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Die
vorliegende Erfindung betrifft Signale mit variabler Bitrate auf
dem Gebiet der Kommunikationssysteme und insbesondere die Decodierung
von Signalen mit variabler Bitrate, die unter Verwendung einer aus
einer Vielzahl verschiedener Codier- bzw. Coderaten übertragen
worden sind.
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Das
Anwachsen von kommerziellen Kommunikationssystemen und insbesondere
das explosive Anwachsen von zellularen Funktelefonsystemen hat Systementwickler
dazu gezwungen, nach neuen Wegen zu suchen, um die Systemkapazität zu erhöhen, ohne
die Kommunikationsqualität über Konsumententoleranzschwellwerte
hinaus zu reduzieren. Eine Methode zur Erreichung dieser Ziele ist
der Übergang
von Systemen, in denen analoge Modulation verwendet wurde, um Daten
einer Trägerwelle
aufzuprägen,
zu Systemen, bei denen digitale Modulation verwendet wurde, um die
Datenträgerwellen
aufzuprägen.
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In
drahtlosen digitalen Kommunikationssystemen geben standardisierte
Funkschnittstellen die meisten Systemparameter vor, einschließlich Modulationstyp,
Burstformat, Kommunikationsprotokoll usw. Beispielsweise hat das
Europäische
Institut für Telekommunikationsnormung
(ETSI) einen Standard, nämlich
das globale System für
Mobilfunkkommunikation (GSM) vorgegeben, der Zeitmultiplexzugriff
(TDMA) verwendet, um Steuerungs-, Sprach- und Dateninformation über physische
Funkfrequenz-(RF-)Kanäle oder
-verbindungsstrecken unter Verwendung eines Gausschen Minimalumtast-(GMSK-)Modulationsschemas
mit einer Symbolrate von 271 ks/s zu übertragen. In den USA hat die Telecommunication
Industry Association (TIA) eine Anzahl von Interimstandards veröffentlicht,
z. B. IS-54 und
IS-136, die verschiedene Versionen von digitalen entwickelten Mobiltelefondiensten
(D-AMPS) definieren, ein TDMA-System, das ein Differenzquadraturphasenumtastungs-(DQPSK-)Modulationsschema
zur Übertragung
von Daten über
RF-Verbindungsstrecken verwendet.
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TDMA-Systeme
unterteilen das verfügbare Frequenzband
in einen oder mehrere RF-Kanäle.
Die RF-Kanäle
werden ferner in eine Anzahl von physischen Kanälen unterteilt, die den Zeitschlitzen
der TDMA-Rahmen entsprechen. Logische Kanäle bestehen aus einem oder
mehreren physischen Kanälen,
bei denen Modulation und Codierung festgelegt sind. In diesen Systemen
kommunizieren die Mobilstationen mit einer Vielzahl von zerstreut
liegenden Basisstationen durch Senden und Empfangen von Bursts mit
Digitalinformation über
Aufwärts-
und Abwärts-RF-Kanäle.
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Die
wachsende Anzahl von Mobilstationen, die heutzutage verwendet werden,
hat bewirkt, daß mehr
Sprach- und Datenkanäle
in zellularen Telekommunikationssystemen erforderlich sind. Infolgedessen
sind Basisstationen enger beabstandet, wobei die Interferenz zwischen
Mobilstationen, die auf der gleichen Frequenz arbeiten, in benachbarten
und eng beabstandeten Zellen zunimmt. Tatsächlich verwenden bestimmte
Systeme nunmehr den Codemultiplexzugriff (CDMA) unter Verwendung
einer Form der Spreizspektrum-Modulation, bei der Signale absichtlich
die gleiche Zeit und Frequenz gemeinsam benutzen. Obwohl digitale
Techniken eine größere Anzahl
von geeigneten Kanälen
aus einem gegebenen Frequenzspektrum gewinnen, bleibt dennoch die Notwendigkeit
erhalten, die Interferenz auf akzeptablen Pegeln zu halten und insbesondere
das Verhältnis
zwischen der Trägersignalstärke und
der Interferenz zu überwachen
und zu steuern (d. h. das Träger-Interferenz-(C/I-)Verhältnis).
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Ein
weiterer Faktor, der bei der Bereitstellung verschiedener Kommunikationsdienste
zunehmend wichtig ist die gewünschte/erforderliche
Nutzerbitrate für
Daten, die über
eine bestimmte Verbindung zu übertragen
sind. Beispielsweise entspricht bei Sprach- und/oder Datendiensten
die Nutzerbitrate der Sprachqualität und/oder dem Datendurchsatz, wobei
eine höhere
Nutzerbitrate eine bessere Sprachqualität und/oder einen höheren Datendurchsatz
hervorbringt. Die Gesamtnutzerbitrate wird bestimmt durch eine gewählte Kombination
von Methoden der Sprachcodierung, Kanalcodierung, Modulation und
Ressourcenzuteilung, z. B. für
ein TDMA-System, wobei die letztere Methode auf die Anzahl von zuweisbaren
Zeitschlitzen pro Verbindung zurückgreifen
kann, bei einem CDMA-System kann dieser letztere Parameter die Anzahl
der zuweisbaren Codes pro Verbindung sein.
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Sprachcodier-(oder
allgemeiner ausgedrückt "Quellcodier"-)Methoden werden
verwendet, um Eingangsinformation zu einem Format zu komprimieren, das
eine akzeptable Größe der Bandbreite
verwendet und aus dem dennoch ein verständliches Ausgangssignal wiederhergestellt
werden kann. Es gibt verschiedene Typen von Sprachcodieralgorithmen, z.
B. lineare Prädiktion
mit Restsignalerregung (RELP), Regulärpulserregung (RPE) usw., deren Einzelheiten
für die
vorliegende Erfindung hier nicht besonders relevant sind. Bedeutsamer
in diesem Kontext ist die Tatsache, daß verschiedene Sprachcodierer
verschiedene Ausgangsbitraten haben (die hierin als Coderaten bezeichnet
sind) und daß,
wie man erwarten könnte,
Sprachcodierer, die eine höhere
Ausgangsbitrate haben, dazu neigen, eine größere Akzeptanz ihrer wiedergegebenen
Sprachqualität durch
die Verbraucher aufzuweisen als solche, die eine niedrigere Ausgangsbitrate
haben. Man bedenke beispielsweise, daß traditionellere festverdrahtete Telefonsysteme
PCM-Sprachcodierung mit 64 kb/s verwenden, während GSM-Systeme ein RPE-Sprachcodierschema
verwenden, das mit 13 kb/s arbeitet.
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Neben
der Sprachcodierung verwenden digitale Kommunikationssysteme auch
verschiedene Methoden zur Verarbeitung von fehlerhaft empfangener
Information. Allgemein ausgedrückt
handelt es sich bei diesen Methoden um solche, die einen Empfänger dabei
unterstützen,
fehlerhaft empfangene Information zu korrigieren, z. B. Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC-)Methoden,
und solche, die es ermöglichen, daß die fehlerhaft
empfangene Information an den Empfänger zurückgesendet wird, z. B. automatische Wiederholungsanforderungs-(ARQ-)Methoden. FEC-Methoden
schließen
beispielsweise Faltungs- oder Blockcodierung (insgesamt hierin als "Kanalcodierung" bezeichnet) der
Daten vor der Modulation ein. Bei der Kanalcodierung handelt es
sich um die Darstellung einer bestimmten Anzahl von Datenbits unter
Verwendung einer bestimmten Anzahl von Codebits. Es ist daher beispielsweise
normal, Faltungscodes mit ihren Coderaten zu bezeichnen, z. B. 1/2 und
1/3, wobei die niedrigeren Coderaten einen höheren Fehlerschutz bieten,
aber Nutzerbitraten bei einer gegebenen Kanalbitrate herabsetzen.
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Herkömmlicherweise
wurde jede der Methoden, die die Nutzerbitrate beeinflußten, für jeden
gegebenen, vom Funkkommunikationssystem angebotenen Dienst oder
zumindest für
die Dauer einer von einem Funkkommunikationssystem hergestellten Verbindung
festgelegt. Das heißt,
jedes System stellte Verbindungen her, die mit einem Quellcodiertyp, einem
Kanalcodiertyp, einem Modulationstyp und einer Ressourcenzuteilung
arbeiteten. In jüngster
Zeit ist jedoch die dynamische Anpassung dieser Methoden angesichts
der zahlreichen Parameter, die sich mit der Zeit schnell ändern können, z.
B. die Funkausbreitungscharakteristik von Funkkommunikationskanälen, das
Laden des Systems, und die Bitratenanforderungen der Nutzer usw.,
zu einem verbreiteten Verfahren zur Optimierung der Systemleistung geworden.
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Man
geht davon aus, daß viele
verschiedene Kombinationen dieser Verarbeitungsmethoden sowohl zwischen
verschiedenen Verbindungen, die von einem Funkkommunikationssystem
unterstützt werden,
als auch während
der Laufzeit einer einzelnen Verbindung, selektiv verwendet werden
können.
Der Empfänger
muß jedoch
die Verarbeitungstypen kennen, die vom Sender verwendet werden,
um die Information nach Empfang richtig zu decodieren. Im allgemeinen
gibt es zwei Kategorien von Methoden zur Information eines Empfängers über Verarbeitungsmethoden,
die einem Signal zugeordnet sind: (1) explizite Information, d.
h. ein Mitteilungsfeld innerhalb der übertragenen Information mit
einem Moduswert, der den/die Verarbeitungstyp(en) angibt, und (2)
implizite Information, die mitunter als "blinde" Decodierung bezeichnet wird, woraufhin
der Empfänger
die Verarbeitung bestimmt, die vom Sender durchgeführt wird,
indem das empfangene Signal analysiert wird. Diese letztere Methode
wird in CDMA-Systemen verwendet, die nach dem Standard TIA/EIA IS-95
arbeiten. Explizite Information gilt mitunter als bevorzugt, da
sie die Verarbeitungsverzögerung
im Empfänger reduziert,
aber dafür
die Notwendigkeit in Kauf nimmt, daß der Sender weitere Zusatzbits
zusammen mit den Anwenderdaten mitsendet.
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Von
besonderem Interesse für
die vorliegende Erfindung sind Rahmentypkennzeichnungen, die die
gegenwärtig
verwendete Quell-(Sprach-)Codierung des Senders wiedergeben. Wie
oben ausgeführt,
kann eine Rahmentypkennzeichnung an den Empfänger gesendet werden (ganz
gleich, ob es der Basis- oder der Mobilstationsempfänger in
einem Funkkommunikationssystem oder ein beliebiger Empfänger in
einem Nichtfunkkommunikationssystem ist), so daß er die entsprechenden Sprachdecodiermethoden
verwenden kann. Normalerweise kann diese Rahmentypkennzeichnung
nur einige wenige Bits aufweisen, die zusammen mit den Datenfeldern übertragen
werden. Man wird daher anerkennen, daß es besonders wichtig ist,
daß der
Empfänger
die Rahmentypkennzeichnung genau decodieren kann, da sonst der gesamte
Datenrahmen möglicherweise nicht
wiederherstellbar ist. Diese Forderung nach genauem Empfang der
Moduskennzeichnung hat die Entwickler dazu gebracht, solche Kennzeichnungen mit
schwerer Kanalcodierung stark zu schützen, um die Chancen einer
genauen Bestimmung der richtigen zu verwendenden Sprachdecodiermethode
zu erhöhen.
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Die
Verwendung von schwerer Kanalcodierung bedeutet jedoch höhere Redundanz,
was heißt, daß mehr Bits
für das
Moduskennzeichnungsfeld übertragen
werden müssen.
Das ist, wie bereits ausgeführt,
unerwünscht,
da Zusatzbits minimiert und nicht erhöht werden sollen. Es wäre also
erwünscht, Methoden
und Systeme zur Erhöhung
der Wahrscheinlichkeit bereitzustellen, mit der Rahmentypkennzeichnungen
richtig decodiert werden, während gleichzeitig
die Anzahl von Zusatzbits, die mit den Nutzlastdaten übertragen
werden, minimiert wird.
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EP-0
913 971 offenbart ein Verfahren zur Kanalschätzung in einem zellularen Kommunikationssystem.
Daten werden mit variablen Datenübernagungsraten
als eine Vielzahl von Datensymbolen über eine Sequenz von Zeitschlitzen übertragen.
Jeder Zeitschlitz hat mindestens einen Anteil, der Datensymbole
enthält,
wobei dieser Anteil von der Datenübertragungsrate abhängt. Ein
Schätzwert
der Übertragungsrate
wird bestimmt und bei der Kanalschätzung verwendet, so daß die Kanalschätzung auf
den empfangenen Datensymbolen beruht. Außerdem wird eine Rateninformationssequenz RI, die die
Bitrate kennzeichnet, entweder vor oder nach der Kanalcodierung
in den Strom der Nutzer- und Steuerdaten eingefügt.
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US-3
747 074 offenbart ein Kommunikationssystem mit einer Baudratendetektionsfähigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform
weist das System einen Prozessor, eine Vielzahl von Endgeräten und eine
Kommunikationsvorrichtung zur Koordinierung der Übertragung von Mitteilungen
zwischen dem Prozessor und den Endgeräten mit vielen verschiedenen Baudraten
auf. Jede Baudrate eines Systems entspricht einem eindeutigen Baudratencode,
und jeder Baudratencode ist ein Zeitintervall. Das Signal, mit dem
jede Mitteilung übertragen
wird, weist einen Baudratencode auf, wie durch mindestens ein Zeitintervall
zwischen Signalzustandsübergängen dargestellt.
Die Kommunikationsvorrichtung detektiert die Signalzustandsübergänge, die
den Baudratencode darstellen, und zeichnet gleichzeitig die Zeit
des Auftretens jedes detektierten Übergangs auf. Aus einem Paar
von aufgezeichneten Zeiten wird ein Übergangsintervall berechnet
und mit einem der Baudratencodezeitintervalle korreliert, um einen
korrelierten Baudratencode zu identifizieren. Die Baudrate, die dem
korrelierten Baudratencode entspricht, wird angegeben, und eine Übertragung
einer Mitteilung wird entsprechend der angegebenen Rate decodiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese
und weitere Nachteile und Einschränkungen von herkömmlichen
Verfahren und Systemen zur Übermittlung
von Information werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt,
wobei anstelle von ungenutzten Bits, die vorher den Rahmen zur Ratenanpassung
hinzugefügt
wurden, Rahmentypkennzeichnungen eingefügt werden. Die Rahmentypkennzeichnungen
können
also relativ lang sein, was eine Beständigkeit gegen Übertragungsfehler
darstellt. Außerdem
können
verschiedene Rahmentypkennzeichnungen verschiedene Anzahlen von
Bits haben.
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Gemäß exemplarischen
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung korreliert ein Prozessor in einem Empfänger die
gespeicherten Rahmenkennzeichnungsmuster, z. B. Pseudozufallszahlen-Sequenzen
oder allgemeiner einen beliebigen Typ von Sequenzen, die zumindest
teilweise orthogonal sind, mit einem empfangenen Rahmen, um einen
Rahmentyp zu identifizieren, z. B. eine Coderate, wobei mindestens
zwei der Rahmenkennzeichnungsmuster eine unterschiedliche Anzahl
von Bits haben. Eine ausreichend hohe Korrelation ergibt eine Übereinstimmung,
so daß der
Empfänger
den empfangenen Rahmen als einen Rahmen identifiziert, der eine
Rate hat, die der Rahmentypkennzeichnung entspricht.
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Gemäß einem
exemplarischen Verfahren (zur Übertragung
von Rahmentypinformation in einem Kommunikationssystem) werden die
folgenden Schritte durchgeführt:
Bereitstellen von mindestens zwei verschiedenen Coderaten zur Verarbeitung
von Information in einem Sender des Kommunikationssystems, wobei
die Rahmentypinformation den mindestens zwei verschiedenen Coderaten
zugeordnet ist; Codieren von Information in dem Sender mit einer Rate,
die auf einer gewählten
Rate der mindestens zwei verschiedenen Coderaten beruht; Einfügen einer
Rahmentypkennzeichnung mit der codierten Information in einen Rahmen,
wobei die Rahmentypkennzeichnung in Abhängigkeit von der gewählten Rate
der mindestens zwei verschiedenen Coderaten aus mindestens zwei
Rahmentypkennzeichnungen gewählt
wird; Überfragen
des Rahmens mit der Rahmentypkennzeichnung und der codierten Information,
wobei die mindestens zwei Rahmentypkennzeichnungen eine unterschiedliche
Anzahl von Bits haben.
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Gemäß einem
weiteren exemplarischen Verfahren (zur Bestimmung eines Rahmentyps
eines empfangenen Informationsrahmens) werden die folgenden Schritte
ausgeführt:
Empfangen des Rahmens; Korrelieren des empfangenen Rahmens mit einem
ersten Rahmenkennzeichnungsmuster; Identifizieren des empfangenen
Rahmens als Rahmen eines ersten Typs, der dem ersten Rahmenkennzeichnungsmuster
zugeordnet ist, wenn ein Ergebnis der Korrelation einen Schwellwert überschreitet;
wenn der empfangene Rahmen nicht als Rahmen des ersten Typs identifiziert
wird, Korrelieren des empfangenen Rahmens mit dem zweiten Rahmenkennzeichnungsmuster;
Identifizieren des empfangenen Rahmens als Rahmen eines zweiten
Typs, dem das zweite Rahmenkennzeichnungsmuster zugeordnet ist, wenn
ein Ergebnis der Korrelation einen Schwellwert überschreitet, und andernfalls
Identifizieren des empfangenen Rahmens als Rahmen eines dritten
Typs; wobei das erste und zweite Rahmenkennzeichnungsmuster verschiedene
Anzahlen von Bits haben.
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Gemäß einem
weiteren exemplarischen Verfahren (zur Bestimmung eines Rahmentyps
eines empfangenen Informationsrahmens) werden die folgenden Schritte
durchgeführt:
Empfangen des Rahmens; Korrelieren des empfangenen Rahmens mit einer
Vielzahl von Rahmenkennzeichnungsmustern; Vergleichen eines maximalen
Korrelationswertes, der in dem Korrelationsschritt erzeugt wird,
mit einem Schwellwert; Identifizieren des empfangenen Rahmens als
Rahmen eines ersten Typs, der einem Rahmenkennzeichnungsmuster zugeordnet
ist, das den maximalen Korrelationswert erzeugt hat, wenn der maximale
Korrelationswert den Schwellwert überschreitet, und andernfalls
Identifizieren des empfangenen Rahmens als Rahmen eines Vorgabetyps;
wobei mindestens zwei Rahmenkennzeichnungsmuster eine unterschiedliche
Anzahl von Bits haben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden bei der Lektüre
der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich,
wobei diese folgendes zeigen:
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1 ist
ein allgemeines Blockschaltbild eines Funkkommunikationssystems,
in dem Rahmentypkennzeichnungen gemäß der vorliegenden Erfindung
implementiert werden können;
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2 ist
ein Blockschaltbild eines Übertragungsschemas
mit variabler Nutzlastbitrate, das eine feste Gesamtübernagungsrate
hat;
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3 ist
eine Tabelle, die verschiedene Coderaten und Bittypen darstellt,
für die
die vorliegende Erfindung implementiert werden kann;
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4 ist
eine exemplarische Zuordnung von Bittypen zu Rahmen für die Coderaten
in 3;
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5 stellt
eine herkömmliche
Technik zur expliziten Identifizierung eines Rahmentyps dar;
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6 stellt
das Identifizieren eines Rahmentyps gemäß einer exemplarischen Ausführung der vorliegenden
Erfindung dar; und
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7 stellt
Rahmentypkennzeichnungen dar, die gemäß einer weiteren exemplarischen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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In
der nachstehenden Beschreibung werden zur Erläuterung, jedoch nicht zur Einschränkung spezifische
Angaben gemacht, z. B. über
bestimmte Schaltungen, Schaltungskomponenten, Methoden usw., um
ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann wird jedoch
deutlich, daß die
vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsformen in die Praxis
umgesetzt werden kann, die von diesen spezifischen Angaben abweichen.
In anderen Fällen
ist auf ausführliche
Beschreibungen bekannter Verfahren, Vorrichtungen und Schaltungen
verzichtet worden, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung
nicht zu behindern.
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Die
nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen stehen im Kontext
von Funkkommunikationssystemen. Der Fachmann wird jedoch anerkennen,
daß die
vorliegende Erfindung auf jeden Typ von Kommunikationssystem anwendbar
ist, einschließlich
drahtgebundene und drahtlose. Außerdem ist bei Systemen und
Verfahren, wo die vorliegende Erfindung auf Signale angewendet wird,
die über
eine Funkschnittstelle übertragen
werden, die vorliegende Erfindung gleichermaßen beispielsweise auf Systeme
anwendbar, die eine beliebige Zugangsmethodologie verwenden, einschließlich Frequenzmultiplex
(FDMA), TDMA, Codemultiplex (CDMA) und Mischungen daraus.
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Außerdem ist
der Betrieb eines exemplarischen Funkkommunikationssystems gemäß GSM-Kommunikationssystemen
in den Dokumenten des Europäischen
Instituts für
Telekommunikationsnormung (ETSI) ETS 300 573, ETS 300 574 und ETS 300
578 beschrieben. Daher ist hierin lediglich der Betrieb des GSM-Systems
in dem Umfang beschrieben, der zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig
ist. Obwohl die Erfindung anhand exemplarischer Ausführungsformen
in einem GSM-System beschrieben ist, wird der Fachmann anerkennen, daß die vorliegende
Erfindung auch in einer großen Auswahl
von anderen digitalen Kommunikationssystemen verwendet werden könnte, die
Codierschemen mit variabler Bitrate verwenden.
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Mit
Bezug auf 1 ist ein Kommunikationssystem 10,
in dem exemplarische Ausführungsformen
der Erfindung implementiert werden können, dargestellt, um einen
bestimmten Kontext für
diese Erfindung bereitzustellen. Dort ist das System 10 als hierarchisches
Netzwerk mit mehreren Ebenen der Verwaltung von Verbindungen ausgeführt. Unter
Verwendung einer Menge Aufwärts-
und Abwärtsfrequenzen
sind mobile Stationen 12, die innerhalb des Systems 10 arbeiten,
an Verbindungen unter Verwendung von Zeitschlitzen beteiligt, die
auf diesen Frequenzen ihnen zugewiesen sind. Auf einer oberen Hierarchieebene
ist eine Gruppe von mobilen Vermittlungsstellen (MSCs) 14 für die Weiterleitung von
Rufen von einem Absender zu einem Ziel verantwortlich. Insbesondere
sind diese Einheiten verantwortlich für den Aufbau, die Steuerung
und den Abschluß von
Verbindungen. Eine der MSCs 14, die als die Gateway-MSC
bekannt ist, wickelt die Kommunikation mit einem öffentlichen
Telefonwählnetz (PSTN) 18 oder
anderen öffentlichen
oder privaten Netzen ab.
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Auf
einer niedrigeren hierarchischen Ebene ist jede der MSCs 14 mit
einer Gruppe von Basisstationssteuereinrichtungen (BSCs) 16 verbunden.
Gemäß dem GSM-Standard
kommuniziert die BSC 16 mit einer MSC 14 über eine
Standardschnittstelle, die als A-Schnittstelle bekannt ist und die
auf dem Mobilanwenderteil des CCITT-Signalisierungssystems Nr. 7
beruht.
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Auf
einer noch niedrigeren Hierarchieebene steuert jede der BSCs 16 eine
Gruppe von Basis-Senderempfängerstationen
(BTSs) 20. Jede BTS 20 weist eine Anzahl von TRXs
(nicht dargestellt) auf, die Aufwärts- und Abwärts-RF-Kanäle verwenden, um
ein bestimmtes gemeinsames geographisches Gebiet zu versorgen, z.
B. eine oder mehrere Kommunikationszellen 21. Die BTSs 20 stellen
in erster Linie die RF-Übertragungstrecken
zum Senden und Empfangen von Datenbursts zu und von den Mobilstationen 12 innerhalb
ihrer vorgegebenen Zelle bereit. In einer exemplarischen Ausführungsform
ist eine Anzahl von BTSs 20 in eine Funkbasisstation (RBS) 22 einbezogen.
Die RBS 22 kann beispielsweise entsprechend einer Familie
von RBS-2000-Produkten konfiguriert sein, wobei diese Produkte von
Telefonaktiebolaget L.M. Ericson angeboten werden, dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung. Um Näheres über Implementierungen einer
exemplarischen Mobilstation 12 und einer RBS 22 zu
erfahren, weisen wir den interessierten Leser auf die US-Patentanmeldung
08/921 319 mit dem Titel "A
Link Adaptation Method For Links using Modulation Schemes That Have
Different Symbol Rates" von
Magnus Frodigh et al., angemeldet am 29. August 1997, hin.
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Gemäß exemplarischen
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung kann Information zwischen einer BTS 20 und
einer Mobilstation 12 unter Verwendung verschiedener Quell-(z.
B. Sprach-)Codiermodi verarbeitet werden. Diese Information wird dann
normalerweise über
verschiedene Übertragungsstrecken
innerhalb des festen Teils des Funkkommunikationssystems weitergegeben.
Wenn der andere Teilnehmer der Verbindung eine andere Mobilstation 12 ist,
dann wird die Information wieder über eine Funkschnittstelle
weitergegeben.
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Um
die exemplarischen Modi, für
die Rahmentypkennzeichnungen übertragen
und decodiert werden können,
vollständig
zu verstehen betrachte man den exemplarischen Systemabschnitt, der
in 2 dargestellt ist, wo Rahmen mit variabler Bitrate einem
Kanal mit fester Rate zugeordnet sind. Dort werden Rahmen mit variablen
Längen
Nr, die von einem Codierer 30 mit variabler Bitrate (der
sich beispielsweise in einer Mobilstation 12 befindet)
erzeugt werden, einem Kanal mit einer festen Rate zugeordnet, mit
einer resultierenden Rahmenlänge
M. Die Coderate r wird durch eine Steuereinheit 32 bestimmt und
an den Codierer 30 weitergegeben, der Sprachrahmen ausgibt,
die aus Nr codierten Bits pro Rahmen bestehen. Diese codierten Bits
werden dann weiterverarbeitet und über eine Funkschnittstelle
an eine Basisstation (in dieser Figur nicht dargestellt) gesendet.
Nach Empfang im Festteil des Netzes können im Block 34,
der sich beispielsweise in der Codeumsetzungseinheit (TRAU, nicht
dargestellt) einer BSC oder MSC befindet, Zusatzdaten, z. B. Synchronisations-
und andere Zusatzinformation, hinzugefügt werden. Dann wird im Block 36 die
Ratenanpassung durchgeführt
(auch in beispielsweise der TRAU befindlich), um dem Ausgangssignal
des Blocks 34 weitere Bits selektiv hinzuzufügen, um
Rahmen mit fester Rate und mit der Länge M zu ergeben, die über digitale
Leitungen 38 oder einen beliebigen Typ eines digitalen
Kanals übertragen
werden, der TRAUs in verschiedenen festen Knoten des Funkkommunikationssystems
verbinden kann.
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3 und 4 stellen
ein Beispiel eines Systems dar, das vier verschiedene Coderaten
vorgibt, die für
eine Informationsübertragung
verwendet werden können.
Diese Coderaten und Rahmenformate sind in Verbindung mit der sogenannten
Systementwicklung (IS-733) des tandemfreien Betriebs (TFO) vorgeschlagen
worden. TFO-Systeme sind dazu bestimmt, Mehrfach-Codeumsetzungen,
die mit der Weitergabe von Datenblöcken über verschiedene Schnittstellen
verbunden sind, zu reduzieren oder zu beseitigen. Anstatt beispielsweise
Sprachrahmen zu decodieren, die über
die Funkschnittstelle von einer Mobilstation empfangen werden, diese
decodierten Sprachrahmen in pulscodemodulierte (PCM-)Sprachabtastwerte
zur Übertragung über die Kommunikationsstrecken
innerhalb des Kommunikationssystems zu übersetzen und dann die Sprachabtastwerte
noch einmal zur Übertragung über eine weitere
Funkschnittstelle an einen beabsichtigten Empfänger aufzuzeichnen, sind TFO-Systeme
dazu bestimmt, Datenblöcke
mit nur einem Codier/Decodierschritt in den Knoten, die an der Weitergabe
von Information beteiligt sind, zwischen einem Absender und einem
Empfänger
zu senden.
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Die
Tabelle in 3 stellt eine exemplarische
Beziehung zwischen Nutzlastdaten Nr, Zusatzdaten Dr und ungenutzten
Bits Ur dar, die für
eine feste Rahmengröße von 320
Bits (einschließlich CRC-Bits)
in diesem Beispiel sorgen. Die Coderaten r, die hier angegeben sind,
beziehen sich auf eine maximale Ausgangsbitrate. Diese Bits können jedem Rahmen
auf eine beliebige gewünschte
Weise zugeordnet werden, wovon in 4 für jede Coderate
ein Beispiel dargestellt ist. Der Fachmann wird anerkennen, daß die Lage
bestimmter Felder, z. B. Nutzlastdaten, Zusatzdaten und ungenutzte
Bits, nach Bedarf verändert
werden kann und daß diese
Felder tatsächlich
in jedem Rahmen unterteilt werden können. Wie man nach Betrachtung
von 3 und 4 anerkennen wird, nimmt die
Anzahl der ungenutzten Füllbits
zu, um eine feste Übertragungsrate
zu erhalten, wenn die Coderate abnimmt.
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Wie
oben erwähnt,
kann eine Rahmentypkennzeichnung in jedem Rahmen übertragen
werden, um den Decodierer des Empfängers zu informieren, auf einen
entsprechenden Modus (z. B. Rate 1, 1/2, 1/4 und 1/8 in dem vorstehenden
Beispiel) umzuschalten, um jeden Rahmen entsprechend zu decodieren.
Gemäß einem
Vorschlag können
die Zusatzbits Dr um eine feste Anzahl von Bits F reduziert werden,
um eine Übertragung
der Rahmentypkennzeichnung in der festen Anzahl von Bits F zu ermöglichen.
Dieses Konzept ist in 5 dargestellt. Der Nachteil
dieses Vorschlags besteht jedoch darin, daß er die Anzahl der Zusatzbits
reduziert, die für
Zusatzzwecke verfügbar
sind, z. B. Synchronisation, was wiederum zu einer starken Verschlechterung
der Synchronisation (und somit der Systemleistung) führen kann.
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Gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird stattdessen eine Rahmentypkennzeichnung
unter Nutzung der ungenutzten Bits Ur erzeugt. Wie insbesondere
in 6 zu sehen ist, ist ein anderes Rahmentypmuster in
jeden Rahmen in diesem exemplarischen System für die Rahmen der Raten 1/2,
1/4 und 1/8 eingefügt. Da
Rahmen der Rate 1 keine ungenutzten Bits enthalten, müssen diese
Rahmen keine explizite Rahmentypkennzeichnung haben. Jedes Rahmentypkennzeichnungsmuster
kann daher eine andere Anzahl von Bits haben. Beispielsweise kann
in diesem nur Darstellungszwecken dienendem Zahlenbeispiel eine
Rahmentypkennzeichnung der Rate 1/2 bis zu 142 Bits haben, eine
Rahmentypkennzeichnung der Rate 1/4 kann bis zu 221 Bits haben,
und eine Rahmentypkennzeichnung der Rate 1/8 kann bis zu 255 Bits
haben. Die Rahmentypkennzeichnungsmuster können beispielsweise durch einen
Pseudozufallszahlen-(PN-)Sequenzgenerator so erzeugt werden, wie
es dem Fachmann bekannt ist.
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Ein
Empfänger
kann dann einen Mustervergleichsprozeß durchführen, um die Rate eines empfangenen
Rahmens zu bestimmen. In diesem Beispiel kann der Empfänger mit
vier verschiedenen Coderaten versuchen, einen empfangenen Rahmen
zu identifizieren, indem er jede der drei bekannten Rahmentypkennzeichnungen
aus einem Speicher abruft und den empfangenen Rahmen durchsucht,
um zu bestimmen, ob eine Übereinstimmung
vorliegt. Beispielsweise kann der Empfänger ein erstes Rahmenkennzeichnungsmuster
von beispielsweise 142 Bits abrufen, das Rahmen mit der Rate 1/2
zugeordnet ist, und einen Korrelationswert zwischen dem empfangenen
Rahmen und der ersten Rahmenkennzeichnung bestimmen. Wenn der Korrelationswert hoch
genug ist, dann identifiziert der Empfänger diesen Rahmen als Rahmen
der Rate 1/2. Andernfalls geht der Prozeß weiter, und es wird ein zweites
Rahmenkennzeichnungsmuster von beispielsweise 221 Bits abgerufen
und eine zweite Korrelation durchgeführt. Wenn keine Übereinstimmung
festgestellt wird, dann ruft der Empfänger weiter das dritte Rahmenkennzeichnungsmuster
von beispielsweise 255 Bits ab und führt eine dritte Korrelation
durch. Wenn keine Übereinstimmung
festgestellt wird, dann identifiziert der Empfänger den Rahmen als einen Rahmen
der Rate 1, d. h. als einen Rahmen ohne eine explizite Rahmentypkennzeichnung.
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Als
Alternative kann der empfangene Rahmen mit allen Rahmenkennzeichnungsmustern
korreliert werden. Dann kann der maximale Korrelationswert mit einem
Schwellwert verglichen werden. Wenn der maximale Korrelationswert
unter dem Schwellwert ist, dann identifiziert der Empfänger den Rahmen
mit einer vorgegebenen (z. B. maximalen) Coderate. Wenn dagegen
der maximale Korrelationswert den Schwellwert überschreitet, dann wird der
Rahmen als ein Rahmen identifiziert, der eine Coderate hat, die
dem Rahmenkennzeichnungsmuster zugeordnet ist, das den maximalen
Korrelationswert erzeugte.
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Auch
wenn natürlich
alle ungenutzten Bits für die
Rahmentypkennzeichnung genutzt werden, müssen nicht alle Bits an der
Korrelation beteiligt werden. Beispielsweise kann eine Untermenge
der gespeicherten Rahmentypkennzeichnungen verwendet werden, um
die Korrelation in Abhängigkeit
vom Grad der Genauigkeit durchzuführen, die relativ zu den Verarbeitungsressourcen
gewünscht
ist, um bei der Identifizierungsaufgabe verwendet zu werden.
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Das
Rahmenkennzeichnungsfeld kann natürlich mit Fehlern empfangen
werden. Außerdem besteht
die Möglichkeit,
daß eine
bestimmte Rahmentypkennzeichnung, die den Raten = 1/2, 1/4, 1/8 zugeordnet
ist, in einem Rahmen, der tatsächlich
mit einer Coderate 1 übertragen
wird, unbeabsichtigt übertragen
oder detektiert wird. Die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften
Detektion der Rahmentypkennzeichnung in einem fehlerfreien Fall
hängt von der
Länge der
Rahmenkennzeichnung ab, die, wie oben beschrieben, bei verschiedenen
Coderaten variieren kann, da die ungenutzten Bits genutzt werden, um
die Rahmentypangabe zu übertragen.
Unter der Annahme, daß ein
Muster als übereinstimmend
akzeptiert wird, wenn es mit bis zu zwei Bitfehlern empfangen wird,
gibt die folgende Formel die Wahrscheinlichkeit PE eines
fehlerhaft detektierten Musters an, wenn die Bits (0, 1) gleichmäßig verteilt
und statistisch unabhängig
sind:
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Diese
Formel gibt an, daß bei
Rahmentypkennzeichnungen in der Größenordnung von 142 Bits oder
darüber
die Wahrscheinlichkeit einer unkorrekten Erkennung einer Coderate
eines empfangenen Rahmens vernachlässigbar ist. Bei Bedarf können jedoch
die Nutzlast und die Zusatzdaten vor der Übertragung geprüft werden,
um zu bestimmen, ob eines der Rahmentypkennzeichnungsmuster zufällig aufgetreten
ist. Wenn erkannt wird, daß eine
Rahmentypkennzeichnung in der Nutzlast und/oder in den Zusatzbits
enthalten ist, kann der Sender absichtlich einen, zwei oder mehr
dieser Bits ändern, um
eine fehlerhafte Coderatenerkennung im Empfänger zu verhindern.
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Gemäß einer
weiteren exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können Quellendecodierer
mit einer variablen Rate mit dem Decodierprozeß beginnen, wenn eine bestimmte
Anzahl Lr von Bits an ihrem Eingang verfügbar ist.
Diese Anzahl von Bits hängt
von der Coderate r ab, z. B. L1 = 90 Bits
(für r=1),
L12 = 50 Bits (füt R = 1/2), L14 =
45 Bits (für
r = 1/4) und L18 = 20 Bits. Wenn die Anzahl der
Bits im Rahmenkennzeichnungsmuster auf Fr = 90 – Lr gesetzt ist, dann kann der Quellendecodierer mit
variabler Bitrate die Coderate bestimmen und somit nach 90 Bits
mit der Decodierung beginnen, unabhängig von der Coderate, die
für den
bestimmten Rahmen verwendet wird.
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Dieses
Konzept ist anhand eines Beispiels in 7 dargestellt,
wobei die ersten 90 Bits eines Rahmens für Rahmen dargestellt sind,
die mit jeder der verschiedenen Coderaten codiert sind, die in den Beispielen
dieser Beschreibung verwendet werden. Bei der Coderate r = 1 enthalten
folglich die ersten 90 Bits nur Nutzlastdaten und keine Rahmentypkennzeichnung.
Bei der Coderate r = 1/2 weisen die ersten 90 Bits eine Rahmentypkennzeichnung
von 40 Bits auf, gefolgt von 50 Bits Nutzlastinformation. Bei der Coderate
= 1/4 weisen die ersten 90 Bits des Rahmens eine Rahmentypkennzeichnung
von 45 Bits auf, gefolgt von 45 Bits Nutzlastinformation. Schließlich umfassen
die ersten 70 Bits bei einem Rahmen mit der Rate = 1/8 die Rahmentypkennzeichnung,
gefolgt von 20 Bits Nutzlastinformation. Natürlich wird der Fachmann anerkennen,
daß die
Anzahlen, die in diesem Beispiel gegeben sind, lediglich darstellenden
Charakter haben und daß verschiedene
Anzahlen von Bits für
die Rahmentypkennzeichnungen je nach den variierenden Coderaten
usw. verwendet werden können.
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Obwohl
die Erfindung ausführlich
mit Bezug auf lediglich wenige exemplarische Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird der Fachmann anerkennen, daß verschiedene
Modifikationen möglich sind,
ohne von der Erfindung abzuweichen. Obwohl die oben beschriebenen
Rahmenformate die Nutzlast, Zusatzdaten und Rahmenkennzeichnungsfelder als
einheitliche Felder darstellen, kann ein beliebiges Feld oder alle
dieser Felder innerhalb des Rahmens geteilt werden. Beispielsweise
können
Abschnitte des Rahmentypkennzeichnungsfeldes mit Abschnitten der
Nutzlastdaten innerhalb jedes Rahmens verschachtelt sein.
