DE19617630A1

DE19617630A1 - Verfahren zum Herleiten der Nachwirkperiode in einem Sprachdecodierer bei diskontinuierlicher Übertragung, sowie Sprachcodierer und Sender-Empfänger

Info

Publication number: DE19617630A1
Application number: DE19617630A
Authority: DE
Inventors: Pekka Kapanen
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2016-05-03
Also published as: ES2114820A1; BR9608734A; AT405346B; SE518907C2; FR2736186B1; CA2222501C; MX9710357A; ES2114820B1; GB2303034B; FI953252A; ITMI961200A0; DE19617630B4; FR2736186A1; GB2303034A; JPH11514168A; SE9602230D0; AU6226096A; FI105001B; CN1189911A; FI953252A0

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Sprachcodierung und -de codierung, wie sie bei digitalen Funksystemen verwendet wird, und insbesondere betrifft sie die Frage, wie die nach Sprechperioden in einem Modus mit diskontinuierlicher Über tragung verwendete Nachwirkperiode in einem Sprachdecodierer genutzt wird. Die Erfindung betrifft speziell ein Verfahren zum Herleiten der Nachwirkperiode in einem Sprachdecodierer in einem Kommunikationssystem unter Verwendung diskonti nuierlicher Übertragung zwischen dem Sender und dem Empfän ger, wobei die diskontinuierliche Übertragung zeitlich auf einanderfolgende Rahmenperioden umfaßt, von denen einige übertragene Rahmen und einige keine Übertragung enthalten, wobei das Verfahren Schritte zum Erzeugen von Informations übertragungsperioden, die mindestens einen Rahmen umfassen und Information enthalten, wie sie von einem Benutzer an die Sendervorrichtung gegeben wird, und zum Erzeugen von Stille perioden umfaßt, die eine Länge von mindestens einer Rahmen periode aufweisen und andere Information als die vom Benut zer gelieferte enthalten, wobei eine unregelmäßig auftreten de Periode existiert, die mindestens einen Rahmen zwischen einer Informationsübertragungsperiode und der nächsten Stil leperiode enthält und die eine Nachwirkperiode zum Ermit teln der Information betreffend die Stilleperiode bildet. Dementsprechend betrifft die Erfindung auch einen Sprachde codierer und einen Sender-Empfänger, die dieses Verfahren realisieren.

Nachfolgend wird veranschaulicht, wie Sprachcodierung und -decodierung mit Funktionen eines Funktelefons in Verbindung steht, und um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird der Betrieb eines Sender-Empfängers in einem Kleinzo nen-Mobilfunksystem erläutert. Als Beispiel werden unter Be zugnahme auf Fig. 1 die Sende- und Empfangsfunktion des ge samteuropäischen GSM-Systems auf Grundlage von TDMA (Time Division Multiple Access = Zeitvielfachzugriff) beschrieben, wobei die Figur ein Blockdiagramm eines Sender-Empfängers eines Mobiltelefons gemäß dem GSM-System zeigt. Ein Sender- Empfänger in einer Basisstation unterscheidet sich von dem eines Mobiltelefons dahingehend, daß er über kein Mikrofon und keinen Lautsprecher verfügt, jedoch ist er in anderer Hinsicht dem Sender-Empfänger eines Mobiltelefons grundsätz lich ähnlich.

Der erste Schritt einer Übertragungsfolge besteht darin, Sprache erstens zu digitalisieren und zweitens zu codieren. Der Abtastvorgang mit einem A/D-Umsetzer 1 erfolgt mit 8 kHz, und der Sprachcodieralgorithmus nimmt an, daß das Eingangssignal als lineares PCM-Signal mit 13 Bits vorliegt. Abtastwerte vom A/D-Umsetzer werden jeweils in Sprachrahmen von 160 Bits aufgeteilt, wodurch die Länge jedes Rahmens 20 ms beträgt. Der Sprachcodierer 20 verarbeitet Sprachrah men mit einer Länge von 20 ms, d. h., daß ein Puffer 20 ms an Sprachsignalen empfängt, bevor Codierung beginnt. Codier vorgänge erfolgen für jeden Rahmen oder für zugehörige Un terrahmen (Blöcke von 40 Bits). Die Codierung im Sprachco dierer 2 führt zu 260 Sprachparameterbits für einen Rahmen.

Nach der Sprachcodierung 2 erfolgt Kanalcodierung 3 in zwei Schritten auf solche Weise, daß als erstes die 50 wichtig sten der insgesamt 260 Bits in einem Sprachparameterrahmen durch einen Blockcode 3a (=CRC, 3 Bits) geschützt werden und dann diese und die nächstwichtigen Bits (132) ferner durch einen Faltungscode 3b (Codierverhältnis 1/2) ((50 + 3 + 132 + 4) _* 2 = 378) geschützt werden, wobei ein Teil der Bits (78) ohne Schutz verwendet wird. Wie es in Fig. 1 dar gestellt ist, empfängt der Blockcodierungsabschnitt 3a Sig nalgabe- und Logikmeldungen unmittelbar von der die Telefon abschnitte steuernden Steuereinheit 19, und demgemäß sind diese Informationsmeldungen nicht sprachcodiert. Auf ent sprechende Weise werden die beim Empfang erhaltenen Signal gabe- und Logikmeldungen von einem Kanaldecodierabschnitt 15 an die Steuereinheit gegeben. Bei der Blockcodierung 3a wird an das Ende des Sprachrahmens eine Bitfolge hinzugefügt, die die Erkennung von Übertragungsfehlern beim Empfang ermög licht. Der Faltungscode 3b erhöht die Redundanz für den Sprachrahmen. So werden insgesamt 456 Bits für jeden Rahmen von 20 ms übertragen.

Diese 456 Bits werden verschachtelt (Vorgang 4), wobei diese Verschachtelung ebenfalls zwei Schritte umfaßt. Als erstes (Vorgang 4a) werden die Bits umbesetzt und in acht Blöcken gleicher Größe angeordnet. Diese Blöcke werden ferner (Vor gang 4b) in 8 aufeinanderfolgende TDMA-Rahmen unter teilt, oder die 456 verschachtelten Bits werden in 8 Zeitschlitzen über den Funkpfad übertragen (57 Bits in jedem Zeitschlitz). Im allgemeinen treten Übertragungsfehler als Fehlerbündel auf, weswegen es die Aufgabe der Verschachte lung ist, Fehler gleichmäßig über die übertragenen Daten zu verteilen, wodurch die Kanaldecodierung am wirkungsvollsten arbeitet. Nach dem Entschachteln ist ein Fehlerbündel in einzelne Fehlerbits umgesetzt, die durch Kanaldecodierung korrigiert werden können. Der nächste Schritt in der Über tragungsfolge ist die Datencodierung 5. Die Codierung er folgt durch einen Algorithmus, der einer der bestgehüteten Geheimnisse im GSM-System ist. Die Verschlüsselung verhin dert unberechtigtes Mithören, wie es bei analogen Netzen möglich ist.

Die codierten Daten werden dadurch in ein Übertragungssig nalpaket umgesetzt (Vorgang 6), daß zu ihnen eine Trai ningsfolge, nacheilende Bits und eine Schutzperiode hinzu gefügt werden. Das Übertragungssignalpaket wird an einen GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying = Umtastung für Minimum der Normalverteilung)-Modulator 7 geliefert, der das Signal paket für die Übertragung moduliert. Das GMSK-Modulations verfahren ist ein digitales Modulationsverfahren mit kon stanter Amplitude, bei dem die -Information in Phasenver schiebungen enthalten ist. Mittels einer oder mehreren Zwi schenfrequenzen setzt ein Sender 8 das modulierte Signalpa ket in 900 MHz hoch und überträgt es über die Antenne auf den Funkpfad. Der Sender 8 ist einer von drei Hochfrequenz teilen HF. Ein Empfänger 9 bildet den ersten Abschnitt auf der Empfangsseite, und er führt im Vergleich zum Sender 8 die umgekehrten Vorgänge aus. Das dritte HF-Teil ist ein Synthetisierer 10, der Frequenzen erzeugt. Das GSM-System nutzt ein Frequenzsprungverfahren, durch das die Sende- und Empfangsfrequenzen für jeden TDMA-Rahmen geändert werden.

Das Frequenzsprungverfahren verbessert die Verbindungsquali tät, erlegt jedoch dem Synthetisierer 10 strenge Erforder nisse auf. Der Synthetisierer 10 muß dazu in der Lage sein, sehr schnell, nämlich in weniger als einer Millisekunde, von einer Frequenz auf eine andere umzuschalten.

Beim Empfang werden die umgekehrten Vorgänge ausgeführt. Hinter dem HF-Empfänger 9 und einem Demodulator 11 erfolgt eine Erkennung (Vorgang 12) z. B. durch einen Kanalentzer rer, der die Bits in den empfangenen Abtastwerten erfaßt, anders gesagt, versucht, die übertragene Bitfolge zu erstel len. Nach der Erkennung erfolgen eine Entschlüsselung (Vor gang 13) und Entschachtelung (Vorgang 14) und die erkannten Bits werden kanalmäßig decodiert (Vorgang 15) und mittels einer Überprüfung auf zyklische Redundanz (CRC) wird eine Fehlerprüfsumme überprüft. Die Kanaldecodierung 15 versucht Bitfehler zu korrigieren, wie sie während der Übertragung eines Signalpakets auftreten. Nach der Kanaldecodierung 15 enthält ein Sprachparameterrahmen von 260 Bits die übertra genen Parameter, die die Sprache beschreiben und mit denen der Sprachdecodierer 16 die digitalen Abtastwerte für das Sprachsignal wieder erstellt. Die Abtastwerte werden von einem D/A-Umsetzer 17 umgesetzt, um von einem Lautsprecher 18 wiedergegeben zu werden.

Der Sender-Empfänger verfügt über eine Steuereinheit 19, die die zentrale, die mobile Station steuernde Einheit ist und die im wesentlichen alle Abschnitte 1 bis 18 steuert, ihren Betrieb koordiniert und die zeitlichen Zusammenhänge kon trolliert. Die Steuereinheit 19 besteht im allgemeinen aus einem Mikroprozessor.

Das GSM-System beruht auf TDMA und hierfür sind jeweils zwei Frequenzbänder von 25 MHz reserviert: in einer mobilen Ein heit sind dies 890-915 MHz für den Sendevorgang und 935-960 MHz für den Empfangsvorgang. Diese Frequenzbänder sind in 124 Frequenzkanäle mit einer Beabstandung von 200 kHz unter teilt. Gemäß dem TDMA-Prinzip ist jeder Frequenzkanal in 8 Zeitschlitze unterteilt. Jedes Mobiltelefon erhält ei nen Zeitschlitz für Sende- und Empfangsvorgänge, so daß je der Frequenzkanal gleichzeitig acht Anrufe führen kann. Die Kommunikation im Funkpfad erfolgt in Form von Signalpaketen in diesen Zeitschlitzen, wobei jedes Signalpaket in seinem eigenen Zeitschlitz übertragen wird. Im GSM-System erzeugt eine Sendekapazität von 271 kbit/s ein Signalpaket mit einer Periode von 577 µs und einer Länge von 156,25 Bits, wodurch die Länge eines TDMA-Rahmens aus 8 Zeitschlitzen 4,615 ms beträgt. Fig. 2 zeigt den Sende- und Empfangsvorgang, wie für ein Mobiltelefon gesehen, das über einen Zeitschlitz RX2 für Empfang und einen Zeitschlitz TX2 für Sendung in jedem 8 Zeitschlitze umfassenden TDMA-Rahmen verfügt. So weist ein Mobiltelefon in jedem TDMA-Rahmen mit einer Länge von 4,615 ms während einer Periode von 0,577 ms einen Sendevor gang auf.

In digitalen Kleinzonen-Funktelefonsystemen wie dem GSM-Sy stem (Global System for Mobile Communications) wird im all gemeinen ein sogenannter Modus mit diskontinuierlicher Über tragung (DTX) verwendet, um den Sender des Funktelefons wäh rend des größeren Teils der Zeit abzuschalten, in der der Benutzer nichts spricht, d. h., wenn das Telefon nichts zu übertragen hat. Die Aufgabe dieser Maßnahme ist es, den mittleren Energieverbrauch des Funktelefons zu verringern und den Nutzungsgrad der Funkfrequenzen zu verbessern, da die Übertragung eines Signals, das nur einen Stillezustand überträgt, unnötige Wechselwirkung mit anderen, gleichzeiti gen Funkverbindungen verursacht. Um den Hintergrund der Er findung zu verdeutlichen, erfolgt nachfolgend eine ziemlich detaillierte Beschreibung zu einem bekannten Verfahren hin sichtlich der Verwendung diskontinuierlicher Übertragung bei der Sprachcodierung und -decodierung. Das GSM-System wird mit seinen Bezeichnungen, Abkürzungen und Standards als Bei spiel zum Veranschaulichen des Hintergrunds und der Anwend barkeit der Erfindung verwendet, jedoch ist die Erfindung in keiner Weise nur auf das GSM-System beschränkt.

Fig. 3 zeigt das Blockdiagramm einer Funksystem-Sendervor richtung mit einer Sprachcodiervorrichtung oder einem Sprachcodierer 102. Ein an dessen Eingangsanschluß 100 emp fangenes digitalisiertes Sprachsignal 101 wird im Sprachco dierer 102 in als Sprachrahmen bezeichneten Perioden verar beitet. Die Länge eines Sprachrahmens beträgt im allgemeinen ungefähr 10 bis 30 ms (bei GSM 20 ms) und die Abtastfrequenz des Sprachsignals 101, mit der es in digitale Form umgesetzt wird, beträgt im allgemeinen 8 kHz. Die durch den Sprachco dierer 102 erzeugten Rahmen umfassen einen Satz von Parame tern 103, die über einen jeweiligen Anschluß 111 an den Funkabschnitt der Endstellenausrüstung des zugehörigen digi talen Kleinzonennetzes übertragen werden, um weiter an den Empfänger übertragen zu werden. In diesem Text ist angenom men, daß der Funkabschnitt des Senders ab dem Eingang des Kanalcodierers beginnt, d. h., daß der Anschluß 111 des Sprachcodierers direkt mit dem Funkabschnitt des Senders verbunden ist.

Der Sprachcodierer von Fig. 3 umfaßt einen Block 104 zur Tonaktivitätserfassung (VAD), der indirekt die diskonti nuierliche Übertragungsfunktion steuert. Er erfaßt das Vor handensein von Information, wie die Sprache, die zu über tragen ist, d. h., er erkennt, wann die Verarbeitung sowohl Störsignale als auch Sprache betrifft und wann nur Störsig nale zu verarbeiten sind. Er arbeitet kontinuierlich und un tersucht auf diese Weise, ob der Benutzer in das Mikrofon spricht oder nicht. Die Funktion des VAD-Blocks 104 beruht aufinternen Variablen 105 des Sprachcodierers, und das von ihm erzeugte Ausgangssignal 106 besteht vorzugsweise aus einem Bit, das als VAD-Flag bezeichnet wird. Der Wert 1 des VAD-Flags entspricht einer Situation, bei der die Verarbei tung den Sprachvorgang des Benutzers betrifft, und der Wert 0 entspricht einer Situation, in der der Benutzer still ist und die Verarbeitung im Sprachcodierer nur Störsignale be trifft. Ein bestimmter Wert des VAD-Flags betrifft immer einen vom Sprachcodierer 102 erzeugten bestimmten Rahmen. Die Funktion eines typischen VAD-Blocks 104 ist im einzel nen in den GSM-Standards GSM 06.32 und GSM 06.42 sowie in der Patentveröffentlichung WO 89/08910 beschrieben.

Gemäß dem wohlbekannten Funktionsprinzip überträgt der Sprachcodierer 102 kontinuierlich Rahmen über den Anschluß 111 an den Funkabschnitt der Sendevorrichtung. Jeder Rahmen enthält ein bestimmtes Bit, das sogenannte SP-Flag 107, das mitteilt, ob der entsprechende Rahmen Sprachparameter (Wert 1 des SP-Flags) enthält oder ob der Rahmen ein sogenannter Stilledeskriptor- oder SID (Silence Descriptor) -Rahmen (Wert 0 des SP-Flags) ist. Bestimmte Parameter, wie sie nachfol gend beschrieben werden, werden im SID-Rahmen an den Empfän ger übertragen, oder es existiert keine Übertragung während dieses Rahmens (der die stille Periode bei der diskonti nuierlichen Übertragung repräsentiert, wenn keine tatsächli che Übertragung vorliegt). Im Funkabschnitt des Senders hän gen die Verarbeitung der Rahmen und ihre Übertragung über die Funkschnittstelle an den Empfänger vom Wert des SP- Flags ab, wie auch von der zeitlichen Planung der Übertra gung von SID-Rahmen auf Grundlage der TDMA-Mehrrahmenstruk tur. Um diskontinuierliche Übertragung zu realisieren, ver fügt der Sprachcodierer über eine Steuereinheit 112 für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus, der die Funktion des Sprachcodierers 102 (der unter anderem den Wert des SP-Flags 107 festlegt) und eines SID-Speichers 110 steuert, der nach folgend beschrieben wird. Vorzugsweise ist die Steuereinheit oder der Block 112 durch Software realisiert, was gemäß den GSM-Standards wohlbekannt ist. Typische Ausführungsformen für die Steuereinheit 112 für den diskontinuierlichen Über tragungsmodus sowie für den SID-Speicher 110 sind für das GSM-System in den GSM-Standards GSM 06.31 und GSM 06.41 be schrieben.

Beim diskontinuierlichen Übertragungsmodus besteht ein Grundproblem, das durch Hintergrundgeräusche bei der Über tragung hervorgerufen wird. Gemäß der oben angegebenen De finition bedeutet Diskontinuität, daß dann, wenn der VAD- Block 104 erkennt, daß der Benutzer nicht spricht, und er den Steuerblock 112 darüber informiert, die Zufuhr von Sprachrahmen zum empfangenden Benutzer über die Funkschnitt stelle unterbrochen wird. Es wird auch das im Sprachhinter grund hörbare Hintergrundgeräusch unterbrochen, wenn die Übertragung unterbrochen wird. Dann nimmt der empfangende Benutzer die unterbrochene Übertragung dadurch wahr, daß er im Hörer keine Störungen hört. Bei diskontinuierlicher Über tragung kann die Übertragung sehr schnell und mit unregel mäßigen Intervallen unterbrochen werden, so daß der empfan gende Benutzer den sich schnell ändernden Tonpegel als stö rend empfindet. Insbesondere dann, wenn sich der sendende Benutzer in einer störsignalreichen Umgebung, wie einem Fahrzeug, befindet, können beim empfangenden Benutzer Schwierigkeiten hinsichtlich des Verstehens des Gesprächs des sendenden Benutzers bestehen. Eine allgemein verwendete Lösung betreffend das beschriebene Problem besteht darin, auf der Empfangsseite künstliche Störsignale während Unter brechungen beim Sendevorgang zu erzeugen, die dem Hinter grundgeräusch ähneln und die als Beruhigungsgeräusche be zeichnet werden. Ein Beruhigungsgeräuschparameter-Berech nungsblock 108 auf der Sendeseite berechnet Parameter, wie sie zum Erzeugen der Beruhigungsgeräusche erforderlich sind, und diese Parameter werden unmittelbar nach der Sprechpe riode und vom der Unterbrechung der Übertragung im Stille deskriptor oder im SID-Rahmen an den Empfänger übertragen, und auch danach mit langen Intervallen, jedoch regelmäßig (abhängig von der zeitlichen Planung der Übertragung von SID-Rahmen auf Grundlage der TDMA-Mehrrahmenstruktur). SID-Rahmen, wie sie mit langen Intervallen auch während der diskontinuierlichen Übertragung gesendet werden, bilden eine Maßnahme zum Vorbereiten von Änderungen bei den Hintergrund geräuschen und sie sorgen für die Möglichkeit, daß der Störsignalgenerator im Empfänger an diese Änderungen ange paßt wird.

Es hat sich herausgestellt, daß Beruhigungsgeräusche guter Qualität, wie sie vom empfangenden Benutzer gehört werden, in der Empfangsvorrichtung erzeugt werden können, wenn die Parameter, wie sie vom Sender in einem SID-Rahmen empfangen werden, den Hintergrundgeräuschpegel und die Einhülle des akustischen Spektrums auf der Sendeseite ausreichend gut be schreiben. Diese Hintergrundgeräuschcharakteristik ändert sich im allgemeinen gering über die Zeit, so daß der Be ruhigungsgeräusch-Berechnungsprozeß zum Erhalten einer re präsentativen Probe den Hintergrundgeräuschpegel und die Form der spektralen Einhüllenden während einiger weniger Sprachrahmen mitteln muß. Die GSM-Standards GSM 06.31 und GSM 06.41 definieren die Funktion eines Sprachcodierers mit voller Rate und halbständiger Rate bei kontinuierlicher Übertragung, wobei die Mittelungsperiode im erstgenannten Fall 4 Sprachrahmen und im zweiten Fall 8 Sprachrahmen be trägt, wodurch die Länge eines Sprachrahmens 20 ms be trägt.

Das Konzept der sogenannten Nachwirkperiode wurde definiert, um dem Sender ausreichend Zeit dafür zu lassen, den ersten SID-Rahmen zu ermitteln, der Parameter enthält, wie sie für die Erzeugung von Beruhigungsgeräuschen erforderlich sind, nachdem eine Sprechperiode 200 beendet ist und bevor die Übertragung unterbrochen wird. Die Nachwirkperiode bedeutet die Zeit, in der der VAD-Block 104 das Ende des Sprachvor gangs erkannt hat (Wert des VAD-Flags 106 ist 0), jedoch Sprachrahmen immer noch übertragen werden (Wert des SP- Flags 107 ist 1). Diese Situation ist in Fig. 4 veranschau licht, gemäß der der Wert des VAD-Flags 106 unmittelbar bei Beendigung eines Sprachvorgangs auf 0 zurückgesetzt wird, jedoch der Wert des SP-Flags erst nach der Nachwirkperiode T auf 0 zurückgesetzt wird. Während der Nachwirkperiode kann gewährleistet werden, daß das verarbeitete Signal nur Stör geräusche umfaßt, da der VAD-Block erkannt hat, daß der Be nutzer nicht spricht. So kann die in den während der Periode T verarbeiteten Sprachrahmen 201 bis 207 enthaltene Informa tion dazu verwendet werden, die Parameter zu bestimmen, wie sie für die Erzeugung von Beruhigungsgeräuschen erforder lich sind.

Die Länge der Nachwirkperiode T hängt von der Mittelungszeit für die Geräuschmessung ab. Sie muß ausreichend lang dafür sein, daß der Mittelungsprozeß abgeschlossen werden kann und daß es möglich ist, die richtigen Parameter zur Erzeugung von Beruhigungsgeräuschen an die Empfangsseite zu senden. Wenn GSM-Sprachcodierung mit voller Rate verwendet wird, entspricht die Länge der Nachwirkperiode einer Mittelungs zeit von 4 Rahmen (Sprachrahmen) und die Beruhigungsge räuschparameter werden insbesondere gemäß diesen Rahmen berechnet. Bei einem mit halber Rate arbeitenden GSM-Codie rer beträgt die Länge der Nachwirkperiode 7 Rahmen (Sprach rahmen), da der achte, zur Mittelungsperiode gehörige Rahmen (Sprachrahmen) vom Sprachcodierer während derjenigen Periode erhalten wird, in der der erste SID-Rahmen (208 in Fig. 4) verarbeitet wird. Fig. 4 betrifft speziell den letztgenann ten Fall, d. h. sie repräsentiert die Beziehung zwischen der Nachwirkperiode T und der Mittelungszeit, wenn ein mit halber Rate arbeitender GSM-Sprachcodierer verwendet wird. Die Mittelungsperiode betreffend den ersten STD-Rahmen 208 ist durch den Abschnitt einer Linie 211 markiert, und die Mittelungsperiode betreffend den zweiten STD-Rahmen ist durch den Abschnitt einer Linie 212 markiert.

Wenn die Mittelungsperiode abgeschlossen ist und der Sprach codierer STD-Rahmen erzeugt, fährt ein Algorithmus im Be ruhigungsgeräuschparameter-Berechnungsblock 108 damit fort, die Eigenschaften der Hintergrundgeräusche abzuschätzen.

Der Sprachcodierer gibt einen STD-Rahmen an den Funkab schnitt 111 des Senders weiter, und zwar während jedes derartigen Rahmens, wenn das SP-Flag 107 den Wert 0 hat. Wie oben angegeben, werden nicht alle STD-Rahmen an den Sender übertragen, um die Vorteile des diskontinuierlichen Über tragungsmodus durch Abschalten des Senders zu erzielen, wenn keine Rahmen zur Übertragung vorgesehen sind. Der Funkab schnitt sieht den ersten STD-Rahmen nach der Sprechperiode und vor dem Unterbrechen der Übertragung zur Übertragung vor, sowie danach STD-Rahmen mit langen, jedoch gleichmäßi gen Intervallen auf Grundlage der TDMA-Mehrrahmenstruktur. Der Steuerblock 112 liefert an den Block 108 Information zum Ende der Mittelungsperiode, wozu er den Wert 1 für ein Flag 109 einstellt. Normalerweise hat dieses Flag den Wert 0, jedoch wird sein Wert auf 1 gesetzt, wenn der aktualisierte STD-Rahmen an den Funkabschnitt 111 des Senders geliefert wird. Wenn das Flag 109 den Wert 1 erhält, d. h., wenn die Mittelungsperiode abgelaufen ist, führt der Beruhigungsge räuschparameter-Berechnungsalgorithmus die Mittelung aus und gibt den aktualisierten STD-Rahmen an den Funkabschnitt, damit er weiter an den Sendezweig (den Kanalcodierer 3 in Fig. 1) geliefert werden kann. Wenn eine neue Mittelungspe riode während eines bestimmten Rahmens abgeschlossen wird, berechnet der Sprachcodierer einen neuen STD-Rahmen und liefert diesen an den Funkabschnitt 111 und schreibt die so erhaltenen SID-Parameter zur Speicherung in den SID-Block 110 ein. Wenn die Mittelungsperiode noch nicht abgeschlossen ist und das SP-Flag 107 den Wert 0 erhält (wie nach einer kurzen Sprechperiode) werden die im SID-Speicherblock abge speicherten, am jüngsten berechneten SID-Parameter ausgele sen und an den Funkabschnitt 111 geliefert. Wenn die Sprech periode sehr kurz war, d. h. wenn eine Periode mit weniger als 24 Rahmen ab dem Zeitpunkt verstrich, ab dem der letzte SID-Rahmen erzeugt und an den Funkabschnitt geliefert wurde, wird während der nächsten Rahmen der letzte SID-Rahmen wiederholt aus dem SID-Speicher 110 abgerufen und an den Funkabschnitt geliefert, bis ein neu-aktualisierter SID-Rah men verfügbar ist, d. h., bis eine Mittelungsperiode verstri chen ist. Die Aufgabe dieser Funktion ist es, eine unnötige Übertragungsaktivität in solchen Fällen zu verringern, in denen kurze Spitzenwerte von Hintergrundgeräusch unbeabsich tigt als Sprache interpretiert werden, da dann keine Nach wirkperiode dazu erzeugt wird, einen neuen SID-Rahmen nach einer jeweiligen kurzen Sprechperiode zu erzeugen.

So erhält der Funkabschnitt 111 des Senders jedesmal dann, wenn das SP-Flag 107 den Wert 0 erhält, einen SID-Rahmen vom Sprachcodierer. Der Funkabschnitt überträgt nach einer Sprechperiode immer den ersten SID-Rahmen an den Empfänger. Dann wird die Übertragung unterbrochen und der Funkabschnitt sendet kontinuierlich mit niedriger Rate, aber regelmäßigen Intervallen (mit Intervallen von 24 Rahmen bei Codierung mit voller Rate im GSM-System) einen aktualisierten SID-Rahmen an den Empfänger. Die genauen Aktualisierungsmomente sind zum TDMA-Multiplexvorgang des Mobilfunksystems synchroni siert. Der Sprachcodierer hat keine Information darüber, ob die an den Funkabschnitt 111 gelieferten SID-Rahmen an den Empfänger übertragen werden.

Fig. 5 zeigt die längstmögliche Periode ohne Nachwirkpe riode. Gemäß der Figur umfaßt sie zwei gesonderte Sprech perioden 301 und 302, und in der Periode zwischen ihnen wird ein alter SID-Rahmen SIDk verwendet. Die kombinierte Länge der Perioden 301, 302 und 303 beträgt in der Fig. 22 Pe rioden (Rahmen), und danach existiert auch eine Periode 304 mit einer Länge von 7 Rahmen, in der der alte SID-Rahmen SIDk verwendet wird. Ein bestimmtes Bit oder Flag (113 in Fig. 3) wird dazu verwendet, den SID-Speicher 110 darüber zu informieren, daß er einen neu-aktualisierten SID-Rahmen ein speichern soll oder daß der zuletzt aktualisierte, im Spei cher abgespeicherte SID-Rahmen ausgelesen und an den Funkab schnitt geliefert werden soll. Der SID-Speicher führt eine Entscheidung für Einspeichern oder Auslesen abhängig vom Wert des Flags 113 jedesmal dann aus, wenn das SP-Flag 107 den Wert 0 hat.

Wenn ein mit halber Rate arbeitender GSM-Sprachcodierer ver wendet wird, ist auch ein Flag 114 erforderlich, das dem Beruhigungsgeräuschparameter-Berechnungsalgorithmus den er sten SID-Rahmen anzeigt. Normalerweise hat das Flag den Wert 0, jedoch wird es während eines Rahmens auf 1 gesetzt, wenn der erste auf eine Sprechperiode folgende SID-Rahmen übertragen wird, unabhängig davon, ob nach dieser Sprechpe riode eine Nachwirkperiode verwendet wird oder nicht.

Fig. 6 zeigt einen Sprachdecodierer (Block 16 in Fig. 1) in Form eines Blockdiagramms, der im Empfänger eines den dis kontinuierlichen Übertragungsmodus verwendenden Systems liegt. Rahmen für Rahmen empfängt er über den Eingangsan schluß 400 vom Funkabschnitt des Empfängers (d. h. von den Blöcken, die vor dem Sprachdecodierer 16 im Empfangszweig liegen, in Fig. 1 vom Kanaldecodierer 15) Parameter 401, wodurch diese Parameter im Sprachdecodierer verarbeitet wer den, um das Sprachsignal zu synthetisieren und es über einen Anschluß 404 an einen D/A-Umsetzer zu liefern, um dann ein Tonsignal über den Lautsprecher 18 auszugeben.

Der die diskontinuierliche Übertragung verarbeitende Emp fängerabschnitt empfängt vom Funkabschnitt u. a. das Bit 405 zum SP-Flag, das zu jedem Rahmen in Beziehung steht und funktionell dem SP-Flag auf der Sendeseite entspricht. Sein Wert ist 1, wenn der empfangene Rahmen ein Sprachrahmen ist, d. h., wenn er Sprachinformation enthält, und der Wert ist 0, wenn der empfangene Rahmen ein STD-Rahmen ist oder wenn die Übertragung unterbrochen ist. Der Wert des Flagbits 406, das der die diskontinuierliche Übertragung verarbeitende Empfängerabschnitt ebenfalls vom Funkabschnitt 400 erhält, teilt dem Beruhigungsgeräusch-Erzeugungsblock 407 im Sprach decodierer mit, daß ein neuer STD-Rahmen (wie er selten übertragen wird, wie bei der Beschreibung zum Sprachcodierer angegeben) vom Funkabschnitt 111 des Senders am Empfänger angekommen ist. Auf Grundlage dieser Information beginnt der Beruhigungsgeräusch-Erzeugungsblock 407 durch Interpolation Rahmen für Rahmen von den aktuell verwendeten Beruhigungsge räusch-Parameterwerten zu den neuen, jüngst empfangenen Pa rameterwerten überzugehen. Der Wert des Flagbits 406 ist normalerweise 0, jedoch erhält es für die Dauer eines Rah mens den Wert 1, wenn der Wert des SP-Flags 0 ist und der Funkabschnitt einen neuen STD-Rahmen empfangen hat.

Wenn das SP-Flag 405 im Empfänger den Wert 0 hat, d. h., wenn erkannt wurde, daß keinerlei Sprachrahmen empfangen werden, erzeugt der Beruhigungsgeräusch-Erzeugungsblock 407 im Sprachdecodierer Beruhigungsgeräusche auf Grundlage der Information, wie sie auf der Sendeseite aus den Hintergrund geräuschen gemessen wurde und durch die STD-Rahmen übertra gen wurde.

Die Steuereinheit 408 für diskontinuierliche Übertragung im Empfänger erhält als Eingangssignal das SP-Flag 405 und sie gibt ein Flagbit 409 aus, dessen Wert im allgemeinen 0 ist, das jedoch während eines Rahmens auf 1 gesetzt wird, wenn der Sprachdecodierer den ersten SID-Rahmen nach einer Sprechperiode empfängt. Das Flagbit 409 ist in einem Sprach codierer eines mit halber Rate arbeitenden GSM-Systems er forderlich, um dem Beruhigungsgeräusch-Erzeugungsalgorith mus anzuzeigen, wann die sogenannten GS-Parameter gemittelt werden müssen. Weiter unten wird zur Bedeutung dieser Para meter zurückgekehrt.

Im diskontinuierlichen Übertragungsmodus und im Fall eines mit voller Rate arbeitenden Sprachcodierers im GSM-System bedeutet die Berechnung und Übertragung eines neu aktuali sierten SID-Rahmens an den Funkabschnitt der Sendevorrich tung immer, daß die das Hintergrundgeräusch (Pegel und spek trale Einhüllende) repräsentierenden Parameter während einer Mittelungsperiode gemittelt werden und mit demselben skala ren Quantisierungsverfahren quantisiert werden, wie es in der Quantisierungsphase normaler Sprachcodierung verwendet wird. Demgemäß werden dann, wenn im Empfänger ein mit voller Rate arbeitender Sprachdecodierer verwendet wird, die im SID-Rahmen enthaltenen Parameter mit demselben Entquantisie rungsverfahren entquantisiert, das in der Entquantisierungs phase bei normaler Sprachdecodierung verwendet wird. Diese Prozesse sind in den GSM-Standards GSM 06.12 und GSM 06.10 detaillierter beschrieben.

Beim diskontinuierlichen Übertragungsmodus und im Fall eines mit halber Rate arbeitenden Sprachcodierers im GSM-System werden die die spektrale Einhüllende der Hintergrundgeräu sche repräsentierenden Parameter immer während einer Mitte lungsperiode gemittelt, wenn ein neu aktualisierter SID- Rahmen berechnet werden muß. Sie werden mit demselben Vek torquantisierungsverfahren quantisiert, das zur Quantisie rung der entsprechenden Parameter in der Quantisierungs phase der normalen Sprachcodierung verwendet wird. Im Emp fänger werden die Parameter, die die spektrale Einhüllende der Hintergrundgeräusche repräsentieren und im SID-Rahmen enthalten sind, durch dasselbe Verfahren entquantisiert, das in der Entquantisierungsphase normaler Sprachdecodierung verwendet wird. Diese Prozesse sind detaillierter in den GSM-Standards GSM 06.22 und GSM 06.20 beschrieben.

Im Fall eines mit halber Rate arbeitenden Sprachcodierers im GSM-System wird der Parameter, der den Pegel der Hinter grundgeräusche repräsentiert, anders verarbeitet. Das Quan tisierungsverfahren, gemäß dem der Geräuschpegel in bezug auf die normale Sprachcodierung verarbeitet wird, beruht auf einer Kombination von Parametern, die gesondert quantisiert und übertragen werden. Ein SID-Rahmen, wie er im Sprachde codierer verarbeitet wird, kann nur einen den Geräuschpegel repräsentierenden Parameter übertragen, wobei der Parameter der Energiewert R0 ist. Dies hauptsächlich aufgrund der Tat sache, daß bestimmte Bits im SID-Rahmen für das SID-Codewort reserviert werden müssen. Diese Prozesse sind detaillierter in den GSM-Standards GSM 06.22 und GSM 06.20 beschrieben.

Der jeden Rahmen betreffende Energiewert R0 wird über eine Mittelungsperiode gemittelt und mit demselben Verfahren quantisiert, wie es bei normaler Sprachcodierung verwendet wird, um den Parameter R0 zu verarbeiten, der nicht gemit telt ist.

So ist es nicht möglich, in den SID-Rahmen die sogenannten GS-Parameter zu übertragen, die Energieschwankungen be schreiben und die zusätzlich zum Parameter R0 erforderlich sind, um den Störgeräuschpegel auf der Sendeseite zu be schreiben. Jedoch können sie örtlich auf dieselbe Weise so wohl im Sender als auch im Empfänger berechnet werden. Dies beruht auf der Tatsache, daß die quantisierten GS-Parameter der letzten 7 Rahmen im Speicher sowohl im Sender als auch im Empfänger eingespeichert sind. Wenn der erste SID-Rahmen übertragen wird, berechnen beide Vorrichtungen einen Mittel wert für die gespeicherten GS-Parameter, so daß die beiden gemittelten GS-Parameter denselben Wert aufweisen, da die quantisierten GS-Parameter während der Sprechperiode in den Sprachrahmen übertragen werden. Kommunikationsfehler können selbstverständlich die Werte ändern. Die Berechnung der GS- Parameter ist dem Fachmann wohlbekannt, und ein typisches Verfahren hierzu ist in der GSM-Spezifikation 06.20: "European digital cellular telecommunications system; Half rate speech Part 2: Half rate transcoding" angegeben.

Die durch Mittelung erhaltenen GS-Parameter werden während der gesamten Beruhigungsgeräuschperiode verwendet, bis der Empfänger den nächsten SID-Rahmen nach einer Sprachperiode empfängt. Sie werden zur Berechnung des Geräuschpegels so wohl in der Codierungs- als auch der Decodierungsphase an stelle der tatsächlichen GS-Parameter verwendet, die jedoch in Sprachrahmen der nächsten Sprechperiode für eine neue Mittelung übertragen werden.

Das oben beschriebene bekannte Verfahren weist einige Nach teile auf. Im Empfänger weiß die Steuereinheit 408 des Sprachdecodierers nicht, ob einer Sprechperiode eine Nach wirkperiode folgt oder nicht. Wenn Sprachcodierung mit hal ber Rate im GSM-System verwendet wird, werden die GS-Parame ter auch während solcher Sprechperioden gespeichert, die so kurz sind, daß ihnen keinerlei Nachwirkperiode folgt. Es ist möglich, daß diese kurzen Perioden nur kurze und starke Spitzenwerte der Hintergrundgeräusche enthalten, so daß die abgespeicherten und gemittelten GS-Parameter im Sender und Empfänger tatsächlich einen viel höheren Geräuschpegel be schreiben als es dem tatsächlichen gemittelten Geräuschpegel auf der Sendeseite entspricht.

Nachfolgend wird kurz die Quantisierung erläutert, die auf sogenannten Vorhersageverfahren beruht, wobei es sich um eine dem Fachmann wohlbekannte Signalverarbeitungstechnolo gie handelt, wie sie im einzelnen z. B. in der Veröffentli chung |1|: Allen Gersho und Robert M. Gray, "Vector Quanti sation and Signal Compression" beschrieben ist. Bei vielen modernen Sprachcodierungsverfahren werden die die Sprachco dierung betreffenden Parameter unter Verwendung von Vorher sageverfahren quantisiert. Dies bedeutet, daß der Quantisie rungsblock vorab versucht, einen Schätzwert für den Wert des zu quantisierenden Objekts so genau wie möglich zu erstel len. Bei derartigen Verfahren wird im allgemeinen nur die Differenz zwischen dem vorhergesagten und dem gemessenen Wert, oder ihr Verhältnis, an den Empfänger übertragen. Der Empfänger enthält eine gemäß demselben Prinzip arbeitende Vorhersageeinrichtung, so daß der tatsächliche Wert dadurch erhalten wird, daß der Vorhersagewert und das übertragene Differenzsignal addiert oder multipliziert werden.

Bei vorhersagender Quantisierung ist das Vorhersageverfahren im allgemeinen selbstanpassend, d. h., daß das Quantisie rungsergebnis dazu verwendet wird, das Vorhersageverfahren zu aktualisieren. Das Vorhersageverfahren, wie es sowohl vom Codierer als auch vom Decodierer verwendet wird, wird durch denselben Parameterwert aktualisiert, wie es aus der Quanti sierung erhalten wird, so daß diese Einrichtungen immer auf dieselbe Weise arbeiten.

Die Adaptierungseigenschaft der vorhersagenden Quantisie rungsverfahren macht eine Anwendung auf die Quantisierung von Parametern sehr schwierig, die mit der Erzeugung von Be ruhigungsgeräuschen in Beziehung stehen und in SID-Rahmen übertragen werden. Da die Übertragung zwischen den Sprechpe rioden unterbrochen wird, ist es unmöglich, die Synchroni sierung zwischen dem Vorhersageverfahren im Sender und dem jenigen im Empfänger aufrechtzuerhalten und so den Sprachco dierer und den Sprachdecodierer synchronisiert zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das die Empfangsvorrichtung erkennt, wann eine Nachwirkperiode einer Sprechperiode folgt. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, durch das es möglich ist, die Synchronisierung zwischen dem Sprachcodierer des Senders und dem Sprachdecodierer des Emp fängers während der Nachwirkperiode in einem Kommunikations system unter Verwendung diskontinuierlicher Übertragung auf rechtzuerhalten. Schließlich ist es eine Aufgabe, einen Sprachdecodierer und einen Sender-Empfänger unter Verwendung eines solchen Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgaben sind hinsichtlich des Verfahrens durch die Lehre von Anspruch 1, hinsichtlich des Sprachdecodierers durch die Lehre von Anspruch 3 und hinsichtlich des Sender- Empfängers durch die Lehre von Anspruch 5 gelöst.

Bei der Erfindung wird im Empfänger, genauer gesagt, im Sprachcodierer, erfaßt, ob eine Nachwirkperiode der genann ten Art zwischen einer Informationsübertragungsperiode und einer auf diese folgenden Periode ohne Übertragung vorhanden ist. Das Ergebnis dieser Erkennung wird vorzugsweise dadurch angezeigt, daß die Verwendung der bestimmte Eigenschaften bestimmter übertragener Raten repräsentierender Flagbits auf neue Weise definiert wird. Dann sind für die Anzeige keine neuen Signalleitungen oder Pfade erforderlich, sondern die bereits vorhandenen Signalleitungen und -pfade werden dazu verwendet, das Vorliegen oder Fehlen einer Nachwirkpe riode anzuzeigen.

Um den Beruhigungsgeräusch-Erzeugungsalgorithmus über das Vorhandensein einer Nachwirkperiode zu informieren, sind beim erfindungsgemäßen Verfahren die Steuereinheit für den diskontinuierlichen Empfang durch den Empfänger und die De finition der das Ende der Nachwirkperiode betreffenden Flags gegenüber dem o.a. bekannten Verfahren verbessert. Die Er findung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Blockdiagramm eines bekannten Sender-Emp fängers im GSM-System;

Fig. 2 zeigt das bekannte Prinzip des Zeitvielfachzugriffs (TDMA);

Fig. 3 zeigt einen bekannten Sprachcodierer als Blockdia gramm;

Fig. 4 zeigt einen bekannten Prozeß zur Verwendung von Flag bits zum Definieren einer Nachwirkperiode und einer Mitte lungsperiode;

Fig. 5 zeigt einen bekannten Prozeß betreffend die Verwen dung der Nachwirkperiode;

Fig. 6 zeigt einen bekannten Sprachdecodierer als Blockdia gramm;

Fig. 7 veranschaulicht den erfindungsgemäßen Prozeß in Form eines Blockdiagramms; und

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm für die Steuereinheit eines erfindungsgemäßen Sprachdecodierers.

Nun wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung be schrieben. In anderer Hinsicht kann ein Sprachdecodierer ähnlich wie der in Fig. 6 dargestellte bekannte Sprachdeco dierer realisiert sein, jedoch ist seine Steuereinheit 408 so ausgebildet, daß die erfindungsgemäßen Funktionen reali siert sind. Die Steuereinheit 408 kann gemäß Fig. 8 ausge bildet sein. Im Sprachdecodierer im Empfänger wird die Steuereinheit 408 (Fig. 6) immer noch mit dem SP-Flag 405 als Eingangsinformation versorgt, jedoch bedeutet es, wenn das Flag 409 auf 1 gesetzt ist, gemäß der Definition der Er findung, daß die Nachwirkperiode abgeschlossen ist, d. h., daß es für die Dauer eines Rahmens (und speziell während des SID-Rahmens, der unmittelbar auf die Nachwirkperiode folgt) auf 1 gesetzt wird, wenn die Nachwirkperiode abgeschlossen ist. In der Steuereinheit 112 für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus im in Fig. 1 dargestellten Sender zeigt das Flag 114 beim erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend den Abschluß der Nachwirkperiode (und nicht des ersten SID- Rahmens wie beim Stand der Technik) an, d. h., daß auch die ses für die Dauer eines Rahmens auf 1 gesetzt wird (speziell während des unmittelbar auf die Nachwirkperiode folgenden SID-Rahmens).

Fig. 7 zeigt die Funktion der Steuereinheit 408 für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus im Empfänger als Blockdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren, wie nach folgend unter Bezugnahme auch auf Fig. 8 beschrieben. Die Bezugszahl 500 repräsentiert einen Schritt <WF_SP< (Wait For SP flag = Warten auf das SP-Flag), in dem das SP-Flag (405 in Fig. 4) jedes empfangenen Rahmens als Eingangsdatenwert untersucht wird. Der Algorithmus kehrt immer zum Schritt 500 zurück, um auf das SP-Flag des nächsten Rahmens zu warten. Die Rautenblöcke im Blockdiagramm repräsentieren Entschei dungsschritte, und die alternativen, von ihnen ausgehenden Pfade sind mit dem Buchstaben J (ja) bzw. N (nein) markiert.

Ein Zähler <Nelapsed< 411 zählt die Anzahl von Rahmenperi oden ab dem Moment, zu dem der Sprachcodierer im Sender den letzten aktualisierten SID-Rahmen übertragen hat, bis der nächste aktualisierte SID-Rahmen ankommt oder bis die letzte Rahmenperiode der Mittelungsperiode erreicht ist. Der Zähl wert wird im Block 501 gemäß einer Vorgabe immer um 1 wei tergezählt, wenn das SP-Flag 405 eines neuen Rahmens beim diskontinuierlichen Empfang in die Steuereinheit des Emp fängers eingegeben wird. In einem Schritt 502 nimmt die Ent scheidungslogik 410 eine Entscheidung hinsichtlich der Nach wirkperiode auf Grundlage des Werts des im aktuellen Rahmen enthaltenen SP-Flags 405 vor (n betrifft die fortlaufende Zahl der untersuchten Rahmen). Wenn das SP-Flag den Wert 1 hat, ist die Nachwirkperiode noch nicht abgeschlossen, so daß ein Flag HGOVR 409 in einem Schritt 503 durch die Ent scheidungslogik 410 auf Null gesetzt wird und ein Zähler <Aver_periode< 412, der die Anzahl noch verbleibender Rah men, die zur Mittelungsperiode gehören, anzeigt, in einem Schritt 504 auf den Wert 7 gesetzt wird.

Wenn der Wert des SP-Flags im aktuellen Rahmen 0 ist, kann die Nachwirkperiode beendet sein. Die nächste Entscheidung, gemäß der diese Tatsache untersucht wird, beruht auf dem SP- Flag des Rahmens, der unmittelbar dem untersuchten Rahmen vorhergeht, wobei dieses Flag mit einer Verzögerung einer Rahmenperiode am Ausgang eines Verzögerungsblocks 413 erhal ten wird; die Entscheidung erfolgt in einem Schritt 505 durch die Entscheidungslogik 410. Wenn der Wert des vorigen SP-Flags 1 war, kann die Nachwirkperiode beendet sein.

Dann erfolgt in einem Schritt 506 eine Entscheidung auf Grundlage des Werts des Zählers <Nelapsed< 411. Wenn der Wert des Zählers 411 größer als 30 ist, ist die Nachwirkpe riode abgeschlossen, da dann der Wert des Zählers <Nelapsed< 411 während der Sprechperiode (siehe Fig. 3) größer als 23 geworden ist (um die Nachwirkperiode überhaupt zu nutzen), und dann bestand eine Nachwirkperiode von 7 Rahmen, d. h., daß der Wert des Zählers <Nelapsed< 411 mindestens 31 be trägt (siehe Fig. 4 und 5). Gemäß der vorstehenden Beschrei bung wird das Flag HGOVR 409 in einem Schritt 507 für die Zeit einer Periode auf 1 gesetzt und die Zähler (Nelapsed) 411 und <Aver_period< 412 werden in Schritten 508 und 509 auf 0 gesetzt, da ein neuer SID-Rahmen berechnet wurde und die Mittelungsperiode abgeschlossen ist.

Wenn der Wert des Zählers (Nelapsed) 411 30 oder größer ist, wenn der Block 506 seine Entscheidung vornimmt, ist die Nachwirkperiode noch nicht beendet. Dann wird das Flag HGOVR 409 in einem Schritt 510 auf 0 zurückgesetzt und der Wert des Zählers <Aver_period< 412 wird in einem Schritt 511 um 1 verringert, da der aktuelle Rahmen zur Mittelungsperiode ge hört, wie sie vom Steuerblock für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus im Sender gesteuert wird. Die Mittelung kann vorzeitig unterbrochen werden, wenn einer der folgenden Rahmen erneut ein SP-Flag 405 mit dem Wert 1 enthält, bevor die Anzahl von Rahmen mit einem SP-Flag vom Wert 0, wie sie der Mittelungsperiode entspricht, durchgelaufen ist.

Wenn sich im Schritt 505 herausstellt, daß das SP-Flag 405 des unmittelbar vorangehenden Rahmens ebenfalls 0 war, kann der untersuchte Rahmen nicht bedeuten, daß die Nachwirkpe riode beendet ist, wodurch das Flag HGOVR 409 in einem Schritt 512 auf 0 zurückgesetzt wird.

Anschließend erfolgt in einem Schritt 513 eine Entscheidung auf Grundlage des Werts des Zählers <Aver_period< 412. Wenn der Wert nicht 0 ist, ist die Mittelungsperiode nicht been det, so daß der Wert des Zählers 412 in einem Schritt 514 um 1 erniedrigt wird, da der untersuchte Rahmen zur Mitte lungsperiode gehört, wie sie vom Steuerblock des Senders für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus gesteuert wird. Auch kann nun die Mittelung vorzeitig unterbrochen werden, wenn einer der folgenden Rahmen erneut ein SP-Flag 405 mit dem Wert 1 enthält, bevor die Anzahl von Rahmen mit dem Wert 0 des SP-Flags entsprechend der Mittelungsperiode durchge laufen ist.

Wenn sich im Schritt 513 herausstellt, daß der Zähler <Aver_period< 412 den Wert 0 hat, ist die Mittelungsperiode abgeschlossen, wodurch der Funkabschnitt 111 des Senders einen neuen SID-Rahmen erhält, wodurch der Wert des Zählers <Nelapsed< 411 in einem Schritt 515 auf 0, entsprechend der Definition des Zählers zurückgesetzt werden kann.

Die Steuereinheit 408 des Sprachdecodierers im Empfänger weiß dank der Erfindung, ob einer Sprechperiode eine Nach wirkperiode folgt oder nicht. Diese Information kann in Ver bindung mit bestimmten Quantisierungs- und Entquantisie rungsverfahren verwendet werden und sie bietet eine Möglich keit dafür, die Quantisierung für SID-Rahmen zwischen der Sende- und der Empfangsseite zu synchronisieren. Auf Grund lage der Synchronisierung der Nachwirkperiode gemäß der Er findung ist es möglich, vorhersagende Quantisierungsverfah ren bei der Quantisierung der zum Erzeugen der Beruhigungs geräusche erforderlichen Parameter zu verwenden, da die wäh rend der Nachwirkperiode im Sprachcodierer und -decodierer gespeicherten, quantisierten Parameter Werte darstellen, die die Hintergrundgeräusche auf der Sendeseite sehr gut be schreiben. Die abgespeicherten Parameterwerte können gemit telt werden, wenn die Mittelungsperiode abgeschlossen ist, wodurch Vorhersagewerte sowohl für den Quantisierungs- als auch den Entquantisierungsalgorithmus erhalten werden. Die Synchronisierung des Sprachcodierers und des -decodierers, wie sie aufgrund der Erfindung erzielt wird, kann auch z. B. für eine Synchronisierungseinstellung der Anfangswerte eines Pseudostörsignalgenerators im Sprachcodierer und -decodierer verwendet werden.

Die Verwendung im Modus mit diskontinuierlicher Übertragung gemäß der Erfindung ist nicht auf einen Sprachcodierer von bestimmtem Typ beschränkt. Die Synchronisierung des Codie rers und des Decodierers gemäß der Erfindung bietet bei sol chen Sprachcodierern besondere Vorteile, bei denen die Para meter unter Verwendung vorhersagender Verfahren quantisiert und codiert werden. Im folgenden wird die Berechnung von Parametern in einem Sprachcodierer und einem Sprachdecodie rer gemäß der Erfindung erörtert.

Als veranschaulichender Fall wird die allgemein bekannte Codec-Struktur vom CELP(Code Excited Linear Prediction)-Typ erörtert, die auf einer durch einen Code angeregten linearen Vorhersage beruht. Der Betrieb eines Sprachcodierers und -decodierers vom CELP-Typ beruht auf einem sogenannten Code buch oder in Codebüchern abgespeicherten Anregungsvektoren. Diese Anregungsvektoren werden über ein Langterm- und ein Kurzterm-Synthesefilter gefiltert, und das sich ergebende synthetisierte Signal wird mit dem ursprünglichen Sprachsig nal vergleichen. Unter den Anregungsvektoren wird derjenige Vektor ausgewählt, der die Abweichung im Vergleich zum ur sprünglichen Sprachsignal minimiert. Parameter, wie sie an einen Decodierer vom CELP-Typ übertragen werden, sind typi scherweise die folgenden: die Anregung des Codevektors (oder ein Index auf einen bestimmten Anregungsvektor) und die zu gehörige Verstärkung g, die Filterparameter für die Kurz zeit-Vorhersage-LPC und die Filterparameter für die Lang zeit-Vorhersage-LTP.

Bei der Beruhigungsgeräuscherzeugung bei einem erfindungsge mäßen System wird Information zum Codierungsparameter über tragen, z. B. zu den LPC-Parametern a0 . . . aM (LPC = Linear Prediction Coding = Codierung mit linearer Vorhersage), so wie zur Verstärkung g. Beim Codieren der LPC-Parameter kann z. B. ein Verfahren verwendet werden, wie es in der Veröf fentlichung |2|: F. Itakura: "Line Spectral Representation of Linear Predictive Coefficients of Speech Signals", J. Acoust. Soc. Amer., Vol. 57, Suppl. No. 1, S. 35, 1975 an gegeben ist. Die gemittelten Beruhigungsgeräuschparameter, wie sie durch einen erfindungsgemäßen Sprachcodierer be rechnet werden, sind z. B. f^mean und g_c ^mean. Diese Parame ter werden quantisiert und die sich ergebenden quantisierten Parameter ê (Vorhersageabweichung) und (Verstärkungskor rekturfaktor) werden aktuell in einem SID-Rahmen an den Emp fänger übertragen, in dem der Sprachdecodierer die Beruhi gungsgeräuschparameter auf Grundlage dieser empfangenen Pa rameter ê und erzeugt, wodurch die entquantisierten Be ruhigungsgeräuschparameter z. B. ^mean und _c ^mean sind, die die Hintergrundgeräusche auf der Sendeseite beschreiben, um so synthetisierte Geräusche zu erzeugen. Die Codierung der Beruhigungsgeräuschparameter f^mean und g_c ^mean verwendet Pa rameter ^ref und ^ref, die dank der Erfindung im Sprachde codierer definiert werden können, d. h., dann, wenn das Vor liegen einer Nachwirkperiode bekannt ist.

Der Sprachcodierer bildet eine Vektorrepräsentation f^T = [f₁ f₂ . . . f_M] der spektralen Parameter (der LSP-Parameter), vorzugsweise eine sogenannte LSF-Vektorrepräsentation (Line Spectral Frequency). Es ist auch möglich, mehrere Parameter vektoren für einen bestimmten Sprachrahmen zu berechnen. Vorhersagende Codierung kann zum Codieren der Parameter ver wendet werden. Beim erfindungsgemäßen System werden die Pa rameter ^ref, die während der Nachwirkperiode gemittelt wer den, als Vorhersagewerte verwendet. Der Vektor ^ref wird beim Berechnen der Vorhersageabweichung verwendet, und diese Berechnung ist möglich, wenn es gemäß der Erfindung bekannt ist, daß eine Nachwirkperiode vorliegt. Aufgrund der Erfin dung können die Werte des Parametervektors ^ref sowohl im Codierer als auch im Decodierer auf dieselbe Weise berech net werden, da während der Nachwirkperiode sowohl im Codie rer als auch im Decodierer dieselben Parameter verfügbar sind. Jedoch ist es zu beachten, daß die während der jüng sten Nachwirkperiode erhaltenen Vektoren ^ref und ^ref auch außerhalb (nach) der jüngsten Nachwirkperiode bei der Quan tisierung der Beruhigungsgeräuschparameter verwendet werden können.

Die Vorhersageabweichung e, wie sie vom Sprachcodierer er zeugt und im Kommunikationssystem übertragen wird, ist der zu quantisierende Parameter, und er wird auf die folgende Weise erhalten und übertragen:

e(i)=f^mean(i)-^ref (1)

mit f^mean(i): gemittelter LSF-Parametervektor;
^ref: quantisierter Bezugs-LSF-Parametervektor;
i: Rahmenindex und
e(i): berechneter Vorhersagerest für den Rahmen i.

Der Bezugs-LSF-Parametervektor f^ref wird auf Grundlage quan tisierter Parameter durch Mitteln der Parameter während der Nachwirkperiode (oder über 7 Rahmen) gemäß der nachfolgenden Gleichung berechnet:

mit

^(m) (i-n): m-ter quantisierter LSF-Parametervektor ei nes Rahmens während der Nachwirkperiode (n=1 bis 7);
n: Rahmenindex während der Nachwirkperiode (n=1 bis 7);
m: LSF-Parameterindex innerhalb eines Rahmens (1 oder 2) und
i: Rahmenindex.

So ist es möglich, den Bezugsparametervektor ^ref zu berech nen, wenn das Vorliegen einer Nachwirkperiode gemäß der Er findung bekannt ist. Der gemittelte LSF-Parametervektor f^mean, d. h. der Parameter für die spektrale Einhüllende der Beruhigungsgeräusche wird während der Mittelungsperiode auf Grundlage der folgenden Gleichung (3) berechnet:

mit

f^(m) (i-n): m-ter LSF-Parametervektor eines Rahmens während der Nachwirkperiode (n=0 bis 7);
n: Rahmenindex während der Nachwirkperiode (n=0 bis 7);
m: LSF-Parameterindex innerhalb eines Rahmens (1 oder 2) und
i: Rahmenindex.

Beim Codieren der Verstärkungswerte werden entsprechend die Parameter g_c ^mean und ^ref verwendet, von denen der letztere, d. h. der Bezugsverstärkungsfaktor ^ref auf die folgende Wei se definiert werden kann, wenn das Vorliegen einer Nachwirk periode bekannt ist:

mit

i: Rahmenindex;
j: Unterrahmenindex;
n: Rahmenindex (n=1 bis 7) während der Nachwirkperiode; und
g_c(i-n) (j): quantisierter, festgelegter Codebuch-Ver stärkungsfaktor im Unterrahmen j im Rahmen i der Nach wirkperiode.

Die Verstärkungsfaktoren g_c ^mean(i), d. h. die Parameter für den Beruhigungsgeräuschpegel werden durch die nachfolgende Gleichung gemittelt:

mit

i: Rahmenindex;
j: Unterrahmenindex;
g_c(i)(j): Verstärkung für den Rahmen i(n=0);
g_c(i-n)(j): festgelegter, Codebuch-Verstärkungsfaktor im Unterrahmen j eines der Rahmen in der Mittelungs periode, n=0 bis 7; und
n: Rahmenindex (n=0 bis 7) in der Mittelungsperiode.

Auf dieselbe Weise wie beim Codieren der Spektralparameter vektoren kann die erfindungsgemäße Lösung auch beim Codieren der Verstärkungswerte verwendet werden, wodurch die Berech nung derselben Parameterwerte _c ^ref sowohl im Codierer als auch im Decodierer aufgrund der Beobachtung der Nachwirkpe riode möglich ist, d. h. dann, wenn das Vorliegen und die Länge einer Nachwirkperiode bekannt sind. Beim vorliegenden Beispiel ist der zu quantisierende Faktor der sogenannte Verstärkungskorrekturfaktor γ, wie er aktuell im Kommunika tionssystem übertragen wird und auf dessen Grundlage der Sprachdecodierer den Beruhigungsgeräuschparameter _c ^mean er zeugen kann, so daß er als erstes den Bezugsverstärkungsfak tor _c ^ref gemäß dem festgelegten Codebuch erzeugt (der Be zugsverstärkungsfaktor kann im Sprachdecodierer erzeugt wer den, wenn das Vorliegen einer Nachwirkperiode bekannt ist). Der Verstärkungskorrekturfaktor γ kann im Sprachcodierer auf die folgende Weise erzeugt werden:

γ=g_c ^mean(i)/_c ^ref (6)

mit

g_c ^mean(i): gemittelter Verstärkungsfaktor gemäß der Codebuchfestlegung und
_c ^ref: Bezugsverstärkungsfaktor des festgelegten Code buchs, der auf Grundlage der quantisierten Verstär kungsfaktoren gemäß dem festgelegten Codebuch dadurch berechnet wird, daß die Parameterwerte entsprechend der o.a. Gleichung (4) über eine 7 Rahmen umfassende Nach wirkperiode berechnet werden.

Im Sprachcodierer des Empfängers wird die Berechnung der Parameter _c ^mean und ^mean in umgekehrter Reihenfolge der Gleichungen (1) und (6) ausgeführt, wenn die quantisierten Parameter ê (Vorhersageabweichung) und (Verstärkungskor rekturfaktor) empfangen wurden und wenn die Parameter ^ref und _c ^ref auf Grundlage der Nachwirkperiode berechnet wur den, wenn dem Sprachcodierer gemäß der Erfindung das Vor liegen einer Nachwirkperiode bekannt ist.

Wenn die Nachwirkperiode entsprechend der Erfindung syn chronisiert wird, kann der beim Stand der Technik bestehende Nachteil betreffend die Mittelung von GS-Parametern vermie den werden, insbesondere die Tatsache, daß die gemittelten Parameter Information enthalten können, die kurze Geräusch spitzenwerte repräsentiert, anstelle von Werten, die die ty pischen Hintergrundgeräusche repräsentieren. Die Erfindung erfordert es, daß die Empfängerausrüstung in ihrem Speicher den Inhalt der letzten Sprachrahmen, beim GSM der 7 letzten Sprachrahmen, speichert, da der erfindungsgemäße Algorith mus das Vorhandensein einer Nachwirkperiode erst dann er kennt, wenn sie beendet ist, und demgemäß muß die in den letzten Sprachrahmen enthaltene Information zu Hintergrund geräuschen immer abgespeichert und für mögliche Mittelungs bedürfnisse verfügbar sein.

Wenn bei der Erfindung ein vorhersagendes Quantisierungsver fahren verwendet wird, ist es bevorzugt, daß die Quantisie rung der zur Erzeugung der Beruhigungsgeräusche gehörenden Parameter dieselben Quantisierungstabellen verwendet, die das vorhersagende Quantisierungsverfahren bei normaler Sprachcodierung verwendet. Dann sollte die Vorhersage über keine adaptierende Funktion verfügen, wenn die Übertragung unterbrochen wird. Die Vorhersageverfahren sollten Werte be nutzen, die so nahe wie möglich an Werten liegen, die die aktuellen Hintergrundgeräusche auf der Sendeseite repräsen tieren, so daß der Quantisierungsabschnitt die Änderungen der Parameterwerte beschreiben kann, wenn die Hintergrundge räusche um den gemittelten Pegel schwanken. Dieselben Vor hersagewerte müssen sowohl in der Sende- als auch der Emp fangsvorrichtung vorhanden sein, damit das Vorhersageverfah ren korrekt arbeitet.

Eine Lösung zum Erzielen guter Vorhersagewerte für die Quan tisierung der in den SID-Rahmen übertragenen Beruhigungsge räuschwerte besteht darin, die quantisierten Parameterwerte während der Nachwirkperiode abzuspeichern und den Mittelwert der abgespeicherten und quantisierten Werte zu berechnen, wenn die Nachwirkperiode beendet ist. Diese gemittelten Vor hersagewerte werden eingefroren, bis die nächste Nachwirkpe riode auftritt. Dieser Prozeß ist für das erfindungsgemäße Verfahren gut geeignet, d. h., wenn der Sprachdecodierer weiß, ob einer Sprechperiode eine Nachwirkperiode folgt oder nicht.

Die Erfindung ist auf alle Funkkommunikationssysteme unter Verwendung des diskontinuierlichen Übertragungsmodus mit Nachwirkperioden anwendbar, insbesondere bei den Mobilte lefonsystemen DCS 1900 und GSM. Die o.a. genauen Zahlen, wie die Länge der Nachwirkperiode und der Mittelungsperiode, wie in Rahmen ausgedrückt, sind für die Erfindung nicht wesent lich, sondern sie dienen zum Veranschaulichen der Anwendbar keit der Erfindung. Die erfindungsgemäße Sprachdecodierung kann bei Mobiltelefonen und in der Basisstation eines Mo biltelefonsystems, d. h. allgemein in einem Sender-Empfänger, verwendet werden, unabhängig davon, ob er in einem Mobilte lefon oder einer Basisstation vorliegt. Vorzugsweise wird die Erfindung im Empfangszweig eines Sender-Empfängers ver wendet.

Claims

1. Verfahren zum Herleiten der Nachwirkperiode in einem Sprachdecodierer (16) in einem Kommunikationssystem unter Verwendung diskontinuierlicher Übertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei die diskontinuierliche Übertragung zeitlich aufeinanderfolgende Rahmenperioden um faßt, von denen einige einen übertragenen Rahmen und einige keine Übertragung enthalten, mit:

- Informationsübertragungsperioden (200; 301; 302), die min destens einen Rahmen umfassen und Information enthalten, wie sie von einem Benutzer an die Sendervorrichtung gegeben wird; und
- Stilleperioden (208, 209; 303) mit einer Länge mindestens einer Rahmenperiode, die andere Information als vom Benut zer gelieferte enthalten;
- wodurch eine unregelmäßig auftretende Periode (T) aus min destens einem Rahmen zwischen einer Informationsübertra gungsperiode (200) und der folgenden Stilleperiode (208, 209) existiert, die eine Nachwirkperiode zum Ermitteln der Information betreffend die Stilleperiode bildet;

gekennzeichnet durch

- Zählen (411) der Anzahl von Rahmenperioden im Empfänger bis zu einem bestimmten Moment;
- Erkennen des Beginns der Stilleperiode; und
- Entscheiden, auf Grundlage der gezählten Anzahl von Rah menperioden und des Beginns der Stilleperiode, ob eine Über hangperiode des genannten Typs zwischen der Informations übertragungsperiode und der auf diese folgenden Stilleperiode vorliegt oder nicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diskontinuierliche Übertragung folgendes umfaßt:

- eine Mittelungsperiode (211, 212) mit einer Länge entspre chend einer vorbestimmten Anzahl von Rahmenperioden, wobei zumindest die letzte Rahmenperiode eine solche ist, die zur Stilleperiode (208, 209; 303) gehört;
wobei
- der Sprachdecodierer während der Übertragung für jede Rah menperiode ein Informationssignal (107, 405) erhält, das einen ersten Wert aufweist, wenn die Rahmenperiode zu einer Informationsübertragungsperiode (200; 301; 302) oder einer Nachwirkperiode (T) gehört, und es einen zweiten Wert auf weist, wenn die Rahmenperiode zu einer Stilleperiode ge hört;
- und daß bei diesem Verfahren:
- - die Anzahl von Rahmenperioden im Empfänger bis zur letz ten Rahmenperiode (0) der Mittelungsperiode gezählt wird (411);
- - der Moment, zu dem das Informationssignal (405) vom er sten Wert auf den zweiten Wert wechselt, erkannt wird; und
- - auf Grundlage der gezählten Anzahl von Rahmenperioden und der genannten Erkennung entschieden wird, ob eine Nachwirk periode (T) des genannten Typs zwischen der Informations übertragungsperiode und der darauf folgenden Stilleperiode vorliegt oder nicht.

3. Sprachdecodierer zum Decodieren von bei diskontinuier licher Übertragung empfangenen Sprachrahmen, mit

- einer Einrichtung (402) zum Ausführen von Sprachdecodie rung zum Decodieren der empfangenen Sprachrahmen zur Wieder gabe;
- einer Beruhigungsgeräusch-Erzeugungseinrichtung (407) zum Erzeugen künstlicher Geräusche für die Wiedergabe; und
- einer Sprachdecodier-Steuereinrichtung (408) zum Steuern der Sprachdecodierung;
- wobei die diskontinuierliche Übertragung zeitlich aufein anderfolgende Rahmenperioden umfaßt, von denen einige einen übertragenen Rahmen und einige keine Übertragung enthalten, mit
- - Informationsübertragungsperioden (200; 301; 302), die mindestens einen Rahmen umfassen und Information enthalten, wie sie von einem Benutzer an die Sendervorrichtung gegeben wird; und
- - Stilleperioden (208, 209; 303) mit einer Länge mindestens einer Rahmenperiode, die andere Information als vom Benut zer gelieferte enthalten;
- - wodurch eine unregelmäßig auftretende Periode (T) aus mindestens einem Rahmen zwischen einer Informationsübertra gungsperiode (200) und der folgenden Stilleperiode (208, 209) existiert, die eine Nachwirkperiode zum Ermitteln der Information betreffend die Stilleperiode bildet;
gekennzeichnet durch
- eine Einrichtung (411) zum Zählen der Anzahl von Rahmenpe rioden im Empfänger bis zu einem bestimmten Moment;
- eine Einrichtung (410) zum Erkennen des Beginns der Stil leperiode; und
- eine Einrichtung (410) zum Entscheiden, auf Grundlage der gezählten Anzahl von Rahmenperioden und des Beginns der Stilleperiode, ob eine Überhangperiode des genannten Typs zwischen der Informationsübertragungsperiode und der auf diese folgenden Stilleperiode vorliegt oder nicht.

4. Sprachdecodierer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die diskontinuierliche Übertragung folgendes um faßt:

- eine Mittelungsperiode (211, 212) mit einer Länge entspre chend einer vorbestimmten Anzahl von Rahmenperioden, wobei zumindest die letzte Rahmenperiode eine solche ist, die zur Stilleperiode (208, 209; 303) gehört;

wobei

- der Sprachdecodierer während der Übertragung für jede Rah menperiode ein Informationssignal (107, 405) erhält, das einen ersten Wert aufweist, wenn die Rahmenperiode zu einer Informationsübertragungsperiode (200; 301; 302) oder einer Nachwirkperiode (T) gehört, und es einen zweiten Wert auf weist, wenn die Rahmenperiode zu einer Stilleperiode ge hört;
- die Zähleinrichtung (411) eine Einrichtung zum Zählen der Anzahl von Rahmenperioden im Empfänger bis zur letz ten Rahmenperiode (0) der Mittelungsperiode aufweist;
- die Erkennungseinrichtung (410) eine Einrichtung zum Er kennen des Moments, zu dem das Informationssignal (405) vom ersten Wert auf den zweiten Wert wechselt, aufweist; und
- die Entscheidungseinrichtung (410) eine Einrichtung auf weist, die so aufgebaut ist, daß sie auf Grundlage der ge zählten Anzahl von Rahmenperioden und der genannten Erken nung entscheidet, ob eine Nachwirkperiode (T) des genannten Typs zwischen der Informationsübertragungsperiode und der darauf folgenden Stilleperiode vorliegt oder nicht.

5. Sender-Empfänger für ein Mobiltelefonsystem unter Ver wendung diskontinuierlicher Übertragung, mit einem Sender zweig zum Senden von Meldungen und einem Empfängerzweig zum Empfangen von Meldungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängerzweig einen Sprachdecodierer gemäß einem der An sprüche 3 oder 4 aufweist.

6. Sender-Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß er ein Mobiltelefon ist.

7. Sender-Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß er eine Basisstation ist.