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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fensterfehlerdetektor
und einen Turbodekoder.
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Zum
Erhalten einer guten Audioqualität
bei einem Radiotelefon muß der
Radioempfänger
an den Sprachdekoder eine Anzeige der Qualität des Sprachrahmens (Sprachdatenblock) übergeben.
Diese binäre
Anzeige muß die
folgenden Betrachtungen erlauben: eine Nicht-Verkehrskanaleingabe
(Rauschen oder Steuerkanal) wird immer als schlecht detektiert,
eine Verkehrskanaleingabe mit einem hohen Signal-zu-Rauschen-Verhältnis (SNR)
wird immer als gut detektiert, und eine große Mehrheit der korrigierbaren
Verkehrskanalrahmen wird als gut detektiert.
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Durch
das Erfüllen
dieser Kriterien kann ein hohes Maß an Muting (Rauschsperrung)
und Sprachextrapolation durch den Sprachdekoder vermieden werden.
Zusätzlich
wird ein Empfänger,
der diese Anforderungen erfüllt,
entsprechend der Spezifikation in einem System wie dem globalen
System für
mobile Kommunikation (GSM), IS-136, oder IDEN, oder anderen digitalen
Kommunikationssystemen arbeiten. Es wird jedoch erkannt, daß es schwierig
ist, diese Kriterien zu erfüllen.
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Ein
vorteilhaftes Verfahren des Überwachens
der Sprachrahmenqualität
verwendet eine Fensterfehlerdetektion zusammen mit einem weiche Entscheidungen
erzeugenden Decoder. Zum Beispiel kann die Ausgabe weicher Entscheidungen
eines Viterbi-Entzerrers zur Detektion eines schlechten Rahmens
verwendet werden. Das US-Patent 5 229 767 mit dem Titel „Decoder
for convolutionally encoded information", erteilt für Winter et al. am 20. Juli 1993,
offenbart einen Dekoder, der einen schlechten Rahmen unter Verwendung
der weichen Information von einem De koder detektiert, um zu bestimmen,
ob ein Rahmen ausrangiert wird oder nicht.
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Ein
Verfahren des Verbesserns der Leistung eines Empfängers ist
es, ein sogenanntes "Turbo-Dekodieren" vorzusehen. Ein
Turbo-Dekoder verwendet einen iterativen Prozeß, der zur Lieferung einer
verbesserten Dekodierung eines Rahmens wiederholt wird. Eine Schwierigkeit
mit diesen Dekodern ist das Bestimmen, wann die Wiederholung des
reiterativen Prozesses zu stoppen ist. Eine Technik, die zum Stoppen
von reiterativem Dekodieren verwendet worden ist, ist das Stoppen,
wenn sich die dekodierten Werte nicht länger ändern (d.h., wenn die Bits aufhören, sich
zwischen einer logischen 1 und einer logischen 0 zu ändern).
Ein anderes bekanntes Verfahren zum Bestimmen, wann die Iterationen
des Turbo-Dekoders zu stoppen sind, verwendet eine zyklische Blockprüfung (Cyclic
Redundancy Check (CRC)). Bits werden dem Rahmen hinzugefügt, um eine
Fehleranzeige für
das Turbo-Dekodieren zu liefern. Der reiterative Prozeß wird beendet,
wenn die Fehlerredundanzbits nicht länger anzeigen, daß es einen
Fehler gibt. Ein abermals anderes Verfahren verwendet eine feststehende
Anzahl von Wiederholungen (z.B. 10). Jedes der obigen Verfahren
weist einen Nachteil auf. Das Verwenden der Turbo-Dekodier-CRC-Bits
bedeutet, daß zusätzliche
Bits zu dem Datenrahmen für
die Turbo-Dekodierung hinzugefügt werden.
Dieses fügt
zusätzlichen
Aufwand zu den Daten hinzu. Die anderen beiden Verfahren fügen zusätzlichen
Aufwand bei der Bearbeitung dahingehend hinzu, daß viele
Iterationen durch den Prozeß selbst
benötigt
werden.
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Dementsprechend
gibt es eine Notwendigkeit für
eine verbesserte Dekodierung und Fehlerdetektion.
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Die
Dokumente
US 5,229,767 ,
US 5,815,507 und
DE 41 92 982 C2 beschreiben
Fehlerdetektoren für
Empfänger
mit Weiche-Entscheidung-Dekodern. Die
DE 195 26 416 A1 und die
Veröffentlichung "Two Simple Stopping
Criteria for Turbo Decoding" von Shao,
R.Y., et al., I.E.E.E. Transactions on Communications, 1999, Vol.
47, No. 8, Seiten 1117 bis 1020 offenbaren Abbruchkriterien für das Turbodecodieren.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fehlerdetektor
mit einer verbesserten Fehlerdetektion und einen entsprechenden
Dekoder anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Detektor nach Anspruch 1 bzw. einen Dekoder nach Anspruch
4.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Weitere
Merkmale, Aufgaben und Vorteile folgen aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild in Blockdarstellung, das eine Sende-Empfangs-Einheit
illustriert;
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2 ein
schematisches Schaltbild in Blockdarstellung, das einen Dekoder
illustriert; und
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3 ein
schematisches Schaltbild in Blockdarstellung, das einen Fensterfehlerdetektor
illustriert.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Fensterfehlerdetektor
und einen verbesserten Turbo-Dekoder. Der verbesserte Fensterfehlerdetektor
verwendet eine Information, die sich auf den diskontinuierlichen Übertragungszustand
bezieht, um einen Schwellwert eines Detektors für einen schlechten Rahmen zu ändern. Dieses
erlaubt einen engeren Schwellwert bei dem diskontinuierlichen Übertragungsmodus
und einen lockereren Schwellwert bei einem nicht-diskontinuierlichen Übertragungsmodus.
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Ein
verbesserter Turbo-Dekoder zieht einen Vorteil aus der Fensterfehlerdetektorinformation,
um zu bestimmen, wann die Dekodier-Iterationen zu stoppen sind.
Insbesondere bestimmt der Turbo-Dekoder, daß er die iterative Verarbeitung
der Daten, die mit einem Fenster verbunden sind, stoppen kann, wenn
der Fensterfehlerdetektor detektiert, daß der Rahmen nicht schlecht
ist. Dieses liefert eine Anzeige eines akzeptabel dekodierten Rahmens
ohne die Verwendung von Extra-Bits, wie sie mit CRC benötigt würden. Zusätzlich wird
der iterative Prozeß nicht weiter
wiederholt, nachdem er nicht länger
benötigt wird,
wie es bei Turbo-Dekodern auftritt, die erst nach einer festgelegten
Anzahl von Iterationen stoppen. Die Verwendung der diskontinuierlichen Übertragungsinformation
liefert außerdem
einen Vorteil gegenüber
den Turbo-Dekodern, die die Iterationen fortsetzen, bis sich die
Werte nicht längern ändern, indem
ein früheres
Abschneiden an einem Punkt, an dem ein Rahmen dekodiert werden kann,
geliefert wird.
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Der
Turbo-Dekoder ist vorteilhaft für
einen diskontinuierlichen Übertragungsmodus,
wenn weniger Rahmen übertragen
werden. Der Turbo-Dekoder kann härter
arbeiten, um sicherzustellen, daß dekodierbare Rahmen dadurch
erzeugt werden. Dieses stellt sicher, daß Signale einer verbesserten
Qualität für den lokalen
Lautsprecher erzeugt werden.
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Eine
Sende-Empfangs-Einheit 100 (1) enthält eine
Antenne 102 zum Empfangen von Signalen von einer Kommunikationsverbindung 101.
Die illustrierte Vorrichtung ist eine Sende-Empfangs-Einheit für drahtlose Kommunikation,
aber es wird sicherlich erkannt werden, daß die Vorrichtung ebenso Anwendung
in anderen Kommunikationsvorrichtungen wie Satellitentelefonen,
Festnetztelefonen und Modems oder irgendeiner anderen Vorrichtung,
die digitale Information kommuniziert, finden kann. Ein Empfänger 103 empfängt Daten
von der Antenne, verarbeitet sie und gibt Information an den digitalen Signalprozessor 104 aus.
Der digitale Signalprozessor wandelt die Datenfolge unter Verwendung
eines Programmes, das in einem Speicher 106 gespeichert ist,
um. Empfangene Sprachsignale werden in analoge Signale in einem
Digital-zu-Analog-Wandler 107 umgewandelt und in einem
Verstärker 108 zum
Treiben eines Lautsprechers 109 verstärkt.
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Zu übertragende
Signale werden durch ein Mikrofon 120 detektiert, in einem
Verstärker 121 verstärkt und
in einem Analog-zu-Digital-Wandler 122 in digitale
Signale umgewandelt. Die digitalen Signale werden in den digitalen
Signalprozessor 104 eingegeben. Ein Sender 124 erzeugt
Signale zur Übertragung über die
Luftverbindung 101.
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Die
Sende-Empfangs-Einheit 100 kann in einem kontinuierlichen Übertragungsmodus
oder einem diskontinuierlichen Übertragungsmodus
arbeiten. In dem diskontinuierlichen Übertragungsmodus wird die Datenkapazität eines
drahtlosen Übertragungssystems,
in dem die Sende-Empfangs-Einheit 100 arbeitet, durch eine
entfernte Einrichtung (z.B. eine Basisstation), die weniger Information überträgt, erhöht, wie
es in der Technik bekannt ist. Derart werden zum Beispiel Intervalle
zwischen Sprache (Sprachblöcken)
durch die entfernte Einrichtung nicht übertragen. Zum Beispiel wird
in einem System mit Zeitmultiplex mit Vielfachzugriff (TDMA) Information während jedes
Zeitschlitzes, der der Vorrichtung 100 zugeordnet ist,
in einem kontinuierlichen Modus kommuniziert, aber nur während derjenigen
Zeitschlitze, in denen Sprache vorhanden ist, für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus.
Der digitale Signalprozessor 104 identifiziert den diskontinuierlichen Übertragungsmodus
in einer herkömmlichen
Weise.
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Zum
Dekodieren der Daten wird Information, die von der Übertragungsverbindung 101 empfangen wird,
durch einen optionalen Deinterleaver (Entschachtler) 202 entschachtelt
(2). Die Fachleute werden erkennen, daß der Deinterleaver
nicht benötigt
wird, wenn die Daten vor der Übertragung
nicht verschachtelt wurden. Entschachelte, unkodierte Daten werden
in einer Harte-Entscheidung-Schaltung 204 verarbeitet und
in einer optionalen Aufzeichnungseinheit 206 aufgezeichnet.
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Ein
Weiche-Entscheidung-Dekoder (Soft-Decision-Dekoder) 210 wird
zum Dekodieren der kodierten Daten verwendet. Der Weiche-Entscheidung-Dekoder
kann durch irgendeine Weiche-Entscheidung-Dekoder bereitgestellt
werden, der weiche Ausgaben erzeugt, wie einen Weiche-Ausgabe-Viterbi-Entzerrer
oder einen „Maximum a
posteriori"-Dekoder
(MAP-Dekoder), suboptimale Variationen derselben oder ähnliches.
Zusätzlich kann
der Dekoder ohne die Harte-Entscheidung-Schaltung 204 verwendet
werden. Der Dekoder kann vorteilhafterweise ein Turbo-Dekoder sein. Die
Daten können
außerdem
faltungskodiert oder blockkodiert oder ähnliches sein.
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Die
Ausgabe des Weiche-Entscheidung-Dekoders 210 wird dem Bitordner 206 eingegeben.
Die Information von dem Weiche-Entscheidung-Dekoder 210 wird
außerdem
an einen Fensterfehlerdetektor 214 geliefert. Der Fensterfehlerdetektor 214 analysiert
die Information in Reaktion auf die Weiche-Entscheidung-Information
in dem Dekoder, und optional in Reaktion auf ein diskontinuierliches Übertragungssignal
am Eingang 222, zur Detektion eines schlechten Rahmens.
Das diskontinuierliche Übertragungssignal
kann vorteilhafterweise mit oder ohne einen Turbo-Dekoder für den Weiche-Entscheidung-Dekoder 210 verwendet
werden. Falls der Weiche-Entscheidung-Dekoder kein Turbo-Dekoder
ist, wird die Rückkopplung
von dem Fensterfehlerdetektor 214 zu dem Weiche-Entscheidung-Dekoder 210 nicht
benötigt.
In ähnlicher
Weise kann ein Turbo-Dekoder für den
Weiche-Entscheidung-Dekoder 210 einen Fensterfehlerdetektor
mit der oder ohne die diskontinuierliche Übertragungsinformation verwenden.
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Ein
Weicher-Wert-Detektor 216 kann ebenfalls zum Detektieren
eines unzuverlässigen
Rahmens verwendet werden. Die Anzeige eines schlechten Rahmens von
dem Fensterfehlerdetektor 214 und die Anzeige eines unzuverlässigen Rahmens von
dem Weicher-Wert-Detektor 216 werden
dem Sprachdekoder 208 eingegeben. Die Sprachsignale von
dem Dekoder werden zum Treiben des Lautsprechers 109 (1)
geliefert. Der Dekoder 210 und der Fensterfehlerdetektor 214 aus 2 sind
in dem digitalen Signalprozessor 104 implementiert, der
unter Verwendung eines Mikroprozessors, eines Mikrocomputers, eines
digitalen Signalprozessors oder ähnlichem
implementiert sein kann.
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Unter
Bezugnahme auf 3, der Fensterfehlerdetektor 214 leitet
seine Eingaben von den Wahrscheinlichkeiten (likelihoods) der dekodierten Bits
in dem Weiche-Entscheidung-Dekoder 210 ab. Bei einer Ausführungsform
werden die Unterschiede zwischen der Wegmetrik der überlebenden
Metrik (d.h., des Weges durch den Dekoder, der ausgewählt wird)
und dem besten gelöschten
Weg als Li ausgegeben. Eine größere Wegmetrikdifferenz
entspricht einer zuverlässigeren
Dekoderausgabe. In anderen Worten, je größer die Differenz zwischen
dem ausgewählten
Weg und dem nächstbesten
Weg ist, desto zuverlässiger
wird der Weg bestimmt.
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Unter
Verwendung der letzten 25 Wegmetrikwerte wird der kleinste
unter diesen als der Zuverlässigkeitsfaktor
in einem Minimumdetektor 312 ausgewählt. Eine Summe der 12 vorhergehend
ausgewählten
Minimum-Zuverlässigkeitsfaktoren
wird außerdem
unter Verwendung eines Schieberegisters 314 und eines Summierers
(Addierers) 316 erzeugt. Das Langzeitmessungsintervall
wird mit 12 gewählt,
da es als das kürzeste
Intervall von Sprachrahmen angenommen wird, von dem wahrscheinlich
ist, daß es
einen guten Sprachrahmen enthält.
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Ein
Schwellwert für
einen schlechten Rahmen wird in dem Detektor 318 für einen
schlechten Rahmen gesetzt, der durch die folgenden Kriterien repräsentiert
und durch den Graph in dem Block 318 aus 3 illustriert
wird:
Falls der Zuverlässigkeitsfaktor
gröber
als ein Schwellwert T1 ist, wird der eingegebene Rahmen als gut
angezeigt;
Falls der Zuverlässigkeitsfaktor
unter einem Schwellwert K1 ist, wird der eingegebene Rahmen als schlecht
berichtet;
Falls die Summe der 12 Minima unter einem Schwellwert
K2 ist, wird die Eingabe als schlecht identifiziert;
Falls
die Beziehung zwischen dem Zuverlässigkeitsfaktor und der Summe
der 12 Minima unter einem Schwellwert T2 ist, wird der eingegebene
Rahmen als schlecht berichtet; und
in jedem anderen Fall wird
der Rahmen als gut detektiert.
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Die
Schwellwerte T1 und T2 werden abhängig von der Bestimmung, ob
die Sende-Empfangs-Einheit in dem diskontinuierlichen Übertragungsmodus
(DTX) ist, variiert. In dem Fall des diskontinuierlichen Übertragungszustandes
werden engere Schwellwerte benutzt, um einen niedrigeren Prozentsatz
von schlechten Rahmen, die als gute Rahmen berichtet werden, und
die an den Sprachdekoder durchgegeben werden, sicherzustellen. Bei der
illustrierten Ausführungsform
tritt die Anzeige eines schlechten Rahmens in dem gestrichelten
Bereich auf. Der lockere Schwellwert (T1) für den nicht diskontinuierlichen
(kontinulierlichen) Übertragungsmodus
ist auf 37 eingestellt. Der enge Schwellwert (T1) für den diskontinuierlichen Übertragungsmodus ist
auf 65 eingestellt. Falls die Summe der Li kleiner als 100 (K2)
ist, wird der Rahmen als schlecht detektiert. Für T2 wird die Steigung als
4 ausgewählt,
so daß der
Schwellwert für
die Kurve T2 ausgewählt wird
als Σ Li
= 168 + 4·Li.
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Zusätzlich wird,
falls von einem eingegebenen Sprachrahmen bekannt ist, daß er Steuerinformation
enthält,
das Minimum auf 0 in dem Minimumdetektor 312 gesetzt und
der Sprachrahmen wird als schlecht detektiert (was an dem Eingang
die Anzeige eines schlechten Rahmens erzeugt) durch den Detektor 318 für einen
schlechten Rahmen. Dieses hindert den Fensterfehlerdetektor 214 am
falschen Anzeigen eines guten Kanals unter Verwendung des zweiten
Kriteriums (d.h., der Summe der letzten 12 Minima). Dann verarbeitet
der Sprachdekoder den Rahmen als einen Nicht-Sprach-Rahmen.
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Wie
zu ersehen ist, wird für
die diskontinuierliche Übertragung
(DTX) der Schwellwert zum Detektieren von schlechten Rahmen in dem
Block 318 nach rechts bewegt, was es für die Rahmen schwerer macht,
als gute Rahmen durchzulaufen. Dieses ist wichtig, da während des
diskontinuierlichen Übertragungsmodus
einige Rahmen, die andernfalls gesendet worden wären, nicht gesendet werden.
Als Folge wird durch die entfernte Einrichtung anstelle eines Signals,
das andernfalls übertragen
würde, nichts
gesendet. Dieses wird getan, um Systemstörungen zu reduzieren, um so
die Kapazität
des Kommunikationssystems zu erhöhen.
Es ist wichtig, daß die
Rahmen, die mit den nicht-übertragenen
Signalen verbunden sind, nicht empfangen und als Sprache dekodiert
werden. Durch das Erhöhen
des Schwellwertes für
einen schlechten Rahmen in dem Detektor 318 für einen
schlechten Rahmen ist es weniger wahrscheinlich, daß die Rahmen,
die mit den nicht-übertragenen Signalen
verbunden sind, als Sprache detektiert und dekodiert werden.
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Die
Verwendung von Turbo-Dekodern für Weiche-Entscheidung-Dekoder 210 macht
es möglich,
die Rahmen iterativ erneut zu bearbeiten, bis ein Rahmen als ein
guter Rahmen detektiert wird. Der Fensterfehlerdetektor 214 liefert
ein insbesondere vorteilhaftes Verfahren des Bestimmens, wann der iterative
Prozeß zu
stoppen ist. Bevorzugterweise wird die Anzahl der Iterationen auf
ein Maximum wie zehn gesetzt. Der iterative Prozeß wird wiederholt, bis
der Fensterfehlerdetektor nicht länger einen schlechten Rahmen
detektiert, oder bis die maximale Anzeige von Iterationen, die erlaubt
sind, erreicht ist. Falls das Kommunikationssystem einen starken
Kanal hat, dann kann eine Dekodierungsiteration durch den Dekoder 210 ausreichend
sein. In einer besonders problematischen Situation wird der Prozeß bis zur
maximalen Anzahl von erlaubten Iterationen wiederholt. Das Maximum
begrenzt die benötigten
Resourcen, aber die Fähigkeit,
vor dem Maximum zu stoppen, reduziert signifikant die Anzahl der
Iterationen, die für
ein spezifisches Fenster benötigt
werden.
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Ein
Turbo-Dekoder kann verwendet werden, um es zu unterstützen, einen
Vorteil aus dem diskontinuierlichen Übertragungssignal zu ziehen,
das an dem Eingang 222 geliefert wird. Der Schwellwert
für einen
schlechten Rahmen in dem Detektor 318 während einer diskontinuierlichen Übertragung
wird erhöht,
um sicherzustellen, daß Rahmen,
die nicht übertragen
wurden, nicht darin resultieren, daß der Dekoder 208 einen
dekodierten Rahmen erzeugt. Da der Schwellwert für einen schlechten Rahmen höher ist,
kann die Anzahl der Iterationen in dem diskontinuierlichen Übertragungsmodus
relativ zu dem kontinuierlichen Übertragungsmodus
höher sein.
In anderen Worten, man kann mehr Iterationen nehmen, bevor der Rahmen
den Detektor 318 für
einen schlechten Rahmen in dem diskontinuierlichen Modus passiert. Jedoch
erlaubt dieses dem System, seine Kapazität zu erhöhen, während die Sende-Empfangs-Einheit so
arbeitet, daß sie
sicherstellt, daß nur
Sprachsignale dekodiert werden.
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Der
Weiche-Entscheidung-Detektor 216 kann ebenfalls verwendet
werden. Der Weiche-Entscheidung-Detektor enthält einen Mittlerer-Weicher-Wert-Generator 324 (3).
Ein Detektor 326 für
einen unzuverlässigen
Rahmen gibt eine Anzeige eines unzuverlässigen Rahmens aus, wenn der
mittlere Weiche-Wert unterhalb einer Konstante K3 (die mit dem Wert 41 illustriert
ist) ist und der Zuverlässigkeitsfaktor
Li unter einer Konstante K4 (die mit dem Wert 60 illustriert
ist) ist. Diese zusätzliche
Information kann durch den Sprachdekoder 208 beim Dekodieren
der empfangenen Daten verwendet werden.
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Derart
kann gesehen werden, daß ein
verbesserter Fensterfehlerdetektor (= Detektor für einen schlechten Rahmen)
und ein verbesserter Turbo-Dekoder offenbart werden. Während die
Erfindung in einem Sprachdekoder illustriert wurde, werden die Fachleute
erkennen, daß die
Erfindung auch in Nicht-Sprach-Systemen
verwendet werden kann.