DE10240902B3

DE10240902B3 - Auswertung von empfangenen Nutzinformationen durch Fehlerverschleierungsdetektion

Info

Publication number: DE10240902B3
Application number: DE2002140902
Authority: DE
Inventors: Matthias Marke; Wen Dr. Xu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-09-05

Abstract

Eine effektive Möglichkeit zum Erkennen von Fehlerverschleierung wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswerten von über ein Kommunikationsnetz empfangenen, Nutzinformationen enthaltenden Daten dadurch gekennzeichnet, dass durch eine statistische Analyse der Nutzinformationen die Anwendung einer Fehlerverschleierung nach dem Empfang detektiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswerten von über ein Kommunikationsnetz empfangenen, Nutzinformationen enthaltenden Daten.

In 3GPP TS 26.226 v5.0.0 (2001-03), 3^rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects; Cellular Text Telephone Modem; General Description (Release 5) ist eine technische Spezifikation für zellulare Text-Telefon-Modems (CTM) enthalten. In dieser Spezifikation wird ein CTM Gerät zum Auswerten von über ein Kommunikationsnetz empfangenen, Nutzinformationen enthaltenen Daten mit einem Demodulator im CTM Empfänger vorgeschlagen.

In Bossert, M.: Kanalcodierung, Stuttgart, Teubner, 1992, Seiten 124-127, ISBN 3-519-06143-0 wird der Einbezug von Zuverlässigkeitsinformationen beim Dekodieren von Daten mit Hilfe eines AWGN-Kanalmodells (Additives weißes Gaußsches Rauschen – Kanalmodell) diskutiert.

3GPP TS.26.071 v5.0.0 (2002-06), 3^rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Services and System Aspects, Mandatory speech CODEC speech processing functions, AMR speech CODEC, General description (Release 5) behandelt eine Spezifikation für die Sprach-Steuerung bei Schmalband Telephonie-Sprach-Diensten mit einem AMR-Sprach-Coder (Adaptive Multi-Rate – Sprach-Coder).

3GPP TS 26.093 v5.0.0 (2002-06), 3^rd Generation Partnership Project, Technical Specification Group Services and System Aspects, Mandatory speech CODEC speech processing functions, Adaptive Multi-Rate (AMR) Speech Codec, Source controlled rate operation (Release 5) beschreibt für das UMTS-System die kontrollierte Quellenrate (Source Controlled Rate (SCR) – Operation der AMR Sprach-Codec (Adaptive Multi Rate – Sprach-Codec) bei den Codec Typen UMTS AMR und GSM AMR.

Bei der digitalen Übertragung von Sprache über fehlerbehaftete Kanäle werden Quellencodierungsverfahren verwendet, um die benötigte Übertragungsbandbreite zu minimieren. Ein Kanalcode schützt die komprimierten Daten vor Übertragungsfehlern. Kann der Kanal-Decoder Fehler bei der Übertragung erkennen (z.B. Paritätsprüfung, CRC) und dem Quellen-Decoder die Fehlerhaftigkeit der Daten melden, so kann der Quellen-Decoder Fehlerverschleierungsmechanismen (Error Concealment) verwenden, um die Sprachqualität der empfangenen Daten zu verbessern. Wird der Sprachkanal aber verwendet, um modulierte Nutzinformationen, wie zum Beispiel Text bei Texttelephonie = CTM (Cellular Text telephone Modem), Dokumente, Graphik, Multimediadaten, etc. zu übertragen, ist diese Fehlerverschleierung nicht mehr günstig für die Übertragung dieser Nutzinformationen. Eine Nutzinformation ist die Information, die senderseitig in den Strom der Daten eingefügt wird und empfangsseitig wieder aus den Daten gewonnen wird, wie zum Beispiel Text, Sprach-, Bild, Videosignale, etc.. Die Daten sind dabei die empfangenen Signale, die in einer für die Übertragung typischen Weise codiert sind. Bei der Übertragung von Text nach dem USamerikanischen Texttelephoniestandard (vgl. 3GPP TS 26.226) durch digitale Codierung eines Alphabets, Kanalcodierung und frequenzmodulierte Übertragung über einen Sprachkanal, kann es vorkommen, dass ein Abschnitt dieses Sprachkanals über einen Mobilfunkkanal verläuft. Um die sichere Übertragung von Notrufen zu garantieren sind maximale Fehlerraten bei der Übertragung der einzelnen Buchstaben vorgeschrieben (vgl. 3GPP TS 26.231). Wird in diesem Mobilfunkkanal der Adaptive Multi-Rate (AMR) Sprachcodec verwendet, so wird bei der Erkennung eines fehlerhaft empfangenen Sprachrahmens eine Fehlerverschleierung verwendet. Dabei werden Parameter des letzten gut empfangenen Sprachrahmens verwendet. Zudem werden Parameter der vier 5 ms langen Unterrahmen des zuletzt gesendeten 20 ms langen AMR Rahmens Bemittelt. Für den Demodulator des Texttelephoniesystems bedeutet das, dass zum Zeitpunkt t an Stelle eines sehr verrauschten Signals, das schlechte Zuverlässigkeitsinformation im Demodulator erzeugen würde und somit bei der Kanaldecodierung nicht so stark berücksichtigt werden würde, ein Signal aus der Vergangenheit demoduliert wird, das eigentlich nicht mehr gültige Information enthält aber dafür mit wenig Rauschen empfangen wird. Für dieses Signal werden somit trotz falscher Information hohe Zuverlässigkeitswerte, die angeben, dass das Signal zuverlässig decodiert werden konnte, obwohl das hier bei Text nicht stimmt, generiert. Die Folge sind hohe Fehlerraten nach der Kanaldekodierung, die nicht aus den Zuverlässigkeitsinformationen ersichtlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung in einem zellularen mobilen Kommunikationsnetz zum empfangsseitigen Erkennen unzuverlässig detektierbarer empfangener Nutzinformationen vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung gelöst. Kern der Erfindung ist ein Verfahren zum empfangsseitigen Erkennung einer Fehlerverschleierung z. B. eines die empfangenen Daten dekodierenden Sprachdecoders, anhand der aus den Empfangsdaten gewonnenen statistischen Parameter. Diese kann im allgemeinen für die Übertragung von Nutzinformationen, wie Sprach-, Bild-, Videosignalen, etc., verwendet werden, bei welcher empfangsseitig Fehlerverschleierung eingesetzt wird. Bei einem CTM Gerät werden Zuverlässigkeitsinformationen (Softwerte) entsprechend der Fehlerverschleierung (vorliegend oder nicht vorliegend) unterschiedlich behandelt bzw. gewichtet. Bei der AMR Sprachübertragung in einem mobilen Kommunikationsnetz kann mit Hilfe der Erfindung der AMR Modus umgeschaltet werden, um die Fehlerverschleierung zu minimieren. Bei anderen Anwendungen zur Datenübertragung kann dieses Verfahren hinsichtlich der Qualität der übertragenen Daten zur Entscheidungsfindung, ob Daten nochmals übertragen werden sollen, verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ist, dass keine explizite Information eines Empfängers über die Verwendung von Fehlerverschleierung nötig ist, somit ist es für Zubehör ebenfalls geeignet. Setzt man dieses Verfahren bei externen CTM (Cellular Text telephone Modem)-Zusatzgeräten ein, so funktioniert das CTM Gerät ohne Anpassung mit verschiedenen Mobilfunkendgerät-Fabrikaten. Mit Hilfe der Erfindung kann zuverlässig entschieden werden, ob die empfangenen Nutzinformationen durch eine Fehlerverschleierung verfälscht wurden. Ferner können die Fehlerraten bei der Übertragung minimiert werden, was gerade bei Notrufen einen großen Vorteil darstellt. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine vereinfachte Darstellung der statistischen Analyse von Daten zur Detektion des Einsatzes von Fehlerverschleierung bei einer erfolgten Sprachdecodierung der Daten
1 zeigt, wie ein AMR Kanal Decoder in einem AMR Empfänger (6) von einem Entzerrer die übertragenen Daten in Form von TDMA-Bursts erhält. Der AMR Kanal Decoder (1) korrigiert so weit möglich Kanalfehler. Anhand einer Prüfsumme (CRC) erkennt er (1), ob der kanaldecodierte AMR Sprachrahmen brauchbar oder unbrauchbar (im Sinne von zu stark durch die Übertragung gestört) ist. Er übergibt an den AMR Sprach Decoder (2) den decodierten Sprachrahmen, den AMR Modus und die Zusatzinformation, ob der Rahmen brauchbar ist. Letztere Information ist im Parameter RX FRAME TYPE enthalten (BFI = Bad Frame Indikator). Der AMR Sprach Decoder (2) nutzt den BFI (Bad Frame Indikator), um unbrauchbare Rahmen nicht direkt in Sprache (Audio-Signal) umzusetzen, sondern die Nutzinformationen enthaltenden Daten in diesem Falle aus Rahmen aus der Vergangenheit so zu synthetisieren, dass das menschliche Ohr nur eine minimale Störung wahrnimmt (Fehlerverschleierung). Am Ausgang des Moduls (2) liegt ein PCM (Puls Code Modulation) Signal an.
Das quellendecodierte Audiosignal wird auf charakteristische Merkmale der Fehlerverschleierung hin untersucht, die mit einer ausreichend hohen Wahrscheinlichkeit auf die Anwendung einer Fehlerverschleierung bei der Dekodierung im untersuchten Zeitfenster schließen lassen. Die so gewonnene Aussage, ob wahrscheinlich Fehlerverschleierung vorliegt, geht in eine die Zuverlässigkeit richtiger Demodulation der Nutzinformationen angebende Zuverlässigkeitsinformation, die der Demodulator (3) der Nutzinformationen enthaltenden Daten liefert, ein: Falls es wahrscheinlich ist, dass für Nutzinformationen Fehlerverschleierung im Demodulationszeitfenster verwendet wurde sinkt die Zuverlässigkeit (= Wahrscheinlichkeit), dass die Nutzinformationen zutreffend (= richtig) dekodiert wurden, also den gesendeten Nutzinformationen entsprechen. Die Zuverlässigkeitsinformationen werden also auf einen niedrigereren Wert festgelegt als wenn keine Anwendung einer Fehlerverschleierung detektiert worden wäre. Eine folgende Kanaldecodierung der Nutzinformationen enthaltenden Daten kann mit dieser Zuverlässigkeitsinformation Fehler besser feststellen und korrigieren. Nutzinformationen können z. B. aus Zahlen, Buchstaben oder Zahlen und Buchstaben bestehen. Der CTM Empfänger (5) besteht u.a. aus einer Demodulator-Einheit (3) und dem Fehlerkorrektur-Modul (4). In ersterem werden aus 40 PCM-Signalwerten zwei Bits generiert, die frequenzmoduliert im PCM-Signal enthalten sind. Den Bits wird eine Zuverlässigkeitsinformation beigefügt. Die Zuverlässigkeitsinformation ist fälschlicherweise hoch, wenn die 40 Signalwerte aus einem AMR Rahmen entstammen, der eigentlich unbrauchbar empfangen wurde. Durch die Fehlerverschleierung besitzt das Signal wenige akustische Störanteile, hat aber die frequenzmodulierte Information einem Sprachrahmen der Vergangenheit entnommen und ist deshalb zum aktuellen Zeitpunkt nicht verwertbar.
Es ist dem PCM-Signal nicht mehr unmittelbar zu entnehmen, ob eine Fehlerverschleierung angewendet wurde. Beim CTM Empfänger (5) werden pro 5ms 2 Bit frequenzmoduliert (4 Frequenzen) übertragen. Mit einem Korrelationsdemodulator (3) wird die Frequenz ermittelt, die am wahrscheinlichsten gesendet wurde. Ein CTM (Cellular Text telephone Modem) ist ein Modem das die Übertragung von Textnachrichten über Sprachkanäle in Mobilfunksystemen ermöglicht. Unabhängig vom Sprachkanal (Fullrate Speech, Half rate Speech, Enhanced Fullrate Speech, AMR, zukünftige Technologien) können Informationen von Gehör- oder Sprachbehinderten übertragen werden, indem Buchstaben codiert und frequenzmoduliert im Sprachfrequenzband übertragen werden.
Im Gegensatz zu anderen Texttelephonie-Standards, die für Festnetze ausgelegt sind, ist CTM mit robustem Fehlerschutz für mobile Übertragung entwickelt. Das CTM ist entweder ein externes Zusatzgerät für Mobiltelefone oder es ist als DSP Code in Firmware implementiert im Mobiltelefon integriert.
Diese Information sowie die Angaben betreffend die Zuverlässigkeit werden an den Kanal-Decoder des CTM Systems übermittelt. Zudem kann die Signalenergie gemessen werden. Sms entspricht einem Viertel eines AMR Rahmens von 20 ms. Bei Fehlerverschleierung im AMR Empfänger (6) werden Parameter aus früheren, korrekt empfangenen Rahmen wiederholt, es wird also zum Zeitpunkt t ein Signal ausgegeben, das dem Signal zum Zeitpunkt t minus 20ms sehr ähnlich ist, aber niedrigere Signalenergie besitzt (die Verstärkungsfaktoren werden gedämpft). Der Vergleich der aktuell zum Zeitpunkt t detektierten Frequenz und der Signalenergie mit der detektierten Frequenz und Signalenergie zum Zeitpunkt t minus 20 ms lässt also bei gleicher Frequenz und niedrigerer Signalenergie zum Zeitpunkt t mit gewisser Wahrscheinlichkeit auf Fehlerverschleierung schließen und die Zuverlässigkeitsinformation des CTM Demodulators (3) kann dahingehend geändert werden, dass sie eine niedrige Zuverlässigkeit angibt. Genauso kann verfahren werden, wenn in unmittelbar aufeinander folgenden 5 ms Unterrahmen die gleiche Frequenz detektiert und gleichbleibende bis sinkende Signalenergie gemessen wird, da auch das ein Indiz für die Anwendung von Fehlerverschleierung bei der erfolgten Demodulation ist. Bei der AMR Fehlerverschleierung werden nämlich Parameter der Unterrahmen Bemittelt und somit 4 Unterrahmen lang ähnliche Signale ausgegeben. Durch diese beiden Ansätze und eine optimal parametrisierte Dämpfung der Zuverlässigkeitsinformation kann die Fehlerrate bei der Buchstabenübertragung um ca. 20 Prozent gesenkt werden.
Durch die in der Erfindung beschriebenen statistischen Untersuchungen kann geschätzt werden, ob eine Fehlerverschleierung verwendet wurde. Die Zuverlässigkeitsinformation kann dann angepasst werden, damit kann für Text/(CTM) – Daten zutreffend angegeben werden, ob sie mit hoher oder niedriger Wahrscheinlichkeit (= mehr oder weniger zuverlässig) zutreffend demoduliert wurden, da dies von der Anwendung der (für Text/(CTM) – Daten ungeeigneten) Fehlerverschleierung bei der Demodulation abhängt. Die Daten bestehen aus den Nutzinformationen, beim CTM noch mit dem Header und sonstigen Informationen.

Claims

Verfahren zum Auswerten von über ein Kommunikationsnetz empfangenen, Nutzinformationen enthaltenden Daten, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine statistische Analyse der Nutzinformationen die Anwendung einer Fehlerverschleierung nach dem Empfang detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit einer zutreffenden Dekodierung der empfangenen Daten repräsentierende Zuverlässigkeitsinformationen in Abhängigkeit vom Ergebnis der Detektion einer Fehlerverschleierung bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein AMR-Kanal-Decoder (1) die Zuverlässigkeitsinformation beim Kanaldekodieren berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten Notruf-bezogene Daten sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der Daten in einer Mobilstation (MS) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Daten über ein zellulares mobiles Kommunikationsnetz erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der Daten in einem CTM-Empfänger (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das statistische Erkennen einer Fehlerverschleierung die Zeitabschnitte der Rahmen der empfangenen Nutzinformationen analysiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse der Zeitabschnitte in einem CTM-Demodulator (3) geschieht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der statistischen Analyse an ein Fehler-Korrektur-Modul (4) im CTM Empfänger (5) weitergeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten AMR (Adaptive Multi-Rate) kodiert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzinformation aus Text, Sprach-, Bild-, und/oder Videosignale besteht.
Vorrichtung zum Auswerten von über ein Kommunikationsnetz empfangenen, Nutzinformationen enthaltenden Daten, – mit einem Demodulator (3) in einem CTM Empfänger (5) zum Auswerten und statistischen Analysieren von Nutzinformationen enthaltenden Daten, zum Detektieren der Anwendung einer Fehlerverschleierung anhand der statistischen Analyse, zum Erstellen einer Zuverlässigkeitsinformation betreffend die Höhe der Wahrscheinlichkeit einer zutreffenden Demodulation der Nutzinformationen enthaltenden Daten und zum Weiterleiten von Nutzinformationen enthaltenden Daten mit der Zuverlässigkeitsinformation an ein Fehler-Korrektur-Modul (4), – mit einem Fehler-Korrektur-Modul (4) zum Korrigieren der erhaltenen Nutzinformationen enthaltenden Daten unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeitsinformation.