DE4495617C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Muliplexen von Nachrichtendaten mit fester Länge und variabel kodierter Sprache - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Multiplexen kodierter Sprachdaten und Nachrich­ tendaten mit fester Länge, bei denen es erforderlich ist, daß die Übertragung innerhalb einer maximalen Antwortzeit erfolgt und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Kodierrate für die kodierten Sprachdaten, um die Nachrichtendaten mit fester Länge innerhalb der maximalen Antwortzeit zu übertragen.

2. Beschreibung herkömmlicher Lösungen

Bei zellularen Telephonen wird die Sprache durch ein Mikrophon detektiert und durch einen Vocoder kodiert. Der Vocoder stellt kodierte Sprachdaten zur Verfügung, die die Sprache repräsen­ tieren. Zellulare Telephone müssen neben den kodierten Sprach­ daten auch Steuernachrichten übertragen. Bekannte Zellularte­ lephonformate übertragen die Steuernachrichten in von den ko­ dierten Sprachnachrichten getrennten Paketen. Diese eigenen Pakete für die Steuernachrichten und für die kodierten Sprach­ daten werden multiplext, um sie auf einen Kanal zu übertragen.

Wenn ein zellulares Telephon eine Steuernachricht an eine Ba­ sisstation sendet, muß die Basisstation typischerweise den Empfang der Steuernachricht quittieren. Bei der Zurückübertra­ gung der Steuernachricht von dem zellularen Telephon oder der Quittierung von der Basisstation, kann es passieren, daß die übertragenen Funkwellen ihr Ziel nicht erreichen. Atmosphäri­ sche Bedingungen, zufällige Reflexionen der Funkwellen an Ge­ bäuden und Hügeln etc. können den Empfang der Funkwellen ver­ fälschen. Wenn eine Funkwelle verfälscht wird, sollte das zel­ lulare Telephon nicht unbestimmt lang warten müssen, bis die Quittierung von der Basisstation folgt.

Die in den Steuernachrichten enthaltene Quittierung (acknowledgment) mußte daher innerhalb einer maximalen Ant­ wortzeit übertragen werden. Ein zellulares Telephon, welches auf die Quittierung wartet, weiß dann, daß nach der maximalen Antwortzeit die Quittierung entweder bereits gesendet und ver­ fälscht worden ist oder daß die ursprüngliche Steuernachricht aufgrund atmosphärischer Gegebenheiten nie empfangen wurde.

In einem Zellulartelephon-Übertragungssystem sind mehrere mit­ einander nicht völlig vereinbare Ziele zu verfolgen. Die Spra­ che sollte in Echtzeit und ohne Qualitätsverschlechterung übertragen werden. Die Sprache muß darüber hinaus zusammen mit Steuernachrichten unter Verwendung einer möglichst geringen Datenmenge übertragen werden. Die Übertragung muß darüber hin­ aus das begrenzte Funkspektrum einhalten und Interferenzen mit anderen Benutzern vermeiden. Schließlich muß eine Steuernach­ richt, die eine Quittierung enthält, innerhalb einer maximalen Antwortzeit übertragen werden.

Aus der US-PS 4 805 167 ist ein digitales Netzwerk mit einem Kanal mit veränderbarer Datenrate bekannt.

Aus der US-PS 4 763 319 ist ein Übertragungsnetzwerk bekannt, bei dem Sprach- und andere Nachrichtendaten mit unterschiedli­ chen Datenraten zeitmultiplex übertragen werden können.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Multiplexen codierter Sprach- und Nachrichtendaten anzugeben, bei denen die Nachrichtendaten ohne wahrnehmbare Sprachqualitätseinbußen gesendet werden können, während das Spektrum beibehalten wird und Interferenzen mit an­ deren Benutzern vermindert werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Wenn es erforderlich ist, daß die Sprache mit einer hohen Sprachkodierungsrate kodiert ist, ko­ diert ein Vocoder mit variabler Rate die Sprache mit hoher Rate, um kodierte Sprachdaten für die Übertragung durch einen Multiplexer zu erzeugen. Wenn es jedoch nicht erforderlich ist, die Sprache mit einer hohen Sprachkodierungsrate zu ko­ dieren, kodiert der Vocoder die Sprache mit einer geringen Rate, um weniger kodierte Sprachdaten für die Übertragung zu erzeugen. Der Multiplexer kombiniert dann die kodierten Sprachdaten mit Teilen der Steuernachrichtendaten für die Übertragung. Die gesamten Steuernachrichtendaten werden jedoch noch vor Ablauf der maximalen Antwortzeit gesendet, indem die Sprache mit einer geringen Rate kodiert wird, um in den ko­ dierten Sprachnachrichten Platz frei zu halten, um darin üb­ rige Teile der Steuernachrichtendaten zu multiplexen.

Der Multiplexer überträgt die Steuernachrichtendaten innerhalb der maximalen Antwortzeit und überträgt die kodierten Sprach­ daten nur dann mit einer geringeren Sprachkodierrate, wenn dies zum Ende der maximalen Antwortzeit notwendig ist. Wenn neue Steuernachrichtendaten erzeugt werden, noch bevor zuvor erzeugte Steuernachrichtendaten gesendet worden sind, werden zusätzliche Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, daß die neuen Nachrichtendaten auch noch vor Ablauf der entsprechenden maximalen Antwortzeit gesendet werden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Dabei zeigen die Zeichnungen im ein­ zelnen:

Fig. 1 zeigt ein Funktelephon-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm von Steuernachrichtendaten und kodierter Sprachdaten, wodurch die unterschiedlichen Sprachkodierraten entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung illustriert werden.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Funkvorrichtung für Sprachkodierung und Multiplexen entsprechend der vor­ liegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für Sprachkodierung und Multiplexen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 und 6 zeigen Flußdiagramme für einen Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Funktelephon-Kommunikationssystem. Eine Mo­ bilstation 10 oder eine portable Handgeräteeinheit, kommuni­ ziert mit einer Basisstation 20. Die Mobilstation 10 und die Basisstation 20 enthalten Vocoder für das Umwandeln von Spra­ che in kodierte Sprachdaten entsprechend einem für die digi­ tale Übertragung geeignetem Format. Vocoder mit variabler Rate können für die Kodierung der Sprache eingesetzt werden und entsprechend der Charakteristik der zu kodierenden Sprache un­ terschiedliche Raten einsetzen. Ein Vocoder mit variabler Rate arbeitet typischerweise mit voller Rate oder mit Raten, die durch Vielfache von zwei, wie etwa ein Halb, ein Viertel, ein Achtel, ein Sechzehntel etc. geteilt sind. Wenn ein Sprecher pausiert oder mit dem Sprechen in einem ruhigen Raum aufhört, weist die entsprechende Sprache Charakteristiken auf, die keine hohe Sprachkodierungsrate erfordern. Der Vocoder mit va­ riabler Rate wird dann selbständig die Kodierrate soweit her­ absetzen, wie dies für eine optimale Sprachkodierung notwendig ist. Wenn der Sprecher in einem sehr ruhigen Raum aufhört zu sprechen, wird die Vocoderrate selbständig auf eine Sprachko­ dierungsrate von ein Viertel oder ein Achtel abnehmen. Wenn der Sprecher jedoch in einem geräuscherfüllten Restaurant oder auf einer Baustelle zu sprechen aufhört, wird der Vocoder nicht unter die volle Sprachkodierrate gehen, da Hintergrund­ rauschen detektiert wird und als Sprache kodiert wird.

Da ein zellulares Telephon nicht so ausgelegt sein sollte, daß es unbestimmt lange auf den Empfang einer Quittierung wartet, ist bei einem zellularen Telephon vorgesehen, daß nicht länger als eine maximale Antwortzeit gewartet wird. Steuernachrich­ tendaten die eine Quittierung enthalten, müssen dann entspre­ chend einigen Formatspezifikationen vor Ablauf einer maximalen Antwortzeit gesendet werden. Beispielsweise muß entsprechend dem zellularen CDMA-Format PN-3118 der Telecommunications Industry Association die Mobilstation 10 eine Quittierung in­ nerhalb von 200 ms senden und die Basisstation 20 muß eine Quittierung innerhalb von 400 ms senden. Wird angenommen daß ein Frame 20 ms lang ist, so muß die Basisstation 20 eine Quittierung vor Ablauf von 20 Frames senden.

Um die Quittierung vor Ablauf der maximalen Antwortzeit zu senden, muß der Vocoder typischerweise auf die halbe Rate her­ untergehen, um für zwischenzeitliche Übertragung von Steuer­ nachrichten Platz zu schaffen. Wenn der Vocoder gezwungen wird mit einer Rate zu arbeiten die geringer ist als die volle Rate, so wird die kodierte Sprachdatenqualität für Sprache ab­ nehmen, bei der die volle Rate erforderlich ist. Wenn eine volle zellulare Funktelephonkonversation in einem rauschbehaf­ teten Restaurant oder einer Baustelle auftritt, wird der Vocoder nicht selbständig unter die volle Sprachkodierungsrate gehen. Wenn ein Vocoder mit voller Rate arbeiten will, um eine optimale Übertragung zu erreichen, sollte der Vocoder nicht gezwungen werden, zu weit unter der vollen Rate zu arbeiten, um eine deutlich verschlechterte Übertragung zu vermeiden. So­ mit sollte ein Vocoder nicht gezwungen werden mit einer gerin­ gen Rate zu arbeiten, um eine wahrnehmbare Verschlechterung der Sprachqualität zu vermeiden.

Durch die vorliegende Erfindung soll vermieden werden, daß der Vocoder gezwungen wird, mit einer geringen Rate zu arbeiten und dadurch die kodierte Sprachdatenqualität zu verringern, indem mit der Verringerung der Vocoderrate gewartet wird. Ge­ mäß der vorliegenden Erfindung wird mit der Reduzierung der Vocoderrate während der maximalen Antwortzeit gewartet und es werden die Vorteile der selbständigen Verringerung der Vocoderrate für das Senden von Steuernachrichten ausgenützt. Nahe dem Ende der maximalen Antwortzeit, wird der Vocoder, für den Fall, daß nicht genug Raum für Steuernachrichten durch selbständige Verringerung der Vocoderrate geschaffen wurden, gezwungen mit einer geringen Rate zu arbeiten und verbleibende Steuerdaten werden dann noch vor dem Ende der maximalen Ant­ wortzeit übertragen. Die Steuernachricht wird somit vor Ablauf der maximalen Antwortzeit übertragen und es wird gleichzeitig eine optimale Sprachkodierung erreicht.

Durch das Senden der Steuernachrichten in Räumen, die durch geringere Vocoderraten geschaffen wurden, kann das Spektrum beibehalten werden und Interferenzen mit anderen zellularen Telephonbenutzern in einem Format mit gestreutem Spektrum ver­ mindert werden. Dies liegt daran, daß bei einem Format mit ge­ streutem Spektrum die Benutzer sich das gleiche Frequenz band teilen.

Fig. 2 zeigt ein Zeitdiagramm der übertragenen Frames. Die für die optimale Sprache benötigten Vocoderraten sind durch die Kurve 310 für jeden Frame angedeutet. Wie in diesem Beispiel gezeigt ist, erfordert die Sprache während den Frames 1, 2 und 3 eine volle Sprachkodierrate um eine optimale Sprachkodierung zu erreichen. Im Frame 4 weist die Sprache jedoch eine Charak­ teristik auf, die nur noch die Hälfte der Sprachkodierungsrate erforderlich macht. Somit kann ein Teil der Steuernachrichten­ datenbits 320 in den Frame 4 zusammen mit den kodierten Sprachdaten eingesetzt werden. Zusätzlich weist die Sprache in den Frames 5 und 6 eine Charakteristik auf bei der nur ein Viertel der Sprachkodierungsrate erforderlich ist und somit können Steuernachrichtendatenbits 320 in die Frames 5 und 6 miteingesetzt werden. In den Frames 7 bis 20 der Fig. 2, hat die Sprache erneut Charakteristiken erreicht, die eine volle Sprachkodierung erforderlich machen. Beispielsweise könnte die Sprache an einer Baustelle aufgetreten sein und der Sprecher nach dem Frame 3 zu sprechen aufgehört haben. Beim Frame 7 könnte ein Baustellengerät wie etwa ein Preßlufthammer erneut zu arbeiten begonnen haben, und ein Hintergrundrauschen er­ zeugt haben, welches durch den Vocoder als Sprache erkannt wird, die eine volle Sprachkodierungsrate erfordert. Beim Frame 20 hat die Vocoderrate nicht stark genug abgenommen, um alle Bits der Nachrichtendaten mit zu übertragen. Somit werden die übrigen Daten 330 der Nachrichtendaten in den Frame 20 übertragen und die Sprachkodierrate des Vocoders wird im Frame 20 auf eine geringere Rate gezwungen.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Funkübertragungsvor­ richtung zum Multiplexen einer Steuernachricht und kodierter Sprachdaten. Ein Vocoder 110 kodiert Daten mit einer variablen Rate, jeweils basierend auf die Charakteristiken der zu kodie­ renden Sprache. Ein Multiplexer 120 empfängt die kodierten Sprachdaten von dem Vocoder mit variabler Rate 110 und sendet die kodierten Sprachdaten an einen Übertrager 130, damit sie mittels einer Antenne 140 über die Luft übertragen werden kön­ nen. Der Multiplexer 120 multiplext eine Steuernachricht 150 von einer Steuerquelle 160 zusammen mit kodierten Sprachdaten für die Übertragung. Der Übertrager 130 kann ein CDMA (code division multiple access)-Übertrager sein.

Wenn der Multiplexer 120 nicht in der Lage ist, genug Steuer­ nachrichtendaten 150 in die kodierten Sprachdaten miteinzuset­ zen, zwingt der Multiplexer 120 den Vocoder mit variabler Rate 110 mit einer geringeren Sprachkodierrate zu arbeiten. Bei der geringeren Sprachkodierrate wird Platz geschaffen um sowohl die Sprachdaten mit geringerer Rate als auch die Bits der Steuernachrichten zu übertragen.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild zum Erläutern von Details des Multiplexers 120 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Schal­ ter 210 sendet entweder kodierte Sprachdaten von dem Vocoder mit variabler Rate 110 oder eine Steuernachricht 150 an die Ausgangsleitung 220 des Multiplexers 120. Ein Frame-Zähler 230 zählt die von dem Schalter 210 zur Ausgangsleitung 220 ausge­ sendeten Frames. Ein Daten-Zähler 240 zählt die Bits der Steu­ ernachricht, die von dem Schalter 210 gesendet werden. Der Schalter 210 und die maximale Rate des Vocoders mit variabler Rate 110 werden durch einen Steuerschaltkreis 250 basierend auf die Zählergebnisse des Frame-Zählers 230 und des Daten- Zählers 240 gesteuert, um sicherzustellen, daß die gesamte Steuernachricht 150 vor Ablauf einer vorgegebenen Anzahl von Frames übertragen wird. Da für den Multiplexer 120 angenommen wird, daß er jeden Frame als Zeiteinheit erzeugt, welche wie­ derholt wird, wird die Steuerung ebenfalls vor Ablauf einer bestimmten Anzahl von Frames oder der maximalen Antwortzeit übertragen. Wenn die Frames keine sich wiederholende Zeitein­ heit darstellen, könnte der Frame-Zähler 230 durch einen Zeit­ zähler ersetzt werden.

Wenn der Frame-Zähler 230 und der Daten-Zähler 240 anzeigen, daß der Schalter 210 die verbleibenden Bits der Steuernach­ richt 150 nicht vor Ablauf einer bestimmten Anzahl von Frames übertragen kann, zwingt der Steuerschaltkreis 250 den Vocoder mit variabler Rate 110 auf eine Sprachkodierrate die geringer ist als die maximale Rate. Wenn ein Vocoder verwendet wird, um die Sprache zu kodieren, arbeitet der Vocoder mit variabler Rate 110 typischerweise mit voller Rate oder mit Raten die durch Vielfache von zwei geteilt sind, wie beispielsweise ein Halb, ein Viertel, ein Achtel, ein Sechzehntel etc . . Gemäß der vorliegenden Erfindung verringert der Vocoder mit variabler Rate 110 die Rate selbständig auf eine Rate die kleiner ist als die volle Rate, wenn die Charakteristik der Sprache eine geringere Rate erfordert. Da die nächste Rate nach der vollen Rate typischerweise ein Halb ist, wird der Vocoder vorzugs­ weise auf die halbe Rate gezwungen. Der Vocoder wird jedoch auch dann arbeiten, jedoch mit geringerer Qualität, wenn er auf kleinere Raten wie etwa ein Viertel oder ein Achtel etc. gezwungen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, daß sowohl die mobile Station als auch die Basisstation eines Telephon-Kommunikationssystems die Sprachkodierratensteuerung enthält. Beide Multiplexer können die Sprachkodierratensteue­ rung aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine CDMA-Kodierung mit einem ge­ streuten Spektrum vorgesehen, jedoch ist die vorliegende Er­ findung auch für digitale Funktelephonformate mit TDMA-Zugriff anwendbar.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Flußdiagramme zur Erläuterung des er­ findungsgemäßen Verfahrens. Gemäß Fig. 5 und 6 wird erläutert, daß die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise den in den Frames verfügbaren Raum verwendet (Schritt 670. Im Schritt 690 wird überprüft, ob spätere Frames mit halber Rate genügend Raum aufweisen, um übriggebliebene Steuernachrichtendaten zu senden, noch bevor das Ende der maximalen Antwortzeit erreicht ist. Wenn bei späteren Frames nicht genug Platz für das Senden der verbleibenden Steuernachrichtendaten übrigbleibt, wird der Vocoder im Schritt 710 auf die halbe Rate gezwungen, um die Übertragung der Steuerdaten sicherzustellen, noch bevor das Ende der maximalen Antwortzeit erreicht ist.

Als Beispiel für die Bestimmung die im Schritt 690 vorgenommen wird, sei angenommen, daß ein zellulares Funktelephonformat erfordert, daß die Steuernachricht innerhalb 400 ms Frames mit einer Länge von 20 ms vollständig gesendet werden muß. Wird angenommen, daß eine 140-Byte-Steuernachricht empfangen wurde, die von einer Basisstation an eine Mobilstation gesendet wer­ den muß, und daß diese Nachricht eine Quittierung benötigt, muß eine Nachricht innerhalb von 400 ms vollständig gesendet werden. Die 140-Byte-Steuernachricht setzt sich somit aus 1120 Bits zusammen, die in dem Steuernachrichtenbit-Zähler gespei­ chert wären, da 140 Bytes × 8 Bits = 1120 Bits sind. Zusätz­ lich ist die Anzahl der Frames, die für die Sendung der Steu­ ernachricht erforderlich sind 20, da 400 ms durch 20 ms 20 Frames ergeben. Der Frame-Zähler wird somit anfänglich auf 20 Frames gesetzt. Im Schritt 690 würde dann die Anzahl der Frames mit halber Rate oder darunter bestimmt werden, die not­ wendig ist, um die Steuernachricht zu senden. Sei angenommen, daß ein Frame 172 Bits bei halber Rate für die Datenübertra­ gung bereitstellt, wären 86 Bits für die Steuernachrichten­ übertragung in jedem Frame verfügbar. Somit würde eine 1120 Bit-Nachricht 14 Frames mit halber Rate oder darunter benöti­ gen, da 1120/86 = 14 ist. Da 20 Frames für das Senden der Nachricht während der maximalen Antwortzeit verfügbar sind, kann im Schritt 690 der Vocoder mit voller Rate zumindest für die ersten sechs Frames arbeiten. Beim siebten Frame müßte im Schritt 690 der Vocoder auf eine Rate kleiner als die volle Rate gezwungen werden, um Steuernachrichtendaten zu senden, falls der Vocoder nicht selbständig auf eine geringere Rate heruntergegangen ist. Sollte der Vocoder jedoch während der ersten sechs Frames automatisch auf die halbe Rate herunter­ gegangen sein, dann wären 86 der 1120 Steuernachrichtenbit bereits übertragen und im Schritt 690 müßte der Vocoder im siebten Frame nicht gezwungen werden auf einer geringeren Rate zu arbeiten. Der Schritt 690 stellt somit sicher, daß genug Frames für die verbleibenden Steuernachrichtendaten verfügbar sind, bevor das Ende der maximalen Antwortzeit oder die maxi­ male Anzahl von Frames erreicht sind.

Für die Übertragung einer einzelnen Steuernachricht arbeitet das Verfahren gemäß Fig. 5 und 6 wie folgt. Nach einem anfäng­ lichen Startschritt 600 wird im Schritt 610 eine Bestimmung dahingehend vorgenommen, ob eine neue Steuernachricht von ei­ ner Steuerquelle empfangen wurde. Falls keine Steuernachricht für die Übertragung empfangen wurde, fährt der Schritt 610 mit dem Schritt 620 fort, wo die kodierten Sprachdaten durch den Schalter gesendet werden, damit ein Frame ohne eingefügte Steuernachrichtenbits übertragen wird. Der Schritt 620 kehrt dann zum Anfangsschritt 610 zurück.

Wenn im Schritt 610 festgestellt wird, daß eine neue Steuer­ nachricht gesendet werden muß, wird der Frame-Zähler 230 im Schritt 640 gesetzt. Im Schritt 640 wird der Frame-Zähler 230 mit der maximalen Antwortzeit, die durch die erforderliche An­ zahl von Frames durch die die Steuernachricht gesendet werden muß dargestellt wird, gesetzt. Wird angenommen, daß jeder Frame die gleiche Länge aufweist, so wird durch das Zählen von durch den Multiplexer gesendeten Frames die Zeitperiode be­ stimmt, vor deren Ablauf die Steuernachrichtendaten gesendet werden müssen. Dann wird die Anzahl der Bits in der Steuer­ nachricht bestimmt und diese Anzahl von Bits wird dann im Schritt 630 in dem Daten-Zähler 240 gesendet.

Nach dem Schritt 630 wird im Schritt 650 der Frame-Zähler um eins erniedrigt, um die Übertragung eines Frames durch den Multiplexer vorzubereiten. Dann wird im Schritt 660 die Anzahl der Bits in den vom Vocoder empfangenen kodierten Sprachdaten bestimmt. Diese Anzahl von Bits wird von der Anzahl der Bits in einem leeren Frame subtrahiert, um die Anzahl der Bits festzustellen die in dem Frame verfügbar sind. Dann werden im Schritt 670 Nachrichtensteuerbits in die verfügbaren Bits in dem Frame eingesetzt, wobei angenommen wird, daß im Schritt 600 bestimmt wurde, daß Bits in dem Frame verfügbar sind. Da­ nach wurde im Schritte 680 der Daten-Zähler 240 um die Anzahl der Nachrichtenbits, die im Schritt 670 in dem Frame einge­ setzt wurden, dekrementiert. Dann wird am Ende des Schrittes 680 ein Frame von dem Multiplexer übertragen.

Nach dem Schritt 680 wird dem Schritt 690 die notwendige Vocoderrate für den nächsten zu übertragenden Frame bestimmt. Der Schritt 690 bestimmt ob genug Frames verfügbar sind, um die verbleibende Menge von Steuernachrichten zu übertragen, bevor das Ende der Antwortzeit erreicht ist. Im Schritt 690 wird festgestellt, ob der Frame-Zähler anzeigt, daß genügend Frames verfügbar sind, um die Anzahl der verbleibenden Steuer­ nachrichtenbits wie sie durch den Steuernachrichtenbit-Zähler angezeigt werden zusammen mit den kodierten Sprachdaten bei halber Rate zu senden. Wenn genügend Frames verfügbar sind, wird mit dem Schritt 700 fortgefahren und es wird dem Vocoder gestattet mit der vollen Rate zu arbeiten. Sollte der Vocoder eine geringere Übertragungsrate gewählt haben, so sollte im Schritt 690 nicht veranlaßt werden, daß der Vocoder mit einer höheren Rate arbeitet.

Sollte im Schritt 690 festgestellt worden sein, daß nicht ge­ nügend Frames für die Anzahl der verbleibenden Steuernachrich­ tenbits mit halber Rate verfügbar sind, so wird mit Schritt 710 fortgefahren, bei dem der Vocoder gezwungen wird, mit hal­ ber Rate zu arbeiten, um genügend Raum für das Einsetzen von Steuernachrichtenbits in den nächsten Frame zu garantieren. Sollte der Vocoder jedoch auf eine noch geringere Rate ge­ schaltet haben, so sollte er im Schritt 690 nicht gezwungen werden mit einer höheren Rate zu arbeiten.

Im Schritt 720 wird festgestellt, ob irgendwelche Steuernach­ richtenbits übrigbleiben, wobei dies dadurch erfolgt, daß ge­ prüft wird, ob der Nachrichtenbit-Zähler auf Null ist. Wenn Steuernachrichtenbits übriggeblieben sind, wird mit Schritt 650 fortgefahren, um die Übertragung der Steuernachricht zu­ sammen mit kodierten Sprachdaten fortzusetzen. Wenn im Schritt 720 jedoch festgestellt wird, daß die Steuernachricht voll­ ständig gesendet wurde und daß keine Steuernachrichtenbits üb­ riggeblieben sind, wird mit Schritt 610 fortgefahren, indem eine neue zu sendende Steuernachricht erhalten werden kann.

Wenn eine neue Steuernachricht erzeugt wird, bevor eine frü­ here Steuernachricht gesendet wurde, werden die Schritte 810, 820, 830, 840, 850 und 860 in einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung verwendet. Diese Schritte stellen sicher, daß eine neue Nachricht ebenfalls gesendet wird bevor die ent­ sprechende vorgegebene Anzahl von Frames abgelaufen ist. Wird angenommen, daß eine zweite Steuernachricht nach der ersten Steuernachricht empfangen wurde, so wird die vorgegebene An­ zahl von Frames der zweiten Steuernachricht einen Frame nach der vorgegebenen Anzahl von Frames der ersten Steuernachricht ablaufen. Ohne die Schritte 810, 820, 830, 840, 850 und 860 könnte die zweite Steuernachricht nur einem Frame zugewiesen werden, um die gesamte Steuernachricht nach dem Senden der ersten Steuernachricht zu senden.

Im Schritt 810 wird während der Übertragung einer Nachricht überprüft, ob eine neue Nachricht für die Übertragung empfan­ gen wurde. Wenn eine neue Nachricht für die Übertragung emp­ fangen wurde, wird dem Schritt 820 ein neuer Frame-Zähler mit der erforderlichen Anzahl von Frames während der die neue Steuernachricht gesendet werden muß, gesetzt. Danach wird im Schritt 850 festgestellt, ob eine neue Steuernachricht inner­ halb der maximalen Antwortzeit bei halber Rate gesendet werden kann, nachdem die vorhergehende Nachricht oder die vorherge­ henden Nachrichten gesendet wurden. In diesem Fall bei dem die neue Steuernachricht einen Frame nach der ersten Steuernach­ richt empfangen wurde, würde im Schritt 850 bestimmt werden, ob die zweite neue Steuernachricht mit halber Rate in nur ei­ nem Frame gesendet werden kann. Wenn die zweite neue Steuer­ nachricht nicht innerhalb der maximalen Antwortzeit gesendet werden kann, wird mit Schritt 860 fortgefahren. Im Schritt 860 wird ein alter Frame-Zähler einer früher empfangenen Nachricht um die Anzahl von Frames erniedrigt, die notwendig ist um alle Nachrichten zu senden.

Schritt 720 wird nach Schritt 820, wenn keine neue zu senden­ den Steuernachrichten empfangen wurden, nach Schritt 850 wenn genug Zeit zum Senden einer neuen Steuernachricht verfügbar ist und nach Schritt 860 ausgeführt. Wie oben bei der Be­ schreibung einer einfacheren Ausführungsform erwähnt wurde, wird im Schritt 720 festgestellt, ob der Steuernachrichtenbit- Zähler für eine Steuernachricht die momentan übertragen wird, anzeigt, daß die momentane Nachricht komplett gesendet wurde. Wenn die momentan übertragene Steuernachricht komplett gesen­ det wurde, wird in Schritt 830 überprüft, ob eine andere Steu­ ernachricht darauf wartet, gesendet zu werden. Wenn keine Steuernachricht darauf wartet gesendet zu werden, wird nach Schritt 830 der Schritt 620 ausgeführt, wo eine Schleife auf­ tritt, um auf den Empfang einer neuen zu sendenden Steuernach­ richt zu warten. Wenn eine zu sendende Steuernachricht wartet, wird in Schritt 840 veranlaßt, daß die wartende Steuernach­ richt die nächste zu sendende Steuernachricht wird. Im Schritt 630 wird der Steuernachrichtenbit-Zähler mit der Anzahl der Bits der zu sendenden Steuernachricht gesetzt und die Nach­ richt wird danach so wie oben beschrieben gesendet.

Die Zähler und der Schalter des Multiplexers der vorliegenden Erfindung können mit einem speziell integrierten Schaltkreis oder mit diskreten Komponenten verwirklicht sein. Der Multi­ plexer ist vorzugsweise ein Teil eines digitalen Signalprozes­ sors oder selbst in einem schnellen Mikroprozessor implemen­ tiert. Wenn ein digitaler Signalprozessor verwendet wird, kann der digitale Signalprozessor entsprechend den Flußdiagrammen der Fig. 5 und 6 implementiert sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung treten weniger Interferenzen mit anderen Benutzern auf, wenn eine Empfangsvorrichtung mit gestreutem Spektrum verwendet wird. Empfangsvorrichtungen mit gestreutem Spektrum übertragen einen einzelnen Sprachkanal über eine Vielzahl zufällig variierender Frequenzen, im Gegen­ satz zu anderen Systemen, bei denen der Sprachkanal über einen einzelnen Frequenzkanal übertragen wird. Bei einem Format mit gestreutem Spektrum, werden einige Frequenzen verschiedener Benutzer miteinander überlappen oder miteinander interferie­ ren, jedoch werden die Frequenzen nicht vollständig durch eine derartige Interferenz beschädigt, so daß die Übertragung zu­ verlässig empfangen werden kann, nachdem eine Pseudo-Zufalls- Demodulation vorgenommen wurde. In einem gewöhnlichen System wird ein Frequenzkanal einem Benutzer für die gesamte Übertra­ gung zugewiesen. In diesen herkömmlichen Systemen, arbeitet der Vocoder kontinuierlich mit voller Sprachkodierungsrate, da es keinen Grund gibt, die Daten mit einer geringeren Rate auf einem Kanal zu übertragen, der vollständig dem Benutzer für eine gegebene Kommunikation zugewiesen wurde. In einem Format mit gestreutem Spektrum teilen sich die Benutzer jedoch das gleiche Frequenzband. Daher besteht die Notwendigkeit die Vocoderrate zu reduzieren, wenn dies nicht zu einer Ver­ schlechterung der Sprachqualität führt. Formate mit gestreutem Spektrum weisen den Vorteil auf, daß Steuernachrichtendaten eingesetzt werden können, wenn der Vocoder mit weniger als der vollen Rate arbeitet, so daß auch weniger Interferenz auf­ tritt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, um zu verhindern, daß ein Funktelephon für eine unbestimmte Zeitperiode auf den Emp­ fang einer Steuernachricht wartet, welche aufgrund von Über­ tragungsverlusten verlorengegangen sein kann, ein Übertrager so programmiert, daß er die Steuernachricht innerhalb einer maximalen Antwortzeit überträgt und der Empfänger ist so pro­ grammiert, daß er den Empfang derartiger Steuernachrichtenda­ ten innerhalb dieser maximalen Antwortzeit erwartet. Somit wird eine Steuernachricht vor Ablauf der maximalen Antwortzeit übertragen, während optimale Sprachkodierung erreicht wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben wurde, sollte für den Fachmann klar sein, daß verschiedene Modifikationen möglich sind ohne damit vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise könnte die vorliegende Erfindung auch bei Satellitenkommunikationssyste­ men oder bei landgestützten Systemen wie drahtgebundene Syste­ me oder Systeme mit Glasfaserkabeln eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Multiplexen von Sprache in unbekannter Menge und Nachrichtendaten von bekannter Menge, wobei die Nach­ richtendaten vor Ablauf einer vorgegebenen Zeit übertragen werden müssen und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• (a) Kodieren der Sprache mit unbekannter Menge mit varia­ bler Sprachkodierrate bei vollen und nicht vollen Ra­ ten, um optimal kodierte Sprachdaten zu erzeugen;
• (b) Senden der optimal kodierten Sprachdaten, wenn die va­ riable Sprachkodierung von Schritt (a) bei voller Rate arbeitet;
• (c) Senden von Teilen der Nachrichtendaten zusammen mit den optimal kodierten Sprachdaten, wenn die variable Sprachkodierung von Schritt (a) mit weniger als der vollen Rate arbeitet;
• (d) Bestimmen einer verbleibenden Menge von Nachrichten­ daten mit bekannter Menge, nachdem Teile der Nachrich­ tendaten im Schritt (c) gesendet wurden;
• (e) Bestimmen der vor Ablauf der vorgegebenen Zeit ver­ bleibenden Zeit, die zum Senden der Nachrichtendaten zur Verfügung steht; und
• (f) Zwingen der variablen Sprachkodierung von Schritt (a) mit einer Rate die kleiner ist als die volle Rate zu arbeiten, wenn die verbleibende Zeit in Schritt (d) der minimalen Zeit entspricht, die notwendig ist, um die verbleibende Menge von Nachrichtendaten in Schritt
• (e) bei weniger als der vollen Rate vollständig zu senden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (d) des Bestimmens des verbleibenden Teils der Nachrichtendaten weiterhin den Schritt (d1) zum Zählen von Teilen der Nach­ richtendaten die in Schritt (c) gesendet wurden, aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in den Schritten (b) und (c) Frames mit der gleichen Länge gesendet werden; und wobei der Schritt (e) des Bestimmens der vor dem Ablauf der vorgegebenen Zeit verbleibenden Zeit zum Senden der Nachrichtendaten weiterhin den Schritt (e1) zum Zählen der gesendeten Frames seit Empfang der Nachrichtendaten, ent­ hält.

4. Vorrichtung zum Multiplexen von Sprache mit unbekannter Menge und von Nachrichtendaten mit bekannter Menge, wobei die Nachrichtendaten vor Ablauf einer vorgegebenen Zeit übertragen werden müssen, mit:
einem Vocoder mit variabler Rate zum Empfangen und Kodie­ ren der Sprache von unbekannter Menge mit voller Rate und mit einer Rate die kleiner ist als die volle Rate, um ko­ dierte Sprachdaten zu erzeugen; und
einen Multiplexer der operativ mit dem Vocoder mit varia­ bler Rate verbunden ist, zum Senden der kodierten Sprach­ daten, wenn der Vocoder mit variabler Rate mit voller Rate arbeitet, und um Teile der Nachrichtendaten zusammen mit den kodierten Sprachdaten zu senden, wenn der Vocoder mit variabler Rate mit einer geringeren als der vollen Rate arbeitet, und weiterhin aufweisend
einen verbleibenden Nachrichtendatenschaltkreis, der zum Bestimmen einer verbleibenden Menge von Nachrichtendaten mit bekannter Menge dient;
einen verbleibenden Zeitschaltkreis, der zum Bestimmen einer verbleibenden Menge von Zeit bis zum Ablauf der vor­ gegebenen Zeit dient, innerhalb der die Nachrichtendaten gesendet werden müssen; und
einem Steuerschaltkreis der operativ mit dem Vocoder mit variabler Rate gekoppelt ist, wobei der verbleibende Zeit­ schaltkreis und der verbleibende Nachrichtendatenschalt­ kreis den Vocoder mit variabler Rate zwingen mit einer Rate die kleiner ist als die volle Rate zu arbeiten, wenn die verbleibende Menge von Zeit die durch den verbleiben­ den Zeitschaltkreis angezeigt wird, der minimalen Zeit entspricht, die notwendig ist, um das Senden der verblei­ benden Menge von Nachrichtendaten wie sie von dem verblei­ benden Nachrichtendatenschaltkreis angezeigt wird, mit ei­ ner Rate die kleiner ist als die volle Rate, vollständig zu senden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der verbleibende Nach­ richtendatenschaltkreis weiterhin einen Daten-Zähler auf­ weist, der operativ verbunden ist, um gesendete Teile der Nachrichtendaten zu zählen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der verbleibende Zeit­ schaltkreis weiterhin einen Zeit-Zähler aufweist, der ope­ rativ verbunden ist, um die seit Empfang der Nachrichten­ daten abgelaufene Zeit zu zählen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Multiplexer Frames mit gleicher Länge sendet; und
wobei der verbleibende Zeitschaltkreis weiterhin einen Frame-Zähler aufweist, der operativ verbunden ist, um, von dem Multiplexer seit dem Empfang der Nachrichtendaten übertragenen Frames zu zählen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Multiplexer weiter­ hin einen anderen Frame-Zähler aufweist der so ausgelegt ist, daß er jeden seit Empfang anderer Nachrichtendaten empfangenen Frame zählt; und
wobei der Steuerschaltkreis operativ mit dem Frame-Zähler und dem anderen Frame-Zähler verbunden ist, um zu bestim­ men, ob andere Nachrichtendaten noch vor Ablauf einer be­ stimmten Anzahl von Frames gesendet werden können und den Frame-Zähler um die für das Senden der Nachricht notwen­ dige Anzahl von Frames erniedrigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend einen Funkübertrager der operativ mit dem Multiplexer gekoppelt ist, um die von dem Multiplexer gesendeten kodierten Sprachdaten und Nachrichtendaten zu übertragen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Funkübertrager einen CDMA (code division multiple access)-Übertrager enthält.