ES2198440T3 - Metodo y aparato para la trasmision de voz en un sistema de comunicacion movil. - Google Patents
Metodo y aparato para la trasmision de voz en un sistema de comunicacion movil.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO Y A UN APARATO PARA LA TRASMISION DE VOZ EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES EN EL CUAL LA SEÑAL DE VOZ SE COMPRIME HASTA UN PEQUEÑO NUMERO DE BITS DE CODIFICACION DE VOZ MEDIANTE UN METODO DE CODIFICACION DE VOZ, Y LOS BITS DE CODIFICACION DE VOZ SON EXPUESTOS A UNA CODIFICACION DE CANAL. EN LA INVENCION, ESTAN IMPLICADOS VARIOS METODOS DIFERENTES DE CODIFICACION DE VOZ, QUE PUEDEN TODOS FUNCIONAR A DIFERENTES VELOCIDADES DE TRANSMISION, EN LA TRANSMISION DE LA VOZ. EL METODO SE BASA EN EL USO DE UNA CODIFICACION DE CANAL DE DOS ETAPAS. LA PRIMERA CODIFICACION DE CANAL (203) DEPENDE DEL METODO DE CODIFICACION DE LA VOZ (202), Y SE REALIZA EN CONEXION CON LA CODIFICACION DE LA VOZ DE TAL MANERA QUE LA VELOCIDAD DE TRANSMISION TOTAL (S1) SUMINISTRADA POR LA CODIFICACION DE VOZ Y LA PRIMERA CODIFICACION DE CANAL SEA SIEMPRE CONSTANTE A PESAR DEL METODO DE CODIFICACION DE VOZ. LA SEGUNDA CODIFICACION DE CANAL (205) REALIZADA POSTERIORMENTE ES SIEMPRE EXACTAMENTE LA MISMA A PESAR DEL METODO DE CODIFICACION DE VOZ Y DEL PRIMER METODO DE CODIFICACION DE CANAL, Y SE UTILIZA CON TODOS LOS METODOS DE CODIFICACION DE VOZ. LA SEGUNDA CODIFICACION DE CANAL PUEDE SER, POR EJEMPLO, LA CODIFICACION DE CANAL ORIGINAL EN UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES EXISTENTE.
Description
Método y aparato para la transmisión de voz en un
sistema de comunicación móvil.
La invención se refiere a un método para la
transmisión de voz en un sistema de comunicaciones móviles,
comprendiendo dicho método comprimir una señal de voz a un número
pequeño de bits de codificación de voz por un método de codificación
de voz, y a un canal que codifica los bits de codificación de
voz.
En los sistemas de telecomunicaciones que
transmiten voz digital, una señal de voz se somete normalmente a dos
operaciones de codificación: codificación de voz codificación de
canal.
La codificación de voz comprende la codificación
de voz realizada en el transmisor por un codificador de voz y la
decodificación de voz realizada en el receptor por un decodificador
de voz. El codificador de voz en el transmisor comprende una señal
de voz de manera que se reduce el número de bits utilizado para
representarla por unidad de tiempo, por lo que se requiere menos
capacidad de transmisión para transmitir dicha señal de voz. El
decodificador de voz en el receptor realiza una operación inversa y
sintetiza la señal de voz a partir de los bits generados por el
codificador de voz. No obstante, la voz sintetizada en el receptor
no es idéntica a la voz original comprimida por el codificador de
voz, sino que ha cambiado más o menos como resultado de la
codificación de voz. En general, cuanta más voz se comprima en la
codificación de voz, más se deteriora su calidad durante la
codificación. En el sistema de comunicación móvil GSM
pan-European (Global System for Mobile
Communication), por ejemplo, el codificador de voz de un canal de
tráfico de alcance completo comprime una señal de voz a una
velocidad de transmisión de 13 Kbits/s. La voz sintetizada por el
correspondiente codificador de voz es claramente de una calidad más
pobre que la voz transmitida por ejemplo por una red de teléfono
pública conmutada (PSTN).
Por tanto, cuando se selecciona un método de
codificación de voz, debe realizarse un compromiso entre la calidad
ofrecida por el método y la capacidad de transmisión requerida por
él. Otro factor que debe ser considerado en la selección es la
complejidad de la ejecución del método de codificación de voz: La
calidad de la voz puede ser mejorada normalmente sin incrementar la
velocidad de transmisión si se permiten requerimientos superiores
para el método con respecto a la capacidad de cálculo y de este modo
también costes superiores de la ejecución. Teniendo en cuenta el
desarrollo continuo de los métodos de codificación de voz y las
técnicas de ejecución, están disponibles métodos cada vez más
avanzados para la transmisión de voz en los sistemas de
telecomunicaciones existentes. Después del desarrollo del método
empleado en la GSM, la tecnología de codificación de voz ha avanzado
hasta tal punto que, comparado con el método de codificación de voz
de 13 kbit/s mencionado anteriormente, puede conseguirse ahora una
calidad mayor de voz a una velocidad de transmisión mucho menor, por
ejemplo de 8 kbit/s.
La codificación de canal comprende la
codificación de canal realizada en el transmisor por un codificador
de canal, y la decodificación de canal realizada en el receptor por
un decodificador del canal. El fin de la codificación de canal es
proteger los bits de codificación de voz que deben ser transmitidos
contra los errores que se produzcan en el canal de transmisión. La
codificación de canal puede utilizarse o bien para detectar
simplemente si la transmisión ha provocado algunos errores en los
bits de codificación de voz sin posibilidad de corregirlos, o puede
ser capaz de corregir los errores provocados por la transmisión,
siempre que el número de errores no exceda un máximo dado, que
depende del método de codificación de canal.
La selección del método de codificación de canal
empleado depende de la calidad del canal de transmisión. En las
redes de transmisión fija, la probabilidad de errores es con
frecuencia muy baja, donde no se requiere codificación de muchos
canales, mientras que en redes inalámbricas, tales como redes de
telefonía móvil la probabilidad de errores en los canales de
transmisión es con frecuencia muy alta, y el método de codificación
de canal empleado tiene un efecto significativo sobre la calidad
resultante de la voz. Las redes de teléfonos móviles emplean
normalmente tanto métodos de codificación de canal de detección de
error y de corrección de error, de modo concurrente.
La codificación de canal está basada en el uso de
bits de control de error, también denominados bits de codificación
de canal, añadidos a los bits de codificación de voz. Los bits
producidos por el codificador de voz del transmisor son
suministrados a un codificador de canal, que suma a ellos un número
de bits de control de error. En el canal de transmisión de alcance
completo GSM mencionado anteriormente, por ejemplo, los bits de
control de error con una velocidad de transmisión de 9,8 kbit/s son
añadidos a los bits de codificación de voz de 13 kbit/s sobre el
canal de transmisión, por lo que la velocidad de transmisión total
de la señal de voz sobre el canal será 22,8 kbit/s. El decodificador
de canal decodifica la codificación de canal en el receptor, de
forma que solamente la corriente binaria de 13 kbit/s producida por
el codificador de voz es aplicada al decodificador de voz. Durante
la decodificación de canal, el decodificador del canal detecta y/o
corrige los errores que se han producido sobre el canal tanto como
sea posible.
La codificación de voz y la codificación de canal
están relacionadas estrechadamente entre sí en los sistemas de
telecomunicaciones que transmite voz. El significado de los bits
producidos por el codificador de voz para la calidad de voz varía
generalmente de forma que en muchos casos un error en un bit
significativo puede provocar ruido audible en la voz sintetizada,
mientras que un número más grande de errores en los bits menos
significativos puede ser casi imperceptible. Cómo de grandes sean
las diferencias entre la importancia de los bits de codificación de
voz depende esencialmente del método de codificación de voz
empleado; no obstante, al menos pueden encontrarse pequeñas
diferencias en la mayoría de los métodos. Cuando se crea un método
de transmisión de voz para un sistema de telecomunicaciones, la
codificación de canal es designada normalmente por tanto junto con
la codificación de voz, de tal manera que los bits que son los más
significativos para la calidad de la voz son protegidos más
cuidadosamente que los bits menos significativos. Para un canal de
alcance completo del sistema GSM, por ejemplo, los bits producidos
por el codificador de voz son divididos en tres diferentes
categorías de cuerdo con su importancia. La categoría más importante
es protegida en la codificación de canal tanto con código de
detección de error como código de corrección de error; la segunda
categoría más importante está protegida solamente con un código de
detección de error; la categoría menos importante no está protegida
en absoluto en la codificación de canal.
Aunque la codificación de voz y la codificación
de canal están relacionadas estrechamente, existen con frecuencia
diferencias considerables en su ejecución en redes de teléfonos
móviles digitales. El sistema GSM puede una vez más utilizarse como
ejemplo. La codificación de voz y la decodificación de voz son
llevadas a cabo típicamente por medio de software, utilizando un
procesador de señales digitales. Esto se aplica tanto al equipo
terminal (teléfonos) como a los elementos de red. La codificación de
canal puede realizarse también por medio de software, pero con
frecuencia un circuito integrado separado está diseñado para este
fin, especialmente en el extremo de la red. Por tanto, cambiando el
método de codificación de voz se requiere con frecuencia simplemente
un nuevo programa de procesamiento de señales, mientras que el
cambio del método de codificación de canal puede requerir cambios
del equipo.
Además del modo en el que se ejecutan, estas dos
condiciones, codificación de voz y codificación de canal, pueden
diferenciarse en sus localizaciones físicas en el extremo de la red
de un sistema de teléfono móvil. En el sistema GSM, por ejemplo, la
codificación de canal en la red se realiza en una estación de base,
mientras que la codificación de voz se realiza en una unidad de
trans-codificador separada, que puede estar
separada de la estación de base, e incluso si está situada en la
estación de base, es una unidad completamente separada. Debido a los
lugares separados, algunos cambios en las velocidades de transmisión
de la codificación de canal y la codificación de voz conllevarían
también cambios en las conexiones entre los diferentes elementos de
red.
En vista de los diferentes modos en los que se
realizan la codificación de voz y de canal y sus localizados
separadas, sería claramente más ventajoso si la calidad de la voz
pudiera mejorarse en un sistema existente simplemente cambiando la
codificación de voz. Puesto que la codificación de canal es
normalmente, no obstante, diseñada particularmente para la
codificación de voz del sistema existente, y puesto que el método de
codificación de voz nuevo utilizaría exactamente la misma velocidad
de transmisión que el método de codificación de voz original del
sistema, los métodos para la adaptación de nuevos métodos de
codificación de voz para los sistemas de telecomunicación existentes
no se han descrito previamente.
Las figuras 1a y 1b son diagramas de bloques que
ilustran un transmisor y un receptor de un sistema de
telecomunicaciones de la técnica anterior. En el transmisor mostrado
en la figura 1a, una señal de voz 100 es suministrada a un
codificador de voz 101, que a partir de dicha señal genera bits de
codificación de voz comprimidos que tienen una velocidad de
transmisión de S kbit/s. Estos bits de codificación de voz son
suministrados a un codificador de canal 102, donde se añaden a ellos
bits de control de error, que da lugar a una velocidad de
transmisión de S+C kbit/s. Esta corriente binaria 103 es transmitida
sobre el canal de transmisión al receptor mostrado en la figura 1b.
En el receptor de la figura 1b, la corriente binaria 104 recibida
desde el transmisor es suministrada, en primer lugar, a un
decodificador de canal 105, que decodifica la codificación de canal
y transmite los bits de codificación de voz así obtenidos hasta un
decodificador de voz 106; la velocidad de transmisión de los bits de
codificación de voz es de nuevo S kbit/s. El decodificador de voz
sintetiza una señal de voz digital 107. Los sistemas de
telecomunicaciones de la técnica anterior emplean por tanto,
solamente, un método de codificación de voz y un método de
codificación de canal correspondiente. Tales sistemas de
telecomunicación incluyen, por ejemplo, todos los sistemas de
teléfonos móviles digitales más comunes.
Los sistemas de la técnica anterior incluyen
también sistemas en los que se utilizan dos métodos de codificación
de voz diferentes, de tal manera que un método de codificación de
canal separado correspondiente con cada método de codificación de
voz, y en el que la velocidad de transmisión total obtenida como
resultado de la codificación de voz y canal es diferente en estos
métodos. Un ejemplo de un sistema de este tipo es el sistema de
teléfono móvil GSM, en el que se especifican los canales de tráfico
de alcance completo y de alcance medio.
Se conocen también soluciones conocidas en las
que los transmisores y receptores de acuerdo con las figuras 1a y 1b
están conectadas en paralelo, de forma que el sistema que está
formado comprende varios métodos de codificación de voz diferentes,
cada uno de los cuales tiene un método de codificación de canal
correspondiente. Los métodos de codificación de voz utilizados en un
sistema de este tipo pueden funcionar a diferentes velocidades de
transmisión, donde los métodos de codificación de canal
correspondientes a ellos son también mutuamente independientes y
funcionan a diferentes velocidades de transmisión. El documento
EP-B 0 417 739 describe un sistema en el que los
métodos de codificación de canal de diferentes métodos de
codificación de voz proporcionan todos la misma velocidad de
transmisión.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de telecomunicaciones digital en el que se
utilizan varios métodos de codificación de voz diferentes que
funcionan a diferentes velocidades de transmisión para la
transmisión de voz.
Un objeto de la invención es un método y un
aparato que permiten la transmisión de voz en un sistema de
telecomunicaciones digital por el uso de varios métodos de
codificación de voz diferentes que funcionan a diferentes
velocidades de transmisión.
Otro objeto de la invención es un método para
adaptar los métodos de codificación de voz más avanzados que
funcionan a velocidades de transmisión inferiores para un sistema de
telecomunicaciones digital existente utilizando un cierto método de
codificación de voz.
Todavía otro objeto de la invención es un método
para permitir la adición de nuevos métodos de codificación de voz a
un sistema de telecomunicaciones digital sin cambiar el método de
codificación de canal utilizado originalmente.
Todavía otro objeto de la invención es un método
que permite la adición de nuevos métodos de codificación de voz a un
sistema de telecomunicaciones digital existente a un sistema de
telecomunicaciones digital existente de tal manera que la adición
provoca cambios tan pequeños como sea posible en el sistema de
telecomunicaciones.
Esto se consigue con un método descrito en la
reivindicación 1.
La invención se refiere también a un aparato
transmisor descrito en la reivindicación 9.
La invención se refiere adicionalmente a un
aparato receptor descrito en la reivindicación 12.
De acuerdo con la invención, la transmisión de
voz en un sistema de telecomunicaciones digital emplea varios
métodos de codificación de voz diferentes, que pueden funcionar
todos a diferentes velocidades de transmisión, de tal manera que la
velocidad de transmisión total obtenida como resultado de la
codificación de voz y la codificación de canal permanece igual
independientemente de la velocidad de transmisión del método de
codificación de voz empleado. El método está basado en el uso de
codificación de canal de dos partes. La primera parte del canal
depende del método de codificación de voz y se realiza en conexión
con la codificación de canal de tal manera que la velocidad de
transmisión proporcionada por la codificación de voz y la primera
codificación de canal es siempre constante independientemente del
método de codificación de voz utilizado. La segunda codificación de
canal, realizada posteriormente, es siempre exactamente igual
independientemente del método de codificación de voz y el primer
método de codificación de canal, y se utiliza con todos os métodos
de codificación de voz. La codificación de segundo canal puede ser,
por ejemplo, la codificación de canal utilizada originalmente en un
sistema de telecomunicaciones existente, por ejemplo, de acuerdo con
las recomendaciones del sistema GSM. En este caso, la primera
codificación de canal no se utiliza en conexión con el método de
codificación de voz empleado originalmente en el sistema de
telecomunicaciones; en otras palabras, la velocidad de transmisión
de los bits de codificación de primer canal, proporcionada por la
codificación de primer canal es 0. Los primeros métodos de
codificación de voz que ha sido añadidos después y funcionan a una
velocidad inferior proporcionan la misma velocidad de transmisión
total que el método de codificación de voz original. Los nuevos
métodos de codificación de voz pueden ser añadidos entonces a un
sistema de telecomunicaciones existentes sin cambiar el método de
codificación de canal empleado originalmente. La invención permite,
por tanto, que sea mejorada la calidad de la voz en un sistema
existente con cambios tan pequeños como sea posible.
La invención se diferencia esencialmente, por
ejemplo, del sistema GSM, en el que se especifican los canales de
alcance completo y de medio alcance, puesto que la invención permite
el uso de varios métodos de codificación de voz en un sistema de
telecomunicaciones, de tal manera que la velocidad de transmisión
total utilizada por la codificación de voz y de canal es constante
independientemente del método de codificación de voz empleado. Con
respecto a la presente invención, los canales de transmisión de
alcance completo y de medio alcance forman sistemas separados, y la
invención puede ejecutarse independientemente en ambos de los
canales de transmisión.
El método de codificación de voz empleado en cada
conexión y el primer método de codificación de canal asociado con
ella puede seleccionarse de muchos modos diferentes, por ejemplo,
manualmente por el usuario, automáticamente a partir de la capacidad
de error de la trayectoria de transmisión o a partir de señalización
entre el transmisor y el receptor.
El método de la invención está basado, por tanto,
en el uso de la primera codificación de canal de tal manera que se
obtiene una velocidad de transmisión constante como resultado de la
codificación de voz y la primera codificación de canal; puede
adaptarse un nuevo método de codificación de voz para un sistema
existente sin cambiar el segundo método de codificación de canales.
Es particularmente característico de la invención que, cuando se
aplica a un sistema existente, todos los métodos de codificación de
voz tienen un segundo codificador de canal, mientras que un primer
método de codificación de canal separado está asociado con cada
método de codificación de voz de tal modo que un codificador de voz
no está provisto con ningún tipo de primer codificador de canal.
La invención puede ejecutarse de tal manera que
la primera codificación de canal se realiza en conexión con la
codificación de voz, por lo que la unidad de codificación de canal
utilizada originalmente, que realiza la segunda codificación de
canal, puede retenerse invariable. En la red de teléfono móvil GSM,
por ejemplo, la primera codificación de canal puede llevarse a cabo
por medio de software en una unidad de
trans-codificador junto con el nuevo método de
codificación de voz, en cuyo caso no se requieren otros cambios en
el extremo de red fijo. En un equipo terminal (teléfono), el nuevo
método de codificación de voz y el primer método de codificación de
canal correspondiente pueden ejecutarse utilizando el procesador de
señales del teléfono del mismo modo que la codificación de voz
utilizada originalmente.
A continuación, la invención se describirá más
detalladamente por medio de formas de realización preferidas con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los que
La figura 1a y la figura 1b ilustran un
transmisor y un receptor de la técnica anterior,
respectivamente.
La figura 2 es un diagrama de bloques de un
transmisor en un sistema de telecomunicaciones de acuerdo con la
invención.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un
receptor en un sistema de telecomunicaciones de acuerdo con la
invención.
La presente invención es particularmente adecuada
para sistemas de telecomunicaciones en los que la codificación de
canal es particularmente significativa. El campo de aplicación
principal de la invención es transmisión de voz inalámbrica, por
ejemplo, en sistemas de teléfono móvil digital. Un campo de
aplicación particularmente importante para la invención es el
sistema de teléfono móvil y sus derivados que son similares al GSM,
con respecto a la codificación de voz y a la codificación de canal
pero que pueden diferenciarse del GSM, por ejemplo, en sus
intervalos de frecuencia operativa, tales como sistemas
DCS-1800 y DCS-1900.
Como se ha indicado anteriormente, la transmisión
de voz en un sistema de telecomunicaciones digital de la invención
emplea varios métodos de codificación de voz diferentes que no todos
funcionan a la misma velocidad de transmisión. Un primer método de
codificación de canal es asignado a cada método de codificación de
voz de tal manera que la velocidad de transmisión total obtenida
como resultado de la codificación de voz y la codificación de canal
se mantiene constante independientemente de la velocidad de
transmisión del método de codificación de voz empleado. La segunda
parte de la codificación de voz es exactamente siempre la misma
independientemente de qué método de codificación de voz y primer
método de codificación de canal se utilicen.
La figura 2 es un diagrama de bloques de un
transmisor en un sistema de telecomunicaciones de acuerdo con la
invención. El transmisor comprende N codificadores de voz paralelos
202_{1}-202_{N}; las velocidades de transmisión
de las señales de voz comprimidas generadas por estos codificadores,
es decir, de los bits de codificación de voz, son S_{1},
S_{2},..., S_{N} Kbit/s, respectivamente (por razones de
claridad, la unidad kbit/s para la velocidad de transmisión se
omitirá a continuación). Una señal de voz digital 200 que debe
transmitirse es suministrada a un conmutador de entrada 201, que es
utilizado para seleccionar uno de estos codificadores de voz N 202
para cada conexión de voz. En la forma de realización ilustrada en
la figura 2, la invención es aplicada de tal manera que se añaden
los nuevos métodos de codificación de voz más avanzados a un sistema
existente. Por tanto, el codificador de voz 202_{1} en la figura
1a emplea un método de codificación de voz que se ha utilizado
originalmente en el sistema de telecomunicaciones existente y que
proporciona una velocidad de transmisión de S_{1} para los bits de
codificación de voz, que es lo mismo que la velocidad de transmisión
de bits de codificación de voz utilizados originalmente en el
sistema de telecomunicaciones existentes. En el transmisor, es
posible por tanto seleccionar también otros N-1
codificados de voz 202_{2}-202_{N}, que
proporcionan velocidades de transmisión de S_{2}, S_{3}, ...,
S_{N}, respectivamente, donde el número total de codificadores de
voz es N\geq2. Las velocidades de transmisión de los codificadores
de voz tienen la siguiente relación:
S_{1}\geqS_{2}\geqS_{3}\geq....\geqS_{N}, donde
S_{1}\geqS_{N} debe ser correcto. Las velocidades de transmisión
de los bits de codificación de voz utilizados por los codificados de
voz añadidos al sistema de telecomunicaciones puede ser, por tanto,
para algunos de los codificadores de voz
202_{2}-202_{N}, iguales que la velocidad de
transmisión S_{1} utilizada originalmente para los bits de
codificación de voz en el sistema de telecomunicaciones; pero al
menos para un codificador de voz esta velocidad de transmisión es
inferior a la velocidad de transmisión S_{1} utilizada
originalmente. Cada codificador de voz
202_{1}-202_{N} es utilizado con un codificador
de canal 203_{1}-203_{N} específico para el
método de codificación de voz respectivo; no obstante, en el caso de
estos codificadores de voz que proporcionan una velocidad de
transmisión de S_{1} para los bits de codificación de voz, el
primer codificador de canal 203 no afecta a los bits de codificación
de voz de ningún modo, sino dirigirlos como tales al segundo
codificador de canal 205. En este caso, la velocidad de transmisión
proporcionada por el primer codificador de canal para los bits de
codificación de canal, es por tanto 0, y la velocidad de transmisión
al segundo codificador de canal 205 es S_{1}. En otras palabras,
el primer codificador de canal 203 es omitido, de esta forma de
realización, como el primer codificador de voz 202_{1}, en la
figura 2, correspondiendo al codificador de voz 202 utilizado
originalmente. Una primera velocidad binaria de codificación de
canal es igual a la del primer codificador de canal
203_{2}-203_{N} puede proporcionarse también por
otro codificador de voz 202_{2}-202_{N}, si la
velocidad de bit de codificación de voz del codificador de voz
respectivo es S_{1}. En otros casos, el primer codificador del
canal 203_{2}-203_{N} añade bits de corrección
de error a la corriente binaria generada por el codificador de voz
correspondiente 202_{2}-202_{N}, de forma que la
velocidad de transmisión total prevista por la codificación de voz y
la primera codificación de canal es S_{1}, independientemente del
método de codificación utilizado. La velocidad binaria de
codificación de canal por los primeros codificadores de canal
203_{1}-203_{N} es por tanto
correspondientemente 0, S_{1}-S_{2},
S_{1}-S_{3}, ...,
S_{1}-S_{N}, dependiendo del método de
codificación de voz empleado por el codificador de voz
202_{1}-202_{N} conectado en serie antes que
ellos. Es característico de la invención que existe al menos un
método de codificación de voz, cuyo primer codificador de canal
respectivo 203 proporciona una primera velocidad de bits de
codificación de canal mayor de 0. Desde el primer codificador de
canal 203_{1}-203_{N} seleccionado para la
conexión de voz, los bits de codificación de voz y los primeros bits
de codificación de canal son suministrados a través de un conmutador
204 hasta un segundo codificador de canal 205. En el transmisor de
acuerdo con la invención, la velocidad de transmisión de la
corriente binaria que debe ser transmitida al segundo codificador de
canal 205 es por tanto un S_{1} constante kbit/s. El segundo
codificador de canal añade bits de corrección de error a la
corriente binaria producida por el codificador de voz seleccionado
202 y el primer codificador de canal 203, de manera que en la salida
206 del segundo codificador de canal, la velocidad de transmisión
total es una constante S_{1}+C kbit/s. Los conmutadores 201 y 204
son controlados de manera síncrona por una señal de control 207, de
manera que seleccionarán la conexión en serie del codificador de voz
202 que ejecuta el método de codificación de voz deseado, y el
primer codificador de canal respectivo 203. La información sobre el
método de codificación de voz seleccionado es enviada también al
canal de transmisión en una señal 208 para permitir que el receptor
seleccione los métodos de decodificación de voz y decodificación de
primer canal correspondientes a los métodos de codificación de voz y
codificación de primer canal utilizados.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un
receptor en un sistema de telecomunicaciones de acuerdo con la
invención. El receptor comprende un segundo decodificador de canal
301, un conmutador de selección 302_{N}, N decodificadores del
primer canal paralelos 303_{1}-303_{N}, N
decodificadores de voz paralelos
304_{1}-304_{N}, y un conmutador de selección
305. El receptor recibe los bits de codificación de voz y los bits
de codificación de primer y segundo canal desde el transmisor a
través del canal de transmisión en la entrada 300 del segundo
decodificador de canal 301. El segundo decodificador de canal 301
decodifica la codificación de segundo canal realizada por el
codificador del segundo canal 205 del transmisor mostrado en la
figura 2; como resultado de esto, la velocidad de transmisión de la
corriente binaria recibida en la entrada 300 disminuye desde la
constante S_{1}+C hasta la constante S_{1}. El decodificador
del segundo canal 301 es por tanto independiente del método de
codificación de voz utilizado y realiza siempre la misma
decodificación de canal. La corriente binaria procedente de la
salida del segundo decodificador de canal 301, teniendo la velocidad
de transmisión de S_{1}, es suministrada al conmutador de
selección 302. El conmutador de selección 302 conmuta la salida del
segundo decodificador de canal 301 a uno de los N primeros
decodificadores de canal 303_{1}-303_{N},
dependiendo del método de codificación de voz utilizado. El receptor
recibe también una señal 307 desde el transmisor, a través del canal
de transmisión. La señal 307 corresponde con la señal 208 de la
figura 2 y da información sobre el método de codificación de voz
empleado sobre la conexión de voz; el estado de conmutación 302 y
también éste del conmutador 305 son determinados a partir de esta
información. El primer decodificador de canal 303 es siempre
dependiente del método de codificación de voz empleado, y está
conectado en serie con el decodificador de voz 304 asignado a él. El
decodificador del primer canal 303 decodifica la primera
codificación de canal realizada por el codificador el primer canal
203 del transmisor mostrado en la figura 2 y proporciona la
velocidad de transmisión utilizada por el método de codificación de
voz seleccionado. Si la velocidad de transmisión de los bits de
codificación de canal añadidos por la primera codificación de canal
es 0, como en el caso del codificador de canal 203_{1} en la
figura 2, el primer decodificador de canal respectivo alimenta los
bits recibidos desde el segundo decodificador de canal 301, siendo
la velocidad de transmisión de dichos bits S_{1}, directamente al
decodificador de voz asociado; por tanto, de hecho, no existe primer
decodificador de canal para un método de codificación de voz de este
tipo. En la figura 3, el primer decodificador del canal 303_{1} -
correspondiente al codificador del primer canal perdido 203_{1} de
la figura 2 - está omitido. Naturalmente solamente uno de los
decodificadores de canal está en uso a la vez. Los otros
decodificadores del primer canal 303_{1}-303_{N}
de la figura 3 decodifican la codificación de canal asociada con los
decodificadores de voz 202_{2}-202_{N} de la
figura 2, y por tanto, disminuye la velocidad de transmisión
constante S_{1} de la corriente binaria recibida desde el segundo
decodificador de canal 301, por la velocidad de transmisión 0,
S_{1}-S_{2}, S_{1}-S_{3},
..., S_{1}-S_{N}, proporcionando las
velocidades de transmisión S_{1}, S_{2},...S_{N} kbit/s, que
son dependientes de los métodos de codificación de voz. La corriente
binaria generada por el primer decodificador del canal
303_{1}-303_{N} es suministrada al decodificador
de voz correspondiente 304_{1}-304_{4}, que por
medio de los bits de codificación de voz recibidos genera una señal
de voz digitalizada. La señal de salida del decodificador de voz del
método de codificación de voz seleccionada es conmutada por el
conmutador de selección 305 hasta la salid 306 del receptor. La
posición del conmutador de selección 305 se determina a partir de la
señal 307 recibida desde el transmisor a través del canal de
transmisión.
En la forma de realización de la invención
ilustrada en las figuras 2 y 3, la información sobre el método de
codificación de voz empleado es considerada a través del canal de
transmisión desde el transmisor al receptor. Esta transferencia de
información puede basarse solamente en cualquier método adecuado,
por ejemplo, un método de señalización conocido por sí. El método de
codificación de voz puede ser también permanente en cada receptor o
transmisor. No obstante, es esencial que tanto el transmisor como el
receptor tengan información sobre el método de codificación de voz
empleado de manera que las posiciones de los conmutadores 201, 204,
302 y 305 pueda determinarse correctamente, y pueda seleccionarse el
mismo método de codificación de voz tanto en el transmisor como en
el receptor.
Existen varios modos de seleccionar el método de
codificación de voz de acuerdo con la invención para cada conexión
de voz. Muchos factores que incluyen en la selección y algunos
métodos de selección se describirán a continuación; no obstante la
invención no está limitada a estos ejemplos.
Si la velocidad de transmisión utilizada para
transmitir los bits de codificación de voz es tan baja como sea
posible en el método de codificación de voz seleccionado, se dejan
más bits para la codificación de primer canal. En este caso, la
actuación del sistema se mejorará en un canal erróneo, pero, por
otro lado, puede disminuirse en un canal libre de error, donde sería
ventajoso utilizar tanta capacidad como fuera posible para la
codificación de voz. Para clasificar los métodos de codificación de
voz como métodos tolerantes de error y métodos adecuados para un
canal de transmisión de alta calidad de acuerdo con la velocidad de
transmisión es una simplificación muy grande, puesto que la
velocidad de transmisión no es solamente factor significativo. No
obstante, en esta conexión una clasificación de este tipo aclarará
la selección del método de codificación de voz. De acuerdo con una
forma de realización de la invención, el método de codificación de
voz es seleccionado de acuerdo con la capacidad de producir errores
del canal de transmisión: en el caso de un canal de transmisión de
alta calidad, se selecciona un método de codificación de voz en el
que la mayor parte de la capacidad del canal de transmisión es
utilizada para la codificación de voz, es decir, la codificación de
voz tiene una velocidad de transmisión alta; en el caso de un canal
de transmisión de calidad pobre, es seleccionado un método de
codificación de voz en el que la codificación de primer canal es
enfatizada más, es decir, el método de codificación de voz tiene una
velocidad de transmisión baja. La selección puede realizarse
supervisando la calidad/formación de errores del canal de
transmisión cuando se establece la conexión. Puesto que la calidad
de un canal de transmisión puede variar hasta una gran extensión
durante una conexión de voz, la calidad/formación de errores puede
supervisarse también durante la conexión de voz, y si es necesario,
puede cambiarse el método de codificación de voz.
Una de las ventajas más significativas de la
presente invención es que permite que se añadan nuevos métodos de
codificación de voz a un sistema de telecomunicaciones existente. En
tal caso, es esencial que los transmisores y receptores que utilizan
nuevos métodos de codificación de voz funcionen todavía junto con
los transmisores y receptores que han sido utilizados en el sistema
de telecomunicaciones y en los que estos nuevos métodos de
codificación de voz no han sido ejecutados. Un sistema de
telecomunicaciones de este tipo comprende típicamente varios
transmisores y receptores que no emplean un grupo uniforme de
métodos de codificación de voz. No obstante, todos los transmisores
y receptores deben ser capaces de utilizar al menos un método de
cosificación de voz que es común a todos ellos. Si, por ejemplo,
está previsto el nuevo sistema de la invención mediante
planificación y ejecución de un nuevo método de codificación de voz
para uso sobre un canal de transmisión GSM de alcance completo, el
nuevo sistema GSM comprenderá teléfonos y elementos de red provistos
tanto con nuevo método de codificación de voz como el método
actualmente en uso en el sistema GSM (es decir, equipos nuevos).
Adicionalmente, el sistema comprenderá también equipos que han sido
utilizados ya previamente y que están provistos solamente con el
método de codificación de voz actual de acuerdo con el sistema GSM
(es decir, equipos antiguos). Cuando un equipo nuevo y uno antiguo
se comunican entre sí, el método de codificación de voz seleccionado
debe ser el método GSM actual, que puede seleccionarse en ambos
equipos. Otro factor que incluye en la selección es por tanto un
grupo heterogéneo de equipos: el método de codificación de voz
seleccionado en el inicio de una conexión es el método de
codificación más adecuado que puede seleccionarse tanto en el
transmisor como en el receptor. Incluso en este caso, puede ser
necesario cambiar el método de codificación de voz durante la
conexión, a medida que el transmisor y el receptor pueden cambiarse
también durante una conexión de voz.
En la descripción de la invención, se ha indicado
que el codificador de canal 203, 205 añade bits de control de error
a los bits de codificación de voz. El codificador del canal 203, 205
puede funcionar, de hecho en la práctica de manera que los bites de
control de error son añadidos a los bits de codificación de voz
generados por el codificador de voz, de tal manera que los bits de
codificación de voz son todavía visibles e invariables en el error
de bit resultante que incluye también ahora los bits de codificación
de canal. Dependiendo del método de codificación de canal, el
codificador del canal 203, 205 pueden funcionar también de manera
que incluso los bits de codificación de voz son cambiados cuando se
añaden bits de control de error. En este caso, el decodificador del
canal 301, 303 restablece los bits de codificación de voz en la
decodificación de canal si el número de errores recibidos desde el
canal no exceden la capacidad de corrección de error de la
codificación de canal. En vista de la presente invención, no existe
diferencia entre estos dos métodos, y la expresión ``el codificador
del canal añade bits de control de error a los bits de codificación
de voz'' hace referencia a ambos de estos casos, puesto que, desde
el punto de vista de la codificación de voz y la velocidad de
transmisión, esto es exactamente lo que ocurre.
En un sistema de telecomunicaciones, una señal de
voz está sometida con frecuencia a otras operaciones, tales como el
cifrado, intercalación de los bits que deben ser transmitidos
(conectados estrechamente con la codificación de canal), una
pre-codificación posible asociada con el método de
modulación, o intercalación de bit en asociación con configuración
espectral de la señal; no obstante, estos métodos son irrelevantes
para la presente invención. En la presente invención, la
codificación de canal hace referencia particularmente al uso de
códigos de detección de error y de corrección de error. Dependiendo
de cómo se ejecuta la codificación de canal, el decodificador del
canal puede tener datos disponibles sobre las probabilidades de
error de bits individuales, es decir, las denominadas decisiones
moderadas del demodulador. Esto no es relevante para la invención si
están disponibles o no decisiones moderadas, y el decodificador del
canal de la invención cubre ambos casos. En las ejecuciones típicas,
el segundo decodificador del canal 301 de la invención tiene los
resultados de decisiones moderadas disponibles, donde el primer
decodificador del canal 303 no, pero el sistema de la a invención
puede ejecutarse también en cualquier otro modo.
El siguiente es un ejemplo general de cómo se
añade un método de codificación de voz nuevo a un canal de
transmisión de alcance completo del sistema de teléfono móvil GSM
para uso en unión con el método de codificación de voz
RPE-LTP actualmente en uso. El ejemplo se da
simplemente para ilustrar la invención; es por tanto posible
solamente una forma de realización, y la invención no está limitada
a esto. En un método de codificación de voz RPE-LTP,
se divide una señal de voz en cuadros de 20 ms, de cada uno de los
cuales un codificador de voz RPE-LTP forma 260 bits
de codificación de voz, por lo que la velocidad de transmisión de
los bits de codificación de voz es 13 kbit/s. El codificador del
canal utilizado sobre un canal de voz de alcance completo GSM, es
decir, el segundo codificador del canal en el sistema de la
invención, añade 196 bits de codificación de error a 260 bits de
codificación de voz, el número de bit total en un cuadro de 20 ms es
por tanto 456 bits, lo que corresponde a una velocidad de
transmisión total de 22,8 kbit/s. En este ejemplo, un método de
codificación de voz muy avanzado técnicamente en el que la velocidad
de transmisión de los bits de codificación de voz es de 8 kbit/s y
la señal de voz es dividida en cuadros de 10 ms, conteniendo cada
uno 80 bits, se añade a un canal de voz GSM de alcance completo.
Para llevar a cabo la invención, debe diseñarse un primer método de
codificación de canal para este método de codificación de voz. Una
solución simple ejemplar para un primer método de codificación de
canal consta de las siguientes operaciones, que se describen desde
el punto de vista del primer codificador del canal:
- (a)
- Dos cuadros de voz de 80 bits están combinados en el primer codificador del canal en un cuadro de 160 bits.
- (b)
- 100 bits de corrección de error son añadidos a estos 160 bits por un código de corrección de error conocido por sí. La selección del código está influenciada tanto por el método de codificación de voz de 8 kbit/s empleado como el método de codificación de canal del canal GSM de alcance completo. Esto da lugar a un cuadro de voz de 260-bit de acuerdo con un canal GSM de alcance completo.
- (c)
- Los 260 bits generados son clasificados en tres grupos según su importancia en vista de la codificación de canal del canal GSM de alcance completo.
Después de esto, los bits de codificación de voz
y los bits de codificación de primer canal son suministrados al
codificador del segundo canal, que es idéntico al codificador del
canal utilizado en conexión con el RPE-LTP. En el
receptor, el decodificador del primer canal decodifica la
codificación de primer canal.
Claims (14)
1. Método para la transmisión de voz en un
sistema de telecomunicaciones, comprendiendo dicho método:
comprimir una señal de voz a un número de bits de
codificación de voz por un método de codificación de voz,
codificar por los bits de codificación de
voz,
utilizar en la transmisión de la voz N métodos de
codificación de voz alternativos, diferentes, todos los cuales
funcionan a diferentes velocidades de transmisión S_{1}, S_{1},
..., y S_{N} kbit/s, respectivamente, donde N\geq2, y
S_{1}\geqS_{2}\geq...\geqS_{N},
emplear con cada método de codificación de voz un
primer método de codificación de canal específico para dicho método
de codificación de voz respectivo, comprendiendo dicho primer método
de codificación de canal añadir bits de codificación de primer canal
de detección de error y de corrección de error a los bits de
codificación de voz, y producir una velocidad de transmisión
constante S_{1} independiente del método de codificación de voz
empleado de manera que la velocidad de transmisión de los bits de
codificación de primer canal añadidos a los bits de codificación de
voz durante la codificación de primer canal es, dependiendo del
método de codificación de voz empleado, 0,
S_{1}-S_{2},... S_{1}-S_{N}
Kbit/s, respectivamente,
caracterizado porque
después de la codificación de primer canal, se
realiza una segunda codificación de canal, que es común a todos los
métodos de codificación de voz y métodos de codificación de primer
canal empleados y, en los que los bits de codificación de segundo
canal de detección de error y de corrección de error son añadidos a
la señal generada por la primera codificación de canal, siendo la
velocidad de transmisión de dichos bits de codificación de segundo
canal C kbit/s, donde después de la codificación de segundo canal,
la velocidad de transmisión total es una constante S_{1}+C kbit/s
independientemente del método de codificación de voz
seleccionado.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la recepción de la señal transmitida
comprende
realizar una codificación de segundo canal para
eliminar los bits de codificación de segundo canal, que fueron
añadidos por la segunda codificación de canal y la velocidad de
transmisión que es C kbit/s,
realizar, después de la decodificación de segundo
canal, una decodificación de primer canal para eliminar los bits de
codificación de primer canal añadidos por la codificación de primer
canal de tal manera que, dependiendo del método de codificación de
voz empleado, está prevista una velocidad de transmisión de S_{1},
S_{2}, ...., S_{N} kbit/s, respectivamente, para los bits de
codificación de voz, que deben suministrarse a la decodificación de
voz.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por clasificar los bits suministrados a la
codificación de segundo canal en varios grupos de acuerdo con su
importancia para la protección de errores en el método de
codificación de voz empleado de tal manera que la capacidad de
corrección de error de la codificación de segundo canal está
dirigida a los bits que son los más significativos para cada método
de codificación de voz y el método de codificación de primer canal
empleado en unión con él.
4. Método de acuerdo con ola reivindicación 1, 2,
ó 3, caracterizado porque cuando se establece una conexión de
voz, el método de codificación de voz empleado es seleccionado de
acuerdo con la capacidad de producir errores de la trayectoria de
transmisión de tal manera que cuanto más errores de transmisión
existen en el canal de transmisión, menor será la velocidad de
transmisión de los bits de codificación de voz respecto a la
codificación de primer canal desde el método de codificación de voz
seleccionado, y mayor será la velocidad de transmisión de los bits
de codificación de primer canal.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque el método de codificación de voz es
cambiado durante la conexión de voz cuando la capacidad de formación
de errores de la trayectoria de transmisión cambia de tal modo que
cuantos más errores de transmisión existan sobre la trayectoria de
transmisión, menor será la velocidad de transmisión de los bits de
codificación de voz suministrados a la codificación de primer canal
desde el método de codificación de voz seleccionado.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó
5, caracterizado porque
un método de decodificación de voz
correspondiente no puede seleccionarse en todos los receptores para
todos los métodos de codificación de voz que pueden seleccionarse en
el transmisor,
un método de codificación de voz correspondiente
no puede seleccionarse en todos los transmisores para todos los
métodos de decodificación de voz que pueden ser seleccionados en los
diferentes receptores; y porque
cuando se establece una conexión de voz, el
método de codificación de voz empleado es seleccionado por medio de
la señalización entre el transmisor y el receptor, de forma que el
método seleccionado es un método que puede ser seleccionado tanto en
el transmisor como en el receptor.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque
un método de decodificación de voz
correspondiente no puede seleccionarse en todos los receptores para
todos los métodos de codificación de voz que pueden seleccionarse en
los transmisores,
un método de codificación de voz correspondiente
no puede seleccionarse en todos los transmisores para todos los
métodos de decodificación de voz que pueden seleccionarse en los
diferentes receptores, y porque
el método de codificación de voz empleado es
seleccionado manualmente antes de que se establezca la conexión de
voz de tal modo que el método seleccionado sea un método que pueda
ser seleccionado tanto en el transmisor como en el receptor.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la codificación de primer canal se lleva
a cabo en más de una etapa y porque la codificación de segundo canal
es igual en el caso de todos los métodos de codificación de voz.
9. Aparato transmisor para un sistema de
telecomunicaciones que transmite voz digital, comprendiendo dicho
aparato
medios de codificación de voz (202) para
codificar una señal de voz por un método de codificación de voz,
medios de codificación de canal (203, 205) para
codificar en el canal la señal codificada de voz en una señal cuya
velocidad de transmisión es igual a la velocidad de transmisión
total sobre el canal de transmisión, y que comprende
codificaciones del primer canal (203) que son
específicas para cada método de codificación de voz y que, a partir
de las señales de voz codificadas (S_{1}, S_{2},..., S_{N})
que tienen diferentes velocidades de transmisión, generan señales
codificadas del primer canal que tienen la misma velocidad de
transmisión constante (S_{1}) que es independiente del método de
codificación de voz,
medios de codificación de voz (202) que emplean
dos o más métodos de codificación de voz, que proporcionan señales
de codificadas de voz que tienen velocidades de transmisión
diferentes mutuamente (S_{1}, S_{2},...,S_{N}),
caracterizado porque la codificación de
canal realizada por los medios de codificación de canal consta de
dos etapas que comprenden además de dichas primeras codificaciones
del primer canal,
una segunda codificación de segundo canal (205)
que es común a todos los métodos de codificación de voz y
codificaciones de primer canal empleadas, y que, a partir de una
señal codificada de primer canal seleccionada, se genera una señal
codificada de segundo canal que tiene una velocidad de transmisión
constante (S_{1}+C) que es independiente del método de
codificación y que es igual a dicha velocidad de transmisión
tal.
10. Aparato transmisor de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque comprende medios (201,
204) para seleccionar el método de codificación de voz (202) y la
codificación de primer canal (203), y para conmutar la señal
producida por ellos a la codificación de segundo canal (205).
11. Aparato transmisor de cuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque los medios de
selección (201, 204) son controlados a partir de la capacidad de
formar errores de la trayectoria de transmisión, o a partir de
señalización entre el aparato transmisor y el aparato receptor, o
manualmente.
12. Aparato receptor en un sistema de
telecomunicaciones que transmite voz digital, que comprende:
medios de decodificación de canal (301, 303) para
decodificar una señal de voz codificada por canal recibido,
medios de decodificación de voz (304) para
decodificar con voz una señal de voz decodificada por canal por un
método de codificación de voz,
comprendiendo dichos medios de decodificación de
canal primeras decodificaciones de canal (303) que son específicas
para cada método de codificación de voz para producir señales de voz
codificadas que son específicas para cada método de codificación de
voz y que tienen velocidades de transmisión mutuamente diferentes
(S_{1}, S_{2}, ..., S_{N}),
empleando los medios de decodificación de voz
(304) dos o más métodos de decodificación de voz para decodificar
dichas señales de voz codificadas con voz producidas por dos o más
métodos de codificación de voz y teniendo mutuamente diferentes
velocidades de transmisión (S_{1}, S_{2},..., S_{N}),
caracterizado porque
la decodificación de canal realizada por los
medios de decodificación de canal consta de dos etapas que
comprenden además de dichos medios de decodificación de primer
canal, una decodificación de segundo canal (301) que es
independiente del método de codificación de voz y que, a partir de
dicha señal de voz codificada por canal recibido cuya velocidad de
transmisión constante (S_{1}+C) que es independiente del método de
codificación de voz, es igual a la velocidad de transmisión total
utilizada en el canal de telecomunicaciones, produce a dichos medios
de decodificación de primer canal sobre la voz codificada por canal
intermedio una señal que tiene una velocidad de transmisión
constante inferior (S_{1}) que es independiente del método de
codificación de voz.
13. Aparato receptor de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizado porque comprende medios
(302, 305) para seleccionar el método de decodificación de voz (304)
empleado y la decodificación de primer canal (303) específica para
él, y para conmutar la señal producida por la decodificación de
segundo (301) a los mismos.
14. Aparato receptor de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizado porque los medios de
selección (302, 305) son controlados a partir de la capacidad de
producción de errores sobre la trayectoria de transmisión, o a
partir de la señalización entre el aparato transmisor y el aparato
receptor, o manualmente.
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