BRPI0206664B1

BRPI0206664B1 - conversão melhorada de sinais de banda larga em sinais de banda estreita

Info

Publication number: BRPI0206664B1
Application number: BRPI0206664A
Authority: BR
Inventors: P Dejaco Andrew; K Ananthapadmanabhan Arasanipalai; H El-Maleh Khaled
Original assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2018-09-25
Also published as: AU2002240028A1; TW527790B; US20070162279A1; JP2004524560A; CN1488137A; ES2408220T3; JP2010016828A; EP1354416A2; JP2009187012A; US20090281796A1; KR20030072603A; US8358617B2; KR100856684B1; US7113522B2; JP4330879B2; EP1354416B1; JP5199147B2; US7577563B2; US20030012221A1; WO2002060075A3

Abstract

"conversão melhorada de sinais de banda larga em sinais de banda estreita". sinais de fala de banda larga devem ser convertidos em sinais de fala de banda estreita se o meio de transmissão ou o terminal de destino for construído com limitações de banda estreita. um método de conversão de banda larga em banda estreita é a eliminação das freqüências acima de 3400 hz usando-se um filtro passabaixa e um amostrador down (down sampler). são apresentados neste relatório métodos e um equipamento para melhorar a qualidade acústica do sinal convertido de banda larga em banda estreita. um filtro de comutação de largura de banda (68) é empregado para enfatizar a parte de freqüência da faixa intermediária do sinal de banda larga, de modo que o sinal de banda estreita resultante tenha um espectro de freqüência não uniforme.

Description

(54) Título: CONVERSÃO MELHORADA DE SINAIS DE BANDA LARGA EM SINAIS DE BANDA ESTREITA (51) Int.CI.: G10L 21/038; G10L 21/04; G10L 19/26 (30) Prioridade Unionista: 24/01/2001 US 09/771,508 (73) Titular(es): QUALCOMM INCORPORATED (72) Inventor(es): KHALED H. EL-MALEH; ARASANIPALAI K. ANANTHAPADMANABHAN; ANDREW P. DEJACO (85) Data do Início da Fase Nacional: 23/07/2003

CONVERSÃO MELHORADA DE SINAIS DE BANDA LARGA EM SINAIS DE BANDA ESTREITA

FUNDAMENTOS

I. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a sistemas de comunicação e, mais especificamente, à conversão melhorada de sinais de fala de banda larga em sinais de fala de banda estreita.

II. Fundamentos

O campo das comunicações sem fio possui muitas aplicações, que incluem, por exemplo, telefones sem cabo, paging, loops locais sem fio, assistentes digitais pessoais (PDAs), telefonia via Internet e sistemas de comunicação via satélite. Uma aplicação particularmente importante são os sistemas telefônicos celulares para assinantes móveis. (Conforme empregada no presente relatório, o termo sistemas celulares engloba tanto frequências de serviço de comunicação celular quanto pessoal (PCS)) . Diversas interfaces aéreas têm sido desenvolvidas para tais sistemas telefônicos celulares, que incluem, por exemplo, o acesso múltiplo por divisão de freqüência (FDMA), o acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) e o acesso múltiplo por divisão de código (CDMA). Em relação a estes, têm sido estabelecidos diversos padrões domésticos e internacionais, que incluem, por exemplo, o Serviço de Telefonia Móvel Avançado (AMPS), o Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM) , o Padrão ínterim 95 (IS-95) . Em particular, o IS-95 e seus derivados, o IS-95A, o IS-95B, o ANSI J-STD-008 (frequentemente referidos coletivamente no presente relatório como IS-95) e os sistemas de altas taxas de dados propostos para dados, etc., são promulgados pela Associação das Indústrias de Telecomunicação (TIA), pela União

2/22

Λ(Ί

Associação das Indústrias de Telecomunicação (TIA), pelo Sindicato Internacional das Telecomunicações (ITU) e por outros corpos de padrões notoriamente conhecidos.

Os sistemas telefônicos celulares configurados de acordo com o uso do padrão IS-95 empregam técnicas de processamento de sinais CDMA, de modo a se obter um serviço telefônico altamente eficaz e robusto. Sistemas telefônicos celulares exemplares configurados substancialmente de acordo com o uso do padrão IS-95 são descritos nas patentes norte-americanas Nos. 5 103 459 e 4 901 307, que são cedidas ao cessionário da presente invenção e completamente incorporadas no presente relatório à guisa de referência. Um sistema exemplar descrito que emprega técnicas CDMA é a Submissão de Candidatos à Tecnologia de Radiotransmissão (RTT) (referido no presente relatório como cdma2000), emitida pela TIA. O padrão para o cdma2000 é apresentado em versões esboçadas do IS-2000 e foi aprovado pela TIA. A proposta do cdma2000 é compatível com sistemas IS-95 de muitas maneiras. Outro padrão CDMA é o padrão W-CDMA, conforme corporifiçado nos documentos Nos. 3G TS 25 211, 3G TS 25 212, 3G TS 25 213 e 3G TS 25 214 do Projeto de Parcerias de 3^a Geração 3GPP.

Em um sistema telefônico de linhas terrestres tradicional, o meio e os terminas de transmissão são limitados por banda a 4000 Hz. A fala é tipicamente transmitida em uma faixa estreita de 300 Hz a 3400 Hz, com controle e overhead de sinalização conduzidos fora desta faixa. Em vista das limitações físicas dos sistemas telefônicos de linhas terrestres, a propagação dos sinais dentro de sistemas telefônicos celulares é implementada com estas mesmas limitações de freqüência estreita, de modo que as chamadas provenientes de uma unidade de assinante celular podem ser transmitidas para uma unidade de linha

3/22 são capazes de transmitir sinais com faixas de frequências mais largas, uma vez que as limitações físicas que requerem uma faixa de frequência mais estreita não estão presentes dentro do sistema celular. Um padrão exemplar para geração de sinais com uma faixa de frequências mais largas é promulgado no documento G 722 ITU-T, intitulado 7 kHz Audio-Coding within 64 kBits/s, publicado em 1989.

Na transmissão de sinais de fala, a qualidade de percepção da forma de onda acústica é de importância primária para usuários e provedores de serviço. Se um sistema de comunicação sem fio transmite sinais com uma faixa de frequência de banda larga de 50 Hz a 7000 Hz, um problema de conversão surge quando um sinal de banda larga termina dentro de um ambiente de banda estreita que atenua as componentes de alta frequência do sinal de banda larga. Consequentemente, há necessidade presente na técnica de se poder converter um sinal de fala de banda larga em um sinal de fala de banda estreita sem perda da qualidade acústica.

SUMÁRIO

São apresentados métodos e equipamentos novos para converter sinais de fala de banda larga em sinais de fala de banda estreita. Sob um aspecto, é apresentado um equipamento para converter um sinal de banda larga em um sinal de banda estreita, o equipamento compreendendo: um filtro para enfatizar uma parte de faixa intermediária da resposta em frequência do sinal de banda larga e para atenuar uma parte de faixa elevada da resposta em freqüência do sinal de banda larga, em que a saída do filtro é um sinal de banda estreita com uma resposta em freqüência não-uniforme; e um downsampler para decimar a taxa de amostragem do sinal de banda larga.

Sob outro aspecto, um equipamento para converter um sinal de fala de banda Larga em um sinal de fala de

4/22 tf φ

banda estreita compreendendo: um elemento de controle para determinar se converte o sinal de fala de banda larga no sinal de fala de banda estreita; um comutador acoplado ao elemento de controle, em que o elemento de controle ativa o comutador se o elemento de controle determinar que o sinal de fala de banda larga será convertido; um filtro de comutação de largura de banda para receber o sinal de fala de banda larga se o comutador for ativado, em que o filtro de comutação de largura de banda enfatiza uma parte do espectro de freqüências do sinal de fala de banda larga, de modo a se produzir um sinal de saída com um espectro de freqüências não-uniforme; e um downsampler para decimar o sinal de saída do filtro de comutação de largura de banda.

Sob outro aspecto, é apresentado um equipamento para decodificar um sinal de fala de banda larga e para converter o sinal de fala de banda larga em um sinal de fala de banda estreita, o equipamento compreendendo: um elemento de síntese de fala para produzir um sinal de fala de banda larga sintetizado, e um elemento de pósprocessamento para melhorar o sinal de fala de banda larga sintetizado, em que o elemento de pós-processamento compreende também: um elemento de post-filter; e um filtro de comutação de largura de banda para enfatizar a faixa intermediária do espectro de freqüências do sinal de fala de banda larga sintetizado e atenuar a faixa elevada do espectro de freqüências do sinal de fala de banda larga sintetizado.

Sob outro aspecto, é apresentado um método para transmitir formas de onda de banda larga que se originam em um sistema de comunicação sem fio, o método compreendendo: receber um sinal que transporta uma forma de onda em uma estação base, em que a forma de onda de banda larga é para transmissão adicional da estação base a um destino meta;

5/22

1Ί

Φ determinar se o destino meta pode processar a forma de onda de banda larga; se o destino meta não puder processar a forma de onda, converter então a forma de onda de banda larga em uma forma de onda de banda estreita com uma resposta em freqüência não-uniforme; e se o destino meta puder processar a forma de onda de banda larga, transmitir então a forma de onda de banda larga da estação base para o destino meta sem converter a forma de onda de banda larga em uma forma de onda de banda estreita.

Sob outro aspecto, uma determinação de se o destino meta é suportado por um vocoder de banda larga compreendendo: embutir um código de detecção dentro de um sinal de modulação de código de pulso (PCM - Pulse Code Modulation) , em que o sinal PCM transporta a forma de onda de banda larga; e se o destino meta detectar o código de detecção, transmitir então uma confirmação do código de detecção do destino meta por meio de uma segunda estação base, em que a segunda estação base suporta comunicação com o destino meta e o sistema de comunicação sem fio.

	DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS
A	figura 1 é um diagrama de um	sistema	de
comunicação	exemplar.
A	figura 2A é um gráfico de uma	resposta	em
freqüência	de banda estreita uniforme.
A	figura 2B é um gráfico de um espectro de	um

filtro de banda estreita que enfatiza as freqüências entre 1000 Hz e 3400 Hz.

A figura	3A	é	um gráfico	de uma	resposta em
freqüência de banda	larga	uniforme.
A figura	3B	é	um gráfico	de uma	resposta em

freqüência favorável.

A figura 3C é um gráfico de outra resposta em freqüência favorável.

6/22 ύ

ι>

A	figura 3D é	um	gráfico de	outra resposta em
frequência	favorável.
A	figura 4 é	um	l diagrama	de	blocos de um
equipamento	de conversão	de	banda larga	em	banda estreita
acoplado a	um decodificador.
A	figura 5 é	um	diagrama de	blocos de outro
equipamento	de conversão	de	banda larga	em	banda estreita

acoplado a um decodificador.

A figura 6 é um diagrama de blocos de um decodificador de banda larga que dá saída a um sinal com uma resposta em frequência não-uniforme.

A figura 7 é um fluxograma de um método para determinar se converte um sinal de fala de banda larga em um sinal de fala de banda estreita.

A figura 8 é um fluxograma de outro método para determinar se converte um sinal de fala de banda larga em um sinal de fala de banda estreita.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES Conforme ilustrado na figura 1, uma rede de comunicação sem fio, 10, inclui de maneira geral uma pluralidade de estações móveis (também chamadas unidades de assinante ou equipamento de usuário), 12a-12d, uma pluralidade de estações base (também chamadas de estações base transceptoras (BTSs - Base Station Transceivers) ou Nó B) , 14a-14c, um controlador de estação base (BSC - Base

Station Controller) (também chamado controlador de rede via rádio ou função de controle de pacote 16), um centro de comutação móvel (MSC - Mobile Switching Center) ou comutador 24, um nodo servidor de dados em pacote (PDSN) ou função de interconexão (IWF - Internetworking function) 20, uma rede telefônica pública comutada (PSTN), 22 (tipicamente uma companhia telefônica), e uma rede de Protocolo Internet (IP), 18 (tipicamente a Internet) . Para fins de

Para

7/22 simplificação, são mostrados quatro estações móveis, 12a12d, três estações base, 14a-14c, um BSC 16, um MSC 18 e um PDSN 20. Os versados na técnica entenderíam que pode haver qualquer número de estações móveis 12, estações base 14, BSCs 16, MSCs 18 e PDSNs 20.

Em uma modalidade, a rede de comunicação sem fio 10 é uma rede de serviços de dados de pacote. As estações móveis 12a-12d podem ser de qualquer número de diferentes tipos de dispositivo de comunicação sem fio, como, por exemplo, um telefone portátil, um telefone celular, que é ligado a um notebook baseado em uma rede IP rodando aplicações web em um navegador (browser), um telefone celular com kits viva-voz afins de carro, um assistente de dados pessoais (PDA) baseado em uma rede IP rodando aplicações web em um navegador, um módulo de comunicação sem fio incorporado a um computador portátil, ou um módulo de comunicação de local fixo, como o que pode ser encontrado em um loop local sem fio ou sistema de leitura medidor. Na modalidade mais geral, as estações móveis podem ser de qualquer tipo de unidade de comunicação.

As estações móveis 12a-12d podem ser configuradas para executar um ou mais protocolos de dados de pacote sem fio, tais como os descritos, por exemplo, no padrão EIA/TIA/IS-7 07. Em uma modalidade específica, as estações móveis 12a-12d geram pacotes IP destinados para a rede IP 24 e encapsulam os pacotes IP em quadros (frames) utilizando um protocolo ponto-a-ponto (PPP).

Em uma modalidade, a rede IP 24 é acoplada à PDSN 20, a PDSN 20 é acoplada ao MSC 18, o MSC 18 é acoplado ao BSC 16 e ao PSTN 22, e o BSC 16 é acoplado às estações base 14a-14c por meio de cabos configurados para transmissão de pacotes de voz e/ou dados de acordo com qualquer um de vários protocolos conhecidos, que incluem, por exemplo, o

8/22 υ

fo

El, ο ΤΙ, ο Modo de Transferência Assíncrono (ATM), o IP, o Frame Relay, o HDSL, o ADSL ou o xDSL. Em uma modalidade alternativa, o BSC 16 é acoplado diretamente à PDSN 20, e o MSC 18 não é acoplado à PDSN 20. Em outra modalidade da invenção, as estações móveis 12a-12d comunicam-se com as estações base 14a-14c através de uma interface de RF definida no 3rd Generation Partnership Project 2 3GPP2 Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems, Documento 3GPP2 No. C.POOO2-A, TIA PN-4694, a ser publicado como TIA/EIA/IS-2000-2-A, (Rascunho, versão editada 30) (19 nov 1999), que é completamente incorporado no presente relatório à guisa de referência.

Durante o funcionamento típico da rede de comunicação sem fio 10, as estações base 14a-14c recebem e demodulam conjuntos de sinais de link reverso de diversas estações móveis 12a-12d ocupadas em chamadas telefônicas, Web browsing ou em outras comunicações de dados. Cada sinal de link reverso recebido por uma dada estação base 14a-14c é processado dentro dessa estação base 14a-14c. Cada estação base 14a-14c pode comunicar-se com uma pluralidade de estações móveis 12a-12d pela modulação e transmissão de conjuntos de sinais de link direto para as estações móveis 12a-12d. Por exemplo, conforme mostrado na figura 1, a estação base 14a comunica-se com as primeira e segunda estações móveis 12a, 12b simultaneamente, e a estação base

14c comunica-se com as terceira e quarta estações móveis 12c, 12d simultaneamente. Os pacotes resultantes são enviados ao BSC 16, que provê a alocação dos recursos de chamada e a funcionalidade de gestão de mobilidade, incluindo-se a orquestração dos soft handoffs de uma chamada para uma estação móvel 12a-12d específica de uma estação base 14a-14c a outra estação base 14a-14c. Por exemplo, uma estação móvel 12c está comunicando-se com duas

9/22 estações base 14b, 14c simultaneamente. Finalmente, quando a estação móvel 12c se move para longe o bastante de uma das estações base 14c, a chamada será transferida para a outra estação base 14b.

Se a transmissão é uma chamada telefônica convencional, o BSC 16 roteará os dados recebidos para o MSC 18, que provê serviços de roteamento adicionais para interface com a PSTN 22. Se a transmissão é uma transmissão baseada em pacote, como, por exemplo, uma chamada de dados destinada para a rede IP 24, o MSC 18 roteará os pacotes de dados para o PDSN 20, que enviará os pacotes à rede IP 24. Alternativamente, o BSC 16 roteará os pacotes diretamente para o PDSN 20, que envia os pacotes à rede IP 24.

Tipicamente, a conversão de um sinal de voz analógico em um sinal digital é efetuada por um encodificador (encoder), e a conversão do sinal digital de volta em um sinal de voz é efetuada por um decodif icador. Em um sistema CDMA exemplar, um vocoder, gue compreende tanto uma parte de encodificação (encoding) quanto uma parte de decodificação, é intercalado dentro de unidades móveis e estações base. Um vocoder exemplar é descrito na Patente U.S. N° 5 414 796, intitulada VARIABLE RATE VOCODER, cedida ao cessionário da presente invenção e incorporada à guisa de referência no presente relatório. Em um vocoder, uma parte de encodificação extrai parâmetros que se referem a um modelo de geração de falas humanas. Uma parte de decodificação ressintetiza a fala utilizando os parâmetros recebidos através de um canal de transmissão. O modelo altera-se constantemente de modo a modelar com precisão o sinal de fala que varia com o tempo. Deste modo, a fala é dividida em blocos de tempo, ou quadros de análise, durante os quais os parâmetros são calculados. Os parâmetros são então atualizados para cada novo quadro.

10/22 tf

Conforme empregada no presente relatório, a palavra decodificador refere-se a qualquer dispositivo ou qualquer parte de um dispositivo que pode ser utilizada para converter sinais digitais que tenham sido recebidos através de um meio de transmissão. Consequentemente, as modalidades descritas no presente relatório podem ser implementadas com vocoders de sistemas CDMA e decodificadores de sistemas não CDMA.

Uma fala acústica é usualmente composta de componentes de baixa e alta frequências. Entretanto, devido às limitações físicas de um sistema telefônico convencional, a fala de entrada é limitada em banda a uma faixa estreita de 200 Hz a 3400 Hz. Um filtro é um dispositivo que modifica o espectro de frequências de uma forma de onda de entrada de modo a se produzir uma forma de onda de saída. Tais modificações podem ser caracterizadas pela função de transferência H (f) =Y (f) /X (f) , que relaciona a forma de onda de saída modificada y(t) à forma de onda de entrada original x(t) no domínio da frequência.

A figura 2A ilustra o espectro de um filtro de banda estreita com uma resposta em frequência uniforme. Um exemplo de dispositivo com esta característica é um microfone. Conforme mostrado, as frequências mais baixas têm sua intensidade superacentuada e as frequências mais altas são cortadas. Um sinal de entrada que passe através deste filtro resultaria em uma forma de onda de saída perceptualmente desagradável para o ouvido humano, isto é, a fala filtrada é abafada.

A figura 2B ilustra o espectro de um filtro de banda estreita que enfatiza as frequências entre 1000 Hz e 3400 Hz. Neste exemplo, as frequências mais baixas são atenuadas, mas o espectro de frequências entre 1000 Hz e 3400 Hz possui sua intensidade acentuada. A acentuação da

11/22 &0 intensidade nesta faixa de frequência compensa perceptivelmente a omissão de componentes de frequência acima de 3400 Hz. Conseqüentemente, um som mais natural e inteligível é percebido pelo usuário final ao ouvir o sinal filtrado.

Devido a aperfeiçoamentos na telefonia sem fio, muitos sistemas de comunicação sem fio são capazes de propagar sinais acústicos na faixa mais larga de 50 Hz a 7000 Hz. Tais sinais são referidos como sinais de banda larga. As comunicações que empregam esta faixa de frequências foram padronizadas no documento G 722 ITU-T, intitulado 7 KHZ AUDIO-CODING WITHIN 64 KBITS/S, publicado em 1989. Uma vez que componentes de frequência até 7000 Hz podem ser conduzidas por um sistema de banda larga, um decodificador de banda larga típico pode ser implementado com uma resposta em frequência uniforme. A figura 3A é um gráfico do espectro de frequências uniforme de um sinal de banda larga. Não é necessária acentuação da intensidade uma vez que as componentes de frequência entre 3400 Hz e 7000 Hz são incluídas. A inclusão destas componentes de frequência mais elevada produz uma forma de onda perceptualmente inteligível sem a necessidade de enfatizar a faixa de freqüências entre 1000 Hz e 3400 Hz.

Entretanto, um problema surge quando um sinal de banda larga é transmitido a um terminal de banda estreita ou através de um sistema de banda estreita. No estado atual da técnica, o sinal de banda larga é limitado em faixa às limitações do terminal/sistema de banda estreita por um simples corte de frequência a 3400 Hz. Esta conversão de banda larga em banda estreita pode ser feita fazendo-se passar o sinal de banda larga através de um filtro passabaixa e, diminuindo-se o resultado na taxa de amostragem (down sampling). Conseqüentemente, o espectro de um sinal

12/22 de banda larga convertido assemelha-se intimamente ao espectro da figura 2A. Conforme discutido acima, esta resposta em frequência uniforme produz uma forma de onda inaceitável para a percepção humana. Consequentemente, há atualmente necessidade de uma conversão melhorada de sinais de banda larga em sinais de banda estreita, de modo que os sinais de banda estreita convertidos sejam perceptivelmente agradáveis para o usuário final. As modalidades descritas no presente relatório efetuam a conversão de sinais de banda larga em sinais de banda estreita ao mesmo tempo retendo as componentes de áudio agradáveis.

A figura 4 é um diagrama de blocos de uma modalidade que pode ser acoplada a um decodificador de banda larga já existente. A modalidade é um equipamento de conversão de banda larga em banda estreita configurado para reduzir a perda de informações de sinal quando um sinal de banda larga é transformado em um sinal de banda estreita. A preservação de informações de sinal produz um sinal de áudio perceptivelmente agradável para o usuário final.

Uma estação base (não mostrada) recebe um fluxo de bits de informação para entrada em um decodificador de banda larga, 40. O decodificador de banda larga 40 pode ser configurado para dar saida a uma forma de onda de acordo com G 722 ITU-T ou qualquer forma de onda que não seja limitada em banda 3400 Hz. Variações na largura de banda da forma de onda não afetarão o alcance desta modalidade. Um elemento de controle (não mostrado) na estação base faz uma determinação quanto a se a saida do decodificador de banda larga 40 será transmitida a um terminal de banda estreita. A seguir, são descritos métodos e equipamentos para determinar se converte o sinal de banda larga em um sinal de banda estreita. Se a saida do decodificador de banda larga 40 é para ser enviado a um terminal de banda estreita

13/22 ou a um sistema de banda estreita, então o elemento de controle (não mostrado) ativa um comutador, 42, para enviar a saída do decodificador de banda larga a um equipamento de conversão de banda larga em banda estreita 44. O equipamento de conversão de banda larga em banda estreita 44 compreende um filtro de comutação de largura de banda (BSF - Bandwidth Switching Filter), 46, cuja saída é acoplada a um downsampler, 48.

O filtro de comutação de largura de banda 46 pode ser implementado com qualquer filtro que tenha uma resposta em freqüência caracterizada por uma curva com uma inclinação de 5 dB a 10 dB na faixa intermediária de freqüências. Uma faixa intermediária ótima está entre as frequências 1000 Hz e 3400 Hz, mas faixas maiores ou menores, como as de 800 - 3500 Hz ou de 1100 - 3300 Hz, podem ser empregadas sem que seja afetado o alcance desta modalidade. Frequências acima da faixa intermediária são atenuadas de modo a se aproximar de uma resposta de banda estreita. A figura 3B é um exemplo representativo de uma resposta em freqüência com a inclinação desejada. Entretanto, filtros com curvas conformadas de maneira diferente podem ser também empregados. Por exemplo, a figura 3C ilustra um espectro de freqüências com uma inclinação reta que pode ser também empregada nesta modalidade. A figura 3D ilustra outra resposta em freqüência útil, na qual o espectro compreende segmentos à maneira de pedaços lineares com inclinações variáveis. O filtro de comutação de largura de banda 46 pode ser implementado como um filtro fixo, com coeficientes de filtro constantes, ou como um filtro adaptativo, com coeficientes de filtro atualizados. A escolha do desenho deve ser feita de acordo com parâmetros de sistema predeterminados e não afeta o alcance desta modalidade.

14/22

Μ

ÍÇ>

Ο downsampler 48 pode ser implementado por qualquer dispositivo que possa determinar uma nova sequência de amostras y(n) de uma sequência de entrada x(n), de modo que y(n)=x(Mn), onde M é um valor de número inteiro positivo.

Em uma modalidade, a decimação de amostras ocorre a uma taxa de M = 2 , uma vez que um sinal de banda larga é tipicamente amostrado a 16 kHz e um sinal de banda estreita é tipicamente amostrado a 8 kHz. Uma vez que a decimação ocorre após a filtragem efetuada pelo filtro de comutação de largura de banda 46, um interpolador pode ser empregado no terminal meta de banda estreita para se recuperar as partes decimadas do sinal comutado.

A figura 5 é um diagrama de blocos de outro eguipamento de comutação de banda larga para banda estreita acoplado a um decodificador de banda larga. Nesta modalidade, o equipamento de comutação de banda larga para banda estreita é configurado para reduzir o número de computações que são necessárias para converter o sinal de banda larga em um sinal de banda estreita.

Uma estação base (não mostrada) recebe um fluxo de bits de informação para entrada em um decodificador de banda larga, 50. O decodificador de banda larga 50 dá saída a uma forma de onda de acordo com G 722 ITU-T ou qualquer outra forma de onda com componentes de freqüência mais elevadas do que 3400 Hz sem que se afete o escopo desta modalidade. Um elemento de controle (não mostrado) na estação base faz uma determinação quanto a se a saída do decodificador de banda larga 50 será transmitida a um terminal de banda estreita ou através de um sistema de banda estreita. Se a saída do decodificador de banda larga 50 for enviada a um terminal de banda estreita ou através de um sistema de banda estreita, então o elemento de

15/22 controle (não mostrado) ativa um comutador, 52, para enviar a saída do decodificador de banda larga a um equipamento de conversão de banda larga em banda estreita, 54. O equipamento de banda larga em banda estreita 54 compreende um downsampler, 56, cuja saída é acoplada a um filtro de comutação de largura de banda (BSF), 58.

Em uma modalidade, o downsampler décima amostras a uma taxa M = 2 . Em um sistema de banda larga típico, o sinal é amostrado a uma taxa de 16 kHz. Se o downsampler opera a uma taxa M=2, metade das amostras é descartada e o filtro de comutação de largura de banda 58 opera com um sinal de 8 kHz. Conseqüentemente, o filtro de comutação de largura de banda 58 da figura 5 pode ser construído de modo a ser computacionalmente menos complexo que o filtro de comutação de largura de banda 46 da figura 4. Entretanto, como o filtro de comutação de largura de banda 46 da figura 1, o filtro de comutação de largura de banda 58 pode ser implementado com qualquer filtro que tenha uma resposta em frequência caracterizada por uma curva com uma inclinação de 5 - 10 dB entre as freqüências de faixa intermediária.

As modalidades discutidas acima foram descritas como componentes adicionais que podem ser empregados em conjunto com um decodificador de banda larga já existente. Entretanto, é contemplada uma modalidade de decodificador de banda larga não-óbvio na qual o espectro de freqüências do sinal de saída apresenta uma acentuação de intensidade de alta frequência.

A figura 6 é um diagrama de blocos funcional de um decodificador de banda larga, 60, que é configurado para dar saída a um sinal de banda estreita com um espectro de freqüências não-uniforme. O decodificador 60 compreende um elemento de síntese de fala, 62, e um elemento de pósprocessamento, 64. O elemento de síntese de fala 62 recebe

16/22 ft informações de fala que portam parâmetros do sinal de fala e um sinal de excitação apropriado. Muitos exemplos da formação de parâmetros do sinal de fala empregam técnicas de codificação preditiva linear (LPC - Linear Predictive Coding), nas quais coeficientes de um modelo de filtro podem ser recriados em um decodificador a partir de valores de autocorrelação. Alternativamente, os valores dos coeficientes LPC podem ser transmitidos diretamente da fonte de encodificação para o decodificador. Uma explicação mais detalhada de diversas técnicas de codificação preditivas lineares é apresentada na Patente U.S. N° 5 414 796, antes mencionada.

A fala que é sintetizada a partir do elemento de síntese de fala 62 é usualmente inteligível. Entretanto, a qualidade da fala sintetizada pode ser distorcida. Consequentemente, o elemento de pós-processamento 64 é requerido para melhorar a fala sintetizada, de modo a se produzir um efeito mais natural. O elemento de pósprocessamento 64 compreende pelo menos um post-filter, 66, e um filtro de comutação de largura de banda, 68. Um postfilter convencional, 66, pode compreender uma combinação de um post-filter de pitch (altura do som), um post-filter de formantes (formant) e um filtro de compensação de inclinação (tilt) . Entretanto, um post-filter convencional 66 não garante a acentuação de intensidade de freqüência desejada da presente modalidade uma vez que todo o espectro de freqüências de banda larga do sinal é processado. O filtro de comutação de largura de banda 68 que é acoplado ao post-filter 66 garante a acentuação da intensidade de um subgrupo específico de freqüências. Um elemento de controle (não mostrado) controla se enviar ou não a saída do postfilter 66 através do filtro de comutação de largura de banda.

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O filtro de comutação de largura de banda 68 pode ser implementado conforme descrito nas modalidades acima, nas quais a curva da magnitude do espectro possui uma inclinação de pelo menos 5 dB a 10 dB entre frequências dentre aproximadamente 1000 Hz e 3400 Hz ordem de colocação do filtro de largura de banda 68 e do post-filter 66 pode ser alterada sem afetar o escopo desta modalidade.

a faixa de

A

A figura 7 é um fluxograma para determinar se ou não implementar uma conversão de sinal de banda larga em banda estreita dentro de um sistema de banda larga. Na etapa 70, um elemento de controle localizado dentro de uma estação base é notificado da chegada de uma transmissão de sinal de banda larga de uma unidade de assinante. Em um sistema de comunicação sem fio típico, tal notificação da chegada de qualquer transmissão de sinal é transmitida durante um período de estabelecimento ou registro de chamadas. Durante o período de estabelecimento de chamadas, informações referentes ao endereço de destino final da transmissão de sinal são enviadas ao elemento de controle. 0 endereço de destino final corresponde tipicamente ao número telefônico introduzido pelo usuário da unidade de assinante de origem ou a um endereço armazenado que é escolhido pelo usuário. Um exemplo de procedimento de estabelecimento de chamada é encontrado na Patente U.S. N° 5 844 899, intitulada METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING A CALL IDENTIFIER IN A DISTRIBUTED NETWORK SYSTEM, cedida ao cessionário da presente invenção e incorporada à guisa de referência no presente relatório.

Na etapa 72, o elemento de controle compara o endereço de destino final da transmissão de sinal a um banco de dados das unidades de assinante móveis dentro do sistema de banda larga. Em um sistema CDMA, como o sistema

18/22 ilustrado na figura 1, um banco de dados de assinante móvel seria encontrado em um centro de comutação móvel 18. Se o número de destino final for encontrado dentro do banco de dados, então, na etapa 74, o elemento de controle continua a decodificar o sinal de banda larga sem conversão em um sinal de banda estreita. Se o número de destino final não for encontrado dentro do banco de dados, então, na etapa 76, o elemento de controle ativa o comutador, que roteia a saída do decodificador de banda larga para um equipamento de conversão de banda larga em banda estreita, cuja implementação é descrita acima.

Alternativamente, se o sistema de comunicação suporta unidades de assinante tanto de banda larga quanto de banda estreita e se o sinal se origina de um terminal de banda larga, então o banco de dados das unidades de assinante móveis pode ser substituído por um banco de dados de unidades de assinante móveis de banda larga e as etapas do método acima mencionadas podem ser executadas.

Alternativamente, o banco de dados das unidades de assinante móveis pode ser substituído por um banco de dados de todas as unidades de assinante de comunicação registradas, inclusive assinantes móveis e assinantes de linhas terrestres, em que as capacidades de largura de banda dos terminais de comunicação são também armazenadas. Conseqüentemente, em lugar de se determinar a presença do número de destino final no banco de dados, é feita uma determinação quanto a se ou não o número de destino final é suportado por um terminal de banda larga.

Em outra modalidade, se o sistema de comunicação de banda larga permite vários links de comunicação entre as unidades de comunicação, isto é, teleconferências, então um elemento de controle pode ser programado ou configurado para converter múltiplos sinais de banda larga em múltiplos

19/22 sinais de banda estreita. Tal conversão permitiría ao sistema aumentar o número de participantes em uma chamada de teleconferência.

A figura 8 é um fluxograma de outro método para determinar se ou não implementar uma conversão de sinal de banda larga em sinal de banda estreita. Esta modalidade é implementada por vocoders de banda larga de estação base para converter um sinal de banda larga em um sinal de banda estreita se o destino meta não for servido por um decodificador de banda larga.

Na etapa 80, uma estação base recebe e decodifica um sinal· encodifiçado de uma unidade remota. O sinal· encodificado compreende um sinal de fala de banda larga e overhead de sinalização. Incluído dentro do overhead de sinalização há um endereço de destino meta. Na etapa 82, o sinal decodificado é transmitido ao controlador de estação base, onde o sinal de fala de banda larga é convertido em uma saída de modulação de código de pulso de multibits (PCM - Pulse Code Modulation) . Um código de detecção pseudo-aleatório é embutido dentro da saída da PCM. A saída da PCM embutida é transmitida ao destino meta por meio de um centro de comutação móvel na etapa 84.

Se o meio físico entre a estação base e o destino meta suporta transmissões de banda larga e o destino meta é suportado por um decodificador de banda larga, então, na etapa 86, o destino meta detecta o código de detecção pseudo-aleatório e estabelece uma sessão de comunicação com a estação base. Os detalhes de implementação do funcionamento do vocoder tandem são descritos na Patente U.S. N° 5 903 862, intitulada METHOD AND APPARATUS FOR DETECTION OF TANDEM VOCODING TO MODIFY VOCODER FILTERING, cedida ao cessionário da presente invenção e incorporada à guisa de referência no presente relatório. Na etapa 87, o

20/22 φ

vocoder de estação base e o vocoder de destino meta transmitem sinais de fala de banda larga sem conversão em sinais de fala de banda estreita.

Alternativamente, a vocodificação tandem pode ser contornada se o vocoder de banda larga na estação base mesma configuração do vocoder de banda larga no Os detalhes de implementação do desvio do são descritos na Patente U.S. N° 5 956 673, tiver a destino meta vocoder intitulada DETECTION AND BYPASS OF TANDEM VOCODING USING DETECTION CODES, cedida do cessionário da presente invenção e incorporada à guisa de referência no presente relatório. Se o vocoder de banda larga do destino meta pode ser contornado, a estação base pode dar saida a um sinal de banda larga sem conversão em um sinal de banda estreita.

Se o destino meta não for servido por um decodificador de banda larga, então, na etapa 88, a estação base implementa uma conversão de banda larga em banda estreita, conforme descrito nas modalidades acima.

Deste modo, foram descritos métodos e equipamentos novos e aperfeiçoados para converter sinais de banda larga em sinais de banda estreita. Os versados na técnica entenderíam que os diversos blocos, módulos, circuitos lógicos e as etapas algorítmicas descritas com relação às modalidades apresentadas neste relatório podem ser implementados como hardware, software e firmware eletrônicos, ou como combinações deles. Os diversos componentes, blocos, módulos, circuitos e etapas ilustrativos foram descritos genericamente em termos de sua funcionalidade. Se a funcionalidade for implementada como hardware, software ou firmware depende das limitações de aplicação e desenho específicas impostas ao sistema total.

Os versados na técnica reconhecem a interpermutabilidade do hardware, software e firmware nestas circunstâncias, e como

21/22 melhor implementar a funcionalidade descrita para cada aplicação especifica.

A implementação dos diversos blocos, módulos e circuitos lógicos e das etapas algorítmicas, descritos com relação às modalidades apresentadas neste relatório, podem ser implementados ou executados com um processador de sinal digital (DSP), um circuito integrado específico (ASIC), um arranjo de portas programáveis em campo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, porta discreta ou componentes lógicos transistorizados, discretos de hardware. Um processador que execute um conjunto de instruções de firmware, qualquer módulo de software programável convencional e um processador, ou qualquer combinação deles, podem ser projetados para desempenhar as funções do elemento de controle descrito no presente relatório. O processador pode ser um microprocessador, mas alternativamente o processador pode ser qualquer processador, controlador, microcontrolador ou máquina de estado convencional. O módulo de software pode residir em uma memória RAM, uma memória flash, uma memória ROM, uma memória EPROM, uma memória EEPROM, registradores, um disco rígido, um disco removível, um CD-ROM ou em qualquer outra forma de meio de armazenamento conhecida na técnica. Um processador exemplar é acoplado ao meio de armazenamento, de modo a se lerem informações do, e a se gravarem informações no, meio de armazenamento. Alternativamente, o meio de armazenamento pode residir em um ASIC. O ASIC pode residir em um telefone ou em outro terminal de usuário. Alternativamente, o processador e o meio de armazenamento podem residir em um telefone ou em outro terminal de usuário. O processador pode ser implementado como uma combinação de um DSP e um microprocessador, ou como dois microprocessadores em conjunto com um núcleo de DSP, etc.

22/22 φ 10

3' (fc

Os versados na técnica entenderíam também que os dados, instruções, comandos, informações, sinais, bits, símbolos e chips referidos em toda a descrição acima são representados por voltagens, correntes, ondas eletromagnéticas, campos ou partículas magnéticas, campos ou partículas ópticas, ou qualquer combinação deles.

Diversas modalidades da presente invenção foram assim mostradas e descritas. Ficará evidente aos versados na técnica, entretanto, que numerosas alterações podem ser feitas nas modalidades apresentadas neste relatório sem que se abandone ou espírito ou escopo da invenção.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Equipamento para converter um sinal de fala de banda larga em um sinal de fala de banda estreita, compreendendo:

5 um elemento de controle para determinar se converte o sinal de fala de banda larga no sinal de fala de banda estreita;

um comutador (42) acoplado ao elemento de controle, em que o elemento de controle ativa o comutador

10 (42) caso o elemento de controle determine que o sinal de fala de banda larga será convertido;

um filtro de comutação de largura de banda (46) para receber o sinal de fala de banda larga caso o comutador (42) seja ativado, em que o filtro de comutação

15 de largura de banda (46) enfatiza uma parte do espectro de frequências do sinal de fala de banda larga para produzir um sinal de saída com um espectro de frequência nãouniforme; e um downsampler (48) para decimar o sinal de saída

20 do filtro de comutação de largura de banda;

o equipamento caracterizado pelo fato de que o filtro de comutação de largura de banda serve também para enfatizar uma faixa intermediária do espectro de frequências do sinal de fala de banda larga sintetizado.

25 2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte do espectro de frequências compreende as frequências entre 1000 Hz e 3400 Hz .

3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1,

30 caracterizado pelo fato de que o espectro de frequências não-uniforme possui uma curva com uma inclinação entre 5 dB e 10 dB.

Petição 870160036723, de 15/07/2016, pág. 8/16
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4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a curva com uma inclinação entre 5 dB e 10 dB está localizada entre 1000 Hz e 3400 Hz.

5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, 5 caracterizado pelo fato de que o downsampler decima a uma

taxa de M=2, em que um sinal de saída y(n) está relacionado a um sinal de entrada x( n) pela relação y(n)=x (Mn) . 6. Equipamento para converter um sinal de fala de 10 banda larga em um sinal de fala de banda estreita,

compreendendo:

um elemento de controle para determinar se converte o sinal de fala de banda larga no sinal de fala de banda estreita;

15 um comutador (52) acoplado ao elemento de controle, em que o elemento de controle ativa o comutador (52) caso o elemento de controle determine que o sinal de fala de banda larga será convertido;

um downsampler (56) acoplado ao comutador (52),

20 em que o downsampler (56) serve para decimar o sinal de fala de banda larga caso o comutador (52) seja ativado; e um filtro de comutação de largura de banda (58) para receber o sinal de fala de banda larga decimado, em que o filtro de comutação de largura de banda (58) enfatiza

25 uma parte do espectro de frequências do sinal de fala de banda larga para produzir um sinal de saída com um espectro de frequência não-uniforme;

o equipamento caracterizado pelo fato de que o filtro de comutação de largura de banda serve também para

30 enfatizar uma faixa intermediária do espectro de frequências do sinal de fala de banda larga sintetizado.

7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a parte do espectro de

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3/7 frequências compreende as frequências entre 1000 Hz e 3400 Hz .

8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o espectro de frequências

5 não-uniforme possui uma curva com uma inclinação entre 5 dB e 10 dB.

9. Equipamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a curva com uma inclinação entre 5 dB e 10 dB está localizada entre 1000 Hz e 3400 Hz.

10 10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o downsampler decima a uma taxa de M=2, em que um sinal de saída y(n) está relacionado com um sinal de entrada x(n) pela relação y(n)=x(Mn) .

15 11. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

um elemento de síntese de fala para criar um sinal de fala de banda larga sintetizado; e

20 um elemento de pós-processamento para melhorar o sinal de fala de banda larga sintetizado, em que o elemento de pós-processamento compreende adicionalmente:

um elemento de post-filter; e o filtro de comutação de largura de banda

25 para atenuar uma faixa elevada do espectro de frequências do sinal de fala de banda larga sintetizado.

12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a faixa intermediária do espectro de frequências está entre 1000 Hz e 3400 Hz.

30 13. Equipamento, de acordo com a reivindicação

11, caracterizado pelo fato de que a faixa elevada do espectro de frequências está acima de 3400 Hz.

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14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma memória; um processador para implementar um conjunto de instruções armazenado dentro da memória, o conjunto de instruções executando as etapas de: receber um endereço de destino final que se origina de uma unidade remota , comparando o endereço de

destino final a uma pluralidade de endereços de destino dentro de um banco de dados de identificação;

transmitir o sinal de banda larga ao endereço de destino final, caso o endereço de destino final corresponda a um dentre a pluralidade de endereços de destino dentro do banco de dados de identificação; e caso o endereço de destino final não corresponda a um dentre a pluralidade de endereços de destino dentro do banco de dados de identificação, então:

utilizar o elemento de controle, o comutador, o filtro de comutação de largura de banda e o downsampler para converter o sinal de banda larga no sinal

de banda estreita; e transmitir o sinal de banda estreita ao endereço de destino final. 15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, caracterizado pelo fato de que compreende

adicionalmente:

dispositivos para receber um endereço de destino final e o sinal de banda larga que se origina de uma unidade remota;

dispositivos para comparar o endereço de destino final a uma pluralidade de endereços de destino dentro de um banco de dados de identificação;

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5/7 em que o elemento de controle compreende adicionalmente dispositivos para determinar se transmite o sinal de banda larga ao endereço de destino final ou se converte o sinal de banda larga no sinal de banda estreita;

5 e dispositivos para transmitir o sinal de banda estreita ao endereço de destino final.

16. Método para transmitir formas de onda de banda larga que se originam em um sistema de comunicação

10 sem fio, compreendendo as etapas de:

receber um sinal que porta uma forma de onda de banda larga em uma estação base, em que a forma de onda de banda larga serve para transmissão adicional da estação base para um destino meta;

15 determinar (72) se o destino meta pode processar a forma de onda de banda larga;

converter (76) a forma de onda de banda larga em uma forma de onda de banda estreita com um espectro de frequência não-uniforme, caso o destino meta não possa

20 processar a forma de onda de banda larga, em que converter compreende enfatizar uma parte do espectro de frequência do sinal de fala de banda larga; e transmitir (74) a forma de onda de banda larga da estação base para o destino meta sem converter a forma de

25 onda de banda larga em uma forma de onda de banda estreita, caso o destino meta possa processar a forma de onda de banda larga;

o método caracterizado pelo fato de que converter compreende adicionalmente enfatizar uma faixa intermediária

30 do espectro de frequências do sinal de fala de banda larga sintetizado.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que determinar se o destino meta

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6/7 pode processar a forma de onda de banda larga compreende a etapa de determinar se o destino meta é suportado por um vocoder de banda larga.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, 5 caracterizado pelo fato de que determinar se o destino meta é suportado por um vocoder de banda larga compreende:

embutir um código de detecção dentro de um sinal de modulação de código de pulso (PCM), em que o sinal PCM porta a forma de onda de banda larga; e

10 transmitir uma confirmação do código de detecção a partir do destino meta via uma segunda estação base, caso o destino meta detecte o código de detecção, em que a segunda estação base suporta comunicação com o destino meta e o sistema de comunicação sem fio.

15 19. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:

receber um endereço de destino final que se origina de uma unidade remota, comparando o endereço de destino final a uma pluralidade de endereços de destino

20 dentro de um banco de dados de identificação;

em que determinar se o destino meta pode processar a forma de onda de banda larga compreende:

determinar que o destino meta pode processar a forma de onda de banda larga, caso o endereço de destino 25 final corresponda a um dentre a pluralidade de endereços de destino dentro do banco de dados de identificação; e determinar que o destino meta não pode processar a forma de onda de banda larga, caso o endereço de destino final não corresponda a um dentre a pluralidade

30 de endereços de destino dentro do banco de dados de identificação; e

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7/7 transmitir o sinal de banda estreita ao endereço de destino final, caso o destino meta não possa processar a forma de onda de banda larga.

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OdB

300 1000 3400