EP1116355A1 - Method and device for estimating the transmission quality of a digital communication signal - Google Patents
Method and device for estimating the transmission quality of a digital communication signalInfo
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- EP1116355A1 EP1116355A1 EP99953652A EP99953652A EP1116355A1 EP 1116355 A1 EP1116355 A1 EP 1116355A1 EP 99953652 A EP99953652 A EP 99953652A EP 99953652 A EP99953652 A EP 99953652A EP 1116355 A1 EP1116355 A1 EP 1116355A1
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- EP
- European Patent Office
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- transmitted
- transmission
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- Withdrawn
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
- H04L1/20—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using signal quality detector
Definitions
- the invention relates to a method and a device for estimating the transmission quality of a digital message signal, in which a value of the bit is assigned to bits transmitted by a transmitter at the receiver and a measure of the reliability of the correctness of the assignment is determined.
- Such a method or such a device is used in particular to estimate the transmission quality in the context of a mobile radio system and to adapt a transmission mode used to the available transmission quality.
- a voice coder / decoder which is to carry out such an adaptation is currently being used as the next generation at ETSI following the standardization of the GSM Enhanced Full Rate (EFR) voice codec in 1996 under the name Adaptive Multirate (AMR) voice codec SMG11 standardized.
- the main goals of the AMR codec are to achieve fixed network quality of the voice under different channel conditions and to ensure optimal distribution of the channel capacity.
- the codec is said to work under good channel conditions and / or in highly utilized cells in the half-rate (HR) channel. Under poor channel conditions, it should switch dynamically to the full rate (FR) channel using the GSM intra-cell handover and vice versa.
- FR or HR channel mode
- code modes available for different speech and channel coding rates, which should also be varied according to the channel quality (rate adaptation).
- transmission should be achieved with the best possible quality.
- a sufficiently precise estimate of the channel quality plays a decisive role in the selection of the modes used for a transmission (i.e. when switching between channel modes FR and HR and / or between code modes), and therefore also in the entire AMR concept.
- the voice quality perceived by a user should serve as a criterion for selecting a mode. It is therefore necessary to define a metric that allows such an a priori subjective quality to be measured objectively.
- Options for deriving such a metric of the channel quality are burst-wise RxLev, RxQual in the GSM system, DTX activation, frequency hopping activation, bit-wise or burst-wise channel state information CSI (Channel State Information) from the equalizer, a residual error rate (residual error rate) ) of the channel decoder, bad frame indicator (BFI), error concealment in the channel or speech decoder etc.
- CSI Channel State Information
- the present invention is based on an estimate of the transmission quality on the basis of channel status information (CSI), such as is supplied in the form of soft bits by an equalizer of a conventional mobile radio receiver.
- CSI channel status information
- Such soft bits each correspond to one bit of the message signal transmitted by radio and comprise a given number of bits, for example 8 or 16.
- a value -2 1 "1 of the soft bit denotes the reliable detection of a bit" -1 "of the Message signal
- the value 2 1_1 -1 the reliable detection of the value “+ l ⁇ , the value -1 being logically assigned to ONE and +1 logically ZERO.
- Intermediate values in each case correspond to different reliably identifications.
- the sign (MSB) of the soft bit includes Holds the equalizer's decision as to whether the bit of the message signal sent was +1 or -1.
- the amount of the soft bit indicates how safe that decision was, that is it is a measure of the reliability that the assignment of the MSB to the transmitted bit is correct.
- the effects of short time fading on the transmission quality can be reduced in a simple manner by interleaving data blocks.
- Short-term deteriorations in the received signal have a strong impact on the recognition reliability of the equalizer, but, as long as they can be intercepted by interleaving, do not necessarily lead to a deterioration in the transmitted voice quality and should therefore not be taken into account when estimating them.
- a simple way of achieving the goal of a simple and quick estimate of the transmission quality is low-pass filtering of reliability values of a transmitted sequence of bits
- These reliability values are preferably obtained from the soft bits in that the amount of the soft bit assumed to be a signed integer is obtained. It is further preferred that the low-pass filtering is preceded by averaging over the reliability values of a given first number n of transmitted bits, in which the n bits with the lowest reliability of the assignment are selected from a given second number N of bits and the average value over the reliability values of these n bits is formed.
- the reason for this measure is that even if the transmission quality is poor, the equalizer often still delivers or allocates a very large number of bits with very high reliability, so that when averaging over the reliability values of all transmitted bits, the mean value obtained represents only a very insensitive measure of the transmission quality would.
- n, N are preferably in a ratio of 5n ⁇ N ⁇ 20n, preferably lOn ⁇ N.
- the n 10 most uncertain are selected from these and used for averaging.
- the low-pass filtering is preferably carried out with incomplete suppression in the stop band above a few Hz.
- an Equipple FIR filter is suitable for this. Incomplete suppression makes it possible to react to abrupt, permanent changes in the transmission quality faster than would be the case with filtering with complete suppression.
- the low-pass filtered signal is preferably compared with at least one threshold in order to obtain a comparison result which is used as a control signal for switching between different transmission modes of the message signal.
- a hysteresis when switching between different transmission modes. introduction modes.
- two different transmission modes can be assigned two thresholds in such a way that a switch is made from a first of the two transmission modes to the second if the lower of the two thresholds is undershot, and a switch from the second to the first transmission mode if the higher of the two thresholds is exceeded.
- the number N of bits from which the most unreliable soft bits are selected is preferably predetermined for each transmission mode in proportion to its data rate. This ensures that the speed at which a change in the transmission quality can be reacted to is the same for the different transmission modes, regardless of their data rate.
- Figure 1 is a block diagram of a base station of a telecommunications system with mobile terminals, which includes a device for estimating the transmission quality according to the present invention
- FIG. 2 shows a block diagram of a mobile terminal which is equipped with a device according to the invention and communicates with the base station from FIG. 1;
- FIG. 3 shows a measured course of long-term fading in the course of a message signal
- FIG. 4 shows the result of an estimation of the reception quality for the same message signal when averaged over the ten bits with the lowest reliability value within a burst
- FIG. 5 shows the result when averaging over all bits of a burst
- FIG. 6 shows impulse response and frequency response of a low-pass filter of a device according to the invention.
- FIG. 7 illustrates the conversion of an estimate of the transmission quality of a message signal into a control signal for switching between different types of transmission.
- FIG. 1 shows a highly schematic section of a base station for a telecommunications system that uses a device 1 to estimate the transmission quality of a digital message signal.
- the base station receives the digital message signal via an antenna 2.
- An equalizer 3 connected to the antenna 2 supplies a soft bit for each bit received by the antenna, which has a width of 8 bits, for example.
- the output signal of the equalizer is fed to processing circuits for reconstructing the transmitted message signal, which are not shown in the figure.
- the output of the equalizer 3 is also connected to an input of a CSI generator 4 of the estimation device 1.
- the CSI generator 4 estimates the short term fading of the transmission channel, whereby it determines the transmission quality of each individual burst of the message signal. Depending on the transmission mode of the message signal, it contains a different number of bursts per speech frame. With full rate transmission, a speech frame comprises four bursts, with half rate transmission two.
- each soft bit always coincides with the presumed value of the bit received, and the amount is a numerical value between 0 and 127, which is a measure of the
- Reliability of the decision about the sign including tet.
- An amount of 0 stands for a very uncertain decision and 127 for a very safe decision.
- a temporary data field “sort” of size 128 is created and initialized with 0.
- burst [n] 0 ⁇ n ⁇ 114 is given for the individual soft bits
- a measure of the probability that the sign of the soft bit matches the corresponding bit of the transmitted message signal is first obtained by forming the amount, and the number of bits within the burst with a certain reliability value is determined and corresponding to this value in the “sort ".
- the reliability values of the 10 least reliable bits are added up.
- the CSI generator 4 also carries out a second averaging, in which the above-mentioned averages over the 10 bits with the lowest reliability value of a burst are added for a number K of bursts and divided by K.
- the number K is 2 for a shark rate transmission and 4 for a full rate transmission. It corresponds to the number of bursts per frame, i.e. it is proportional to the data rate of the transmission mode.
- the dependency of the number of bursts taken into account on the transmission mode ensures that estimates of the transmission quality are available through the second averaging with a fixed repetition rate that is independent of the transmission rate.
- the output signal of the CSI generator 4 obtained by these averaging is approximately proportional to the short term fading of the mobile radio channel on which the message signal is transmitted.
- the resulting strong fluctuations in the output signal of the CSI generator 4 are suppressed with the aid of a low-pass filter 5.
- the reason for using the low-pass filter 5 instead of averaging over a larger time interval is that simple averaging over several frames would not lead to a satisfactory result, since short-term strong disturbances would further lead to a considerable decrease in the estimated transmission quality, which a change in the transmission mode might appear necessary, even if the decrease takes so little time that it can be compensated for by interleaving. An unweighted averaging is therefore a poor low-pass filter. Therefore, in the estimation device 1, the low-pass filter 5 with the following specifications is connected to the output of the CSI generator 4: -Filter type: FIR Equiripple low-pass filter (constant blocking range)
- Figure 6 shows in part A the transfer function h (t) of such a filter
- part B shows the frequency response 201og (
- other options for low-pass filtering are also conceivable, such as For example Butterworth, Tschebyscheff, IIR filters etc. or a weighted averaging, the weight of a soft bit decreasing with age.
- FIG. 3 shows an example of the measured course of the long-term fading of a real message signal over 2000 frames, corresponding to a time period of 40 seconds (transmission rate 50 frames per second).
- the signal-to-noise ratio C / (I + N) is plotted in decibels on the abscissa.
- FIG. 4 shows the estimate of the reception quality of the message signal provided by the low-pass filter 5 with the fading behavior shown in FIG. 3.
- the numerical values of the output signal of the low-pass filter 5, which can be between 0 and 127 (for 8-bit wide soft bits), are plotted on the abscissa.
- the times of the occurrence of the extremes of the signal quality from FIG. 3 and the estimation from FIG. 4 are in excellent agreement with approximately 700, 1070 and 1490 frames.
- the amplitude of the deflections in the estimate from FIG. 4 also agrees well with the course shown in FIG.
- FIG. 5 shows the result of an estimate in which all 114 soft bits of a burst were taken into account, and not only the ten with the lowest reliability value, as in the case of FIG. 4.
- the position of the extremes still agrees well with that of the extremes Figure 3 matches, but the amplitude of the rashes is reduced to about half.
- the estimate shows a minimum to which no minimum corresponds to the measured fading curve from FIG. 3. The reliability of the estimate is therefore lower overall than in the case of FIG. 4.
- the output signal of the low-pass filter 5 is present at the input of a so-called metric generator 6.
- This metric generator 6 is a further developed comparator which compares the filter output signal with a plurality of thresholds and generates a control signal of 2 bits width depending on the comparison result. Horizontal lines A, B, C corresponding to the thresholds are shown in FIG. 7 above a curve which corresponds to the curve from FIG. If the output signal L filt of the low-pass filter 5 is greater than the threshold B, so the transmission quality is very good, the control signal has the binary value 10. With a good channel quality with B> L filt > A, it has the binary value 11, with a poor channel quality with A> L filters > C the value 01 and with a very poor channel quality L fi ⁇ t > 10 the value 00. As you can see, only one bit of the control signal changes when the filter output signal L fi ⁇ t one of the Thresholds crossed; that is, the control signal is gray-coded.
- the thresholds A, B, C are freely selectable and each indicate the limits at which the transmission mode is to be switched. They have the following meaning:
- Threshold A switching from transmission mode with the highest speech rate to transmission mode with medium speech rate when the threshold is undershot
- Threshold B switching from the transmission mode with medium speech rate to that with the highest speech rate when the threshold is exceeded; and threshold C: versa switching from the average voice rate to the transmission mode with the lowest rate speech and vice ⁇ .
- threshold B By choosing a higher value for threshold B than for threshold A, a hysteresis is brought about for the switching process, that is to say the channel quality must be better for switching from the medium to the highest rate than when switching from the highest to the medium rate. This prevents constant switching between these two transmission modes if the channel quality fluctuates in the region of the thresholds A, B.
- the control signal is present at a first input of a control unit 7.
- the control unit 7 evaluates the control signal and effects the rate adjustment for the transmission from the mobile terminal to the base station (uplink). For this purpose, it transmits a requested uplink rate (UL_REQ_Rate) inband, that is, together with the voice bits, to the mobile device.
- UL_REQ_Rate a requested uplink rate
- the mobile terminal transmits the transmitted uplink rate as UL_RATE and the control signal to the base station.
- FIG. 2 shows a highly schematic block diagram of a mobile terminal that can work with the base station of Figure 1.
- the base station comprises an equalizer 3, which supplies soft bits to an estimation device 1 on the basis of message signals received via an antenna 2 and which, like that from FIG. 1, comprises a CSI generator 4, a low-pass filter 5 and a metric generator 6.
- the control signal generated by the metric generator 6 is transmitted via an antenna 8 to the control unit 7 of the base station, which, as stated above, adapts the downlink transmission mode as a function of the control signal supplied by the mobile terminal.
- the control unit 7 evaluates the control signal received by the mobile terminal via the antenna 2 in the same way as that supplied by the metric generator 6 to the base station.
- Speech frames are transmitted to the base station so that it can redefine the transmission mode after each speech frame.
- control signal values dual 10, 11, 01 and 00 are each assigned numerical values 3, 2, 1 and 0, which are monotonous with the transmission quality to change.
- the current numerical value and the last seven numerical values are added up, and depending on the sum, a transmission mode is selected which specifies a voice transmission rate.
- this is used for sending and in the case of the uplink it is sent to the mobile terminal as a command for setting an uplink rate.
- Successive numerical values may only change by one level, i.e. for example a numerical value of 3 can only be followed by the numerical value 3 or 2 again. Accordingly, the transmission rate defined as a function of this can only change by one stage between two frames. This can be used as a priori information in order to minimize transmission errors and thus very disturbing speech module errors.
- the mobile terminal independently * decides on the transmission mode to be used for uplink and / or downlink and sends corresponding setting commands to the base station.
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Verfahren und eine Vorrichtung zur /Abschätzung der Übertragungsqualität eines digitalen NachrichtensignalsMethod and device for / estimating the transmission quality of a digital message signal
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abschätzung der Ubertragungsqualitat eines digitalen Nachrichtensignals, bei dem für von einem Sender übertragene Bits am Empfänger ein Wert des Bits zugeordnet und ein Maß für die Zuverlässigkeit der Richtigkeit der Zuordnung ermittelt wird.The invention relates to a method and a device for estimating the transmission quality of a digital message signal, in which a value of the bit is assigned to bits transmitted by a transmitter at the receiver and a measure of the reliability of the correctness of the assignment is determined.
Ein solches Verfahren beziehungsweise eine solche Vorrichtung dienen insbesondere zur Abschätzung der Übertragungsqualität im Rahmen eines Mobilfunksystems und zur Anpassung einer ver- wendeten Übertragungsbetriebsart an die zur Verfügung stehende Übertragungsqualität.Such a method or such a device is used in particular to estimate the transmission quality in the context of a mobile radio system and to adapt a transmission mode used to the available transmission quality.
Ein Sprachcoder/-decoder (Codec) , der eine solche Anpassung durchführen soll, wird gegenwärtig im Anschluß an die Stan- dardisierung des GSM Enhanced Fullrate (EFR) Sprachcodecs im Jahr 1996 unter der Bezeichnung Adaptive Multirate (AMR) Sprachcodec als nächste Generation bei ETSI SMG11 standardisiert. Hauptziele des AMR-Codecs sind, Festnetzqualität der Sprache bei unterschiedlichen Kanalbedingungen zu erzielen und optimale Verteilung der Kanalkapazität zu gewährleisten. Der Codec soll unter guten Kanalbedingungen und/oder in hochausgelasteten Zellen im Halfrate (HR) -Kanal arbeiten. Er soll unter schlechten Kanalbedingungen dynamisch mit Hilfe des GSM Intra-Cell Handover in den Fullrate (FR) Kanal wech- sein und umgekehrt. Innerhalb eines Kanalmodus (FR oder HR) stehen mehrere Codemodi (Code mode) für unterschiedliche Sprach- und Kanalcodierungsraten zur Verfügung, die ebenfalls gemäß der Kanalqualität variiert werden sollen (Ratenadaptation) . Somit soll unter Berücksichtigung der wechselnden Ka- nalbedingungen Übertragung mit der jeweils besten möglichen Qualität erreicht werden. Eine hinreichend genaue Schätzung der Kanalqualität spielt eine entscheidende Rolle bei der Auswahl der für eine Übertragung verwendeten Modi (das heißt beim Umschalten zwischen Kanalmodi FR und HR und/oder zwischen Codemodi) , daher auch beim ganzen AMR-Konzept. Idealerweise sollte die von einem Benutzer wahrgenommene Sprachqualität als Kriterium für die Auswahl eines Modus dienen. Es ist daher erforderlich, eine Metrik zu definieren, die es erlaubt, eine solche a priori subjektive Qualität objektiv zu messen. Möglichkeiten zur Herleitung einer solchen Metrik der Kanalqualität sind burst- weise RxLev, RxQual im GSM-System, DTX-Activation, Frequency Hopping Activation, bitweise oder burstweise Kanalzustandsin- forrαation CSI (Channel State Information) aus dem Entzerrer, eine Restfehlerrate (Residual Error Rate) des Kanaldecoders, Bad Frame Indicator (BFI) , Error Concealment im Kanal- oder Sprachdecoder etc.A voice coder / decoder (codec) which is to carry out such an adaptation is currently being used as the next generation at ETSI following the standardization of the GSM Enhanced Full Rate (EFR) voice codec in 1996 under the name Adaptive Multirate (AMR) voice codec SMG11 standardized. The main goals of the AMR codec are to achieve fixed network quality of the voice under different channel conditions and to ensure optimal distribution of the channel capacity. The codec is said to work under good channel conditions and / or in highly utilized cells in the half-rate (HR) channel. Under poor channel conditions, it should switch dynamically to the full rate (FR) channel using the GSM intra-cell handover and vice versa. Within a channel mode (FR or HR) there are several code modes available for different speech and channel coding rates, which should also be varied according to the channel quality (rate adaptation). Thus, taking the changing channel conditions into account, transmission should be achieved with the best possible quality. A sufficiently precise estimate of the channel quality plays a decisive role in the selection of the modes used for a transmission (i.e. when switching between channel modes FR and HR and / or between code modes), and therefore also in the entire AMR concept. Ideally, the voice quality perceived by a user should serve as a criterion for selecting a mode. It is therefore necessary to define a metric that allows such an a priori subjective quality to be measured objectively. Options for deriving such a metric of the channel quality are burst-wise RxLev, RxQual in the GSM system, DTX activation, frequency hopping activation, bit-wise or burst-wise channel state information CSI (Channel State Information) from the equalizer, a residual error rate (residual error rate) ) of the channel decoder, bad frame indicator (BFI), error concealment in the channel or speech decoder etc.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einer Abschätzung der Übertragungsqualität auf der Grundlage von Kanalzustandsin- formation (CSI), wie sie zum Beispiel in Form von Softbits von einem Entzerrer eines herkömmlichen Mobilfunkempfängers geliefert wird. Derartige Softbits entsprechen jeweils einem Bit des per Funk übertragenen Nachrichtensignals und umfassen eine gegebene Anzahl von Bits, zum Beispiel 8 oder 16. Das Softbit kann als vorzeichenbehaftete Ganzzahl mit Werten zwischen -21"1 und 21_1-l,i = zum Beispiel 8 oder 16, aufgefaßt werden und liefert ein Maß für die Sicherheit, mit der ein Bit des Nachrichtensignals im Entzerrer erkannt worden ist. So bezeichnet zum Beispiel ein Wert -21"1 des Softbits die si- chere Erkennung eines Bits „-1" des Nachrichtensignals, der Wert 21_1-1 die sichere Erkennung des Werts „+lλ, wobei der Wert -1 logisch EINS und +1 logisch NULL zugeordnet ist. Dazwischenliegende Werte entsprechen jeweils unterschiedlich sicheren Erkennungen. Das Vorzeichen (MSB) des Softbits bein- haltet die Entscheidung des Entzerrers, ob das gesendete Bit des Nachrichtensignals +1 oder -1 war. Der Betrag des Softbits gibt an, wie sicher diese Entscheidung war, das heißt sie ist ein Maß für die Zuverlässigkeit, daß die Zuordnung des MSB zum gesendeten Bit richtig ist.The present invention is based on an estimate of the transmission quality on the basis of channel status information (CSI), such as is supplied in the form of soft bits by an equalizer of a conventional mobile radio receiver. Such soft bits each correspond to one bit of the message signal transmitted by radio and comprise a given number of bits, for example 8 or 16. The soft bit can be a signed integer with values between -2 1 "1 and 2 1_1 -l, i = for example 8 or 16, and provides a measure of the security with which a bit of the message signal has been recognized in the equalizer. For example, a value -2 1 "1 of the soft bit denotes the reliable detection of a bit" -1 "of the Message signal , the value 2 1_1 -1 the reliable detection of the value “+ l λ , the value -1 being logically assigned to ONE and +1 logically ZERO. Intermediate values in each case correspond to different reliably identifications. The sign (MSB) of the soft bit includes Holds the equalizer's decision as to whether the bit of the message signal sent was +1 or -1. The amount of the soft bit indicates how safe that decision was, that is it is a measure of the reliability that the assignment of the MSB to the transmitted bit is correct.
Diese Softbits werden in dem Empfänger herkömmlicherweise da- für genutzt, das gesendete Nachrichtensignal möglichst originalgetreu wiederherzustellen. Für eine Abschätzung der Übertragungsqualität eines Kanals sind die darin enthaltenen Zuverlässigkeitsmaße nicht geeignet. Der Grund dafür ist, daß die Übertragungsqualität von Mobilfunkkanälen durch Schwan- kungen der Übertragungsqualität bedingt ist, die auf unterschiedliche Ursachen zurückgehen. So wird zum Beispiel das sogenannte Short-Term-Fading, das heißt schnelle Änderungen der Empfangsleistung innerhalb von einigen Millisekunden, im allgemeinen durch Reflexion, Brechung und Interferenzen bei ansonsten unveränderter räumlicher Umgebung hervorgerufen.These soft bits are conventionally used in the receiver to restore the transmitted message signal as true to the original as possible. The reliability measures contained therein are not suitable for estimating the transmission quality of a channel. The reason for this is that the transmission quality of mobile radio channels is dependent on fluctuations in the transmission quality, which can be traced back to different causes. For example, so-called short-term fading, i.e. rapid changes in reception power within a few milliseconds, is generally caused by reflection, refraction and interference in an otherwise unchanged spatial environment.
Abschattung durch langsame Änderung der geographischen Umgebung, hervorgerufen durch die Bewegung der einzelnen Mobilfunkteilnehmer, führt zum Long Term Fading, bei dem sich die mittlere Empfangsleistung in Zeiträumen von einigen Sekunden ändert. Auswirkungen des Short Time Fading auf die Übertragungsqualität können in einfacher Weise durch zeitliche Verschachtelung (Interleaving) von Datenblöcken reduziert werden. Kurzfristige Verschlechterungen des Empfangssignals wirken sich auf die Erkennungssicherheit des Entzerrers stark aus, führen aber, solange sie durch Verschachtelung abgefangen werden können, noch nicht zwangsläufig zu einer Verschlechterung der übertragenen Sprachqualität und sollten deshalb bei deren Abschätzung unberücksichtigt bleiben.Shadowing due to slow changes in the geographical environment, caused by the movement of the individual mobile radio subscribers, leads to long-term fading, in which the average reception power changes over a period of a few seconds. The effects of short time fading on the transmission quality can be reduced in a simple manner by interleaving data blocks. Short-term deteriorations in the received signal have a strong impact on the recognition reliability of the equalizer, but, as long as they can be intercepted by interleaving, do not necessarily lead to a deterioration in the transmitted voice quality and should therefore not be taken into account when estimating them.
Eine einfache Möglichkeit, das Ziel einer einfachen und schnellen Abschätzung der Übertragungsqualität zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tiefpaßfilterung von Zuverlässigkeitswerten einer übertragenen Folge von Bits,According to the present invention, a simple way of achieving the goal of a simple and quick estimate of the transmission quality is low-pass filtering of reliability values of a transmitted sequence of bits,
Diese Zuverlässigkeitswerte werden vorzugsweise aus den Softbits gewonnen, indem der Betrag des als vorzeichenbehaftete ganze Zahl angenommenen Softbits gewonnen wird. Es ist ferner bevorzugt, daß der Tiefpaßfilterung eine Mittelwertbildung über die Zuverlässigkeitswerte einer gegebenen ersten Anzahl n von übertragenen Bits vorangeht, bei der aus einer gegebenen zweiten Anzahl N von Bits die n Bits mit der geringsten Zuverlässigkeit der Zuordnung ausgewählt werden und der Mittelwert über die Zuverlässigkeitswerte dieser n Bits gebildet wird. Der Grund für diese Maßnahme ist, daß auch bei einer schlechten Übertragungsqualität der Entzerrer häufig noch sehr viele Bits mit sehr hoher Zuverlässigkeit liefert beziehungsweise zuordnet, so daß bei Mittelung über die Zuverlässigkeitswerte sämtlicher übertragenen Bits der erhaltene Mittelwert nur ein recht unempfindliches Maß für die Übertragungsqualität darstellen würde.These reliability values are preferably obtained from the soft bits in that the amount of the soft bit assumed to be a signed integer is obtained. It is further preferred that the low-pass filtering is preceded by averaging over the reliability values of a given first number n of transmitted bits, in which the n bits with the lowest reliability of the assignment are selected from a given second number N of bits and the average value over the reliability values of these n bits is formed. The reason for this measure is that even if the transmission quality is poor, the equalizer often still delivers or allocates a very large number of bits with very high reliability, so that when averaging over the reliability values of all transmitted bits, the mean value obtained represents only a very insensitive measure of the transmission quality would.
Die Zahlen n, N stehen vorzugsweise in einem Verhältnis 5n<N<20n, vorzugsweise lOn≡N. Ein Burst eines nach AMR-Kon- vention übertragenen Nachrichtensignals umfaßt N=114 Bits. Aus diesen werden die n=10 unsichersten ausgewählt und für die Mittelwertbildung herangezogen.The numbers n, N are preferably in a ratio of 5n <N <20n, preferably lOn≡N. A burst of a message signal transmitted according to the AMR convention comprises N = 114 bits. The n = 10 most uncertain are selected from these and used for averaging.
Die Tiefpaßfilterung wird vorzugsweise mit unvollständiger Unterdrückung im Sperrbereich oberhalb von einigen wenigen Hz durchgeführt. Hierfür eignet sich zum Beispiel ein Equi- ripple-FIR-Filter . Die unvollständige Unterdrückung erlaubt es, auf abrupte, dauerhafte Änderungen der Übertragungsqualität schneller zu reagieren, als dies bei einer Filterung mit vollständiger Unterdrückung der Fall wäre.The low-pass filtering is preferably carried out with incomplete suppression in the stop band above a few Hz. For example, an Equipple FIR filter is suitable for this. Incomplete suppression makes it possible to react to abrupt, permanent changes in the transmission quality faster than would be the case with filtering with complete suppression.
Das tiefpaßgefilterte Signal wird vorzugsweise mit wenigstens einer Schwelle verglichen, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, das als Steuersignal zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Übertragungsmodi des Nachrichtensignals angewendet wird. Um ein schnelles Hin- und Herschalten zwischen Übertragungsmodi zu verhindern, wenn die Übertragungsqualität in einem Grenzbereich schwankt, ist es zweckmäßig, eine Hysterese bei der Umschaltung zwischen verschiedenen Übertra- gungsmodi einzuführen. Hierfür können zwei unterschiedlichen Übertragungsmodi zwei Schwellen dergestalt zugeordnet werden, daß von einem ersten der zwei Übertragungsmodi auf den zweiten umgeschaltet wird, wenn die niedrigere der zwei Schwellen unterschritten wird, und von dem zweiten auf den ersten Übertragungsmodus umgeschaltet wird, wenn die höhere der zwei Schwellen überschritten wird. Wenn die unterschiedlichen Übertragungsmodi unterschiedliche Datenraten aufweisen, ist ferner vorzugsweise die Anzahl N der Bits, aus denen die je- weils unzuverlässigsten Softbits ausgewählt werden, für jeden Übertragungsmodus proportional zu seiner Datenrate vorgegeben. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Geschwindigkeit, mit der auf eine Änderung der Übertragungsqualität reagiert werden kann, für die unterschiedlichen Übertragungsmodi unabhängig von ihrer Datenrate die gleiche ist.The low-pass filtered signal is preferably compared with at least one threshold in order to obtain a comparison result which is used as a control signal for switching between different transmission modes of the message signal. In order to prevent rapid switching back and forth between transmission modes when the transmission quality fluctuates in a limit range, it is advisable to use a hysteresis when switching between different transmission modes. introduction modes. For this purpose, two different transmission modes can be assigned two thresholds in such a way that a switch is made from a first of the two transmission modes to the second if the lower of the two thresholds is undershot, and a switch from the second to the first transmission mode if the higher of the two thresholds is exceeded. If the different transmission modes have different data rates, the number N of bits from which the most unreliable soft bits are selected is preferably predetermined for each transmission mode in proportion to its data rate. This ensures that the speed at which a change in the transmission quality can be reacted to is the same for the different transmission modes, regardless of their data rate.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. Show it:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Basisstation eines Telekommunikationssystems mit mobilen Endgeräten, die eine Vorrichtung zur Abschätzung der Übertragungsqualität gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt;Figure 1 is a block diagram of a base station of a telecommunications system with mobile terminals, which includes a device for estimating the transmission quality according to the present invention;
Figur 2 ein Blockschaltbild eines mobilen Endgeräts, das mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist und mit der Basisstation aus Figur 1 kommuniziert;FIG. 2 shows a block diagram of a mobile terminal which is equipped with a device according to the invention and communicates with the base station from FIG. 1;
Figur 3 zeigt einen gemessenen Verlauf des Long Term Fading im Verlauf eines Nachrichtensignals;FIG. 3 shows a measured course of long-term fading in the course of a message signal;
Figur 4 zeigt das Ergebnis einer Abschätzung der Empfangsqualität für das gleiche Nachrichtensignal bei Mittelung über die zehn Bits mit niedrigstem Zuverlässigkeitswert innerhalb eines Burst; Figur 5 zeigt das Ergebnis bei Mittelung über sämtliche Bits eines Burst;FIG. 4 shows the result of an estimation of the reception quality for the same message signal when averaged over the ten bits with the lowest reliability value within a burst; FIG. 5 shows the result when averaging over all bits of a burst;
Figur 6 zeigt Impulsantwort und Frequenzgang eines Tiefpaß- filters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; undFIG. 6 shows impulse response and frequency response of a low-pass filter of a device according to the invention; and
Figur 7 veranschaulicht die Umsetzung eines Schätzwerts der Übertragungsqualität eines Nachrichtensignals in ein Steuersignal zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Übertra- gungsarten.FIG. 7 illustrates the conversion of an estimate of the transmission quality of a message signal into a control signal for switching between different types of transmission.
Figur 1 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt aus einer Basisstation für ein Telekommunikationssystem, das eine Vorrichtung 1 zur Abschätzung der Übertragungsqualität eines di- gitalen Nachrichtensignals verwendet. Die Basisstation empfängt das digitale Nachrichtensignal über eine Antenne 2. Ein an die Antenne 2 angeschlossener Entzerrer 3 liefert für jedes von der Antenne empfangene Bit ein Softbit, das eine Breite von zum Beispiel 8 Bit hat.FIG. 1 shows a highly schematic section of a base station for a telecommunications system that uses a device 1 to estimate the transmission quality of a digital message signal. The base station receives the digital message signal via an antenna 2. An equalizer 3 connected to the antenna 2 supplies a soft bit for each bit received by the antenna, which has a width of 8 bits, for example.
Das Ausgangssignal des Entzerrers wird Verarbeitungsschaltungen zum Rekonstruieren des übertragenen Nachrichtensignals zugeführt, die in der Figur nicht dargestellt sind. Der Ausgang des Entzerrers 3 ist ferner an einen Eingang eines CSI- Generators 4 der Abschätzungsvorrichtung 1 angeschlossen. Der CSI-Generator 4 schätzt das Short Term Fading des Übertragungskanals, wobei er die Übertragungsqualität jedes einzelnen Bursts des Nachrichtensignals ermittelt. Je nach Übertragungsmodus des Nachrichtensignals enthält dieses eine unter- schiedliche Anzahl von Bursts pro Sprachrahmen. Bei Fullrate- Ubertragung umfaßt ein Sprachrahmen vier Bursts, bei Half- rate-Übertragung zwei .The output signal of the equalizer is fed to processing circuits for reconstructing the transmitted message signal, which are not shown in the figure. The output of the equalizer 3 is also connected to an input of a CSI generator 4 of the estimation device 1. The CSI generator 4 estimates the short term fading of the transmission channel, whereby it determines the transmission quality of each individual burst of the message signal. Depending on the transmission mode of the message signal, it contains a different number of bursts per speech frame. With full rate transmission, a speech frame comprises four bursts, with half rate transmission two.
Die Verarbeitung jedes einzelnen Burst wird für einen Entzer- rer mit einer Auflösung von 8 Bit entsprechend dem nachfolgend angegebenen C-Programmcode durchgeführt. C Program codeEach burst is processed for an equalizer with a resolution of 8 bits in accordance with the C program code specified below. C Program code
Das Vorzeichen eines jeden Softbits stimmt immer mit dem vermutlichen Wert des empfangenen Bits überein, und der Betrag ist ein Zahlenwert zwischen 0 und 127, der ein Maß für dieThe sign of each soft bit always coincides with the presumed value of the bit received, and the amount is a numerical value between 0 and 127, which is a measure of the
Zuverlässigkeit der Entscheidung über das Vorzeichen beinhal- tet. Dabei steht ein Betrag von 0 für eine sehr unsichere und 127 für eine sehr sichere Entscheidung.Reliability of the decision about the sign including tet. An amount of 0 stands for a very uncertain decision and 127 for a very safe decision.
Für die 27=128 möglichen verschiedenen Werte der Zuverlässig- keitsinformation wird ein temporäres Datenfeld „sort" der Größe 128 angelegt und mit 0 initialisiert. In einer ersten Schleife wird für die einzelnen Softbits „burst [n]", 0<n<114, zunächst durch Bildung des Betrages ein Maß für die Wahrscheinlichkeit gewonnen, daß das Vorzeichen des Softbits mit dem entsprechenden Bit des übertragenen Nachrichtensignals übereinstimmt, und die Anzahl der Bits innerhalb des Bursts mit einem bestimmten Zuverlässigkeitswert wird ermittelt und entsprechend diesem Wert in dem Feld „sort" abgelegt. Dabei repräsentiert der Index die Feldes die Zuverlässigkeit und der Inhalt des Feldes die Anzahl der in dem Burst vorhandenen Bits mit dieser Zuverlässigkeit. So bedeutet zum Beispiel „sort [10] =12", daß es 12 Bits mit einer Zuverlässigkeit von 10 gibt. In einer zweiten Schleife werden beginnend vom Index 0 mit der niedrigsten Zuverlässigkeit die Zuverlässigkeits- werte der 10 am wenigsten zuverlässigen Bits aufsummiert.For the 2 7 = 128 possible different values of the reliability information, a temporary data field "sort" of size 128 is created and initialized with 0. In a first loop, "burst [n]", 0 <n <114 is given for the individual soft bits , a measure of the probability that the sign of the soft bit matches the corresponding bit of the transmitted message signal is first obtained by forming the amount, and the number of bits within the burst with a certain reliability value is determined and corresponding to this value in the “sort ". The index of the field represents the reliability and the content of the field the number of bits present in the burst with this reliability. For example," sort [10] = 12 "means that there are 12 bits with a reliability of 10 gives. In a second loop, starting from index 0 with the lowest reliability, the reliability values of the 10 least reliable bits are added up.
Division der erhaltenen Summe durch die Zahl der aufaddierten Bits liefert einen ersten Mittelwert.Division of the sum obtained by the number of bits added together gives a first mean.
Der CSI-Generator 4 führt ferner eine zweite Mittelwertbil- düng aus, bei der jeweils die oben erwähnten Mittelwerte über die 10 Bits mit dem niedrigsten Zuverlässigkeitswert eines Bursts für eine Zahl K von Bursts addiert und durch K dividiert werden. Die Zahl K ist gleich 2 bei einer Haibratenübertragung und gleich 4 bei einer Vollratenübertragung. Sie entspricht also der Zahl der Bursts pro Rahmen, das heißt sie ist proportional zur Datenrate des Übertragungsmodus. Durch die Abhängigkeit der Zahl der berücksichtigten Bursts vom Übertragungsmodus wird erreicht, daß Schätzwerte der Übertragungsqualität durch die zweite Mittelwertbildung mit einer festen, von der Übertragungsrate unabhängigen Wiederholrate zur Verfügung stehen. Das durch diese Mittelwertbildungen erhaltene Ausgangssignal des CSI-Generators 4 ist annähernd proportional zum Short Term Fading des Mobilfunkkanals, auf dem das Nachrichtensignal übertragen wird. Die sich daraus ergebenen starken Schwankungen des Ausgangssignals des CSI-Generators 4 werden mit Hilfe eines Tiefpaßfilters 5 unterdrückt. Der Grund für die Verwendung des Tiefpaßfilters 5 anstelle einer Mittelwertbildung über ein größeres Zeitintervall ist, daß eine einfache Mittelwertbildung über mehrere Rahmen hinweg zu kei- nem befriedigenden Ergebnis führen würde, da kurzfristige starke Störungen weiterhin zu einer erheblichen Abnahme der geschätzten Übertragungsqualität führen würden, die einen Wechsel des Übertragungsmodus als notwendig erscheinen lassen könnte, selbst wenn die Abnahme nur so kurze Zeit dauert, daß sie durch Interleaving kompensiert werden kann. Eine unge- wichtete Mittelwertbildung stellt also ein schlechtes Tiefpaßfilter dar. Deshalb ist bei der Abschätzungsvorrichtung 1 an den Ausgang des CSI-Generators 4 das Tiefpaßfilter 5 mit folgenden Spezifikationen angeschlossen: -Filtertyp: FIR Equiripple Tiefpaßfilter (konstanter Sperrbereich)The CSI generator 4 also carries out a second averaging, in which the above-mentioned averages over the 10 bits with the lowest reliability value of a burst are added for a number K of bursts and divided by K. The number K is 2 for a shark rate transmission and 4 for a full rate transmission. It corresponds to the number of bursts per frame, i.e. it is proportional to the data rate of the transmission mode. The dependency of the number of bursts taken into account on the transmission mode ensures that estimates of the transmission quality are available through the second averaging with a fixed repetition rate that is independent of the transmission rate. The output signal of the CSI generator 4 obtained by these averaging is approximately proportional to the short term fading of the mobile radio channel on which the message signal is transmitted. The resulting strong fluctuations in the output signal of the CSI generator 4 are suppressed with the aid of a low-pass filter 5. The reason for using the low-pass filter 5 instead of averaging over a larger time interval is that simple averaging over several frames would not lead to a satisfactory result, since short-term strong disturbances would further lead to a considerable decrease in the estimated transmission quality, which a change in the transmission mode might appear necessary, even if the decrease takes so little time that it can be compensated for by interleaving. An unweighted averaging is therefore a poor low-pass filter. Therefore, in the estimation device 1, the low-pass filter 5 with the following specifications is connected to the output of the CSI generator 4: -Filter type: FIR Equiripple low-pass filter (constant blocking range)
-Filterordnung: 28 -Abtastrate: 50 Hz -Durchlaßbereich: 0,2 Hz -Sperrbereich: 1,8 Hz bei 20 db Dämpfung-Filter order: 28 -sampling rate: 50 Hz -passband: 0.2 Hz -blocking range: 1.8 Hz at 20 dB attenuation
Figur 6 zeigt in Teil A die Übertragungsfunktion h(t) eines solchen Filters, Teil B zeigt den Frequenzgang 201og(|H(2πf) | in Dezibel als Funktion der Frequenz f in Hz. Prinzipiell sind auch andere Möglichkeiten einer Tiefpaßfilterung denkbar, wie zum Beispiel Butterworth-, Tschebyscheff- , IIR-Filter etc. oder eine gewichtete Mittelwertbildung, wobei das Gewicht eines Softbits mit zunehmendem Alter abnimmt.Figure 6 shows in part A the transfer function h (t) of such a filter, part B shows the frequency response 201og (| H (2πf) | in decibels as a function of frequency f in Hz. In principle, other options for low-pass filtering are also conceivable, such as For example Butterworth, Tschebyscheff, IIR filters etc. or a weighted averaging, the weight of a soft bit decreasing with age.
Figur 3 zeigt einen exemplarisch gemessenen Verlauf des Long Term Fading eines realen Nachrichtensignals über 2000 Rahmen, entsprechend einer Zeitspanne von 40 Sekunden (Übertragungs- rate 50 Rahmen pro Sekunde) . An der Abszisse ist das Signal- Rausch-Verhältnis C/(I+N) in Dezibel aufgetragen.FIG. 3 shows an example of the measured course of the long-term fading of a real message signal over 2000 frames, corresponding to a time period of 40 seconds (transmission rate 50 frames per second). The signal-to-noise ratio C / (I + N) is plotted in decibels on the abscissa.
Figur 4 zeigt die vom Tiefpaßfilter 5 gelieferte Abschätzung der Empfangsqualität des Nachrichtensignals mit dem in Figur 3 dargestellen Fading-Verhalten. An der Abszisse sind die numerischen Werte des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 5 aufgetragen, die zwischen 0 und 127 (für 8 Bit breite Softbits) liegen können. Wie man sieht, stimmen die Zeitpunkte des Auf- tretens der Extrema der Signalqualität aus Figur 3 und der Abschätzung aus Figur 4 bei ca. 700, 1070 und 1490 Rahmen ausgezeichnet überein. Auch die Amplitude der Ausschläge der Abschätzung aus Figur 4 stimmt gut mit dem in Figur 3 gezeigten Verlauf überein.FIG. 4 shows the estimate of the reception quality of the message signal provided by the low-pass filter 5 with the fading behavior shown in FIG. 3. The numerical values of the output signal of the low-pass filter 5, which can be between 0 and 127 (for 8-bit wide soft bits), are plotted on the abscissa. As can be seen, the times of the occurrence of the extremes of the signal quality from FIG. 3 and the estimation from FIG. 4 are in excellent agreement with approximately 700, 1070 and 1490 frames. The amplitude of the deflections in the estimate from FIG. 4 also agrees well with the course shown in FIG.
Figur 5 zeigt zum Vergleich das Ergebnis einer Abschätzung, bei der sämtliche 114 Softbits eines Bursts berücksichtigt wurden, und nicht nur die zehn mit dem geringstem Zuverlässigkeitswert, wie im Fall von Figur 4. Zwar stimmt die Lage der Extrema weiterhin gut mit der der Extrema in Figur 3 überein, doch ist die Amplitude der Ausschläge auf etwa die Hälfte reduziert. Bei 760 Rahmen zeigt die Abschätzung ein Minimum, dem kein Minimum der gemessenen Fading-Kurve aus Figur 3 entspricht. Die Zuverlässigkeit der Abschätzung ist da- her insgesamt geringer als im Fall der Figur 4.For comparison, FIG. 5 shows the result of an estimate in which all 114 soft bits of a burst were taken into account, and not only the ten with the lowest reliability value, as in the case of FIG. 4. The position of the extremes still agrees well with that of the extremes Figure 3 matches, but the amplitude of the rashes is reduced to about half. At 760 frames, the estimate shows a minimum to which no minimum corresponds to the measured fading curve from FIG. 3. The reliability of the estimate is therefore lower overall than in the case of FIG. 4.
Wie man sieht, läßt sich durch Auswählen und Mitteln der n=10 Bits mit dem niedrigsten Zuverlässigkeitswert aus einem Burst von N=114 Bits der Verlauf der Meßkurve aus Figur 3 gut re- produzieren. Es liegt auf der Hand, daß je nach Einsatzbedingungen, Qualität des Entzerrers 3 oder anderen Faktoren ein anderer Wert für die Zahl n der ausgewählten Bits eine bessere Übereinstimmung der Abschätzung mit einem gemessenen Qualitätsverlauf ergeben kann. Es wird angenommen, daß in den praktisch relevanten Fällen ein Verhältnis von 5n<N<20n erfüllt sein wird. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 5 liegt am Eingang eines sogenannten Metrikgenerators 6 an. Bei diesem Metrikgenerator 6 handelt es sich um einen weiterentwickelten Kompara- tor, der das Filter-Ausgangssignal mit einer Mehrzahl von Schwellen vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Steuersignal von 2 Bit Breite erzeugt. Den Schwellen entsprechende horizontale Linien A, B,C sind in Figur 7 über einer Kurve gezeigt, die der Kurve aus Figur 3 entspricht. Wenn das Ausgangssignal Lfilt des Tiefpaßfilters 5 größer ist als die Schwelle B, die Übertragungsqualität also sehr gut ist, hat das Steuersignal den binären Wert 10. Bei einer guten Kanalqualität mit B>Lfilt>A hat es den binären Wert 11, bei einer schlechten Kanalqualität mit A>Lfilt>C den Wert 01 und bei einer sehr schlechten Kanalqualität Lfiιt>10 den Wert 00. Wie man sieht, ändert sich jeweils nur ein Bit des Steuersignals, wenn das Filterausgangssignal Lfiιt eine der Schwellen überquert; das heißt das Steuersignal ist Gray-co- diert .As can be seen, the course of the measurement curve from FIG. 3 can be reproduced well by selecting and averaging the n = 10 bits with the lowest reliability value from a burst of N = 114 bits. It is obvious that depending on the conditions of use, the quality of the equalizer 3 or other factors, a different value for the number n of the selected bits can result in a better match of the estimate with a measured quality curve. It is assumed that a ratio of 5n <N <20n will be satisfied in the practically relevant cases. The output signal of the low-pass filter 5 is present at the input of a so-called metric generator 6. This metric generator 6 is a further developed comparator which compares the filter output signal with a plurality of thresholds and generates a control signal of 2 bits width depending on the comparison result. Horizontal lines A, B, C corresponding to the thresholds are shown in FIG. 7 above a curve which corresponds to the curve from FIG. If the output signal L filt of the low-pass filter 5 is greater than the threshold B, so the transmission quality is very good, the control signal has the binary value 10. With a good channel quality with B> L filt > A, it has the binary value 11, with a poor channel quality with A> L filters > C the value 01 and with a very poor channel quality L fi ι t > 10 the value 00. As you can see, only one bit of the control signal changes when the filter output signal L fi ι t one of the Thresholds crossed; that is, the control signal is gray-coded.
Die Schwellen A, B,C sind frei wählbar und geben jeweils die Grenzen an, an denen der Übertragungsmodus umgeschaltet werden soll. Sie haben folgende Bedeutung:The thresholds A, B, C are freely selectable and each indicate the limits at which the transmission mode is to be switched. They have the following meaning:
-Schwelle A: Umschaltung vom Übertragungsmodus mit der höch- sten Sprachrate zu einem Übertragungsmodus mit mittlerer Sprachrate bei Unterschreitung der Schwelle,Threshold A: switching from transmission mode with the highest speech rate to transmission mode with medium speech rate when the threshold is undershot,
-Schwelle B: Umschaltung von dem Übertragungsmodus mit mittlerer Sprachrate zu dem mit der höchsten Sprachrate bei Überschreitung der Schwelle; und -Schwelle C: Umschaltung von der mittleren Sprachrate zum Übertragungsmodus mit der niedrigsten Sprachrate und umge¬ kehrt .Threshold B: switching from the transmission mode with medium speech rate to that with the highest speech rate when the threshold is exceeded; and threshold C: versa switching from the average voice rate to the transmission mode with the lowest rate speech and vice ¬.
Indem für die Schwelle B ein höherer Wert gewählt wird als für die Schwelle A, wird für den Umschaltvorgang eine Hysterese herbeigeführt, das heißt die Kanalqualität muß für die Umschaltung von der mittleren zur höchsten Rate besser sein als bei der Umschaltung von der höchsten zur mittleren Rate. Dadurch wird ein ständiges Umschalten zwischen diesen zwei Übertragungsmodi verhindert, wenn die Kanalqualität im Bereich der Schwellen A, B schwankt.By choosing a higher value for threshold B than for threshold A, a hysteresis is brought about for the switching process, that is to say the channel quality must be better for switching from the medium to the highest rate than when switching from the highest to the medium rate. This prevents constant switching between these two transmission modes if the channel quality fluctuates in the region of the thresholds A, B.
Das Steuersignal liegt an einem ersten Eingang einer Steuereinheit 7 an. Die Steuereinheit 7 wertet das Steuersignal aus und bewirkt die Ratenanpassung für die Übertragung von dem mobilen Endgerät zu der Basisstation (Uplink) . Hierfür über- trägt sie eine angeforderte Uplinkrate (UL_REQ_Rate) inband, das heißt zusammen mit den Sprachbits, an das mobile Endgerät. Das mobile Endgerät dagegen überträgt die gesendete Uplinkrate als UL_RATE und das Steuersignal an die Basisstation.The control signal is present at a first input of a control unit 7. The control unit 7 evaluates the control signal and effects the rate adjustment for the transmission from the mobile terminal to the base station (uplink). For this purpose, it transmits a requested uplink rate (UL_REQ_Rate) inband, that is, together with the voice bits, to the mobile device. The mobile terminal, on the other hand, transmits the transmitted uplink rate as UL_RATE and the control signal to the base station.
Figur 2 zeigt ein stark schematisiertes Blockschaltbild eines mobilen Endgeräts, das mit der Basisstation aus Figur 1 zusammenarbeiten kann. Es umfaßt wie die Basisstation einen Entzerrer 3, der anhand von über eine Antenne 2 empfangenen Nachrichtensignalen Softbits an eine Abschätzungsvorrichtung 1 liefert, die genau wie die aus Figur 1 einen CSI-Generator 4, einen Tiefpaßfilter 5 und einen Metrikgenerator 6 umfaßt. Das vom Metrik-Generator 6 erzeugte Steuersignal wird über eine Antenne 8 an die Steuereinheit 7 der Basisstation über- tragen, die wie oben angegeben den Downlink-Übertragungsmodus in Abhängigkeit vom von dem mobilen Endgerät gelieferten Steuersignal anpaßt.Figure 2 shows a highly schematic block diagram of a mobile terminal that can work with the base station of Figure 1. Like the base station, it comprises an equalizer 3, which supplies soft bits to an estimation device 1 on the basis of message signals received via an antenna 2 and which, like that from FIG. 1, comprises a CSI generator 4, a low-pass filter 5 and a metric generator 6. The control signal generated by the metric generator 6 is transmitted via an antenna 8 to the control unit 7 of the base station, which, as stated above, adapts the downlink transmission mode as a function of the control signal supplied by the mobile terminal.
Die Steuereinheit 7 wertet das über die Antenne 2 von dem mobilen Endgerät empfangene Steuersignal in der gleichen Weise aus-, wie das vom Metrikgenerator 6 der Basisstation gelieferte.The control unit 7 evaluates the control signal received by the mobile terminal via the antenna 2 in the same way as that supplied by the metric generator 6 to the base station.
Die Umwandlung des Signals L£iιt in ein Steuersignal von 2 Bit Breite ist nötig, da die Steuereinheit 7,. um die Ratenanpassung des Downlinks von der Basisstation zu dem mobilen Endgerät zu steuern, ständig eine Information über die Qualität des Downlinks benötigt, die ihr vom mobilen Endgerät geliefert werden muß. Zur Übertragung dieser Information stehen aber nur sehr wenige Bits zur Verfügung. Eine Übertragung nur der signifikantesten'Bits des Filterausgangssignals Lfiιt würde deshalb zu grobe Quantisierung ergeben. Eine Übertragung eines feiner quantisierten oder vollständigen Filterausgangssignals hingegen müßte auf mehrere Rahmen aufgeteilt werden, was allerdings zu einer deutlichen Erhöhung der Umschaltverzögerung führen würde. Das zwei Bit breite Steuersi- gnal des Metrikgenerators 6 hingegen kann in jedemThe conversion of the signal L £ i ιt into a control signal of 2 bits width is necessary because the control unit 7. to control the rate adjustment of the downlink from the base station to the mobile terminal, information about the quality at all times des Downlinks needed, which you must be supplied by the mobile device. Very few bits are available for the transmission of this information. Transferring only the most significant bits of the filter output signal L fi t would therefore result in coarse quantization. A transmission of a finer quantized or complete filter output signal, on the other hand, would have to be divided into several frames, which would, however, lead to a significant increase in the switching delay. The two-bit wide control signal of the metric generator 6, however, can in each
Sprachrahmen an die Basisstation übertragen werden, so daß diese nach jedem Sprachrahmen den Übertragungsmodus neu festlegen kann.Speech frames are transmitted to the base station so that it can redefine the transmission mode after each speech frame.
Diese Auswertung des Steuersignals in der Steuereinheit 7 erfolgt für Uplink- und Downlink-Übertragung in gleicher Weise wie folgt: Den Steuersignalwerten dual 10,11,01 und 00 werden jeweils Zahlenwerte 3,2,1 beziehungsweise 0 zugeordnet, die sich monoton mit der Übertragungsqualität ändern. Der aktu- eile Zahlenwert und die letzten sieben Zahlenwerte (das heißt die Ergebnisse der Abschätzung der Übertragungsqualität für die letzten acht Rahmen) werden aufsummiert, und abhängig von der Summe wird ein Übertragungsmodus gewählt, der eine Sprachübertragungsrate festlegt. Diese wird im Fall des Down- links zum Senden verwendet und im Falle des Uplink als Befehl zum Einstellen einer Uplinkrate an das mobile Endgerät gesendet.This evaluation of the control signal in the control unit 7 takes place for uplink and downlink transmission in the same way as follows: The control signal values dual 10, 11, 01 and 00 are each assigned numerical values 3, 2, 1 and 0, which are monotonous with the transmission quality to change. The current numerical value and the last seven numerical values (ie the results of the estimation of the transmission quality for the last eight frames) are added up, and depending on the sum, a transmission mode is selected which specifies a voice transmission rate. In the case of the downlink, this is used for sending and in the case of the uplink it is sent to the mobile terminal as a command for setting an uplink rate.
Aufeinanderfolgende Zahlenwerte dürfen sich jeweils nur um eine Stufe ändern, das heißt zum Beispiel auf einen Zahlenwert von 3 kann nur wieder erneut der Zahlenwert 3 oder 2 folgen. Dementsprechend kann auch die in Abhängigkeit davon festgelegte Übertragungsrate sich zwischen zwei Rahmen nur um eine Stufe ändern. Dies kann als a priori Information ausge- nützt werden, um Übertragungsfehler und damit sehr störende Sprachmodulsfehler zu minimieren. Anstelle der hier beschriebenen zentralisierten Entscheidung über die zu verwendenden Übertragungsmodi für Up- und Downlink durch die Steuereinheit der Basisstation ist auch eine Abwandlung denkbar, bei' der das mobile Endgerät selbstständig* über den für Uplink und/oder Downlink zu verwendenden Uber- tragungsmodus entscheidet und dementsprechende Einstellbefehle an die Basisstation sendet. Successive numerical values may only change by one level, i.e. for example a numerical value of 3 can only be followed by the numerical value 3 or 2 again. Accordingly, the transmission rate defined as a function of this can only change by one stage between two frames. This can be used as a priori information in order to minimize transmission errors and thus very disturbing speech module errors. Instead of the centralized decision about the transmission modes to be used for uplink and downlink described here by the control unit of the base station, a modification is also conceivable in which the mobile terminal independently * decides on the transmission mode to be used for uplink and / or downlink and sends corresponding setting commands to the base station.
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