DE2659596C2

DE2659596C2 - Funkvermittlungssystem zwischen Funkstationen und Fernsprechteilnehmern

Info

Publication number: DE2659596C2
Application number: DE19762659596
Authority: DE
Inventors: Josef 8025 Unterhaching Brusch; Hans-Martin Dipl.- Ing. 8000 Muenchen Christiansen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2659596B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Funkvermittlungssystem, bei dem insbesondere mobile oder tragbare Funkstationen über eine Funküberleitstelle als Vermktlungsstation auch mit Teilnehmern eines öffentlichen Fernsprechnetzes verbindbar sind und bei dem die Übertragung der Funksignale in digitalisierter Form erfolgt.

Die digitalisierte Nachrichtenübertragung hat bekanntlich die Vorteile geringer Störmöglichkeit, da bei der binären Übertragung wegen der Regnerationsmöglichkeit im Empfänger ein weitgehend ungestörter Empfang möglich ist. Wünschenswert ist jedoch dabei eine möglichst geringe Bitfolge, schon deshalb, um auch bei ungünstigen Ausbreitungsbedingungen, bei denen mit Reflexionen durch Mehrwegeausbreitung zu rechnen ist, eine Regeneration der digitalen Signale noch zu ermöglichen.

Im allgemeinen erfordert die Nachrichtenübertragung mittels eines PCM- oder eines Pulsdeltamodulationssystems Bitraten von ca. 10 kbit. Dies ist in vielen Fällen aus den oben geschilderten Gründen für die Übertragung ungünstig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Weg aufzuzeigen, bei dem es möglich ist, auch unter erschwerten Funkausbreitungsbedingungen, eine gute Sprachverständigung zwischen Teilnehmern sowohl des Funknetzes als auch Teilnehmern eines öffentlichen Fernsprechnetzes zu sichern.

Diese Aufgabe wird bei einem Funkvermittlungssystem, bei dem insbesondere mobile oder tragbare Funkstationen über eine Funküberleitstelle als Vermittlungsstation auch mit Teilnehmern eines öffentlichen Fernsprechnetzes verbindbar sind und bei dem die Übertragung der Funksignale in digitalisierter Form erfolgt, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei den mobilen bzw. tragbaren Stationen ein Sprachanalysierer in Form eines Vollvocoders vorgesehen ist, dem die Sprachsignale über ein das gesamte Sprachband, insbesondere die Sprachgrundfrequenz, übertragendes Mikrofon zugeführt wird, und der die Aussendung der analysierten Anteile mit niedriger Bitrate etwa mit 2400 bit/s über den Sendeempfänger bewirkt und daß bei der Funküberleitstelle für Teilnehmer des öffentlichen Fernsprechnetzes ein nach Art eines Semivocoders arbeitendes Sprachanalysiergerät vorgesehen ist, das ohne Ermittlung der Sprachgrundfrequenz eine Redundanzminderung des Fernsprechsignals auf etwa 4000 bis 4800 bit/s gestattet, und daß in den Funkstationen die korrespondierenden Syntheseeinrichtungen vorhanden sind.

Es ist auf diese Weise möglich, eine gute Sprachübertragung in beiden Richtungen, d. h. von der Funkstation zur Funküberleitstelle und von dort weiter in das Fernsprechnetz bei geringer Bitrate zu sichern. Dies ist deshalb auf einfache Weise möglich, da bei den Funkteilnehmern im allgemeinen zwar nur eine geringe Sendeleistung zur Verfügung steht, aber ein sehr gutes und leicht auszuwertendes Niederfrequenzsigna! dem Vocoder zur Verfügung gestellt werden kann. Andererseits ist auf der Seite der Funküber'r itstelle leicht ein größerer Aufwand z. B. an Sendeleistung zu vertreten, so daß dort die Übertragung mit größerer Bitrate z. B. quaternär vorgenommen werden kann. Außerdem muß berücksichtigt werden, daß die Signale, die nus dem Fernsprechnetz kommen, nicht nur von vornherein auf eine Übertragungsband von etwa 300 Hz bis 3 kHz begrenzt sind, sondern obendrein durch Hintergrundgeräusche verfälscht sind, so daß die Verwendung eines Vollvocoders nicht möglich ist, sondern nur die eines Semivocoders, der von Natur aus eine höher Bitrate abgibt.

Nachfolgend wird die Erfindung näher erläutert. Bei der Sprachübertragung muß für die Erreichung niedriger Bitraten das Sprachsignal mit einem Analyse-Syntheseverfahren codiert werden. Dazu ist es notwendig, aus dem Sprachsignal die Grundfrequenz der Sprache zu gewinnen, die im allgemeinen Anteile unter 300 Hz enthält und ferner zu erkennen, ob die einzelnen Laute stimmhaft oder stimmlos sind. Diese beiden Grundparameter der Sprache lassen sich verhältnismäßig leicht und zuverlässig dann gewinnen, wenn die Sprache mit einem guten Mikrofon (kein Kohlemikrofon) und mit voller Bandbreite (ca. 60 Hz bis 5000 Hz) aufgenommen wird. Dies ist bei den Funkteilnehmerstationen meist leicht durchführbar, selbst wenn sie sich im mobilen Betrieh befinden, da es Spezialmikrofone gibt, die eine weitgehende Umweltgeräuschunterdrückung ermöglichen, besonders dann, wenn der Sprecher eine Nahbesprechung vornimmt. Hingegen ist bei normalen Poststationen mit Kohlemikrofonen und dem anschließenden Übertragungsverfahren die Bandbreite auf 300 bis 3400 Hz maximal begrenzt. Hinzu kommen Umgebungsgeräusche und/oder mehrer Sprecher, Übersprechen, Nebensprechen u. dgl. Eine zuverlässige Grundfrequenzfindung und eine richtige Unterscheidung von stimmhaften und stimmlosen !Lauten ist daher erheblich erschwert bzw. nicht mehr möglich.

Durch Verwendung von sogenannten Semivocodern kann man jedoch mit mehr als 4000 bit/s, z. B. mit 4800 bit/s, auch in diesem Fall noch eine brauchbare Sprachübertragung bekommen, wenn auch die Bitrate erheblich über der eines Vollvocoders liegt. Beim Vollvocoder werden hier nur etwa 2000 bit zur

verständlichen Sprachübertragung benötigt.

Es werden daher die Flinkteilnehmer, mit einem guten geräuschunempfindlichen Mikrofon ausgerüstet, mit einem nachfolgenden Vollvocoder, der z. B. als Kanalvocoder, LPC linear prediction coder, APC = adaptive prediction oder FFT = fast fourier transformation coder ausgestattet. Ausführungsbeispiele hierfür finden sich in den folgenden Literaturstellen;

1. IEEE Transaction on Communication, Nr. 9, Sept. 1974, Seiten 1168 bis 1170

2. Schafer, R. W.: A Survey of Digital Speech Processing Techniques. IEEE Trans. Audio Electroacoustr. AU-20 (1972) pp. 28-32.

3. IEEE Trans. Audi Electroacoust. AU-20 (1972) pp. 28-32.

Da der Funkteilnehmer mit einer sogenannten Funküberleitstelle, die die Vermittlungsfunktionen ausübt, in Verbindung treten muß, ist in der Funküberleitstelle eine entsprechende Auswertevorrichtung für die redundanzmindernden Sprachsignale von der Funkstation vot gesehen. Dieses aus dem Vocodersigna! synthetisierte Sprachsignal wird dann, falls der Funkteilnehmer mit einem Teilnehmer des öffentlichen Telefonnetzes verbunden werden soll, zu dem gewünschten Teilnehmer übertragen.

Andererseits erhält die Funküberleitstelle das Signal vom Postteilnehmer in der oben geschilderten bandbegrenzten und evtl. noch gestörten Form. Bei der Funküberleitstelle wird daher ein Vocoder vorgesehen, der mit Restsignalübertragung arbeitet, wie ζ. B.einSemivocoderoderein residual coder. Derartige Vocoder sind beispielsweise beschrieben in dem Buch »Speech analysis, synthesis and preception«, Springer Verlag 1972 von J. L. Flanagan, insbesondere Seiten 347, 348 und folgende.

Derartige Codierer erlauben es auch noch, aus einem begrenzten Sprachband unter Reduzierung der Redundanz bis auf etwa 4800 bit/s eine Sprachübertragung zu sichern. Dieses so in der Funküberleitstelle redundanzgeminderte Signal aus dem Fernsprechnetz wird dann dem Funkteilnehmer mit der erwähnten Bitrate von etwa 4800 bit/s übermittelt. Der Funkteilnehmer hat eine entsprechende Syntheseeinrichtung für dieses redundanzgeminderte Signal.

Die unterschiedliche Übertragungsart zwischen beiden Teilnehmern ist deshalb sinnvoll, da einerseits der Funkteilnehmer nur einen Sender mit geringer Leistung benötigt. Die Funkausbreitung wird nämlich überproportional mit Verringerung der Bitrate verbessert. Vom Funkteilnehmer zur zentralen Station wird also binär übertragen, wofür nur ein geringer Störabstand notwendig ist. Umgekehrt kann und wird in der zentralen Stelle der Sender viel stärker sein, wodurch auch ein Mehrstufensigna!, ζ. B. ein quaternäres Signal, mit befriedigendem Ergebnis übertragen werden kann, das einen höheren Störabstand verlangt.

Die Schrittgeschwindigkeit ist in beiden Richtungen etwa gleich groß, so daß gleiche Ubertragungsbandbreiten erzielbar sind. Damit wird auch die Frequenzökonomie des Funknetzes weitgehend erhalten.

Claims

Patentanspruch:

Funkvermittlungssystem, bei dem insbesondere mobile oder tragbare Funkstationen über eine Funküberleitstelle als Vermittlungsstation auch mit Teilnehmern eines öffentlichen Fernsprechnetzes verbindbar sind und bei dem die Übertragung der Funksignale in digitalisierter Form erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß bei den mobilen bzw. tragbaren Stationen ein Sprachanalysierer in Form eines Vollvocoders vorgesehen ist, dem die Sprachsignale über ein das gesamte Sprachband, insbesondere die Sprachgrundfrequenz übertragendes Mikrofon zugeführt wird, und der die Aussendung der analysierten Anteile mit niedriger Bitrate etwa mit 2400 bit/s über den Sendeempfänger bewirkt und daß bei der Funküberleitstelle für Teilnehmer des öffentlichen Fernsprechnetzes ein nach Axt eines Semivocoders arbeitendes Sprachanalysiergerät vorgesehen ist, das ohne Ermittlung der Sprachgrundfrequenz eine Redundanzminderung des Fernsprechsignals auf etwa 4000 bis 4800 bit/s gestattet, und daß in den Funkstationen die korrespondierenden Syntheseeinrichtungen vorhanden sind.