DE19922170A1 - Verfahren zum Übertragen von Kommunikationsinformationen und entsprechendes Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

In einem Kommunikationssystem werden Kommunikationsinformationen über einen Übertragungskanal (3) von einem Sender (1) an einen Empfänger (2) übertragen. Um nur die tatsächlich benötigte Kanalkapazität zu nutzen, wird die dem Übertragungskanal (3) zugeordnete Kanalkapazität in Abhängigkeit von bestimmten Entscheidungskriterien, wie z. B. den spektralen Eigenschaften der Kommunikationsinformationen oder bestimmten Kanalzustandsinformationen, eingestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertra­ gen von Kommunikationsinformationen in einem Kommunikations­ system sowie ein entsprechendes Kommunikationssystem, insbe­ sondere ein Mobilfunksystem.

In Mobilfunksystemen werden zu übertragende Kommunikationsin­ formationen, insbesondere Sprachinformationen, senderseitig mit Hilfe eines Sprachcodierers und eines Kanalcodierers co­ diert, wobei die Sprachinformationen durch die Sprachcodie­ rung in einen binären Datenstrom umgesetzt werden, dem im Laufe der Kanalcodierung zur Verbesserung der Übertragungssi­ cherheit redundante Bits hinzugefügt werden, um Übertragungs­ fehler erkennen und anschließend korrigieren zu können. Die auf diese Weise codierten Sprachinformationen werden auf ein Trägersignal aufmoduliert und gemäß einem bestimmten Viel­ fachzugriffsverfahren über einen Hochfrequenz- Übertragungskanal an einen Empfänger übertragen. Bei UMTS- Mobilfunksystemen (Universal Mobile Telecommunications Sy­ stem) kommt dabei insbesondere ein Codemultiplex- Vielfachzugriffsverfahren (Code Division Multiple Access, CDMA) zur Anwendung, wobei jedem Teilnehmer eine teilnehmer­ spezifische Codesequenz zugewiesen wird, mit der die sprach- und kanalcodierten binären Daten des jeweiligen Teilnehmers multipliziert werden, ehe sie auf das Trägersignal aufmodu­ liert werden. Das Sendesignal wird durch die Multiplikation mit einer Codesequenz gespreizt, so daß diese Codes auch als Spreizcodes bezeichnet werden. Empfängerseitig kann das je­ weilige Sendesignal durch die Verwendung derselben Codese­ quenz herausgefiltert und verarbeitet werden.

Mobilfunksysteme und andere Kommunikationssysteme besitzen eine beschränkte Übertragungskapazität. Daher ist jedem Über­ tragungskanal in der Regel eine feste Kanalkapazität zugewie­ sen.

Zur optimalen Ausnutzung der somit festgelegten Kanalkapazi­ tät sind Verfahren bekannt, welche die Kanalkapazität derart auf die zuvor erwähnte Sprach- und Kanalcodierung aufteilen, so daß eine möglichst gute Qualität der übertragenen Kommuni­ kationsinformationen, d. h. bei der Übertragung von Sprachsi­ gnalen eine möglichst gute Sprachqualität, erzielt wird. Ge­ mäß diesem Ansatz soll somit die fest vorgegebene Kanalkapa­ zität bestmöglich ausgenutzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übertragen von Kommunikationsinformationen und ein entsprechendes Kommunikationssystem vorzuschlagen, wobei eine bessere Ausnutzung der Gesamtkapazität des Kommunikati­ onssystems möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst. Die Unteransprü­ che definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß die in dem ent­ sprechenden Kommunikationssystem jedem Übertragungskanal zu­ gewiesene Kanalkapazität variabel ist, und schlägt diesbezüg­ lich vor, die Kanalkapazität jedes Übertragungskanals in Ab­ hängigkeit von bestimmten Entscheidungskriterien einzustel­ len.

Auf diese Weise kann einerseits jeder Teilnehmer selbst die gewünschte Kanalkapazität und/oder die (beispielsweise durch eine bestimmte garantierte minimale Übertragungsfehlerrate definierte) Übertragungsqualität auswählen, wenn als die zu­ vor genannten Entscheidungskriterien Benutzereingaben verwen­ det werden. Andererseits ist insbesondere auch eine automati­ sche Einstellung oder Anpassung der Kanalkapazität durch Aus­ wertung von bestimmten Zustandsinformationen möglich, welche beispielsweise spektrale Eigenschaften des zu übertragenden Sprachsignals oder den Zustand des Übertragungskanals be­ zeichnen.

Ebenso kann die automatische Einstellung der Kanalkapazität auch mit Benutzereingaben derart kombiniert werden, daß nach einer automatischen Einstellung der Kanalkapazität von dem Benutzer eine Rückmeldung darüber abgegeben wird, ob die au­ tomatisch getroffene Entscheidung sinnvoll war oder nicht. Auf diese Weise können Referenzwerte, welche von dem System bei der automatischen Einstellung der Kanalkapazität verwen­ det werden, optimal angepaßt werden.

Obwohl sich die vorliegende Erfindung insbesondere in Mobil­ funksystemen, wie beispielsweise in UMTS-Mobilfunksystemen, anwendbar ist, kann die Erfindung auch in anderen Kommunika­ tionssystemen, wie z. B. in Festnetzen, zur Anwendung kommen.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die jeweils belegte Kanalkapazität optimal an die für die entsprechende Verbin­ dung tatsächlich benötigte Kanalkapazität angepaßt werden kann. Eine höhere Kanalkapazität hat zur Folge, daß die in dem Kommunikationssystem für andere Verbindungen oder Kanäle noch zur Verfügung stehende Kapazität verringert wird, so daß die Anzahl der gleichzeitig möglichen Verbindungen geringer ist. Andererseits wird durch eine höhere Kanalkapazität die Übertragungsqualität, d. h. bei der Übertragung von Sprachin­ formationen die Sprachqualität, verbessert. Aus diesen Grün­ den ist es vorteilhaft, automatisch stets möglichst lediglich die tatsächlich benötigte Kanalkapazität pro Übertragungska­ nal zu nutzen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels erläutert. Die einzige Fig. 1 zeigt dabei ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild eines Mobilfunk­ systems, bei dem die Erfindung angewendet wird.

Gemäß Fig. 1 werden Kommunikationsinformationen, insbesondere Sprachinformationen, von einem Sender 1 über einen Hochfre­ quenz-Übertragungskanal 3 an einen Empfänger 2 übertragen. In Fig. 1 sind insbesondere die an der Codierung und Decodierung dieser Sprachinformationen oder Sprachsignale beteiligten Komponenten dargestellt. Die von einer Datenquelle 4, bei­ spielsweise einem Mikrofon, gelieferten Sprachinformationen werden zunächst mit einem digitalen Sprachcodierer 7 in eine Bitfolge umgesetzt. Auf der Empfängerseite ist entsprechend ein Sprachdecodierer 14 vorgesehen, dessen Ausgangssignal ei­ ner Datensenke 15 zur Ausgabe oder Weiterverarbeitung der de­ codierten Sprachinformationen zugeführt wird.

Die sprachcodierten Daten werden anschließend mit Hilfe eines Kanalcodierers 8 codiert, wobei den eigentlichen Nutz- oder Nachrichtenbits zusätzliche redundante Bits hinzugefügt wer­ den, mit deren Hilfe Übertragungsfehler erkannt und anschlie­ ßend korrigiert werden können. Die sich bei der Kanalcodie­ rung ergebende Coderate r ist eine wichtige Größe zur Be­ schreibung des jeweils bei der Kanalcodierung eingesetzten Codes und ist wie folgt definiert:

Dabei bezeichnet k die Anzahl der Datenbits und n die Anzahl der insgesamt codierten Bits, d. h. die Anzahl der hinzugefüg­ ten redundanten Bits entspricht dem Ausdruck n-k. Ein Code mit der oben definierten Coderate r wird auch als (n, k)-Code bezeichnet, wobei die Leistungsfähigkeit des Codes mit abneh­ mender Coderate r zunimmt. Zur Kanalcodierung werden übli­ cherweise sogenannten Blockcodes oder Faltungscodes verwen­ det. Auf der Empfängerseite ist ein entsprechender Kanaldeco­ dierer 13 vorgesehen.

Vor der Übertragung der kanalcodierten Informationen zu dem Empfänger können diese abschließend einem Interleaver 9 zuge­ führt werden, der die zu übertragenden Datenelemente gemäß einem bestimmten Schema zeitlich umordnet und dabei zeitlich spreizt, wodurch die in der Regel bündelweise auftretenden Fehler verteilt werden, um einen sogenannten gedächtnislosen (memoryless) Übertragungskanal mit einer quasizufälligen Feh­ lerverteilung zu erhalten, da dies von den meisten Kanalcodes vorausgesetzt wird. Auf der Empfängerseite ist entsprechend ein Deinterleaver 12 vorgesehen, der diese Umordnung der Bits rückgängig macht.

Der Sprachcodierer 7, der Kanalcodierer 8 und der Interleaver 9 bilden die Codiervorrichtung 5 des Senders 1, wobei die auf diese Weise codierten Sprachinformationen einem Modulator 6 zugeführt werden, dessen Aufgabe es ist, die Sprachinforma­ tionen auf ein Trägersignal aufzumodulieren und gemäß einem vorgegebenen Vielfachzugriffsverfahren über den Übertragungs­ kanal 3 an den Empfänger 2 zu übertragen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die in dem Mobilfunksystem jedem Übertra­ gungskanal 3 zugewiesene Kanalkapazität (in Bit/Sekunde) va­ riabel und insbesondere wählbar ist, so daß eine automatische Einstellung der jeweiligen Kanalkapazität in Abhängigkeit von entsprechend vorgegebenen Entscheidungskriterien möglich ist. Zu diesem Zweck ist eine Steuereinheit 10 vorgesehen, welche einerseits Benutzereingaben und andererseits bestimmte Zu­ standsinformationen überwacht bzw. auswertet.

Das Mobilfunksystem kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, daß jeder Teilnehmer zwischen zwei unterschiedlichen Übertragungsraten für den entsprechenden Übertragungskanal wählen kann, so daß z. B. eine teilnehmerspezifische Auswahl zwischen einem EFR-Kanal (Enhanced Full Rate) mit einer hohen Übertragungsrate und einem HR-Kanal (Half Rate) mit einer halbierten Übertragungsrate möglich ist. Der HR-Kanal besitzt den Vorteil, daß die Übertragung über diese Kanalkapazität für den Teilnehmer lediglich die Hälfte kostet. Gleichzeitig ist jedoch der HR-Kanal mit dem Nachteil verbunden, daß die Signalverarbeitung dieses Kanals nur an eine bestimmte Si­ gnalquelle, beispielsweise einer männlichen Stimme, optimal angepaßt ist, so daß insbesondere bei starken Hintergrundge­ räuschen eine gute Verständigung schwierig werden kann. Ähn­ liche Szenarien sind auch für UMTS-Mobilfunksysteme vorgese­ hen, wobei geplant ist, die Kanalkapazität in verschiedenen Größen anzubieten, während die Sprachsignalverarbeitung je­ doch nur bei einer bestimmten dieser Kanalkapazitäten eine bestmögliche Qualität ermöglicht.

Der Benutzer kann somit über eine entsprechende Eingabe (vor­ zugsweise über die Tastatur seines Mobiltelefons) die aus seiner Sicht für die jeweiligen Bedingungen geeignete Kanal­ kapazität auswählen und der Steuereinheit 10 mitteilen, die daraufhin die für die entsprechende Verbindung belegte Kanal­ kapazität entsprechend einstellt bzw. von dem Mobilfunknetz anfordert.

Vorteilhafterweise ist jedoch die Steuereinheit 10 derart ausgestaltet, daß sie die Auswahl der jeweils günstigsten bzw. bestmöglich geeigneten Kanalkapazität automatisch vor­ nimmt.

Als Entscheidungskriterium kann die Steuereinheit diesbezüg­ lich die spektralen Eigenschaften des dem Sprachcodierer 7 zugeführten Audio-Eingangssignals überwachen und mit ver­ schiedenen gespeicherten spektralen Referenzmasken verglei­ chen. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 10 zwischen ei­ ner männlichen und einer weiblichen Stimme unterscheiden oder auch Hintergrundgeräusche auswerten etc. Abhängig von dem Zu­ stand des auf diese Weise analysierten Sprachsignals kann so­ mit die Steuereinheit 10 unter Bezugnahme auf einen vorgege­ benen Entscheidungsalgorithmus die für die jeweiligen spek­ tralen Eigenschaften des Sprachsignals bestmöglich geeignete Kanalkapazität auswählen. Die Informationen über die spektra­ len Eigenschaften des Sprachsignals können der Steuereinheit 10 von dem Sprachcodierer 7 zugeführt werden, da eine ent­ sprechende Sprachsignalanalyse bereits bei der Sprachcodie­ rung durchgeführt werden kann.

Als weiteres Entscheidungskriterium kann die Steuereinheit 10 auch den Zustand des jeweiligen Übertragungskanals auswerten. Der Kanalzustand kann insbesondere durch dessen Übertragungs­ qualität oder Übertragungssicherheit gekennzeichnet sein. Bei einem schlechten und fehleranfälligen Übertragungskanal ver­ schlechtert sich zwangsläufig die Sprachqualität. Durch Ver­ gleich entsprechender Kanalzustandsinformationen mit vorgege­ benen Referenz- oder Schwellenwerten ist somit die Steuerein­ heit 10 in der Lage, abhängig von dem bereits erwähnten Ent­ scheidungsalgorithmus die für den augenblicklichen Kanalzu­ stand am besten geeignete Kanalkapazität auszuwählen. Für die Qualität des Übertragungskanals ist nicht zuletzt der Ka­ nalcodierer 8 verantwortlich, da die von dem Kanalcodierer 8 durchgeführte Kanalcodierung maßgeblich die Übertragungssi­ cherheit des Übertragungskanals bestimmt. Die Steuereinheit 10 kann somit die den Kanalzustand kennzeichnenden Zustand­ sinformationen direkt dem Kanalcodierer 8 entnehmen.

Nachdem die Steuereinheit 10 abhängig von den jeweils über­ wachten Zustandsinformationen die geeignete Kanalkapazität ausgewählt hat, muß die Kanalkapazität für die augenblickli­ che Verbindung entsprechend eingestellt werden.

Für die Kanalkapazität K gilt bekannterweise in Abhängigkeit von der Bandbreite B und dem Signalrauschabstand S/N folgen­ der Zusammenhang:

Die Kanalkapazität kann somit von der Steuereinheit 10 einer­ seits durch Veränderung der Bandbreite B und andererseits durch Veränderung des Signalrauschabstands S/N erhöht bzw. verringert werden.

Die von der Steuereinheit überwachten Referenzwerte, d. h. die Referenzmasken bei der Überwachung der spektralen Eigenschaf­ ten des zu übertragenden Sprachsignals und die Schwellenwerte bei der Überwachung der Kanalzustandsinformationen, können vorzugsweise von dem Benutzer verändert und entsprechend neu eingestellt werden. Auf diese Weise kann der Benutzer diese Referenzwerte fallweise verschieben, um somit beispielsweise bei wichtigen Gesprächen eine bessere Sprachqualität anzufor­ dern. Darüber hinaus kann der Benutzer der Steuereinheit 10 auf diese Weise auch eine Rückmeldung darüber zukommen las­ sen, ob aus der Sicht des Benutzers die von der Steuereinheit 10 zuvor getroffene automatische Entscheidung bezüglich der Auswahl der Kanalkapazität sinnvoll war. In diesem Fall ver­ ändert die Steuereinheit die von ihr überwachten Referenzwer­ te in Abhängigkeit von der Rückmeldung des Benutzers, so daß eine adaptive Einstellung der optimalen Referenzwerte ermög­ licht wird.

Claims (22)

1. Verfahren zum Übertragen von Kommunikationsinformationen, wobei die Kommunikationsinformationen von einem Sender (1) über einen Übertragungskanal (3) an einen Empfänger (2) über­ tragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Übertragungskanal (3) zugeordnete Kanalkapazität variabel ist und in Abhängigkeit von bestimmten Entschei­ dungskriterien eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Entscheidungskriterium eine Benutzereingabe verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Entscheidungskriterium die Übertragung der Kommunika­ tionsinformationen betreffende Zustandsinformationen ausge­ wertet und mit entsprechenden Referenzwerten verglichen wer­ den, um davon abhängig die Kanalkapazität einzustellen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Entscheidungskriterium die zu übertragenden Kommuni­ kationsinformationen analysiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsinformationen Sprachinformationen sind, deren spektrale Eigenschaften analysiert werden, um davon ab­ hängig die Kanalkapazität einzustellen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse der spektralen Eigenschaften der Sprachinfor­ mationen das Frequenzspektrum der Sprachinformationen mit Re­ ferenzspektren verglichen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Entscheidungskriterium den Kanalzustand betreffende Zustandsinformationen ausgewertet und mit entsprechenden Re­ ferenzwerten verglichen werden, um davon abhängig die Kanal­ kapazität einzustellen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Einstellung der Kanalkapazität das Ergebnis dieser Einstellung beurteilt wird, und daß in Abhängigkeit von dieser Beurteilung die für den Ver­ gleich mit den Zustandsinformationen verwendeten Referenzwer­ te adaptiv eingestellt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Vergleich mit den Zustandsinformationen ver­ wendeten Referenzwerte durch Benutzereingaben verändert wer­ den können.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Übertragungskanal (3) zugeordnete Übertragungs­ qualität variabel ist und in Abhängigkeit von bestimmten Ent­ scheidungskriterien eingestellt wird.

11. Kommunikationssystem,
mit einem Empfänger (2), und
mit einem Sender (1) zum Übertragen von Kommunikationsinfor­ mationen über einen Übertragungskanal (3) an den Empfänger (2), dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Übertragungskanal (3) zugeordnete Kanalkapazität variabel ist, und
daß Steuermittel (10) zum Einstellen der Kanalkapazität in Abhängigkeit von bestimmten Entscheidungskriterien vorgesehen sind.

12. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) derart ausgestaltet sind, daß sie eine Benutzereingabe auswerten und davon Abhängig die Kanal­ kapazität einstellen.

13. Kommunikationssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kommunikationsinformationen Sprachinformationen sind, und
daß die Steuermittel (10) derart ausgestaltet sind, daß sie als Entscheidungskriterium die spektralen Eigenschaften der zu übertragenden Sprachinformationen analysieren, um davon abhängig die Kanalkapazität einzustellen.

14. Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) Sprachcodiermittel (7) zum Umsetzen der zu übertragenden Sprachinformationen in binäre Daten umfaßt, und daß die Steuermittel (10) die spektralen Eigenschaften der zu übertragenden Sprachinformationen anhand von das Frequenz­ spektrum der Sprachinformationen betreffenden Zustandsinfor­ mationen beurteilen, welche von den Sprachcodiermitteln (7) zur Verfügung gestellt werden.

15. Kommunikationssystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) derart ausgestaltet sind, daß sie zur Analyse der spektralen Eigenschaften der Sprachinforma­ tionen das Frequenzspektrum der Sprachinformationen mit Refe­ renzspektren vergleichen.

16. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) derart ausgestaltet sind, daß sie als Entscheidungskriterium den Kanalzustand betreffende Zu­ standsinformationen auswerten, um davon abhängig die Kanalka­ pazität einzustellen.

17. Kommunikationssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) Kanalcodiermittel (8) zum redundanten Co­ dieren der zu übertragenden Sprachinformationen umfaßt, und daß die Steuermittel (10) die den Kanalzustand betreffenden Zustandsinformationen von den Kanalcodiermitteln (8) empfan­ gen.

18. Kommunikationssystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) derart ausgestaltet sind, daß sie die den Kanalzustand betreffenden Zustandsinformationen mit entsprechenden Referenzwerten vergleichen, um davon abhängig die Kanalkapazität einzustellen.

19. Kommunikationssystem nach Anspruch 15 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspektren bzw. Referenzwerte durch Benut­ zereingaben veränderbar sind.

20. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 11-19, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (1) Modulatormittel (6) zum Aufmodulieren der zu übertragenden Kommunikationsinformationen auf ein Träger­ signal umfaßt, und
daß die Steuermittel (10) die Kanalkapazität für den entspre­ chenden Übertragungskanal der zu übertragenden Kommunikati­ onsinformationen durch Erzeugen eines entsprechenden Steuer­ signals für die Modulatormittel (6) zur Veränderung der Über­ tragungsbandbreite einstellen.

21. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 11-20, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Übertragungskanal (3) zugeordnete Übertragungs­ qualität variabel ist, und
daß die Steuermittel (10) auch zum Einstellen der Übertra­ gungsqualität in Abhängigkeit von bestimmten Entscheidungs­ kriterien vorgesehen sind.

22. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 11-21, dadurch gekennzeichnet, daß das Kommunikationssystem ein Mobilfunksystem ist.