denen jedes ein entsprechendes Kanalcodierungsverfahren besitzt.
Die in einem derartigen System verwendeten Sprachcodierungsverfahren
können
mit verschiedenen Übertragungsraten
arbeiten, weshalb die ihnen entsprechenden Kanalcodierungsverfahren
außerdem
wechselseitig unabhängig
sind und mit verschiedenen Übertragungsraten
arbeiten. EP-B-0 417 739 offenbart ein System, in dem die Kanalcodierungsverfahren
verschiedener Sprachcodierungsverfahren alle die gleiche Übertragungsrate
bereitstellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein digitales Telekommunikationssystem zu schaffen, in
dem mehrere verschiedene Sprachcodierungsverfahren, die mit verschiedenen Übertragungsraten
arbeiten, für
die Übertragung
von Sprache verwendet werden.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung,
die die Übertragung
der Sprache in einem digitalen Telekommunikationssystem durch die
Verwendung mehrerer verschiedener Sprachcodierungsverfahren erlauben,
die mit verschiedenen Übertragungsraten
arbeiten, sind eine Aufgabe der Erfindung.
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Ein Verfahren zum Anpassen fortschrittlicherer
Sprachcodierungsverfahren, die mit niedrigeren Übertragungsraten arbeiten,
an ein vorhandenes digitales Telekommunikationssystem, das ein bestimmtes
Sprachcodierungsverfahren verwendet, ist eine weitere Aufgabe der
Erfindung.
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Ein Verfahren, das die Hinzufügung von
neuen Sprachcodierungsverfahren zu einem digitalen Telekommunikationssystem
erlaubt, ohne das ursprünglich
verwendete Kanalcodierungsverfahren zu ändern, ist eine noch weitere
Aufgabe der Erfindung.
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Ein Verfahren, das die Hinzufügung von
neuen Sprachcodierungsverfahren zu einem vorhandenen digitalen Telekommunikationssystem
einer derartigen Weise erlaubt, daß die Ergänzung Änderungen in dem Telekommunikationssystem
verursacht, die so klein wie möglich
sind, ist eine noch weitere Aufgabe der Erfindung.
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Dies wird durch ein Verfahren erreicht,
das im Anspruch 1 offenbart ist.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine
Sendervorrichtung, die im Anspruch 9 offenbart ist.
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Die Erfindung bezieht sich ferner
auf eine Empfängervorrichtung,
die im Anspruch 12 offenbart ist.
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Gemäß der Erfindung verwendet die
Sprachübertragung
in einem digitalen Telekommunikationssystem mehrere verschiedene
Sprachcodierungsverfahren, die alle mit verschiedenen Übertragungsraten in
einer derartigen Weise arbeiten können, daß die im Ergebnis der Sprachcodierung
und der Kanalcodierung erhaltene Gesamtübertragungsrate ungeachtet der Übertragungsrate
des verwendeten Sprachcodierungsverfahrens die gleiche bleibt. Das
Verfahren basiert auf der Verwendung einer zweiteiligen Kanalcodierung.
Die erste Kanalcodierung hängt
vom Sprachcodierungsverfahren ab und wird im Zusammenhang mit der
Sprachcodierung in einer derartigen Weise ausgeführt, daß die durch die Sprachcodierung
und die erste Kanalcodierung bereitgestellte Gesamtübertragungsrate
ungeachtet des verwendeten Sprachcodierungsverfahrens immer konstant
ist. Die anschließend
ausgeführte
zweite Kanalcodierung ist immer ungeachtet des Sprachcodierungsverfahren
und des ersten Kanalcodierungsverfahren genau die gleiche, wobei
sie mit allen Sprachcodierungsverfahren verwendet wird. Die zweite
Kanalcodierung kann z. B. die ursprünglich in einem vorhandenen
Telekommunikationssystemen verwendete Kanalcodierung sein, z. B.
die Kanalcodierung entsprechend den Empfehlungen des GSM-Systems. In diesem
Fall wird die erste Kanalcodierung nicht im Zusammenhang mit dem
ursprünglich
im Telekommunikationssystem verwendeten Sprachcodierungsverfahren
verwendet; mit anderen Worten, die Übertragungsrate der durch die
erste Kanalcodierung bereitgestellten ersten Kanalcodierungsbits
ist 0. Die im Zusammenhang mit den Sprachcodierungsverfahren, die
später
hinzugefügt
worden sind und mit einer niedrigeren Rate arbeiten, verwendeten ersten
Kanalcodierungsverfahren stellen die gleiche Gesamtübertragungsrate
wie das ursprüngliche Sprachcodierungsverfahren
bereit. Die neuen Sprachcodierungsverfahren können folglich zu einem vorhandenen
Telekommunikationssystem hinzugefügt werden, ohne das ursprünglich verwendete Kanalcodierungsverfahren
zu ändern.
Die Erfindung erlaubt folglich, daß die Qualität der Sprache
in einem vorhandenen System mit sowenig Änderungen wie möglich verbessert
wird.
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Die Erfindung unterscheidet sich
z. B. wesentlich vom GSM-System, in dem Kanäle mit voller Rate und mit
halber Rate spezifiziert sind, weil die Erfindung die Verwendung
mehrerer Sprachcodierungsverfahren in einem Telekommunikationssystem in
einer derartigen Weise erlaubt, daß die durch die Sprach- und
Kanalcodierung verwendete Gesamtübertragungsrate
ungeachtet des verwendeten Sprachcodierungsverfahren konstant ist.
Was die vorliegende Erfindung anbelangt, bilden die bekannten Übertragungskanäle mit voller
Rate und mit halber Rate separate Systeme, wobei die Erfindung in beiden Übertragungskanälen unabhängig implementiert
werden kann.
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Das in jeder Verbindung verwendete
Sprachcodierungsverfahren und das ihm zugeordnete erste Kanalcodierungsverfahren
können
in vielen verschiedenen Arten ausgewählt werden, z. B. manuell durch den
Benutzer, automatisch auf der Grundlage der Fehlerhaftigkeit des Übertragungsweges
oder auf der Grundlage der Signalgebung zwischen dem Sender und
Empfänger.
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Das Verfahren der Erfindung basiert
folglich auf der Verwendung der ersten Kanalcodierung in einer derartigen
Weise, daß im
Ergebnis der Sprachcodierung und der ersten Kanalcodierung eine
konstante Übertragungsrate
erhalten wird; ein neues Sprachcodierungsverfahren kann an ein vorhandenes
System angepaßt
werden, ohne das ursprünglich
verwendete zweite Kanalcodierungsverfahren zu ändern. Es ist für die Erfindung
besonders bezeichnend, daß,
wenn sie auf ein vorhandenes System angewendet wird, alle Sprachcodierungsverfahren
einen gemeinsamen zweiten Kanalcodierer besitzen, wohingegen ein
separates erstes Kanalcodierungsverfahren jedem Sprachcodierungsverfahren
in einer derartigen Weise zugeordnet ist, daß ein Sprachcodierer nicht
mit irgendeiner Art von erstem Kanalcodierer versehen ist.
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Die Erfindung kann in einer derartigen
Weise implementiert sein, daß die
erste Kanalcodierung im Zusammenhang mit der Sprachcodierung ausgeführt wird,
wodurch die ursprünglich
verwendete Kanalcodierungseinheit, die die zweite Kanalcodierung
ausführt,
unverändert
beibehalten werden kann. Im GSM-Mobiltelephonnetz kann z. B. die
erste Kanalcodierung mittels Software in einer Codeumsetzer-Einheit zusammen
mit dem neuen Sprachcodierungsverfahren ausgeführt werden, wobei in diesem Fall
keine anderen Änderungen
auf seiten des Festnetzes erforderlich sind. In einer Endgeräteausrüstung (einem
Telephon) können
das neue Sprachcodierungsverfahren und das entsprechende erste Kanalcodierungsverfahren
unter Verwendung des Signalprozessors des Telephons in dergleichen
Weise wie in der ursprünglich
verwendeten Sprachcodierung implementiert sein.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Im folgenden wird die Erfindung mittels
bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung ausführlicher
beschrieben, worin
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1a und 1b einen Sender bzw. einen Empfänger des
Standes der Technik veranschaulichen,
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2 ein
Blockschaltplan eines Senders in einem Telekommunikationssystem
gemäß der Erfindung
ist,
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3 ein
Blockschaltplan eines Empfängers in
einem Telekommunikationssystem gemäß der Erfindung ist.
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Die bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist für ein Telekommunikationssystem
besonders geeignet, in dem die Kanalcodierung besonders wichtig
ist. Das Hauptgebiet der Anwendung der Erfindung ist die Funk-Sprachübertragung,
z. B. in digitalen Mobiltelephonsystemen. Ein besonders wichtiges
Gebiet der Anwendung für
die Erfindung ist das GSM-Mobiltelephonsystem und seine Ableitungen,
die zum GSM ähnlich
sind, was die Sprachcodierung und die Kanalcodierung anbelangt,
die sich aber vom GSM z. B. in ihren Betriebsfrequenzbereichen unterscheiden können, wie
z. B. die DCS-1800-und
DCS-1900-Systeme.
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Wie oben dargelegt ist, verwendet
die Sprachübertragung
in einem digitalen Telekommunikationssystem der Erfindung mehrere
verschiedene Sprachcodierungsverfahren, die nicht alle mit der gleichen Übertragungsrate
arbeiten. Ein erstes Kanalcodierungsverfahren ist jedem Sprachcodierungsverfahren
in einer derartigen Weise zugeordnet, daß die im Ergebnis der Sprachcodierung
und der Kanalcodierung erhaltene Gesamtübertragungsrate ungeachtet
der Übertragungsrate
des verwendeten Sprachcodierungsverfahrens konstant gehalten wird. Der
zweite Teil der Kanalcodierung ist immer genau der gleiche, ungeachtet
welches Sprachcodierungsverfahren und welches erste Kanalcodierungsverfahren
verwendet werden.
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2 ist
ein Blockschaltplan eines Senders in einem Telekommunikationssystem
gemäß der Erfindung.
Der Sender umfaßt
N parallele Sprachcodierer 2021 –202N ; die Übertragungsraten der durch
diese Codierer erzeugten komprimierten Sprachsignale, d. h. der
Sprachcodierungsbits, betragen entsprechend S1,
S2, ..., SN kBit/s
(aus Gründen
der Deutlichkeit wird im folgenden die Einheit kBit/s für die Übertragungsrate
weggelassen). Ein zu übertragendes
digitales Sprachsignal 200 wird einem Eingangsschalter 201 zugeführt, der
verwendet wird, um einen dieser N Sprachcodierer 202 für jede Sprachverbindung auszuwählen. In
der in 2 veranschaulichten
Ausführungsform
wird die Erfindung in einer derartigen Weise angewendet, daß neue fortschrittlichere Sprachcodierungsverfahren
zu einem vorhandenen System hinzugefügt werden. Deshalb verwendet
der Sprachcodierer 2021 in 1a ein Sprachcodierungsverfahren, das
ursprünglich
in dem vorhandenen Telekommunikationssystem verwendet worden ist,
und das eine Übertragungsrate
von S1 für
die Sprachcodierungsbits bereitstellt, die die gleiche wie die ursprünglich in
dem vorhandenen Telekommunikationssystem verwendete Übertragungsrate
der Sprachcodierungsbits ist. Im Sender ist es folglich außerdem möglich, N – 1 andere
Sprachcodierer 2022 –202N auszuwählen, die entsprechende Übertragungsraten
von S2, S3, ...,
SN bereitstellen, wobei die Gesamtzahl der
Sprachcodierer N ≥ 2
ist. Die Übertragungsraten
der Sprachcodierer besitzen die folgende Beziehung: S1 ≥ S2 ≥ S3 ≥ ... ≥ SN, wobei S1 ≥ SN gelten muß. Die durch die zum Telekommunikationssystem
hinzugefügten
Sprachcodierer verwendeten Übertragungsraten
der Sprachcodierungsbits müssen
folglich für
einige der Sprachcodierer 2022 –202N die gleichen wie die ursprünglich für die Sprachcodierungsbits
im Telekommunikationssystem verwendete Übertragungsrate S1 sein;
wenigstens für
einen Sprachcodierer ist diese Übertragungsrate
aber niedriger als die ursprünglich
verwendete Übertragungsrate
S1. Jeder Sprachcodierer 2021 –202N wird mit einem Kanalcodierer 2031 –203N verwendet, der für das entsprechende Sprachcodierungsverfahren
spezifisch ist; jedoch im Fall dieser Sprachcodierer, die eine Übertragungsrate
von S1 für die
Sprachcodierungsbits bereitstellen, beeinflußt der erste Kanalcodierer 203 die
Sprachcodierungsbits in keiner Weise, sondern leitet sie als solche
zum zweiten Kanalcodierer 205 weiter. In diesem Fall ist die
durch den ersten Kanalcodierer für
die Kanalcodierungsbits bereitgestellte Übertragungsrate folglich 0,
während
die Übertragungsrate
für den
zweiten Kanalcodierer 205 S1 beträgt. Mit
anderen Worten, der erste Kanalcodierer 203 ist in der
Tat aus dieser Ausführungsformen
weggelassen, so wie der erste Sprachcodierer 2021 in
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2,
der dem ursprünglich
verwendeten Sprachcodierer 202 entspricht. Es kann außerdem eine
erste Kanalcodierungs-Bitrate, die gleich der des ersten Kanalcodierers 2032 –203N ist, durch einen anderen Sprachcodierer 2022 –202N bereitgestellt werden, falls die Sprachcodierungs-Bitrate
des entsprechenden Sprachcodierers S1 beträgt. In anderen Fällen fügt der erste
Kanalcodierer 2032 –203N die Fehlerkorrekturbits zum durch
den entsprechenden Sprachcodierer 2022 –202N erzeugten Bitstrom hinzu, so daß die durch
die Sprachcodierung und die erste Kanalcodierung bereitgestellte
Gesamtübertragungsrate
ungeachtet des verwendeten Sprachcodierungsverfahrens S1 beträgt. Die
durch die ersten Kanalcodierer 2031 –203N bereitgestellte – Kanalcodierungs-Bitrate beträgt abhängig vom
durch den vor ihnen in Reihe geschalteten Sprachcodierer 2021 –202N verwendeten Sprachcodierungsverfahren entsprechend
0, S1 – S2, S1 – S3, ..., S1 – SN. Es ist für die Erfindung bezeichnend,
daß es
wenigstens ein Sprachcodierungsverfahren gibt, dessen entsprechender
erster Kanalcodierer 203 eine erste Kanalcodierungs-Bitrate
bereitstellt, die höher
als 0 ist. Vom für
die Sprachverbindung ausgewählten
ersten Kanalcodierer 2031 -203N werden die Sprachcodierungsbits und
die ersten Kanalcodierungsbits über
einen Schalter 204 einem zweiten Kanalcodierer 205 zugeführt. Im
Sender gemäß der Erfindung
ist die Übertragungsrate
des zum zweiten Kanalcodierer 205 zu übertragenden Bitstroms folglich
eine Konstante S1 kBit/s. Der zweite Kanalcodierer
fügt Fehlerkorrekturbits
zum durch den ausgewählten Sprachcodierer 202 und
den ersten Kanalcodierer 203 erzeugten Bitstrom hinzu,
so daß am
Ausgang 206 des zweiten Kanalcodierers die Gesamtübertragungsrate
eine Konstante S1 + C kBit/s ist. Die Schalter 201 und 204 werden
durch ein Steuersignal 207 synchron gesteuert, so daß sie die
Reihenschaltung des Sprachcodierers 202, der das gewünschte Sprachcodierungsverfahren
implementiert, und des entsprechenden ersten Kanalcodierers 203 auswählen. Die
Informationen über
das ausgewählte
Sprachcodierungsverfahren werden außerdem in einem Signal 208 zum Übertragungskanal
gesendet, um dem Empfänger
zu ermöglichen,
das richtige erste Kanalcodierungsverfahren und das richtige Sprachcodierungsverfahren
entsprechend dem verwendeten Sprachcodierungsverfahren und dem verwendeten ersten
Kanalcodierungsverfahren auszuwählen.
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3 ist
ein Blockschaltplan eines Empfängers
in einem Telekommunikationssystem gemäß der Erfindung. Der Empfänger umfaßt einen
zweiten Kanaldecodierer 301, einen Auswahlschalter 302,
N parallele erste Kanaldecodierer 3031 –303N , N parallele Sprachdecodierer 3041 –304N und einen Auswahlschalter 305.
Der Empfänger
empfängt
die Sprachcodierungsbits und die ersten und zweiten Kanalcodierungsbits
vom Sender durch den Übertragungskanal
am Eingang 300 des zweiten Kanaldecodierers 301.
Der zweite Kanaldecodierer 301 decodiert die durch den
zweiten Kanalcodierer 205 des Senders, der in 2 gezeigt ist, ausgeführte zweite Kanalcodierung;
im Ergebnis dessen verringert sich die Übertragungsrate des am Eingang 300 empfangenen
Bitstroms von der Konstanten S1 + C auf
die Konstante S1. Der zweite Kanaldecodierer 301 ist folglich
vom verwendeten Sprachcodierurigsverfahren unabhängig und führt immer die gleiche Kanaldecodierung
aus. Der Bitstrom vom Ausgang des zweiten Kanaldecodierers 301,
der eine Übertragungsrate
S1 besitzt, wird dem Auswahlschalter 302 zugeführt. Der
Auswahlschalter 302 schaltet abhängig vom verwendeten Sprachcodierungsverfahren
den Ausgang des zweiten Kanaldecodierers 301 zu einem der
N ersten Kanaldecodierer 3031 –303N . Der Empfänger empfängt außerdem durch den Übertragungskanal
ein Signal 307 vom Sender. Das Signal 307 entspricht
dem Signal 208 nach 2,
wobei es die Informationen über
das in der Sprachverbindung verwendete Sprachcodierungsverfahren übermittelt; der
Zustand des Schalters 302 und außerdem der des Schalters 305 werden
auf der Grundlage dieser Informationen bestimmt. Der erste Kanaldecodierer 303 ist
immer vom verwendeten Sprachcodierungsverfahren abhängig, wobei
er in Reihe mit dem ihm zugewiesenen Sprachdecodierer 304 geschaltet
ist. Der erste Kanaldecodierer 303 decodiert die durch den
ersten Kanalcodierer 203 des Senders, der in 2 gezeigt ist, ausgeführte erste
Kanalcodierung und stellt die durch das ausgewählte Sprachcodierungsverfahren
verwendete Übertragungsrate
bereit. Falls die Übertragungsrate
der durch die erste Kanalcodierung hinzugefügten Kanalcodierungsbits 0
beträgt,
wie im Fall des Kanalcodierers 2031 in 2, speist der entsprechende
erste Kanaldecodierer die vom zweiten Kanaldecodierer 301,
die Übertragungsrate
dieser Bits beträgt
S1, direkt in den zugeordneten Sprachdecodierer ein; folglich gibt
es in der Tat keinen ersten Kanaldecodierer für ein derartiges Sprachcodierungsverfahren.
In 3 ist der erste Kanaldecodierer 3031 – der
dem fehlenden ersten Kanalcodierer 2031 nach 2 entspricht – weggelassen.
Natürlich
befindet sich nur einer der Kanaldecodierer auf einmal in Gebrauch.
Die anderen ersten Kanaldecodierer 3032 –303N nach 3 decodieren die
den Sprachcodierern 2022 –202N nach 2 zugeordnete
Kanalcodierung und verringern folglich die konstante Übertragungsrate
S1 des vom zweiten Kanaldecodierer 301 empfangenen
Bitstroms um die Übertragungsrate
0, S1 – S2, S1 – S3, ..., S1 – SN und stellen die Übertragungsraten S1,
S2, ..., SN kBit/s bereit, die von den Sprachcodierungsverfahren
abhängig
sind. Der durch den ersten Kanaldecodierer 3031 –303N erzeugte Bitstrom wird dem entsprechenden
Sprachdecodierer 3041 –304N zugeführt, der mittels der empfangenen
Sprachcodierungsbits ein synthetisiertes Sprachsignal erzeugt. Das
Ausgangssignal des Sprachdecodierers des ausgewählten Sprachcodierungsverfahrens
wird durch den Auswahlschalter 305 zum Ausgang 306 des
Empfängers geschaltet.
Die Position des Auswahlschalters 305 wird auf der Grundlage
des durch den Übertragungskanal
vom Sender empfangenen Signals 307 bestimmt.
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In der in den 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsform
der Erfindung werden die Informationen über das verwendete Sprachcodierungsverfahren
durch den Übertragungskanal
vom Sender zum Empfänger
weitergeleitet. Diese Informationsübertragung kann auf irgendeinem
geeigneten Verfahren basieren, z. B. auf einem per se bekannten
Signalgebungsverfahren. Das Sprachcodierungsverfahren kann außerdem in
jedem Empfänger
oder Sender permanent sein. Es ist jedoch wesentlich, daß sowohl der
Sender als auch der Empfänger
Informationen über
das verwendete Sprachcodierungsverfahren besitzen, so daß die Positionen
der Schalter 201, 204, 302, 305 richtig
bestimmt werden können
und das gleiche Sprachcodierungsverfahren sowohl im Sender als auch
im Empfänger
ausgewählt
werden kann.
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Es gibt mehrere Arten, das Sprachcodierungsverfahren
gemäß der Erfindung
für jede Sprachverbindung
auszuwählen.
Einige Faktoren; die die Auswahl beeinflussen, und einige Auswahlverfahren
sind im folgenden beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht auf
diese Beispiele eingeschränkt.
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Falls die für die Übertragung der Sprachcodierungsbits
im ausgewählten
Sprachcodierungsverfahren verwendete Übertragungsrate so niedrig wie
möglich
ist, werden mehr Bits für
die erste Kanalcodierung gelassen. In diesem Fall wird die Leistung des
Systems in einem fehlerhaften Kanal verbessert, andererseits kann
sie aber in einem fehlerfreien Kanal verringert werden, in dem es
vorteilhaft sein würde,
soviel Kapazität
wie möglich
für die
Sprachcodierung zu verwenden. Es ist eine sehr grobe Vereinfachung,
die Sprachcodierungsverfahren als fehlertolerante Verfahren und
als Verfahren, die für
einen Übertragungskanal
mit hoher Qualität
geeignet sind, entsprechend der Übertragungsrate
zu klassifizieren, weil die Übertragungsrate
nicht der einzige signifikante Faktor ist. In diesem Zusammenhang
wird jedoch eine derartige Klassifizierung die Auswahl des Sprachcodierungsverfahrens
verdeutlichen. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird das Sprachcodierungsverfahren entsprechend der
Fehlerhaftigkeit des Übertragungskanals
ausgewählt:
im Fall eines Übertragungskanals
mit hoher Qualität wird
ein Sprachcodierungsverfahren ausgewählt, in dem ein Hauptteil der
Kapazität
des Übertragungskanals
für die
Sprachcodierung verwendet wird, d. h. die Sprachcodierung besitzt
eine hohe Übertragungsrate;
in dem Fall eines Übertragungskanals
mit schlechter Qualität
wird ein Sprachcodierungsverfahren ausgewählt, in dem die erste Kanalcodierung mehr
betont wird, d. h., das Sprachcodierungsverfahren besitzt eine niedrige Übertragungsrate.
Die Auswahl kann durch das Überwachen
der Qualität/Fehlerhaftigkeit
des Übertragungskanals
getroffen werden, wenn die Verbindung hergestellt ist. Weil sich die
Qualität
eines Übertragungskanals
während
einer Sprachverbindung in einem großen Ausmaß verändern kann, kann die Qualität/Fehlerhaftigkeit
außerdem
während
der Sprachverbindung überwacht
werden, wobei, falls notwendig, das Sprachcodierungsverfahren geändert werden
kann.
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Einer der signifikantesten Vorteile
der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie erlaubt, daß neue Sprachcodierungsverfahren
zu einem vorhandenen Telekommunikationssystem hinzugefügt werden.
In einem derartigen Fall ist es wesentlich, daß die Sender und Empfänger, die
die neuen Sprachcodierungsverfahren verwenden, trotzdem mit den Sendern
und Empfängern
zusammenarbeiten, die ursprünglich
in dem Telekommunikationssystem verwendet worden sind und in denen
diese neuen Sprachcodierungsverfahren nicht implementiert worden
sind. Ein Telekommunikationssystem dieser Art umfaßt typischerweise
verschiedene Sender und Empfänger,
die keine einheitliche Gruppe der Sprachcodierungsverfahren verwenden.
Alle Sender und Empfänger
müssen
jedoch wenigstens ein Sprachcodierungsverfahren verwenden können, das allen
von ihnen gemeinsam ist. Falls z. B. das neue System der Erfindung
durch das Planen und Verwirklichen eines neuen Sprachcodierungsverfahrens
für die
Verwendung in einem GSM-Übertragungskanal mit
voller Rate geschaffen wird, wird das neue GSM-Systeme Telephone und Netzelemente umfassen,
die sowohl mit dem neuen Sprachcodierungsverfahren als auch mit
dem gegenwärtig
im GSM-System in Gebrauch befindlichen Verfahren versehen sind (d.
h. neue Ausrüstungen).
Außerdem wird
das System ebenfalls Ausrüstungen
umfassen, die bereits vorher verwendet worden sind und die nur mit
dem aktuellen Sprachcodierungsverfahren entsprechend dem GSM-System
versehen sind (d. h. alte Ausrüstungen).
Wenn eine neue und eine alte Ausrüstung miteinander kommunizieren,
muß das ausgewählte Sprachcodierungsverfahren
das aktuelle GSM-Verfahren sein, das in beiden Ausrüstungen ausgewählt werden
kann. Ein weiterer Faktor, der die Auswahl beeinflußt, ist
folglich eine heterogene Gruppe der Ausrüstungen: das am Anfang einer
Verbindung ausgewählte
Sprachcodierungsverfahren ist das geeignetste Sprachcodierungsverfahren,
das sowohl im Sender als auch im Empfänger ausgewählt werden kann. Selbst in
diesem Fall kann es notwendig sein, das Sprachcodierungsverfahren
während der
Verbindung zu ändern,
da der Sender und der Empfänger
ebenfalls während
einer Sprachverbindung geändert
werden können.
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In der Beschreibung der Erfindung
ist dargelegt worden, daß der
Kanalcodierer 203, 205 Fehlerprüfbits zu
den Sprachcodierungsbits hinzufügt.
Der Kanalcodierer 203, 205 kann in der Tat in
der Praxis so arbeiten, daß die
Fehlerprüfbits
zu den durch den Sprachcodierer erzeugten Sprachcodierungsbits in einer
derartigen Weise hinzugefügt
werden, daß die Sprachcodierungsbits
immer noch sichtbar und im resultierenden Bitfehler unverändert sind,
der nun außerdem
die Kanalcodierungsbits enthält.
Abhängig vom
Kanalcodierungsverfahren kann der Kanalcodierer 203, 205 außerdem so
arbeiten, daß sogar
die Sprachcodierungsbits geändert
werden, wenn die Fehlerprüfbits
hinzugefügt
werden. In diesem Fall stellt der Kanaldecodierer 301, 303 die
Sprachcodierungsbits bei der Kanaldecodierung wieder her, falls die
Anzahl der aus dem Kanal empfangenen Fehler nicht die Fehlerkorrekturfähigkeit
der Kanalcodierung überschreitet.
Hinsichtlich der vorliegenden Erfindung gibt es keinen Unterschied
zwischen diesen zwei Verfahren, wobei sich der Ausdruck "der Kanalcodierer
fügt Fehlerprüfbits zu
den Sprachcodierungsbits hinzu" auf diese beiden Fälle bezieht,
weil vom Gesichtspunkt der Sprachcodierung und der Übertragungsrate
dies genau das ist, was geschieht.
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In einem Telekommunikationssystem
wird ein Sprachsignal oft anderen Operationen unterworfen, wie z.
B. der Verschlüsselung,
der Verschachtelung der zu übertragenden
Bits (dies ist eng mit der Kanalcodierung verbunden), eine mögliche dem
Modulationsverfahren zugeordnete Vorcodierung oder die Bitverschachtelung
in Verbindung mit der spektralen Formung des Signals; diese Verfahren
sind jedoch für
die vorliegende Erfindung irrelevant. In der vorliegenden Erfindung
bezieht sich die Kanalcodierung speziell auf die Verwendung der
Fehlererfassungsund Fehlerkorrektur-Codes. Abhängig davon, wie die Kanalcodierung
implementiert ist, kann der Kanaldecodierer verfügbare Daten über die
Ergebnisse der Demodulation besitzen, so daß er die Daten über die
Fehlerwahrscheinlichkeiten der einzelnen Bits verwenden kann, d.
h. die sogenannten weichen Entscheidungen des Demodulators. Es ist
für die
Erfindung nicht relevant, ob die weichen Entscheidungen verfügbar sind
oder nicht, wobei der Kanaldecodierer der Erfindung beide Fälle abdeckt.
In den typischen Implementierungen hat der zweite Kanaldecodierer 301 der
Erfindung die Ergebnisse der weichen Entscheidungen verfügbar, wohingegen
der erste Kanaldecodierer 303 diese nicht verfügbar hat, das
System der Erfindung kann aber außerdem in irgendeiner anderen
Weise implementiert sein.
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Das Folgende ist ein einfaches allgemeines Beispiel,
wie ein neues Sprachcodierungsverfahren zu einem Übertragungskanal
mit voller Rate des GSM-Mobiltelephonsystems für die Verwendung im Zusammenhang
mit dem gegenwärtig
in Gebrauch befindlichen RPE-LTP-Sprachcodierungsverfahren hinzugefügt wird.
Das Beispiel wird lediglich gegeben, um die Erfindung zu veranschaulichen;
es ist folglich nur eine mögliche
Ausführungsform,
wobei die Erfindung – nicht
auf es eingeschränkt
ist. Im RPE-LTP-Sprachcodierungsverfahren
wird ein Sprachsignal in Rahmen von 20 ms unterteilt, aus jedem
von diesen bildet ein RPE-LTP-Sprachcodierer 260 Sprachcodierungsbits,
wodurch die Übertragungsrate
der Sprachcodierungsbits 13 kBit/s beträgt. Der in einem GSM-Sprachkanal
mit voller Rate verwendeter Kanalcodierer, d. h. der zweite Kanalcodierer
im System der Erfindung, fügt
196 Fehlercodierungsbits zu den 260 Sprachcodierungsbits hinzu;
die Gesamtbitzahl in einem 20-ms-Rahmen beträgt folglich 456 Bits, dies
entspricht einer Gesamtübertragungsrate
von 22,8 kBit/s. In diesem Beispiel wird ein technisch im hohen
Grade fortgeschrittenes Sprachcodierungsverfahren, in dem die Übertragungsrate
der Sprachcodierungsbits 8 kBit/ s beträgt und das Sprachsignal in
Rahmen aus 10 ms unterteilt ist, die jeder 80 Bits enthalten, zu
einem GSM-Sprachkanal mit voller Rate hinzugefügt. Um die Erfindung zu implementieren,
muß ein
erstes Kanalcodierungsverfahren für dieses Sprachcodierungsverfahren
entwickelt werden. Eine einfache beispielhafte Lösung für ein erstes Kanalcodierungsverfahren
umfaßt
die folgenden Operationen, die vom Gesichtspunkt des ersten Kanalcodierers
beschrieben werden:
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- (a) Zwei Sprachrahmen aus 80 Bits werden im ersten Kanalcodierer
in einen Rahmen aus 160 Bits kombiniert.
- (b) 100 Fehlerkorrekturbits werden durch einen per se bekannten
Fehlerkorrekturcode zu diesen 160 Bits hinzugefügt. Die Auswahl des Codes wird
sowohl durch das verwendete 8-kBit/s-Sprachcodierungsverfahren als
auch durch das Kanalcodierungsverfahren des GSM-Kanals mit voller
Rate beeinflußt.
Dies führt
zu einem 260-Bit-Sprachrahmen entsprechend einem GSM-Kanal mit voller
Rate.
- (c) Die erzeugten 260 Bits werden entsprechend ihrer Wichtigkeit
hinsichtlich der Kanalcodierung des GSM-Kanals mit voller Rate in
drei Gruppen klassifiziert.
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Danach werden die Sprachcodierungsbits und
die ersten Kanalcodierungsbits dem zweiten Kanalcodierer zugeführt, der
mit dem in Verbindung mit dem RPE-LTP verwendeten Kanalcodierer
völlig gleich
ist. Im Empfänger
decodiert der erste Kanaldecodierer die erste Kanalcodierung.