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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung nimmt den Vorteil der US Provisional Anmeldung
Nr. 60/109,694 in Anspruch, die am 24. November 1998 eingereicht wurde.
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und im Besonderen
eine diskontinuierliche Übertragung
(DTX) und Konfigurationsänderungen
in adaptiven Multiraten-Kommunikationssystemen.
Ein System und ein Verfahren mit adaptierender diskontinuierlicher Übertragung
ist von Bruhn S. et al.: "Continous
und discontinuous power reduced transmission of speech inactivity
for the GSM System",
GLOBAL TELECOMMUNICATIONS CONFERENCE, 1998, GLOBECOM 1998, THE BRIDGE
TO GLOBAL INTEGRATION, IEEE SYDNEY, NSW, AUSTRALIEN, 8–12. November
1998, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, US, Bd. 4, B. November 1998, Seiten
2091–2096,
XP010339312, ISBN: 0-7803-4984-9, bekannt.
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Hintergrund der Erfindung
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Heute
können
Multi-Modus-Codiersysteme, die wenigstens zwei unterschiedliche
Quellen- und Kanal-Codec-Modi einsetzen, zum Aufrechterhalten einer
nahezu optimalen Kommunikationsqualität unter variierenden Übertragungskanalbeschaffenheiten verwendet
werden. Ein Modus mit einer niedrigen Quellencodier-Bitrate und
einem hohen Grad eines Kanalfehlerschutzes kann für schlechte
Kanäle
ausgewählt
werden. Andererseits ermöglichen
gute Kanäle
eine Auswahl eines Codec-Modus mit einer hohen Quellencodier-Bitrate
und einem relativ niedrigen Grad eines Fehlerschutzes.
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Wie
es im Fachgebiet bekannt ist, müssen solche
Multimodus-Codiersysteme
(entweder explizit oder implizit) den tatsächlich gewählten Codec-Modus an einen
empfangenden Decodierer übermitteln, um
eine passende Decodierung empfangener Daten zu ermöglichen.
Zweiwege-Kommunikationssysteme mit
einer Codec-Modus-Adaptierung müssen
zusätzlich
eine ähnliche
Information über
die Rückleitung übertragen.
Diese sind entweder quantisierte Verbindungsmessungsdaten, die den
vorliegenden Vorwärtskanalzustand
beschreiben, oder ein(e) Codec-Modus-Anforderung/Befehl, der den Kanalzustand
berücksichtigt.
Solche Verbindungsadaptierungsdaten sind in dem Fachgebiet als Codec-Modus-Information
bekannt, die aus Codec-Modus-Angaben
(der tatsächlich
ausgewählte
Codec-Modus) und Codec-Modus-Anforderungen/Befehlen
(der auf der Übertragungsseite
zu verwendende Codec-Modus) besteht. Der nahende Standard für Global
System for Mobile Communication (GSM) Adaptive Multi-Rate (AMR)
setzt die oben beschriebenen Codec-Modus-Adaptierung ein.
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In
solchen AMR-Systemen wird eine Inband-Signalisierung verwendet,
um Teile der Sprachübertragungs-Ressource
zum Übertragen
einer Steuerinformation neu zuzuteilen. Es wird angewendet, wenn
keine anderen geeigneten Steuerkanäle verfügbar sind. Der GSM-AMR-Sprachcodierungs-Standard
ist ein Beispiel, der von einer Inband-Signalisierung Gebrauch macht.
Er verwendet Teile des GSM-Sprachverkehrkanals für die Übertragung von AMR-Verbindungsadaptierungsdaten.
Genauer genommen stellt der GSM-AMR-Standard einen Inband-Kanal für die Übertragung
einer Codec-Modus-Information bereit.
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Eine
Codec-Modus-Information besteht aus Codec-Modus-Anforderungen/Befehlen und Codec-Modus-Angaben,
die jeden zweiten Rahmen (jede 40 ms) übertragen werden, in abwechselnder
Reihenfolge. Die Codec-Modus-Information identifiziert einen Codec-Modus
in einer Untermenge von bis zu 4 Codec-Modi aus 8 (für adaptive
Vollraten-Sprache oder AFS) oder 6 (für adaptive Halbraten-Sprache, AHS) verfügbaren Modi.
Diese Codec-Modus-Untermengen werden als aktive Codec-Sätze bzw.
aktive Codec-Mengen bezeichnet.
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In
einem Kommunikationssystem, einschließlich des oben beschriebenen
GSM-AMR-Systems, ist die Übertragungskapazität eine beschränkte und
kostbare Ressource. Um Übertragungskapazität einzusparen,
wird aus diesem Grund Discontinuous Transmission (DTX) weithin beim Übertragen
von Sprache verwendet. Manchmal wird DTX als Voice Operated Transmission
(VOX) bezeichnet. Das Grundprinzip von DTX ist das Abschalten der Übertragung
während
einer Sprachinaktivität.
Anstelle dessen werden sogenannte Komfortrausch-(CN, comfort noise)Parameter übertragen,
die den Dekodierer zum Reproduzieren des Inaktivitätssignals
befähigen,
welches üblicherweise
eine Art eines Hintergrundrauschens ist. CN-Parameter erfordern
viel weniger an Übertragungsressource
als Sprache. DTX ist ein wichtiges Leistungsmerkmal für Mobiltelefone, da
es das Abschalten leistungsverbrauchender Geräte (wie beispielsweise Funkübertrager)
während
einer Inaktivität
ermöglicht.
Dieses hilft, Batterieleistung zu sparen und die Gesprächszeit
der Telefone zu erhöhen.
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In
Zweiwege-Kommunikationssystemen, die DTX einsetzen, wird typischerweise
eine Verbindung aktiv sein, während
die andere Verbindung inaktiv ist (da ein Sprecher spricht, während der
andere hört). Die
aktive Verbindung muss mit einer gewissen reduzierten Rahmenübertragungsrate
hohe Deskriptor-(SID)Rahmen (auch als Hintergrundinformation oder
Komfortrauschen oder Deskriptor-Rahmen bekannt) an den Empfänger übermitteln.
SID-Rahmen enthalten CN-Parameter und befähigen einen Empfänger dazu,
ein Komfortrausch-Ruhesignal zu erzeugen, beispielsweise um einem
zuhörenden
Benutzer zu versichern, dass die Verbindung noch aktiv ist.
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In
den gegenwärtigen
GSM-Sprachcodierungs-Standards FR, HR und EFR wird DTX auf eine sehr ähnliche
Weise realisiert. Beispielsweise wird der neueste Stand der Technik
einer DTX-betriebenen
Sprachkommunikation in dem GSM-System mit Verweis auf den GSM-ERF-Codec
beschrieben werden. Zusätzliche
Informationen sind beispielsweise aus den GSM 06.11, GSM 06.12,
GSM 06.21, GSM 06.22, GSM 06.31, GSM 06.41, GSM 06.61, GSM 06.62
und GSM 06.81 Standards und Bezugsdokumenten ersichtlich. Das GSM-EFR-Schema
wird wie folgt charakterisiert:
Das Ende einer Sprachaktivität wird durch
die Übertragung
eines ersten SID-Rahmens signalisiert, der nicht mit den SACCH-Phasen
ausgerichtet ist. Vielmehr folgt er unmittelbar dem letzten aktiven
Sprachrahmen. Nach solch einem ersten SID-Rahmen werden Aktualisierungs-SID-Rahmen
mit einer Periode bzw. Dauer von einmal pro 24 Rahmen (= 480 ms) übertragen.
Die Übertragung
von Aktualisierungs-SID-Rahmen ist mit dem Zeitausrichtungs-Flag
(TAF, time alignment flag) ausgerichtet, welches in den Funkuntersystemen
erzeugt wird und welches von der SACCH-Rahmenstruktur abgeleitet wird.
Abgesehen von SID-Rahmen werden während einer Inaktivität keine
anderen Rahmen übertragen. Ein
einfaches Fortsetzen der Übertragung
aktiver Sprachrahmen beendet die Inaktivitätsperiode.
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RSS
handhabt SID-Rahmen als reguläre Sprachrahmen.
Dies bedeutet im Besonderen, dass dieselbe Kanalcodierung und diagonale
Verschachtelung wie für
Sprachrahmen verwendet werden. Eine Anzahl von effektiv dreiundvierzig
(43) Nettobits wird für
die Komfortrausch-Parameter verwendet, die die Spektralform und
die Verstärkung
des Inaktivitätssignals
beschreiben. Fünfundneuzig
(95) Nettobits werden für
ein spezielles SID-Bitmuster verwendet, um den Rahmen als einen
SID-Rahmen zu identifizieren und um ihn von Sprachrahmen unterschiedlich
zu machen. CN-Parameter werden mit Bezug zu Parametern differentiell
codiert, die aus den zuletzt übertragenen
Sprachrahmen abgeleitet werden.
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Die
beschriebene SID-Rahmenübertragung ist
in 1 für
TCH/FS (d. h., Verkehrskanal/Vollraten-Sprache bzw. traffic channel/full-rate
speech) und in 2 für TCH/HS (d. h., Verkehrskanal/Halbraten-Sprache
bzw. traffic channel/half- rate
speech) veranschaulicht. Die obere Reihe symbolisiert die Sprachrahmen,
wie sie bei dem Eingang des Sprachcodierers gesehen werden. Die
mittlere Reihe symbolisiert die TDMA-Rahmen, die die jeweiligen Sprach- oder SID-Bits über die
Funkschnittstelle übertragen.
Die untere Reihe symbolisiert die Sprach- oder Komfortrausch-Rahmen nach dem Sprach-Decodierer.
Jeder Sprachrahmen ist exakt 20 ms lang. Die TDMA-Rahmen haben durchschnittlich eine
Distanz von exakt 5 ms. TDMA-Rahmen für SACCH und IDLE sind nicht
gezeigt. Implementierungsverzögerungen
und andere Nebeneffekte sind auch nicht gezeigt.
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Abgesehen
von der regulären Übertragung von
SID-Rahmen, synchron- und zeit-ausgerichtet zu einer festen Zeitstruktur,
beschreibt ITU-T Empfehlung G.729/Annex B ein DTX-Verfahren, welches SID-Rahmen
immer dann überträgt, wenn
eine Aktualisierung der CN-Parameter erforderlich ist, weil sie sich
seit der letzten SID-Rahmenübertragung
signifikant geändert
haben.
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In
dem wohlbekannten Pacific Digital Cellular (PDC) System mit einer
VOX-Funktionalität
werden spezielle Postambel- und Präambel-Rahmen verwendet, um Übergänge von
Sprache zu einer Inaktivität
bzw. zurück
von einer Inaktivität
zu Sprache zu signalisieren (siehe beispielsweise RCR STD-27D).
Diese Rahmen enthalten eindeutige Bitmuster auf der Brutto-Bitebene, um sie
zu identifizieren. Postambel-Rahmen bestehen aus zwei Kanalrahmen,
wobei der erste davon keine andere Information als das Identifizierungsbitmuster
trägt und wobei
der zweite davon Komfortrausch-Parameter trägt, die das Inaktivitätssignal
beschreiben. Während
einer Stimminaktivität
werden Postambel-Rahmen periodisch gesendet, um das Empfangsende zum
Aktualisieren der Komfortrausch-Erzeugung zu befähigen. Sowohl für Postambel-Rahmen als auch für Präambel-Rahmen
wird dieselbe Verschachtelung wie für Sprachrahmen verwendet.
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Die
oben beschriebenen konventionellen DTX-Lösungen, wie in GSM FR, EFR
und HR realisiert, sind für
die Verwendung in Multimodus-Codiersystemen nicht gut geeignet.
Dieses resultiert aus der Tatsache, dass die SID-Rahmensignalisierung auf einer Nettobitebene
getätigt
wird. Ein den SID-Rahmen identifizierendes spezielles Bitmuster ist
Teil des Nettobitstroms. Die SID-Rahmen-Erfassungseinheit bei dem Empfänger wird
nach der Entschachtelung und der Kanaldecodierung ausgeführt. Dieser
Ansatz ist für
Multimodus-Codiersysteme mit mehr als einem Quellen- und Kanalmodus
unangemessen, da die SID-Rahmenidentifizierung
von der korrekten Wahl des Codec-Modus für die Kanaldecodierung abhängen würde. Der
korrekte Codec-Modus
bei dem Empfänger
kann aufgrund möglicher Modus-Übertragungsfehler nicht immer
garantiert werden.
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Darüber hinaus
sind aus ähnlichen
Gründen Variationen
des Verschachtelungsschemas, entweder für die unterschiedlichen Codec-Modi
oder für SID-Rahmen,
auch aus Komplexitätsgründen nicht praktikabel.
Solche Ansätze
erfordern im schlimmsten Fall, dass eine SID-Rahmen-Entschachtelung und
noch schlimmer eine Kanaldecodierung zusätzlich zu der Sprachrahmen-Entschachtelung
und Kanaldecodierung betrieben werden müssen.
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Außerdem gibt
es wenigstens zwei große Probleme
beim Übernehmen
der PDC-Realisierung. Da Postambel-Rahmen aus zwei Verkehrsrahmen bestehen,
ist erstens der Inaktivitäts-Übertragungsmodus relativ uneffizient
hinsichtlich Übertragungsleistungs-Einsparungen.
Jede Komfortrausch-Parameteraktualisierung
erfordert die Übertragung
von zwei Rahmen. Da Übergänge von
einer Sprachinaktivität
zu einer Aktivität
mittels Präambel-Rahmen
signalisiert werden, können
zweitens beide Teile der Sprach-Onsets bzw. Sprachanfänge abgeschnitten bzw.
geclipt werden, oder die Übertragung
von Sprach-Onsets wird verzögert
um den Präambel-Rahmen
fortgesetzt. Der erstgenannte Effekt verschlechtert direkt die Qualität der rekonstruierten Sprache,
während
der letztere die Sprachübertragungsverzögerung erhöht, was
Verschlechterungen der Konversationsqualität bewirken kann.
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Man
beachte außerdem,
dass eine Anwendung eines üblichen
diagonalen Verschachtelungsschemas über zwei Rahmen für SID- und Sprachrahmen,
wie es gegenwärtig
sowohl in GSM als auch PDC getan wird, weitere Probleme verursacht.
Ein Anwenden einer diagonalen Verschachtelung für eine Übertragung einzelner SID-Rahmen
ist hinsichtlich der Funkressourcenverwendung und des Leistungsverbrauchs
ineffizient, da nur eine Hälfte
jedes übertragenen
TDMA-Rahmens eine
SID-Information trägt,
während
die andere Hälfte
unverwendet verbleibt und somit verschwendet wird (solche verschwendeten
Halbbündel
sind in 1 und 2 markiert).
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Dieser
Effizienzverlust ist in aktuellen GSM- und PDC-Systemen klein, da eine SID-Rahmenübertragung
relativ selten ist. Jedoch ist er für neue Multimodus-Kommunikationssysteme
mit einer Codec-Modus-Adaptierung ernsthafter. Eine hohe Adaptierungsleistungsfähigkeit
erfordert eine viel häufigere
Informationsübertragung
(Adaptierungsdaten) über
die inaktive Verbindung im Vergleich zu der Übertragung von SID-Rahmen in aktuellen
Systemen.
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Darüber hinaus
gibt es gewisse Obergrenzen der Funkkanalaktivität während einer Inaktivität (z. B.
ist die AMR-Systemerfordernis: TCH/AFS: 16 TDMA-Rahmen pro 480 ms-Multirahmen; TCH/AHS: 12
TDMA-Rahmen pro 480 ms-Multirahmen). Eine Verschwendung der Hälfte der
verfügbaren
Funkressource würde
bedeuten, dass die Codec-Modus-Information nur halb so häufig wie
prinzipiell möglich übertragen
werden könnte.
Das Ergebnis ist ein möglicher
Leistungsfähigkeitsverlust
aufgrund einer langsameren Codec-Modus-Adaptierung.
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Ein
weiterer Nachteil der Verwendung derselben diagonalen Verschachtelung
für SID-Rahmen (die
eine Codec-Modus-Information
tragen) wie für Sprachrahmen
ist die durch diese Art der Verschachtelung verursachte Verzögerung.
Hinsichtlich des Erreichens der bestmöglichen Leistungsfähigkeit
der Codec-Modus-Adaptierung des Multimodus-Kommunikationssystems
sollte die Übertragungsverzögerung der
Codec-Modus-Information auf einem Minimum gehalten werden. Dieses
verbietet die Verwendung einer diagonalen Verschachtelung.
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Ein
besonderes Problem in Systemen mit DTX ist die Erfassung von Sprach-Onsets
bzw. Sprachanfängen
nach Perioden einer Inaktivität.
Ein Verfehlen des Onsets bzw. Anfangs resultiert in einer abgeschnittenen
Sprachausgabe des Decoders. Wenn andererseits ein nicht-übertragener
Rahmen fehlerhaft als ein Sprach-Onset-Rahmen erfasst wird, können unerwünschte Plop-
oder Knallgeräusche produziert
werden, was die Kommunikationsqualität beträchtlich verschlechtern kann.
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Im
Prinzip brauchen AMR-Systeme mit DTX-Betrieb lediglich Codec-Modus-Anforderungen für die aktuell
aktive Verbindung über
die inaktive Verbindung zu übertragen.
Es brauchen keine Codec-Modus-Angaben für die inaktive Verbindung übertragen
werden. Wenn jedoch die inaktive Verbindung erneut aktiv wird, muss
ein geeigneter Codec-Modus ausgewählt werden. Es muss eine Lösung gefunden
werden, wie der Codec-Modus für Sprach-Onsets
bzw. Sprachanfänge
auszuwählen ist,
nachdem eine Inaktivität
gefunden worden ist, die sicherstellt, dass die Übertragungs- und Empfangsseite
denselben Modus anwenden. Darüber
hinaus sollte dieser Codec-Modus bezüglich aktueller Funkkanalbeschaffenheiten
geeignet sein.
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Abgesehen
von dem Codec-Modus-Signalisierungsverfahren in dem AMR-Standard
sind bisher keine weiteren schnellen Steuerkanäle verfügbar. Jedoch gibt es einen
Bedarf nach solch einem Kanal, um fähig zu sein, schnelle Konfigurationsänderungen durchzuführen (z.
B., um einen aktiven Codec-Satz zu ändern, die Phase einer Codec-Modus-Information zu ändern, um
die Übertragungsverzögerung zu minimieren,
um einen Handover an einen existierenden GSM-Codec, wie beispielsweise FR, EFR oder HR,
durchzuführen
und/oder zu einer Zukunftsanwendung umzuschalten, wie beispielsweise
ein Breitband-Codec, Sprache und Daten oder Multimedia).
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Demgemäß gibt es
einen Bedarf für
verbesserte Verfahren und Apparate zum Durchführen von DTX und Konfigurationsänderungen
in adaptiven Multiratensystemen.
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Inhaltsangabe der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
die oben beschriebenen und andere Bedürfnisse mittels der Bereitstellung
neuer Lösungen
für DTX
und einer schnellen Inband-Signalisierung von Konfigurationsänderungen
und Protokollnachrichten als auch der Interaktion beider Operationen,
in dem Kontext adaptiver Multiratensysteme. Vorteilhafter Weise
sind die offenbarten Verfahren und Apparate kosteneffizient hinsichtlich
der Funkübertragungskapazität, hinsichtlich
der Festleitungsübertragung
und hinsichtlich des Implementierungsaufwands.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zum Durchführen einer diskontinuierlichen Übertragung
(DTX) in einem Kommunikationssystem, in dem Quellendaten zur Übertragung
von einer ersten Komponente in dem System an eine zweite Komponente
in dem System verschachtelt werden, enthält die Schritte zum Erfassen
von Perioden einer Quellendateninaktivität und Übertragen von Ruhedeskriptor-(SID)Rahmen von der
ersten an die zweite Komponente während der Perioden einer Quellendateninaktivität, wobei
gewisse der übertragenen
SID-Rahmen mit Verwendung eines unterschiedlichen Verschachtelungs-Algorithmus
im Vergleich zu dem für
die Quellendaten verwendeten verschachtelt werden. Beispielsweise können die
Quellendaten block-diagonal
verschachtelt werden, und gewisse der SID-Rahmen können block-verschachtelt
werden.
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Das
beispielhafte Verfahren kann ferner die Schritte enthalten zum Übertragen
eines ersten Typs eines SID-Rahmens,
um einen Übergang
von einer Quellendatenaktivität zu
einer Quellendateninaktivität
anzugeben, zum periodischen Übertragen
eines zweiten Typs eines SID-Rahmens während einer Quellendateninaktivität, und zum Übertragen
eines dritten Typs eines SID-Rahmens, um einen Übergang von einer Quellendateninaktivität zu einer
Quellendatenaktivität
anzugeben. Wo das Kommunikationssystem ein adaptives Multiraten-(AMR)System ist,
können
die SID-Rahmen vorteilhafter Weise eine Codec-Modus-Information
zusätzlich
zu der Ruhebeschreibungsinformation enthalten.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zum Übertragen von
Protokollnachrichten von einer ersten Komponente an eine zweite
Komponente in einem Sprachkommunikationssystem enthält den Schritt
zum Übertragen
eines Fluchtrahmens anstelle eines Sprachdatenrahmens, wobei der
Fluchtrahmen ein Bruttobitmuster enthält, um den Fluchtrahmen von Sprachdatenrahmen
zu unterscheiden, und eine Protokollnachricht übermittelt. Der Fluchtrahmen
kann ferner ein Datenfeld enthalten, um der zweiten Komponente eine
bestimmte Protokollnachricht anzugeben.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zum Bewirken von Konfigurationsänderungen
in einem Kommunikationssystem enthält den Schritt zum Übertragen
eines Fluchtrahmens anstelle eines Sprachdatenrahmens, wobei der
Fluchtrahmen ein Bruttobitmuster enthält, um den Fluchtrahmen von
Sprachdatenrahmen zu unterscheiden, und eine Konfigurationsänderungsangabe übermittelt.
Der Fluchtrahmen kann ferner ein Datenfeld enthalten, um der zweiten
Komponente eine bestimmte zu tätigende
Konfigurationsänderung
anzugeben.
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Wo
beispielsweise das Kommunikationssystem ein AMR-System ist, kann
ein Fluchtrahmen zum Ändern
eines aktiven Codec-Modus-Satzes
verwendet werden. Alternativ kann ein Fluchtrahmen zum Ändern einer
Phase einer Codec-Information verwendet werden.
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Die
oben beschriebenen und andere Leistungsmerkmale und Vorteile der
Erfindung werden hier nachstehend detailliert mit Verweis auf die
in den begleitenden Zeichnungen gezeigten veranschaulichenden Beispiele
erläutert.
Der Fachmann wird verstehen, dass die beschriebenen Ausführungsformen für Zwecke
der Veranschaulichung und des Verständnisses bereitgestellt sind,
und dass zahlreiche äquivalente
Ausführungsformen
hierin aufgenommen sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt
ein beispielhaftes Vollraten-Ruhedeskriptor-(SID)-Rahmen-Übertragungsschema dar.
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2 stellt
ein beispielhaftes Halbraten-Ruhedeskriptor-(SID)-Rahmen-Übertragungsschema dar.
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3 stellt
ein beispielhaftes adaptives Multiraten-Kommunikationssystem dar, in dem die
vorliegende Erfindung implementiert sein kann.
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4 stellt
ein beispielhaftes SID-Rahmenformat gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
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5 stellt
ein beispielhaftes Vollraten-(SID)-Rahmen-Verschachtelungsschema gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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6 stellt
ein beispielhaftes Halbraten-(SID)-Rahmen-Verschachtelungsschema gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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7 stellt
ein beispielhaftes Format eines ersten SID-Rahmens gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
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8 stellt
ein beispielhaftes Sprachanfangs-Rahmenformat
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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9 stellt
ein beispielhaftes Schema zum Sperren eines ersten SID-Rahmens gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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10 stellt
ein beispielhaftes Schema zum Sperren regulärer SID-Rahmen gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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11 stellt
ein beispielhaftes Vollraten-Schema zum Erfassen von Übergängen von
einer Sprachinaktivität
zu einer Sprachaktivität
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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12 stellt
ein beispielhaftes Halbraten-Schema zum Erfassen von Übergängen von
einer Sprachinaktivität
zu einer Sprachaktivität
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar.
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13 stellt
ein beispielhaftes Vollraten-Schema zum Erfassen eines Sprachanfangs
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar, wenn ein Sprachanfangs-Angaberahmen durch einen Systemkonfigurationsänderungs-Rahmen
ersetzt wird.
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14 stellt
ein beispielhaftes Halbraten-Schema zum Erfassen eines Sprachanfangs
dar gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn ein Sprachanfangs-Angaberahmen durch einen Systemkonfigurationsänderungs-Rahmen
ersetzt wird.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Obwohl
Ausführungsformen
der Erfindung nachstehend mit Verweis auf die Sprachübertragung in
dem GSM-System beschrieben werden, wird der Fachmann unmittelbar
erkennen, dass die offengelegten Techniken genauso gut in anderem
Kontext anwendbar sind. Beispielsweise kann die Erfindung ohne weiteres
in irgendwelchen Drahtlos- oder Festleitungs- Kommunikationssystemen verwendet werden,
einschließlich
von TDMA-Systemen (z. B. D-AMPS), PDC, IS95, und dem Internet.
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3 stellt
ein beispielhaftes AMR-System dar, in dem die Techniken der vorliegenden
Erfindung implementiert sein können.
Das beispielhafte AMR-System enthält eine Code-Umsetzungs- und Ratenadaptierungsenheit
(TRAU, Transcoding and Rate Adaption Unit) und eine Basisstation
(BTS, Base Station) auf der Netzwerkseite als auch eine Mobilstation
(MS, Mobile Station). Auf der Netzwerkseite sind ein Sprachcodierer
(SPE) und ein Kanalcodierer (CHE) als auch ein Kanaldecodierer (CHD)
und ein Sprachdecodierer (SPD) über
die wohlbekannt serielle A-bis-Schnittstelle verbunden. Für jede Verbindung
wird eine Qualitätsinformation mittels
Schätzen
des aktuellen Kanalzustands abgeleitet. Auf Grundlage des Kanalzustands
und unter Berücksichtigung
möglicher
Randbedingungen von der Netzwerksteuerung wählt die Codec-Modus-Steuerung,
die sich auf der Netzwerkseite befindet, die anzuwendenden Codec-Modi
aus.
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Der
zu verwendende Kanal-Modus (TCH/AFS oder TCH/AHS) wird durch das
Netzwerk gesteuert. Uplink bzw. Aufwärts und Downlink bzw. Abwärts gelten
immer für
denselben Kanal-Modus. Für eine Codec-Modus-Adaptierung
führt die
Empfangsseite Verbindungsqualitätsmessungen
der ankommenden Verbindung durch. Die Messungen werden verarbeitet,
was einen Qualitätsindikator
bzw. Quality Indicator ergibt. Für
eine Uplink-Adaptierung wird der Qualitätsindikator direkt in die UL-Modus-Steuereinheit
gespeist. Diese Einheit vergleicht den Qualitätsindikator mit gewissen Schwellenwerten
und erzeugt auf unter Berücksichtigung
möglicheren
Randbedingungen von einer Netzwerksteuerung einen Codec-Modus-Befehl
bzw. Codec Mode Command, der den auf dem Uplink zu verwendenden Codec-Modus
angibt. Der Codec-Modus-Befehl wird dann im Band an die Mobilseite übertragen,
wo das ankommende Sprachsignal in dem entsprechenden Codec-Modus
codiert wird.
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Für eine Downlink-Adaptierung
vergleicht der DL-Modus-Anforderungsgenerator
bzw. DL Mode Request Generator innerhalb der Mobileinheit den DL-Qualitätsindikator
bzw. DL Quality Indicator mit gewissen Schwellenwerten und erzeugt
eine Codec-Modus-Anforderung bzw. Codec Mode Request, die einen
bevorzugten Codec-Modus für
den Downlink angibt. Die Codec-Modus-Anforderung wird im Band an
die Netzwerkseite übertragen,
wo sie in die DL-Modus-Steuerungseinheit gespeist wird. Diese Einheit
gewährt
im Allgemeinen den angeforderten Modus. Unter Berücksichtigung
möglicher
Randbedingungen von der Netzwerksteuerung kann sie jedoch auch die
Anforderung aufheben. Der resultierende Codec-Modus wird dann zum
Codieren des ankommenden Sprachsignals in Downlink-Richtung angewendet.
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Sowohl
für den
Uplink als auch für
den Downlink wird der gegenwärtig
angewendete Codec-Modus im Band als Codec-Modus-Angabe bzw. Codec Mode Indication zusammen
mit den codierten Sprachdaten übertragen.
Bei dem Decodierer wird die Codec-Modus-Angabe bzw. Codec Mode Indication
decodiert und zum Decodieren der empfangenen Sprachdaten angewendet.
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Eine
Codec-Modus-Auswahl wird aus einem Satz von Codec-Modi (ACS, Active
Codec Set) getätigt,
der 1 bis 4 AMR-Codec-Modi enthalten kann. Mit diesem Satz ist eine
Liste von 1 bis 3 Schaltschwellenwerten und Hysteresen verknüpft, die
von dem DL-Modus-Anforderungsgenerator und der UL-Modus-Steuerungseinheit
zum Erzeugen der Codec-Modus-Anforderungen und Codec-Modus-Befehle
verwendet werden. Diese Konfigurationsparameter (ACS, Schwellenwerte,
Hysteresen) werden bei Rufaufbau definiert und können bei einem Handover oder
während
eines Anrufs modifiziert werden.
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Gemäß der Erfindung
basiert DTX in einem System, wie dem in 3 gezeigten,
auf einer Inband-Signalisierung mit drei unterschiedlichen Rahmentypen:
SID_FIRST, regulärer
SID und Sprachanfangsrahmen. Diese Rahmentypen haben gemeinsam,
dass sie bestimmte Bruttobitmuster verwenden, die sie identifizieren.
Darüber
hinaus können
sie auch Nutzlastdaten übermitteln,
die aus CN-Parametern und einer Codec-Modus-Information bestehen. Für Beispielsimplementierungen
gemäß der Erfindung siehe
GSM 05.03: Digital cellular telecommunications system (Phase 2+);
Channel coding (draft ETSI EN 300 909 V7.2.0 (1999-11)) und GSM
06.93: Digital cellular telecommunication system (Phase 2+); Discontinuous
Transmission (DTX) for Adaptive Multi-Rate (AMR) speech traffic
channels (draft ETSI EN 301 707 V.7.2.0 (1999-11)).
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SID-Rahmen
werden auf einer Bruttobitebene identifiziert. SID-Rahmen sind definiert,
um mit Verwendung von k TDMA-Rahmen übertragen
zu werden, d. h. sie bestehen aus k * 114 Bits. Eine mögliche Wahl
für k ist
4. In diesem Fall bestehen SID-Rahmen aus 456 Bits, d. h. ein Kanalrahmen
besteht aus 456 Bits für
TCH/AFS und aus zwei Kanalrahmen von jeweils 228 Bits für TCH/AHS.
Jeder SID-Rahmen hat ein SID-Rahmen-Identifizierungsfeld mit einem
eindeutigen Bitmuster und zwei Nachrichtenfeldern. Das eine Nachrichtenfeld
ist für
Kanal-codierte Komfortrausch-(CN)Parameter reserviert, das andere
für eine
Kanal-codierte Codec-Modus-Information. Das Codec-Modus-Informationsfeld kann
nur Codec-Modus-Anforderungen tragen, oder kann weiter in zwei Teile
unterteilt werden, wobei einer Codec-Modus-Anforderungen/Befehle trägt und der
andere Codec-Modus-Angaben
trägt.
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Ein
Beispiel der Definition des regulären SID-Rahmenformats ist in 4 gegeben.
In diesem Beispiel besteht der SID-Rahmen aus einem SID-Rahmen-Identifizierer
von 212 Bits, einem Feld von 212 Bits für die Komfortrausch-Parameter
und einem Feld von 32 Bits für
die Codec-Modus-Information. In diesem Beispiel wird angenommen,
dass die CN-Parameter faltungscodiert sind und dass die Codec-Modus-Information
aus Block-codierten Anforderungen-Befehlen und Angaben besteht.
In einer alternativen Lösung
können
zwei Nachrichtenfelder zusammengetan werden, beispielsweise wenn
CN-Parameter und eine Codec-Modus-Information beide mit Verwendung
desselben Faltungs- oder Blockcodes codiert sind.
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Gemäß der Erfindung
werden reguläre SID-Rahmen
vielmehr block-verschachtelt als diagonal-verschachtelt. Während dieses
eine mögliche Verschachtelungsverstärkung verschenkt
(d. h., dass die Übertragung
möglicherweise
weniger robust gegenüber Übertragungsfehlern
ist), tragen SID-Rahmen im Allgemeinen weniger Information als reguläre Sprachrahmen,
und sie können
deshalb mit Verwendung leistungsfähigerer Kanalcodes als die
für die Sprachübertragung
Verwendeten geschützt
werden. Dieses kompensiert den Verlust an Verschachtelerverstärkung oder
macht die SID-Rahmen-Übertragung
sogar robuster als für
aktuelle Lösungen
(GSM FR, EFR, oder HR) möglich.
Eine wichtige Information, wie eine Codec-Modus-Information, kann
beispielsweise mittels stärkerer
Kanalcodes (im Vergleich zu der Inband-Übertragung einer Codec-Modus-Information
in regulären
Sprachrahmen) geschützt
werden. Darüber
hinaus werden CN-Parameter üblicherweise
mit viel weniger Bits als Sprach-Parameter dargestellt. Die wenigen
CN-Bits können
somit mit Kanalcodes niedrigerer Rate geschützt werden. Beispielsweise
können
aus einer Anzahl von 35 CN-Bits Sämtliche geschützt werden,
zuerst mittels eines 14-Bit-CRC-Codes (was eine sehr leitfähige Fehlererfassung
ermöglicht),
und dann mittels Verwendung eines 1/4-Faltungscodes (Einflusslänge k = 5).
Darüber
hinaus sind sowohl CN-Parameter als auch die Codec-Modus-Information
im Allgemeinen eine relativ langsam variierende Information. Auch mit
Berücksichtigung
der vorgeschlagenen SID-Rahmenrate (von jedem 8. Rahmen), die viel
höher als
in existierenden Lösungen
ist, sind gelegentliche Verluste eines SID-Rahmens aufgrund von
Kanalfehlern sogar tolerierbar.
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Wie
in den jeweiligen 5 und 6 gezeigt,
werden, für
sowohl TCH/AFS als auch für TCH/AHS,
SID-Rahmen, die aus 4·114
Bits bestehen, gemäß der Erfindung
mittels Blockverschachtelung auf 4 TDMA-Rahmen abgebildet. Der Zweck
des Verschachtelers ist es, die SID-Rahmenbits auf solch eine Weise
auf die verfügbaren
TDMA-Rahmen zu verteilen, dass die Robustheit gegenüber Übertragungsfehlern
maximiert wird. Der Diagonalverschachteler für Sprachrahmen wird nicht verwendet. Da
eine Entschachtelung hinsichtlich der Komplexität keine großen Anforderungen stellt, ist
diese Lösung mit
einem besonderen Blockverschachteler für SID-Rahmen brauchbar. Im schlechtesten Fall
führt der
Decodierer sowohl eine SID-Rahmen-Block-Entschachtelung als auch
eine konventionelle Sprachrahmen-Diagonal-Entschachtelung aus, aber
nicht mehr als ein Kanaldecodierer. In aktuellen GSM- und PDC-Systemen
wird das Problem verschwendeter Bits in den TDMA-Rahmen, die zu
SID-Rahmen gehören,
somit vorteilhafterweise gelöst.
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Für TCH/AFS
hat das tatsächliche
Blockverschachtelungsschema für
den SID-Rahmen eine relativ geringe Wichtigkeit. Um eine maximalen
Verschachtelerverstärkung
zu erhalten, werden Identifizierungsmarkiererbits als auch CN- und
Codec-Modus-Informations-Bits
so gleichmäßig wie
möglich auf
die zur Übertragung
verwendeten TDMA-Rahmen verteilt.
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Für TCH/AHS
können
aufgrund der Tatsache, dass der SID-Rahmen mit Verwendung von 2 Kanalrahmen übertragen
wird, spezielle Fälle
auftreten. Wie unten bezüglich
SID-Sperrrahmen
detailliert diskutiert, kann die Situation auftreten, wenn die erste
Hälfte
der TDMA-Rahmen, die den SID-Rahmen tragen, übertragen worden ist, und die
zweite Hälfte kann
aufgrund eines Sprachanfangs nicht übertragen werden. Für diesen
Fall ist es wichtig, dass SID-Muster sperren bzw. aufheben zu können, das
bereits gesendet worden ist. Dieses wird mittels Übertragen
der zweiten Hälfte
der Bitmuster auf den ungeraden Positionen der zweiten Hälfte der
TDMA-Rahmen sichergestellt. Hinsichtlich der Codec-Modus-Information
ist es wichtig, dass der zum Decodieren des Sprachanfangs zu verwendende
Codec-Modus verfügbar
ist. Dieses kann auch mittels Übertragen
der zweiten Hälfte
der Codec-Modus-Angabe-Bits auf den ungeraden Positionen der zweiten
Hälfte
der TDMA-Rahmen sichergestellt werden.
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Eine
mögliche
Lösung
ist das Abbilden der Bitmuster und der Codec-Modus-Angabe-Bits auf
die TDMA-Rahmen mittels Verwendung einer Diagonal-Verschachtelung.
Folglich werden die CN-Bits und Codec-Modus-Anforderungs-/Befehls-Bits
in den ungeraden Positionen der ersten Hälfte der TDMA-Rahmen und in
den geraden Positionen der zweiten Hälfte der TDMA-Rahmen übertragen.
Das beschriebene Verschachtelungsschema für SID-Rahmen auf TCH/AHS ist
in 6 veranschaulicht.
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Bestimmte
SID_FIRST-Rahmen werden unmittelbar nach dem letzten Sprachrahmen übertragen,
bei einem Wechsel von einer Aktivität zu einer Inaktivität. Die Lösung ist
vielmehr, lediglich ein Sprachende bzw. Sprechende zu identifizieren,
als ein Übertragen
von CN-Parametern. Eine Beispielslösung für TCH/AFS ist die Verwendung
eines 228-Bit-Feldes, das aus 212 Markiererbits und 16 Bits für eine Codec-Modus-Information besteht,
wie in 7 gezeigt. Die Codec-Modus-Information ist entweder ein(e) Anforderung/Befehl
oder eine Angabe, in Abhängigkeit
davon, was dran ist (wenn ein Sprachrahmen übertragen worden ist). Der
Typ der mit dem SID_FIRST-Rahmen übertragenen Codec-Modus-Information
hängt somit
von der Rahmennummer bzw. Rahmenanzahl und der Übertragungsphase der Codec-Modus-Information
ab. Ein spezieller Verschachteler bildet den SID_FIRST-Rahmen auf
die in den nicht-verwendeten Halbbündeln verfügbaren 228 Bits ab. 5 veranschaulicht
das beschriebene Übertragungsschema
des SID_FIRST-Rahmens für
TCH/AFS. Man beachte, dass es keine verschwendeten Halbbündel mehr
gibt.
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Eine
analoge Lösung
für TCH/AHS
würde ein
SID_FIRST-Identifizierungsmuster
und eine Codec-Modus-Information auf den 2 verfügbaren normalerweise nicht-verwendeten
Halbbündeln übertragen.
Ein Beispiel, dass die Erfassung von SID_FIRST zuverlässiger macht,
ist es jedoch, auch die nächsten
2 TDMA-Rahmen zu verwenden. Dies bedeutet, dass 2 Kanalrahmen SID_FIRST_1
und SID_FIRST_2 übertragen
werden. Ein möglicherweise
identischer 228-Bit-Rahmen, wie er in der TCH/AFS-Beispielslösung (aus
212 Markiererbits und 16 Bits für
eine Codec-Modus-Information bestehend, siehe 7)
verwendet wird, wird auf die geraden Positionen der TDMA-Rahmen, die den letzten Sprachrahmen
(nicht-verwendete Halbbündel)
tragen, und auf die ungeraden Positionen der zwei nachfolgenden
TDMA-Rahmen abgebildet. Diese Art der Diagonalabbildung ermöglicht eine
Anwendung des existierenden Diagonal-Verschachtelers/Diagonal-Entschachtelers.
Die Codec-Modus-Information ist entweder ein(e) Anforderung/Befehl
oder eine Angabe, in Abhängigkeit
von der Rahmennummer und der Übertragungsphase
der Codec-Modus-Information. Übertragen
wird die Art der Codec-Modus-Information,
die in dem jeweiligen Kanalrahmen gesendet worden wäre, wenn
Sprache übertragen
worden wäre.
Die Abbildung wird auf eine Weise getätigt, dass gleiche Teilstücke sowohl
der Musterbits als auch der Codec-Modus-Informations-Bits auf die ersten zwei und
die zweiten zwei verwendeten TDMA-Rahmen gegeben werden.
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6 zeigt
eine Technik zum noch weiteren Erhöhen der Zuverlässigkeit
einer SID_FIRST-Rahmen-Erfassung. Gemäß der Erfindung werden die geraden
Positionen der zusätzlichen
zwei TDMA-Rahmen mit einem zusätzlichen
Identifizierungsmuster gefüllt.
Es ist auch möglich,
einen Teil dieser Halbbündel
für die Übertragung
einer Codec-Modus-Information
zu verwenden. Das Identifizierungsmuster könnte auch das Codewort der
Codec-Modus-Information sein, so oft wiederholt, dass sämtliche
verfügbaren
Bits verwendet werden. Wenn beispielsweise 114 Bits verfügbar sind
und das Codewort für
die Codec-Modus-Information 16 Bits breit ist, dann könnte es
114/16 Mal wiederholt werden.
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Die
für Sprachrahmen
verwendete Diagonal-Verschachtelung impliziert, dass ungerade Positionen
der ersten Hälfte
der TDMA-Rahmen, die den ersten Sprachrahmen tragen, nach einer
Inaktivitätsperiode,
für andere
Zwecke frei sind. Eine Lösung
gemäß der Erfindung,
die die Anfangserfassung verbessert, ist es, diese Bits mit einem
speziellen Anfangsidentifzierungsmuster zu füllen. Darüber hinaus können auch
Teile dieser Bits für
eine Übertragung einer
Codec-Modus-Angabe verwendet werden, die den Codec-Modus signalisiert,
gemäß welchem
der erste Sprachrahmen codiert ist. Eine Lösung, die sowohl ein Anfangsbitmuster
als auch die Codec-Modus-Angabe übermittelt,
ist das Wiederholen des Codec-Modus-Angabe-Codeworts so oft, dass
sämtliche
verfügbaren
Bits verwendet werden, wie in 8 veranschaulicht.
Ein Beispiel für
TCH/AFS ist es, das 16-Bit-Codewort
der Angabe 228/16 Mal zu wiederholen. Für TCH/AHS wird das 16-Bit-Codewort 114/16
Mal wiederholt. Solch ein Anfangsrahmen wird durch einen besonderen
Verschachteler auf die andernfalls nicht-verwendeten Halbbündel abgebildet.
Die jeweiligen Rahmenübertragungsschemas sind
sowohl für
TCH/AFS als auch für
TCH/AHS in 5 und 6 abgebildet.
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Für TCH/AHS
werden reguläre
SID-Rahmen und SID_FIRST-Rahmen mit Verwendung von 2 Kanalrahmen übertragen.
Es können
deshalb Situationen auftreten, in denen ein höher priorisierter Sprachanfang übertragen
wird, nachdem der erste Kanalrahmen des SID-Rahmens übertragen
worden ist, aber bevor der zweite Kanalrahmen des SID-Rahmens übertragen
worden ist. In solch einem Fall könnte das Fehlerereignis auftreten,
dass der Empfänger
den Anfang verfehlt und anstelle dessen einen SID bzw. einen SID_FIRST-Rahmen
erfasst, obwohl er tatsächlich
nur die erste Hälfte
davon empfangen hat.
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Um
zu helfen, dieses Problem zu vermeiden, wird ein spezieller SID_FIRST-Sperrrahmen
anstelle eines regulären
Anfangsrahmens verwendet, wenn die erste Hälfte der das SID_FIRST tragenden
TDMA-Rahmen gesendet worden ist, aber die zweite Hälfte aufgrund
eines Sprachanfangs nicht gesendet werden kann. Die zu der zweiten
Hälfte
des SID_FIRST-Rahmens gehörenden
Musterbits, die übertragen
worden wären,
werden nun invertiert. Dieses sperrt die Erfassung des gesamten SID_FIRST-Musters
bei dem Empfänger.
Die Codec-Modus-Informations-Bits bleiben dieselben, wie von dem
ursprünglichen
SID_FIRST-Rahmen. Der Empfänger
wird in der beschriebenen Situation einen nicht-verwendungsfähigen Rahmen
erhalten. Es ist nützlich,
diesen Rahmen mittels Anwenden passender Fehlerverbergungs-(EC,
error concealment)Techniken zu verstecken. Der beschriebene Fall
ist in 9 veranschaulicht.
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Ein
anderer spezieller Rahmen, nämlich
ein SID-Sperrrahmen, wird anstelle eines regulären SID-Rahmens verwendet,
wenn die ersten Hälfte
der den SID tragenden TDMA-Rahmen gesendet worden ist, aber die
zweite Hälfte
aufgrund eines Sprachanfangs nicht gesendet werden kann. Die zu
der zweiten Hälfte
des SID-Rahmens gehörenden
Musterbits, die übertragen
worden wären,
werden nun invertiert. Dies sperrt die Erfassung des gesamten SID-Musters bei
dem Empfänger.
Die Codec-Modus-Informations-Bits, die eine Codec-Modus-Angabe darstellen, bleiben
dieselben, wie von dem ursprünglichen SID-Rahmen.
Der Empfänger
wird nun einen nicht-verwendungsfähigen Rahmen
in der beschriebenen Situation erhalten, für welche er mit der CN-Generierung
mit Verwendung der vorherigen CN-Parameter fortfahren wird. Der
Empfänger
kann auch die Muster, die in diesem speziellen Fall übertragen
werden, prüfen,
um Sprachanfänge
mit verbesserter Zuverlässigkeit
zu erfassen. Der beschriebene Fall ist in 10 veranschaulicht.
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SID-Rahmen
werden während
einer Inaktivität
jede nFR Rahmen (TCH/AFS) bzw. jede nHR Rahmen (TCH/AHS) übertragen. Eine geeignete Wahl
ist nFR = nHR =
8. Eine Phasen-ausgerichtete Übertragung
und Decodierung von SID-Rahmen (Ausrichtung abgeleitet von dem SACCH,
wie in dem aktuellen GSM-System) ist eine in dem heutigen GSM-System
existierende Lösung,
was dabei hilft, eine gute SID-Rahmen-Decodierleistungsfähigkeit
zu erzielen. Jedoch stellt die vorgeschlagene SID-Rahmen-Identifizierung auf
Grundlage von Brutto-Bitmustern bereit, das eine hohe SID-Rahmen-Erfassungsleistungsfähigkeit
und flexiblere Lösungen
ohne eine feste Phase möglich
sind.
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Ein
Beispiel ist das Starten einer Übertragung
von SID-Rahmen mit
dem dritten Rahmen nach der Übertragung
des SID_FIRST-Musters und anschließendem Übertragen von SID-Rahmen jeden achten
Rahmen. Eine alternative Lösung
ist eine asynchrone SID-Übertragung
(d. h. nicht mit einer festen Zeitstruktur ausgerichtet). Als ein
Beispiel werden SID-Rahmen
immer dann übertragen,
wenn eine Modusanforderung sich ändert,
möglicherweise
mit der Randbedingung, dass ein gewisses Maximum übertragener
TDMA-Rahmen pro 480 ms-Multirahmen
noch nicht überschritten
worden ist. Eine andere verbesserte Lösung kann einen SID-Rahmen übertragen,
wenn die CN-Parameter sich signifikant geändert haben und ein gewisses
Maximum übertragener
TDMA-Rahmen pro 480 ms-Multirahmen
noch nicht überschritten
worden ist. Solche Lösungen
mit einer asynchronen SID-Rahmen-Übertragung können immer
dann auf eine zeit-ausgerichtete Übertragung zurückgreifen,
wenn gewisse minimale Übertragungserfordernisse
pro Zeitintervall nicht erfüllt
worden sind.
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Man
beachte, dass die unterschiedlichen Bitmuster, die zum Identifizieren
der unterschiedlichen Rahmentypen gesendet werden, teilweise durch Übertragungsfehler
beeinträchtigt
bzw. verfälscht sein
können.
Um eine zuverlässige
Erfassung der Muster auch in der Anwesenheit von Kanalfehlern sicherzustellen,
können
Korrelationstechniken verwendet werden. Eine mögliche Lösung ist das Zählen der Anzahl übereinstimmender
Bits, wenn die empfangenen Bits mit den Mustern verglichen werden.
Wenn beispielsweise 70% der Bits zusammenpassen, dann kann der Empfänger das
Muster als gefunden betrachten. Eine alternative Lösung mit
Verwendung einer unscharfen Bitinformation ist das Akkumulieren der
empfangenen unscharfen Bits mit einem positiven Vorzeichen, wenn
das entsprechende Bit des Musters 1 ist, und mit einem negativen
Vorzeichen, wenn das entsprechende Bit 0 ist. Dieses akkumulierte
Maß kann
mit dem Produkt der Länge
des Musters und dem maximal möglichen
unscharfen Bitwert normalisiert werden. Wenn das normalisierte Maß einen
gewissen Schwellenwert überschreitet,
z. B. 0,4, kann der Empfänger
das Muster als gefunden betrachten.
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Ein
weiteres Kriterium, das für
SID-Rahmen verwendet werden kann, ist der CRC der CN-Bits. Wenn
es einen CRC-Fehler gibt, wird der Rahmen nicht als ein gültiger SID-Rahmen
betrachtet.
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Aus
Kostengründen
ist es wünschenswert, dass
die Identifizierungsmuster nicht viel Speicher zum Speichern derer
erfordern. Als ein Beispiel können
die Identifizierungsmuster für
SID_FIRST und einen regulären
SID für
TCH/AFS mittels Wiederholung kurzer 9-Bit-Sequenzen von nächst-obere-ganze-Zahl((228-16)/9)
= 24 Mal und anschließendem Verwerfen
der letzten 4 Bits konstruiert werden. Solch eine 9-Bit-Sequenz
ist beispielsweise {0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0}.
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Für TCH/AHS
ist es ferner wichtig, die mögliche
Decodierung eines SID_FIRST-Rahmens als einen regulären SID-Rahmen
und umgekehrt zu vermeiden. Deshalb werden die Identifizierungsmuster für SID und
SID_FIRST so unterschiedlich wie möglich gemacht.
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Als
ein Beispiel kann das Muster für
den SID_FIRST-Rahmen identisch zu dem für TCH/AFS verwendeten Muster
sein. Das für
reguläre
SID-Rahmen verwendete Muster kann dann mittels Invertieren des SID_FIRST-Musters
konstruiert werden.
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Die
Lösung,
vielmehr nur ein spezifisches Bitmuster und eine Codec-Modus-Information
in dem SID_FIRST-Rahmen zu übertragen,
als auch einem Übermitteln
von CN-Parametern, hilft dabei, die DTX-Effizienz auf einem Maximum
zu halten (d. h., die Aktivität
auf der Luftschnittstelle wird auf einem Minimum gehalten). Zur
selben Zeit kann die Erfassungszuverlässigkeit des Identifizierungsmusters maximal
sein, da sämtliche
verfügbaren
Bits für
das Bitmuster verwendet werden (abgesehen von den für die Übertragung
der Codec-Modus-Information verwendeten). Ein Problem dabei ist
jedoch, dass der Empfänger
nicht einen Satz von CN-Parametern zur CN-Erzeugung während der
Periode von einem Sprachende bis zu dem Empfang des ersten regulären SID-Rahmens
bekommt. Die Lösung
ist es, die CN-Parameter lokal in dem Empfänger mittels Verwendung der
Sprachparameter der letzten n Rahmen vor dem Sprachende abzuleiten. Üblicherweise
arbeitet der Codierer mit einem Überhang
bzw. einer Nachwirkung, d. h., dass eine gewisse Anzahl von m Rahmen
noch als Sprache codiert wird, obwohl die VAD eine Stimmeninaktivität erfasst.
Der Decodierer kann somit CN-Parameter lokal beispielsweise mittels
Mitteln der Verstärkung
und spektraler Parameter der Überhangrahmen,
d. h. n = m, ableiten. Eine andere Lösung ist das Anwenden des letzten
empfangenen Satzes von CN-Parametern einer vorhergehenden Inaktivitätsperiode.
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Ein
AMR-Empfänger
nimmt ein 2-Zustandsmodell mit den Zuständen einer Aktivität und einer
Inaktivität
ein. Der Zweck dieses Zustandsmodells ist es, die Unterscheidung
zwischen Sprach-/SID-/nicht-übertragener
Rahmen zu unterstützen.
Der Wechsel von einer Aktivität
zu einer Inaktivität
erfordert die Erfassung eines dem Sprachrahmen folgenden SID_FIRST-Rahmens.
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Der
Wechsel von dem Inaktivitäts-
zu dem Aktivitätszustand
erfordert es, das Sprachanfangs-Identifizierungsmuster und einen
gültigen
ersten Sprachrahmen zu erfassen, der ohne CRC-Fehler decodiert werden
kann, und der optional Qualitätsmessungen
aufweist, die beispielsweise von dem Empfänger/Kanaldecodierer abgeleitet
sind und die gewissen Schwellenwerte überschreiten. Ein Beispiel
ist das SFQ-Maß (Brutto-Bitfehlerschätzung), das
unter einem gewissen Schwellenwert sein muss. Die Zuverlässigkeit
dieses Zustandsübergangs
kann mit der Randbedingung erhöht
werden, dass mehr als ein Rahmen ohne CRC-Fehler decodierbar sein muss
und optional nicht ein gewisses SFQ-Maß überschreitet. Ein anderes Kriterium,
wie in 11 veranschaulicht, das hilft, Übergänge von
einer Inaktivität
zu der Aktivität
passend zu erfassen, ist, dass empfangene Rahmen, die SID-Rahmen unmittelbar folgen,
nie ein Sprachrahmen sein können,
vorausgesetzt, dass eine Block-Verschachtelung für SID-Rahmen verwendet wird, was eine geringere Verzögerung als
eine Diagonal-Verschachtelung für Sprachrahmen
erfordert. 12 veranschaulicht dieses Kriterium
für das
Beispiel für
TCH/AHS.
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Ein
anderer Weg zum Verbessern der Erfassung erster Sprachrahmen und
zur Hilfe der Unterscheidung dieser von nicht-übertragenen Rahmen ist der
Zugriff auf Maße
von anderen Komponenten des Empfängers
(z. B. des HF-Empfängers
oder des Entzerrers). Beispiele für solche Maße sind Träger- und Störerstärkenschätzungen und abgeleitete Maße, wie
beispielsweise das C/I-Verhältnis.
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Ein
weiterer Weg zum Verbessern der Identifizierungsleistungsfähigkeit
sowohl für
SID_FIRST als auch einen ersten Sprachrahmen ist das Übertragen
der TDMA-Rahmen,
wobei diese mit erhöhter Übertragungsleistung
getragen werden.
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Die
folgenden Lösungen
sind zum Definieren des Codec-Modus für Sprachanfänge nach einer Inaktivitätsperiode
geeignet:
- (a) Auswahl des robustesten Codec-Modus
oder alternativ mit dem n-ten robusten Codec-Modus. Die sicherste
Lösung
ist es, n = 1 zu wählen.
Es braucht keine Codec-Modus-Angabe übertragen zu werden. Der Nachteil
für n =
1 ist, dass für
gute Kanäle
ein zu robuster Codec-Modus mit niedriger intrinsischer Sprachqualität ausgewählt ist.
- (b) Auswahl desselben Codec-Modus wie für die aktuell aktive Verbindung.
Dieses wird durch die Tatsache motiviert, dass die Uplink- und Downlink-Qualitäten ähnlich sind.
Die übertragende Seite
der Verbindung, die die Sprachübertragung fortsetzt,
wendet den Codec-Modus an, den sie für die ankommende aktuell aktive
Verbindung anfordert. Die empfangende Seite der Verbindung, die
erneut aktiv wird, kennt den angewendeten Codec-Modus, da er identisch
mit den Codec-Modus-Anforderungen ist, die sie für die Anwendung auf der abgehenden
aktuell aktiven Verbindung empfängt.
Das Schema kann robuster gemacht werden, wenn ein Modus für Sprachanfänge ausgewählt wird,
der n (z. B. n = 1) Modi robuster als der Modus der aktuell aktiven
Verbindung ist (vorausgesetzt, dass solch ein robusterer Modus existiert).
- (c) Auswahl desselben Codec-Modus, der bei dem Ende der letzten
Sprachperiode ausgewählt war,
die der Inaktivitätsperiode
vorausgeht. Dieses wird durch die Tatsache motiviert, dass Funkkanalbeschaffenheiten
sich im Allgemeinen nicht sehr schnell ändern. Dieses Schema kann robuster
gemacht werden, wenn ein Modus für
Sprachanfänge
ausgewählt
wird, der n (z. B. n = 1) Modi robuster als der Modus ist, der bei
dem Ende der letzten Sprachperiode verwendet wurde (vorausgesetzt,
dass solch ein robusterer Modus existiert).
- (d) Auswahl gemäß Messungen
der inaktiven Verbindung. Da die Übertragung auf inaktiven Verbindungen
nicht vollständig
gestoppt ist, ist eine Verbindungsqualitätsmessung möglich. Entsprechende Messungsberichte
oder Codec-Modus-Anforderungen/Befehle
werden über
die aktive Verbindung übertragen.
Wenn die inaktive Verbindung eine Sprachübertragung fortsetzt, wird ein
Codec-Modus entsprechend der letzten empfangenen Codec-Modus-Anforderung
ausgewählt.
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Vorteilhafterweise
können
die obigen Lösungen
(a), (b) und (c) Verwendung von der Tatsache machen, dass keine
Codec-Modus-Anforderungen für die inaktive
Verbindung übertragen
werden brauchen. Die aktive Verbindung kann somit die Übertragungskapazität für Codec-Modus-Anforderungen sparen
und sie für
andere Zwecke verwenden. Ein Beispiel ist die Verwendung dieser Übertragungskapazität für eine besser
geschützte Übertragung
von Codec-Modus-Angaben.
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Zusätzlich zu
den oben beschriebenen Techniken zum Durchführen von DTX in AMR-Systemen stellt
die Erfindung ferner Techniken zum Durchführen schneller Konfigurationsänderungen
in AMR-Systemen bereit. Der Zweck dieser Techniken ist es, schnelle
Konfigurationsänderungen
zu ermöglichen,
die nicht mit Verwendung existierender langsamer Steuerkanäle getätigt werden
können.
Darüber
hinaus können
existierende Steuerkanäle
nicht sicherstellen, dass Konfigurationsänderungen mit einer Sprachdatenübertragung
synchronisiert sind. Ähnlich
dem oben beschriebenen DTX-Mechanismus basiert der Konfigurationsänderungsmechanismus
auf einer Inband-Signalisierung.
Anwendungen sind, beispielsweise in Verbindungen mit knotenamtsfreiem
Betrieb (TFO, tandem free Operation), die Änderung des aktiven Codec-Satzes
und die Änderung
der Phase der Codec-Modus-Information (um die Übertragungsverzögerung zu
minimieren). Weitere allgemeine Anwendungen sind Handover an einen der
existierenden GSM-Codecs
(FR, EFR, HR), oder Umschalten zu einer zukünftigen Anwendung, wie beispielsweise
ein Breitband-Codec, Sprache und Daten oder Multimedia. Ähnlich dem
DTX-Mechanismus wird der Konfigurationsänderungsmechanismus bezüglich TCH/AFS
und TCH/AHS in dem GSM-System beschrieben, aber er ist gleichermaßen in anderem
Kontext anwendbar.
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Der
Konfigurationsänderungsmechanismus basiert
auf einem Rahmenstehlen ähnlich
dem wohlbekannten FACCH-Rahmenstehlen (d. h., dass Sprachrahmen
durch Konfigurationsänderungsrahmen
ersetzt werden), und wird deshalb nachstehend als Fluchtsignalisierung
(escape signaling) bezeichnet. Da der Fluchtsignalisierungsmechanismus
nur gelegentlich während
einer Verbindung verwendet wird, und nur wenige Sprachrahmen gestohlen
werden, ist die Fehlerverbergungseinheit bei dem Empfänger fähig, das
Rahmenstehlen nahezu unhörbar zu
machen.
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Fluchtrahmen
sind von einem ähnlichen
Format wie die oben beschriebenen SID-Rahmen. Sie werden auf einer
Bruttobitebene mittels eines bestimmten Identifizierungsmusters
identifiziert. Ähnlich
wie SID-Rahmen enthalten
sie dieses Muster und eine oder zwei Nachrichtenfelder. Ein Feld
trägt die tatsächliche
Kanal-codierte Fluchtnachricht
und das andere eine Codec-Modus-Information.
Als ein Beispiel kann der Fluchtrahmen 456 Bits enthalten und von
exakt demselben Rahmenformat wie SID-Rahmen sein (siehe beispielsweise 4),
wobei das CN-Feld durch die Fluchtnachricht ersetzt ist.
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Die
durch den Fluchtmechanismus zu übertragende
Nutzlast wird die Fluchtnachricht genannt. Fluchtnachrichten bilden
eine Anzahl von Nettobits, die zu logischen Einheiten gruppiert
sein können.
Für beispielhafte
Implementierungen gemäß der Erfindung
siehe GSM 05.09: Digital cellular telecommunication system (Phase
2+); Link Adaptation (draft ETSI EN 301 709 V7.1.0 (1999-11).
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Fluchtnachrichten
können
mit einem geeigneten Kanalcodierschema codiert sein, wie beispielsweise
mit einer Block- oder Faltungscodierung. Eine kosteneffiziente Lösung ist
die Verwendung exakt derselben Kanalcodierung, wie sie für die CN-Parameter
in dem SID-Rahmen, wie oben beschrieben, verwendet wird. Der oben
beschriebenen Beispielslösung
mit 35 CN-Bits folgend, bedeutet dieses, dass eine Fluchtnachricht
von 35 Nettobits mit einem 14-Bit-CRC geschützt wird und dann mit einer
Coderate von 1/4 und Einflusslänge
k = 5 faltungscodiert wird.
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Wie
bei dem SID-Rahmen kann das Codec-Modus-Informationsfeld eine sowohl
block- als auch faltungs-codierte Codec-Modus-Angabe und Codec-Modus-Befehl/Anforderung
tragen.
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Fluchtrahmen
sind block-diagonal verschachtelt, ähnlich Sprachrahmen. Dieses
impliziert, mit der Annahme der Beispiellösung mit einem Fluchtrahmen
von 456 Bruttobits, dass ein Fluchtrahmen einen Sprachrahmen auf
TCH/AFS und zwei Sprachrahmen auf TCH/AHS ersetzt.
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Für TCH/AHS
sind dieses nicht notwendigerweise zwei fortlaufende Rahmen, jedoch
wird es in der beschriebenen Beispielslösung angenommen. Nicht zwei
fortlaufende Rahmen zu stehlen, ist für die Fehlerverbergung vorteilhaft,
um das Stehlen zu verstecken bzw. zu verbergen. Andererseits ist
das Stehlen zwei fortlaufender Sprachrahmen hinsichtlich der Übertragungszeit
der Fluchtnachricht vorteilhaft. Die Verschachtelung wird auf solch
eine Weise getan, dass die erste Hälfte des Fluchtrahmens (228 Bits,
siehe 4) den ersten Sprachrahmen ersetzt. Es ist wichtig,
dass diese erste Hälfte
das Fluchtidentifizierungsmuster enthält. Dieses befähigt den
Empfänger,
auf dieses Muster zu prüfen.
Nach Finden des Musters ist der Empfänger fähig, den zweiten gestohlenen
Sprachrahmen zu lokalisieren, der die zweite Hälfte des Fluchtrahmens trägt.
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Um
nicht mit der regulären Übertragung
der Codec-Modus-Information
zu interferieren, kann der Verschachteler ferner eines der Codec-Modus-Informations-Codewörter auf
Bitpositionen des ersten gestohlenen Sprachrahmens abbilden. Folglich
wird das andere Codec-Modus-Informations-Codewort auf Bitpositionen
des zweiten gestohlenen Sprachrahmens abgebildet. Darüber hinaus
wird das Platzieren der Codec-Modus-Information,
d. h. der Codec-Modus-Angabe und Anforderungen/Befehle, in das Codec-Modus-Feld
bezüglich
der Codec-Modus-Informationsphase während der Übertragung regulärer Sprachrahmen
getätigt.
Wenn beispielsweise die erste Hälfte
des Fluchtrahmens einen Sprachrahmen ersetzt, der eine Codec-Modus-Angabe
getragen haben würde,
dann müsste
diese erste Hälfte des
Fluchtrahmens immer noch eine Codec-Modus-Angabe übertragen.
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Man
beachte, dass der oben beschriebene Fluchtmechanismus auch in Verknüpfung mit
dem oben beschriebenen DTX-Mechanismus
verwendet werden kann. Gemäß der Erfindung
können
somit Fluchtrahmen nicht nur Sprachrahmen ersetzen, sondern auch
sämtliche
andere Rahmentypen, nämlich
SID_FIRST, einen regulären
SID, NoTX und Sprachanfangsrahmen. Unter Betrachtung des Falls, dass
ein Fluchtrahmen während
einer Inaktivitätsperiode
zu senden ist, ist es hinsichtlich der Übertragungsressourcenverwendung
effizient, eine Blockverschachtelung anzuwenden, wie es für SID-Rahmen
getan wird. Da der Fluchtmechanismus jedoch daraufhin ausgelegt
ist, nur gelegentlich verwendet zu werden, ist die Übertragungsressourcenverwendung
nicht das wichtigste Kriterium. Vielmehr sind eine kosteneffiziente
Implementierung und eine geringe Komplexität wichtig. Deshalb ist es eine
vorteilhafte Lösung,
das Rahmenformat, die Kanalcodierung und die block-diagonale Verschachtelung
zu behalten, die auch für
Fluchtrahmen während
Sprache verwendet werden.
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Man
beachte, dass die Verwendung einer block-diagonalen Verschachtelung
für Fluchtrahmen während DTX
impliziert, dass es Halbbündel
gibt, die nicht durch die Verschachtelung definiert sind. Für TCH/AFS
sind die ungeraden Positionen der ersten 4 Bündel und die geraden Positionen
der letzten 4 Bündel,
die den Fluchtrahmen tragen, undefiniert. Undefinierte Bits sind
kein Problem an sich, jedoch kann das folgende Problem mittels zweckgemäßem Festlegen
der undefinierten Positionen gelöst
werden. Es wird der Fall eines Sprachanfangs bzw. Sprach-Onset betrachtet.
Wie oben beschrieben, ist ein Sprachanfangsrahmen mit einem Anfangsmuster
markiert, das eine bessere Identifizierung des Rahmens als ein Anfang
bzw. Onset und ein Identifizieren des für den Anfangssprachrahmen verwendeten
Codec-Modus ermöglicht.
Wenn ein Fluchtrahmen zur selben Zeit gesendet werden muss, wird
er den Anfangsrahmen ersetzen. Somit ist es für nachfolgende Sprachrahmen
schwierig, sie als Sprachrahmen zu identifizieren, da das Anfangsmuster
gestohlen wurde.
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Dieses
Problem wird mittels Füllen
der ersten Hälfte
der undefinierten Bits (ungerade Positionen) mit dem Anfangsmuster
vermieden, ungeachtet davon, ob es einen Anfang gibt oder nicht.
Für den Fall,
dass es tatsächlich
keinen Anfang bzw. Onset gab, muss es signalisiert werden, dass
die Inaktivität fortgesetzt
wird. Ein unmittelbar dem Fluchtrahmen folgendes Senden von SID_FIRST
tut dieses. Dieses definiert die zweite Hälfte der andernfalls nicht-verwendeten Bits
(gerade Positionen). Diese Lösung
ist zusätzlich
hinsichtlich der Implementierungskosten vorteilhaft. Sie ermöglicht eine
Handhabung von Fluchtrahmen, neben der Kanalcodierung, genauso, als
ob sie Sprache wären. 13 und 14 veranschaulichen
die beschriebene Lösung
bezüglich TCH/AFS
bzw. TCH/AHS.
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Man
beachte, dass Sprachrahmen, die für Fluchtzwecke gestohlen worden
sind, nicht zur Übertragung
nach der Flucht erneut geplant werden können, da dieses die Sprachübertragungsverzögerung erhöhen würde. Jedoch
können
SID-Rahmen, die durch die Fluchtrahmenübertragung betroffen sind, für eine Übertragung
unmittelbar nach der Fluchtrahmenübertragung erneut geplant werden.
Vorteilhafterweise hilft dieses, eine hohe subjektive Komfortrausch-Signalqualität aufrecht
zu erhalten. Beispielslösungen
sind in dem oben angeführten
GSM 06.93 bereitgestellt.
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Um
einen korrekten Empfang von Fluchtnachrichten sicherzustellen und
um zweckgemäße Routinen
für Fehlerereignisse
zu definieren, wird ein Fluchtprotokoll vorgeschlagen. Beispielslösungen sind
in dem oben angeführten
GSM 05.09 bereitgestellt.
-
Der
Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die spezifischen beispielhaften Ausführungsformen begrenzt ist,
die hier für
Zwecke der Veranschaulichung beschrieben worden sind, und dass alternative
Ausführungsformen auch
ins Auge gefasst sind. Der Schutzbereich der Erfindung wird vielmehr
durch die hieran angefügten Ansprüche als
durch die vorhergehende Beschreibung definiert, und sämtliche Äquivalente,
die mit der Bedeutung der Ansprüche
konsistent sind, sollen beabsichtigungsgemäß darin erfasst sein.