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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf digitale Informationssysteme.
Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Codemultiplex-Vielfachzugriff(code
division multiple access, CDMA)-basierte Sende- und Empfangssysteme
für niedriglatente,
hochwertige Sprachanwendungen. In einer Ausführungsform ist ein Verfahren
und ein System offenbart zur Nutzung von Vocoder-Paketen mit niedriger
Datenrate, um Signalisierungspakete in einen CDMA-Verkehrskanal für hochwertige CDMA-Sprachübertragung
zu multiplexen.
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STAND DER TECHNIK
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Die Übertragung
von digitalen Informationen und Daten zwischen Systemen ist ein
essentieller Teil von gemeinsam genutzten Systemen geworden. Mit solchen
Systemen wird Informationsinhalt in digitaler Form im Gegensatz
zu analoger Form gesendet und empfangen. Die Übertragung von Sprachinformationen über lange
Strecken war lange mit wohlbekannten analogen Übertragungstechniken verbunden. Diese
Techniken beinhalten beispielsweise das traditionelle konventionelle
Fernsprechsysteme(plain old telephone systems, POTS)-Netzwerk, konventionelle drahtlose
VHF/UHF-Zweiwege-Kommunikationssysteme, und ähnliches. Die moderne digitale
Form von Kommunikations- und Signalverarbeitungstechniken bieten
zahlreiche Vorteile und ersetzen traditionelle Mittel schnell. In
den meisten Anwendungen hat der Nutzer keine Wahrnehmung der digitalen
Natur der empfangenen Informationen. CDMA-basierte digitale Mobilfunksysteme
gehören
zu den am schnellsten Wachsenden der modernen Formen der digitalen Kommunikationen.
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Die 1 zeigt
ein CDMA digitales Mobilfunksystem 100 nach dem Stand der
Technik. Das System 100 beinhaltet typischerweise viele
hundert Mobiltelefone (z. B. "cell
phones"), die kommunikativ an
eine Basisstation in einem geographischen Gebiet gekoppelt sind. 1 zeigt
eine einzelne solche Basisstation 104 und ein einzelnes
Mobiltelefon 102. Das Übertragungssystem
nutzt einen RF- Kommunikationskanal 106,
um die Basisstation 104 mit dem Mobiltelefon 102 zu
verbinden.
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In
typischen Anwendungen teilen viele hundert Mobiltelefone die Kommunikationsverbindung 106 zu
der Basisstation 104 des geographischen Gebiets. Digitale
Signalverarbeitungstechniken erlauben die effiziente Nutzung der
begrenzten Bandbreite des Kommunikationskanals durch die mehreren
Mobiltelefone. CDMA ist, zum Teil, eine Signalverarbeitungstechnik,
die für
das effiziente Multiplexen von Sprache und anderen Daten in diskrete
zeit- und frequenzbasierte Pakete von Informationen zur Übertragung
zwischen jeweils einer Vielzahl von Mobiltelefonen (z. B. Mobiltelefon 102)
und der gemeinsamen Basisstation 104 sorgt.
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Obwohl
die CDMA-Algorithmen sehr effizient sind, ist die Bandbreite des
Kommunikationskanals 106 endlich. Wie in anderen digitalen
Kommunikationssystemen gibt es Zeiten, in denen Zweiwege-Kommunikationen,
die das System 100 nutzen, einen gewissen Umfang an Signalschwächung während der Übertragung
vom hervorbringenden Gerät zum
empfangenden Gerät
erleiden.
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Diese
Schwächung
kann viele Ursachen haben. Beispielsweise können schlechte Wetterbedingungen
die für
den Kommunikationskanal 106 zur Verfügung stehende effektive Bandbreite
reduzieren. Als weiteres Beispiel kann das System 100 zeitweise die Übertragung
von großen
Mengen an Signalisierungs- und Anruf-Verwaltungsdaten zusätzlich zu dem
Sprachverkehr erfordern. In diesen beiden Fällen kann die zur Übertragung
von Sprachinformationen verfügbare
Bandbreite zeitweise unter einen optimalen Level fallen. Diese Schwächung resultiert häufig im
Verlust einiger Sprachinformationen, einiger Verzerrung im Sprachsignal
oder einigem bemerkbaren Rauschen im empfangenen Signal (wie beispielsweise
im Fall eines drahtlosen Telefons). Allgemein gilt, je signifikanter
der Verlust von Informationen am empfangenden Gerät ist, desto
mehr ist die Leistung des Kommunikationssystems zu beanstanden.
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Demzufolge
ist der wesentliche Grund der Schwächung die Tatsache, dass, zu
bestimmten Zeiten, mehr Sprachinformationen als zur Übertragung der
Sprachinformationen zur Verfügung
stehende Bandbreite existiert, was bewirkt, dass das System 100 eine
Menge von Sprachinformationen reduziert (z. B. wegwirft), um in
die verfügbare
Bandbreite zu passen, und die Tatsache, dass zu bestimmten Zeiten
die zur Implementierung der verschiedenen Signalverarbeitungsalgorithmen
erforderliche Zeit einen zu beanstandenden Grad an Latenz in der
bidirektionalen Kommunikation (z. B. Konversation) erzeugt.
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In
dem Bestreben, dieses Problem zu beheben, hat die CDMA-Kommunikationsindustrie
verschiedene Signal-Kodier/-Dekodiertechniken, die den Auswirkungen
der Signalschwächung
entgegenwirken und die Integrität
der Informationen am empfangenden Gerät verbessern oder sicherstellen
und Signalverarbeitungstechniken, die schnell ablaufen, um Latenz
zu reduzieren, angenommen. Demzufolge sind viele digitale Kommunikationssysteme
auf dem Markt verfügbar,
die Kodier-/Dekodierverfahren nutzen, die alle in der Lage sind,
angemessene Kommunikationsqualität
unter normalen Betriebsbedingungen zu erreichen. Während diese
Kodier-/Dekodierverfahren helfen, die Integrität der empfangenen Informationen
sicherzustellen, tendieren sie allerdings auch dazu, eine größere Menge
an Latenz als gewünscht
auf das Kommunikationssystem aufzubringen, wenn die Kodier-/Dekodieralgorithmen
verarbeitet werden.
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Beispiele
beinhalten Standards wie IS-95A, J-STD-008, TIA/FIA-95-B, etc.,
die das Multiplexen und Demultiplexen von primärem, sekundärem und Signalisierungs-Verkehr
zu und von einem zugrundeliegenden physikalischen Schicht-Verkehrskanal in einem
CDMA-System beschreiben.
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Deshalb
ist eine Lösung
erforderlich, die die Kodier-/Dekodiertechniken darauf zuschneidet,
die Sprachqualität
des CDMA-Kommunikationssystems zu maximieren. Erforderlich ist ein
Verfahren, das nahtlos mit den sich dynamisch anpassenden Parametern
der Kodier-/Dekodieralgorithmen, die in CDMA-Kommunikationssystemen eingesetzt werden, funktioniert.
Es ist eine Lösung
erforderlich, die in der Lage ist, die erforderlichen Seitenbanddaten
zu übertragen,
ohne den Sprachkommunikationsdaten eine signifikante Latenz hinzuzufügen. Außerdem sollte die
erforderliche Lösung
die beobachtete Sprachsignalqualität nicht übermäßig reduzieren.
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Das
US-Patent Nr. 5,515,375 offenbart
ein Schema zur Übertragung
kodierter Sprachdaten und Kontroll-Nachricht-Daten, in welchem die
Kontroll-Nachricht- Daten
mit Sprachdaten mit variabler Rate gemultiplext werden, wenn die
Sprachdaten keine hohe Übertragungsrate
erfordern. Weiterhin werden die Kontroll-Nachricht-Daten übertragen
bevor eine maximale Antwortzeit abläuft, indem die Kodierung der
Sprache auf eine niedrigere Rate gezwungen wird, um in den kodierten
Sprachdaten Raum für
das Multiplexen der Kontroll-Nachricht-Daten zu schaffen. So überträgt der Multiplexer
die Kontroll-Nachricht-Daten innerhalb einer maximalen Antwortzeit
und überträgt die kodierten
Sprachdaten mit einer geringeren als optimalen Sprachkodierrate
am Ende der maximalen Antwortzeit nur wenn notwendig. Dieses Schema
stellt daher eine Lösung
zur Kontrolle der Latenz der Kontroll-Nachricht-Daten dar.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Lösung zur Verbesserung der Latenz
der Sprachdaten vor.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Lösung vor, die die Kodier-/Dekodiertechniken
darauf zuschneidet, die Sprachqualität des CDMA-Kommunikationssystemen
zu maximieren. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und
ein System vor, das nahtlos mit den sich dynamisch anpassenden Parametern
der Kodier-/Dekodieralgorithmen, die in CDMA-Kommunikationssystemen
eingesetzt werden, funktioniert. Die vorliegende Erfindung stellt
eine Lösung
vor, die in der Lage ist, die erforderlichen Signalisierungsdaten
zu übertragen,
ohne den Sprachkommunikationsdaten eine signifikante Latenz hinzuzufügen und
ohne die beobachtete Sprachsignalqualität übermäßig zu reduzieren.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der Erfindung wird eine Station bereitgestellt zur
Verwendung in einem Codemultiplex-Vielfachzugriff(code division
mulitple access, CDMA)-basierten drahtlosen digitalen Kommunikationssystem,
umfassend:
einen Signalkodierer, der ausgebildet ist, um Signalisierungsinformationen
in eine Reihe von Signalisierungspaketen zu kodieren, wobei der
Signalkodierer die Signalinformationen in Übereinstimmung mit einer Menge
der Signalisierungsinformationen in Signalisierungspakete variabler
Größe verarbeitet;
einen
Signalpuffer, der ausgebildet ist, um die Signalisierungspakete
zwischenzuspeichern;
einen Sprachkodierer, der ausgebildet
ist, um Sprachinformationen zu kodieren und die Sprachinformationen
in eine Reihe von Sprachpaketen zu verarbeiten, wobei der Sprachkodierer
die Sprachinformationen in Übereinstimmung
mit einer Menge der Sprachinformationen in Sprachpakete variabler
Größe verarbeitet;
ein
Multiplexer, der ausgebildet ist, um die Sprachpakete und die zwischengespeicherten
Signalisierungspakete in Verkehrs-Datenübertragungsblöcke zu kombinieren,
und wobei der Multiplexer weiterhin ausgebildet ist, um die Signalisierungspakete
mit den Sprachpaketen in die Verkehrs-Datenübertragungsblöcke zu integrieren,
so dass mehr Signalisierungsinformationen in Verkehrs-Datenübertragungsblöcken mit
einem kleineren Sprachpaket enthalten sind in Bezug zu den in Verkehrs-Datenübertragungsblöcken mit
einem größeren Sprachpaket
enthaltenen Signalisierungsinformationen;
ein mit dem Multiplexer
gekoppelter Sender zum Senden des Verkehrs-Datenübertragungsblocks, wie vom
Multiplexer empfangen;
dadurch gekennzeichnet, dass
der
Sprachkodierer weiter ausgebildet ist, um dem Multiplexer eine frühe Angabe
der Größe eines Sprachpakets
vor der Beendigung der Konstruktion des Sprachpakets bereitzustellen;
und
der Multiplexer weiterhin ausgebildet ist, um, in Antwort
auf die frühe
Angabe, den Verkehrs-Datenübertragungsblock
gemäß der angegebenen
Größe des Sprachpakets
vorzukonfigurieren.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt
zum hochwertigen Kodieren und Senden von Sprache in einer Codemultiplex-Vielfachzugriff(code
division multiple access, CDMA)-Kommunikationsstation, mit den folgenden Schritten:
- a) Kodieren von Signalisierungsinformationen
in eine Reihe von Signalisierungspaketen, wobei die Signalisierungspakete
in Übereinstimmung
mit einer Menge der Signalisierungsinformationen von variabler Größe sind;
- b) Zwischenspeichern der Signalisierungspakete;
- c) Kodieren von Sprachinformationen und Verarbeiten der Sprachinformationen
in eine Reihe von Sprachpaketen, wobei die Sprachpakete in Übereinstimmung
mit einer Menge der Sprachinformationen von variabler Größe sind;
- d) Kombinieren der Sprachpakete und der zwischengespeicherten
Signalisierungspakete in Verkehrs-Datenübertragungsblöcke, so
dass in einen Verkehrs-Datenübertragungsblock
mit einem kleineren Sprachpaket mehr Signalisierungsinformationen
enthalten sind in Bezug auf die in einem Verkehrs-Datenübertragungsblock mit
einem größeren Sprachpaket
enthaltenen Signalisierungsinformationen;
- e) Senden der Verkehrs-Datenübertragungsblöcke;
gekennzeichnet
durch die Schritte
- f) Bereitstellen einer frühen
Angabe der Größe eines
Sprachpakets vor der Beendigung der Konstruktion des Sprachpakets;
und
- g) Vorkonfigurieren des Verkehrs-Datenübertragungsblocks in Antwort
auf die frühe
Angabe, gemäß der angegebenen
Größe des Sprachpakets.
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Um
eine Einschränkung
der für
die Übertragung
von Sprachinformationen zur Verfügung
stehenden Verkehrskanalbandbreite zu vermeiden, maximiert der Multiplexer
die Sprachqualität über die
Implementierung der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität in der Art, für die Integration
von Signalisierungspaketen vorteilssuchend darauf zu warten, dass
der Sprachkodierer ein Sprachpaket mit "weniger als voller Rate" überträgt, anstatt den Sprachkodierer
zu zwingen, die Datenrate abzusenken, wenn der Multiplexer Signalisierungsdaten
zu senden hat. Der Multiplexer integriert die Signalisierungspakete
in den Verkehrsdatenübertra gungsblock
mit den Sprachpaketen so, dass mehr Signalisierungsinformationen
in Datenübertragungsblöcke mit
kleineren Sprachpaketen integriert werden in Bezug zu den in Datenübertragungsblöcken mit
größeren Sprachpaketen
enthaltenen Signalisierungsinformationen, so dass die Größe der Sprachpakete
nicht durch die Übertragung von
Signalisierungspaketen beschränkt
wird. Dadurch wird die Datenrate des Sprachkodierers nicht künstlich
beschränkt
durch die Signalisierungserfordernisse der Kommunikationsstation.
Der Multiplexer ist gekoppelt um eine frühe Angabe der Sprachdatenrate
vom Sprachkodierer zu erhalten, so dass der Multiplexer in der Lage
ist, den Verkehrsdatenübertragungsblock
für das
Sprachpaket mit variabler Datenrate, das, sobald die Verarbeitung
des Sprachkodierers fertiggestellt ist, abgeliefert wird, vorzukonfigurieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, welche mit dieser Beschreibung verbunden sind und einen
Teil von ihr darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung
und dienen dazu, zusammen mit der Beschreibung, die Grundsätze der
Erfindung zu erläutern:
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1 zeigt
ein allgemeines Diagramm eines typischen CDMA digitalen Mobilfunksystems
gemäß Stand
der Technik.
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2 zeigt
ein Diagramm einer CDMA digitalen Mobilfunkstation gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
ein Diagramm, das einen Multiplexer einer CDMA digitalen Mobilfunkstation
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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4 zeigt
ein Diagramm, das vier aufeinanderfolgende Datenübertragungsblöcke als
Ausgabe von dem in 3 gezeigten Multiplexer gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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5 zeigt
ein Diagramm eines exemplarischen 20 ms-Datenübertragungsblocks in Bezug
zu Zeit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm der Schritte eines Prozesses gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm von Schritten eines Prozesses gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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BESTE ART DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
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Im
Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, ein Verfahren und System zur Nutzung von Vocoder-Paketen mit niedriger
Datenrate zum Multiplexen von Signalisierungspaketen in einen CDMA-Verkehrskanal
für hochwertige
CDMA-Sprachübertragung,
wovon Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen illustriert sind.
Während
die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wird, wird zu verstehen gegeben, dass sie nicht bestimmt
sind, die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Weiterhin
werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden
Erfindung eine Vielzahl spezifischer Details dargelegt, um ein sorgfältiges Verständnis der
vorliegenden Erfindung herzustellen. Allerdings ist es für den Durchschnittsfachmann
offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen
Details ausgeführt
werden kann. In anderen Fällen
werden bekannte Verfahren, Abläufe,
Komponenten und Schaltkreise nicht im Detail beschrieben, um Aspekte
der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu komplizieren.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, welche die Kodier/Dekodiertechniken
darauf zuschneidet, die Sprachqualität der CDMA-Kommunikationssysteme zu maximieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System bereit, welche
nahtlos mit den sich dynamisch anpassenden Parametern der Kodier-/Dekodieralgorithmen,
die in CDMA-Kommunikationssystemen
eingesetzt werden, funktionieren. Die vorliegende Erfindung stellt eine
Lösung
bereit, die in der Lage ist, die erforderlichen Seitenbanddaten
zu übertragen,
ohne den Sprachkommunikationsdaten signifikante Latenz hinzuzufügen und
ohne die beobachtete Sprachsignalqualität übermäßig zu reduzieren.
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Insbesondere
beinhalten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Multiplex-Funktionalität, die eine
Beschränkung
der für
die Übertragung
von Sprachinformationen zur Verfügung
stehenden Verkehrskanalbandbreite vermeidet, indem die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität in der
Art implementiert wird, dass für
die Integration von Signalisierungspaketen darauf gewartet wird,
dass der Sprachkodierer ein Sprachpaket mit "weniger als voller Rate" überträgt, anstatt den Sprachkodierer
zu einer niedrigeren Datenrate zu zwingen, wenn der Multiplexer
Signalisierungsdaten zu senden hat. Die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität integriert
die Signalisierungspakete in den Verkehrsdatenübertragungsblock mit den Sprachpaketen
so, dass mehr Signalisierungsinformationen in den Datenübertragungsblöcken mit
kleineren Sprachpaketen integriert werden in Bezug zu in Datenübertragungsblöcken mit
größeren Sprachpaketen
enthaltenen Signalisierungsinformationen, so dass die Größe der Sprachpakete
nicht durch die Übertragung
von Signalisierungspaketen beschränkt wird. Dadurch wird die
Datenrate des Sprachkodierers nicht durch die Signalisierungserfordernisse
der Kommunikationsstation künstlich
beschränkt.
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind detaillierter im Folgenden dargestellt.
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Bezug
nehmend auf 2 ist ein Diagramm einer Mobilfunkstation 200 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Station 200 ist
typischerweise als ein Mobiltelefon implementiert. Station 200 ist
bidirektional, so dass Informationen sowohl über einen enthaltenen Sender 220 gesendet
(z. B. zu einer Basisstation) und über einen enthaltenen Empfänger 221 empfangen
werden. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die
Station 200 auf der Senderseite einen Sprachkodierer 201, der
mit einem Multiplexer 202 gekoppelt ist. Ein Controller 204 ist
ebenfalls über
einen Signalkodierer 205 mit dem Multiplexer 202 gekoppelt.
Die Ausgabe des Multiplexers 202 ist mit einem Kanalcodec 203 gekoppelt,
der seinerseits mit dem Sender 220 gekoppelt ist. Auf der
Empfängerseite
beinhaltet die Station 200 den Empfänger 221, der mit
einem Kanalcodec 213 gekoppelt ist. Die Ausgabe des Kanalcodec 213 ist
mit einem Multiplexer 212 gekoppelt. Ein Multiplexer 212 ist
mit einem Sprachdekodierer 211 gekoppelt und ist ebenfalls über einen
Signaldekodierer 215 mit einem Controller 214 gekoppelt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
implementiert die Station 200 eine mobile CDMA-Kommunikationsstation
in einem CDMA-basierten drahtlosen digitalen Kommunikationssystem.
Der Signalkodierer 205 in der Station 200 ist
ein CDMA-basierter Signalkodierer,
der ausgebildet ist, Signalisierungsinformationen vom Controller 204 in
eine Reihe von Signalisierungspaketen zu kodieren. Der Sprachkodierer 201 funktioniert
zum Teil, indem Sprachinformationen mit einer variablen Datenrate
kodiert werden und die Sprachinformationen in eine Reihe von Sprachpaketen
verarbeitet werden. Der Multiplexer 202 ist gekoppelt,
um die Sprachpakete vom Sprachkodierer 201 zu empfangen
und ist gekoppelt, um die Signalisierungspakete vom Signalkodierer 205 zu empfangen.
Der Multiplexer 202 kombiniert die Sprachpakete und die
Signalisierungspakete zu einer Reihe von "Verkehrsdatenübertragungsblöcken" zur Übertragung über den
Kanalcodec 203 und den Sender 220. Der Kanalcodec 203 kodiert
die Verkehrsdatenübertragungsblöcke in CDMA-basierte Übertragungsblöcke und
koppelt die Übertragungsblöcke mit
dem Sender 220 zur Übertragung.
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In
der vorliegenden Erfindung, wird der Multiplexer 202 gemäß der bekannten
CDMA-Protokolle (z. B. der Multiplex-Teilschicht in IS-95A, J-STD-008, TIA/EIA-95-B, etc.) betrieben.
Der Multiplexer 202 funktioniert zum Teil durch Multiplexen
von primärem, sekundärem und
Signalisierungs-Verkehr zum Kanalcodec 203 und Sender 220 (z.
B. der zugrundeliegende physikalische Schicht-Verkehrskanal).
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In
der vorliegenden Ausführungsform,
kann der Verkehrskanal selbst (z. B. der Kommunikationspfad des
Multiplexers 202 zum Sender 220) konfiguriert
werden, um bis zu 4 verschiedene Datenübertragungsblockraten zu verwenden.
In Übereinstimmung mit
CDMA-Protokollen umfasst der Verkehrskanal eine Reihe von aufeinanderfolgenden
20 ms-Datenübertragungsblöcken. Wie
durch die Konfiguration des Multiplexers 202 vorgegeben
(z. B. die Multiplex-Teilschicht in IS-95A, J-STD-008, TIA/EIA-95-B,
etc.) sind bis zu 4 verschiedene Datenübertragungsblockraten implementiert,
die eine von 4 möglichen
Datenübertragungsblockgrößen verwenden.
Unterschiedliche Datenübertragungsblockgrößen könne in jedem 20
ms-Verkehrsdatenübertragungsblock
implementiert sein, wobei jede Datenübertragungsblockgröße einer
bestimmten Sprachkodierer 301-Datenrate zugeordnet ist. Aufeinanderfolgende
20 ms-Verkehrsdatenübertragungsblöcke müssen nicht
die gleiche Größe von Datenübertragungsblöcken übertragen
(z. B. Menge der Daten), sondern die Größe des Verkehrsdatenübertragungsblocks
kann dynamisch von Datenübertragungsblock
zu Datenübertragungsblock
variiert werden. Der primäre
Grund für
diese Architektur ist es, eine variable Bitratenausgabe des Sprachkodierers 201 zu
unterstützen.
Während
des normalen Betriebs gibt der Sprachkodierer 201 Sprachpakete
variabler Größe entsprechend
der Menge von Sprachinformationen in dem eingehenden Sprachsignal
(z. B. mic/line-in) aus. Sprachpakete mit niedriger Datenrate (z.
B. kleinere Sprachpakete) werden erzeugt, wenn weniger Informationen
in dem Sprachsignal vorhanden sind, und Sprachpakete mit hoher Datenrate
(z. B. größere) werden
erzeugt, wenn mehr Informationen vorhanden sind.
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Bezug
nehmend auf 3 ist ein Diagramm gezeigt,
dass den Multiplexer 202 detaillierter darstellt. Wie in 3 dargestellt,
beinhaltet der Multiplexer 202 in der vorliegenden Ausführungsform
einen Sprachpuffer 301 und einen Signalpuffer 302,
die beide mit einem Ausgabepuffer 303 gekoppelt sind. Die Puffer 301–303 dienen
dazu, dem Multiplexer 202 zu ermöglichen, einkommende Sprachpakete
vom Sprachkodierer 201 zu empfangen und einkommende Signalisierungspakete
vom Signalkodierer 205 zu empfangen und daraus ausgehende
Verkehrsdatenübertragungsblöcke zu konstruieren.
Wie oben beschrieben, nutzt der Multiplexer 202 in der
vorliegenden Ausführungsform
die 4 verschiedenen Datenübertragungsblockraten
um sowohl die Sprachdaten vom Sprachkodierer 201 als auch
die Signaldaten vom Signalkodierer 205 zu transportieren.
Der Multiplexer 202 führt
eine dynamische Bestimmung von Datenübertragungsblock zu Datenübertragungsblock
durch, um zu bestimmen, welche der 4 Datenübertragungsblockraten verwendet
werden wird (z. B. in welcher Größe der Verkehrsdatenübertragungsblock
gebaut wird) und wie viel jeweils von den logischen Datentypen (z.
B. Sprachdaten, Signaldaten, etc.) darin enthalten sein wird. Basierend
auf dieser Bestimmung werden im Ausgabepuffer 303 Sprachdaten
vom Sprachpuffer 301 und Signaldaten vom Signalpuffer 302 in
Verkehrsdatenübertragungsblöcken kombiniert,
und werden anschließend
an den Kanalcodec 203 und den Sender 220 ausgegeben (wie
in 2 gezeigt).
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Es
ist anzumerken, dass zwei Aspekte der Implementierung des Multiplexers 202 und
der Schnittstelle zwischen Multiplexer 202 und Sprachkodierer 201 einen überproportionalen
Effekt auf die beobachtete Sprachqualität haben. Der erste Aspekte
ist die allgemeine Latenz der Station 200, Bezug nehmend
auf den Verzug, den Sprachpakete beim Erreichen eines weit entfernten
Kommunikationsgerätes
(nicht gezeigt) erfahren. Der zweite Aspekte ist der Grad, zu dem
Sprachpakete, die vom Sprachkodierer 201 erzeugt werden,
in ihrer Größe aufgrund der
Erfordernis der Station 200, Anrufkontroll- oder Anrufverwaltungsdaten
(z. B. Signalisierungspakete) über
denselben Verkehrskanal zu übertragen,
der für die
Sprachpakete verwendet wird, begrenzt werden.
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Die
Gesamtlatenz, oder der Verzug zwischen Endpunkten, die von Sprachpaketen
erfahren wird, kann einen signifikanten Einfluss auf die wahrgenommene "natürliche" Qualität der Konversation haben.
In der vorliegenden Ausführungsform,
während
das CDMA-Kommunikationssystem mit der Station 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung mehrere inhärente
Verzögerungen
aufweist, die mit der Signalverarbeitung für Sprach- und Kanalkodierung
und -dekodierung verbunden sind, beinhaltet die Station 200 neuartige
Eigenschaften, um die von den Sprachpaketen erfahrene Latenz bedeutend
zu reduzieren.
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Mit
Bezug zu 4 ist ein Diagramm 400 gezeigt,
das 4 aufeinanderfolgende Verkehrsdatenübertragungsblöcke 401–404 als
Ausgabe vom Multiplexer 202 zeigt. Wie in 4 gezeigt,
beinhaltet jeder der Verkehrsdatenübertragungsblöcke 401–404 Sprachdaten
und Signaldaten, wobei die Verkehrsdatenübertragungsblöcke 401–402 auch
Mengen an leerem Raum beinhalten. Wie in 4 dargestellt,
ist die Übertragungszeit
entlang der horizontalen Achse abgetragen, und alle Datenübertragungsblöcke 401–404 sind
20 ms lang.
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In
der vorliegenden Erfindung trifft der Sprachkodierer 201 alle
20 ms eine Entscheidung in Bezug auf die Größe des Sprachpakets, das er
für die Übertragung über den
Verkehrskanal zum entfernten Ende erstellen wird. Diese Entscheidung
basiert maßgeblich
auf dem Informationsgehalt des Sprachsignals (z. B. erhalten von
mic/line-in). Ein höherer
Informationsgehalt im Sprachsignal erfordert, dass der Sprachkodierer 201 größere Sprachpakete erstellt.
Ein niedrigerer Informationsgehalt erlaubt es dem Sprachkodierer 201,
kleinere Sprachpakete zu erstellen, was zu Leistungs- und Kapazitätseinsparungen
führt.
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Für einen
gegebenen Verkehrsdatenübertragungsblock
wird die beobachtete Sprachqualität zwangsläufig reduziert, wenn der Sprachkodierer 201 vom
Multiplexer 202 daran gehindert wird, Sprachpakete mit
höherer
Rate zu erstellen, so dass der Multiplexer 202 größere Mengen
von Signalisierungspaketen in den Verkehrsdatenübertragungsblock multiplexen
kann und wenn der Sprachkodierer 201 andernfalls die Entscheidung
getroffen hätte,
ein Sprachpaket mit hoher Datenrate zu erzeugen und zu senden, aufgrund
eines hohen Informationsgehalts des Sprachsignals. Dies ist graphisch
in Diagramm 400 dargestellt, indem Verkehrsdatenübertragungsblöcke 401 und 402,
die nicht raumbeschränkt sind
(z. B. die beide leeren Raum beinhalten) im Gegensatz zu den Verkehrsdatenübertragungsblöcken 403 und 404.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, ist der Multiplexer 202 gekoppelt, um eine frühe Angabe
der Sprachdatenrate vom Sprachkodierer zu erhalten, so dass der
Multiplexer 202 in der Lage ist, den Verkehrsdatenübertragungsblock
für das
Sprachpaket mit variabler Datenrate, das, wenn die Verarbeitung des
Sprachkodierers fertiggestellt ist, ausgeliefert wird, vorzukonfigurieren.
Dies ermöglicht
es, dass der Verkehrsdatenübertragungsblock
durch den Multiplexer 202 zum Kanalcodec 203 und
Sender 220 zur Übertragung
sofort bei Empfang des Sprachpakets vom Sprachkodierer gesendet
werden kann, und damit die Gesamtlatenz reduziert und die beobachtete
Sprachqualität
des Kommunikationssystems verbessert.
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Bezug
nehmend auf 5 ist ein Diagramm eines exemplarischen
20 ms-Verkehrsdatenübertragungsblocks 500 mit
Bezug zu Zeit (z. B. entlang der horizontales Achse abgetragen)
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Eine
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhöht
die beobachtete Sprachqualität durch
Minimierung der Latenz in der Übertragung
von Sprachpaketen durch die Ausnutzung des Vorteils eines Aspekts
der variablen Datenratenfähigkeit
des Sprachkodierers 201, wobei der Sprachkodierer 201 eine
frühe Angabe
an den Multiplexer 202 bereitstellt mit Bezug auf die Größe des Sprachpakets,
welche er gerade erzeugt. Wie oben beschrieben, erzeugt der Sprachkodierer 201 das
Sprachpaket mit variabler Größe zur Integration
in jeden 20 ms-Datenübertragungsblock,
in diesem Fall Verkehrsdatenübertragungsblock 500.
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In
dieser Ausführungsform
funktioniert der Sprachkodierer 201, indem er zunächst eine
Vocoder-Raten-, oder Datenraten-, Bestimmungsphase durchführt, welche
die Größe des zu
erstellenden Sprachpakets bestimmt, gefolgt von einer Analyse/Synthesephase,
während
der das Sprachpaket tatsächlich
erstellt wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung informiert der Sprachkodierer 201 den Multiplexer 202 über die
Größe des Sprachpakets
sobald die Vocoder-Raten-Bestimmungsphase
abgeschlossen ist. Diese frühe
Angabe gibt der Multiplex-Teilschicht
(z. B. Multiplexer 202) ausreichend Zeit, um den Verkehrsdatenüber tragungsblock 500 innerhalb der
aktuellen 20 ms-Zeitdauer vollständig
für die Übertragung
vorzubereiten. Unter Berücksichtigung der
Größe des Sprachpakets,
das ausgeliefert werden wird, wenn die Analyse/Synthese abgeschlossen ist
und der Menge der Signalisierungsdaten, die integriert werden kann,
bereitet die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität alle anderen Teile des Verkehrsdatenübertragungsblocks
vor (z. B. Signaldaten etc.) vor, während der Sprachkodierer 201 die Sprachpaketerstellung
abschließt.
Sobald die Sprachpaketerstellung abgeschlossen ist, wird das Sprachpaket
an den Multiplexer 202 übergeben
und in einen "reservierten
Teil" im Verkehrsdatenübertragungsblock
(z. B. Verkehrsdatenübertragungsblock 500)
eingefügt.
Der Verkehrsdatenübertragungsblock 500 ist
dann vollständig
und wird an den Kanalcodec 203 zur Kodierung und Übertragung über den Sender 220 übergeben.
All dies findet innerhalb derselben 20 ms-Sprachkodiererzeitdauer statt, die der 20
ms-Zeitdauer des Verkehrsdatenübertragungsblocks 500 entspricht.
Auf diese Weise entstehen keine zusätzliche Verzögerungen
aufgrund des Betriebs der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Sprachpaket an den Kanalcodec 203 ausgeliefert
im wesentlichen sobald es durch den Sprachkodierer 201 erstellt
worden ist.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm der Schritte eines Prozesses 600 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Wie in 6 dargestellt, zeigt
der Prozess 600 die Betriebsschritte der Prozesse der Sprachratenbestimmung,
Kodierung und Übertragung
einer Station (z. B. Station 200) gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Prozess 600 beginnt
mit Schritt 601, wo ein Sprachkodierer (z. B. Sprachkodierer 201 von 2) gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Sprachinformationen von einer Sprachsignalquelle
zur Übertragung
an ein Gerät
am anderen Ende erhält.
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In
Schritt 602 führt
der Sprachkodierer 201 eine Vocoder-Raten-Bestimmung auf
das Sprachsignal aus, um eine Datenrate und eine Sprachpaketgröße entsprechend
des Informationsgehalts des Sprachsignals zu bestimmen. Wie oben
beschrieben, variiert der Informationsgehalt des Sprachsignals über die
Zeit. In einigen Fällen
sind mehr Daten erforderlich, um den Sprachinformationsgehalt kor rekt wiederzugeben
als in anderen Fällen.
Dementsprechend variiert die Größe der vom
Sprachkodierer 201 erzeugten Sprachpakete entsprechend.
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In
Schritt 603 stellt der Sprachkodierer 201 eine
frühe Angabe
an den Multiplexer 202 zur Verfügung in Bezug auf die Datenrate
für die
Sprachinformationen in dem Sprachsignal. Wie oben beschrieben, gibt
diese frühe
Angabe der Multiplex-Teilschicht
(z. B. Multiplexer 202) ausreichend Zeit, um einen Datenübertragungsblock
zur Übertragung
innerhalb der aktuellen 20 ms-Zeitdauer des Verkehrsdatenübertragungsblocks
vollständig
zu konfigurieren und vorzubereiten.
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In
Schritt 604 bereitet Multiplexer 202 einen Verkehrsdatenübertragungsblock
zur Übertragung vor.
Wie oben beschrieben, ist dieser Verkehrsdatenübertragungsblock basierend
auf der frühen
Angabe der vom Sprachkodierer 201 empfangenen Datenrate
konfiguriert.
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In
Schritt 605 wird das Sprachpaket des Sprachkodierers 201 vom
Multiplexer 202 empfangen und wird in den vorkonfigurierten
Verkehrsdatenübertragungsblock
integriert.
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Demgemäß wird der
komplette Verkehrsdatenübertragungsblock
in Schritt 606 vom Multiplexer an einen gekoppelten Kanalcodec 203 und
Sender 220 zur Übertragung über den
Verkehrskanal ausgegeben. Wie oben beschrieben, finden die Schritte 602–606 innerhalb
derselben 20 ms-Sprachkodiererzeitdauer statt, die der 20 ms-Zeitdauer
des Datenübertragungsblocks
entspricht, so dass zusätzliche Verzögerungen
aufgrund des Betriebs der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität nicht verursacht werden.
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Nochmals
Bezug nehmend auf 5 erhöht eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die beobachtete Sprachqualität durch
Minimierung der Fälle,
in denen die Größe der vom
Kodierer 201 erstellten Sprachpakete durch die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität, aufgrund
von beispielsweise des Erfordernisses, große Mengen Signaldaten zu übertragen,
beschränkt
wird. Diese zweite Ausführungsform
maximiert die Sprachqualität
durch die Implementierung der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität in einer
Weise, dass, wenn der Multiplexer 202 Signalisierungsdaten
zu senden hat, vorteilssuchend darauf gewartet wird, dass der Sprachkodierer 201 ein
Sprachpaket mit "weniger
als voller Rate" (z.
B. ein kleineres Sprachpaket) zu übertragen hat, anstatt den
Sprachkodierer 201 zu einer niedrigeren Datenrate zu zwingen.
In dieser Ausführungsform
versucht der Multiplexer 202 den Vorteil der natürlich auftretenden
Sprachpakete niedrigerer Rate auszunutzen, um Signalisierungspakete
auszuliefern, und minimiert dadurch den negativen Effekt, den Signalisierungsverkehr
in anderer Weise auf die Sprachqualität haben könnte (z. B. die Fälle, wo
große
Mengen Signalverkehr das Verwerfen großer Mengen von Sprachinformationen
erfordern). Die Signalisierungspakete sind zwischengespeichert (z.
B. im Signalpuffer 302, wie in 3 gezeigt),
bis geeignete Übertragungsmöglichkeiten
auftreten. Dadurch wird die Datenrate des Sprachkodierers 201 nicht
künstlich durch
die Signalisierungserfordernisse der Station 200 beschränkt.
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Es
sollte jedoch erkannt werden, dass Umstände existieren können, wo
der Multiplexer 202 die Beschränkung der Bitrate des Sprachkodierers 201 ergreifen
muss, wenn die Möglichkeit,
Signalisierungsinformationen zu senden, nicht natürlich innerhalb
einer bestimmten Zeitperiode auftritt. In solchen Situationen beschränkt der
Multiplexer 202 die Größe des vom
Sprachkodierer 201 erstellten Sprachpakets, um die Übertragung
von Signalisierungsdaten zu ermöglichen.
In solchen Situationen wird die Beschränkung der Bitrate des Sprachkodierers 201 durch
den Multiplexer 202 als fallback-Mechanismus verwendet,
um sicherzustellen, dass erforderlichen Signaldaten nicht die Verkehrskanalbandbreite
verwehrt wird.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm der Schritte eines Prozesses 700 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 dargestellt,
zeigt der Prozess 700 die Schritte des Betriebsprozesses
einer Station 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben, wobei die Fälle, wo
die Größe der vom
Sprachkodierer 201 erstellten Sprachpakete von der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität beschränkt sind,
minimiert werden.
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Prozess 700 beginnt
mit Schritt 701, wo ein Sprachkodierer (z. B. Sprachkodierer 201 von 2) gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Sprachinformationen von einer Sprachsignalquelle
zur Übertragung
zu einem Gerät
am anderen Ende erhält.
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In
Schritt 702 werden die Sprachinformationen des Sprachsignals
in Sprachpakete mit entsprechenden Größen (z. B. Datenraten) entsprechend der
im Sprachsignal enthaltenen Sprachinformationen kodiert.
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In
Schritt 703 werden die resultierenden Sprachpakete an den
gekoppelten Multiplexer 202 ausgegeben.
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In
Schritt 704 erhält
der Multiplexer 202 Signaldatenpakete zur Übertragung über den
Verkehrskanal.
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In
Schritt 705 speichert der Multiplexer 202 die
Signalisierungspakete zur Integration in Verkehrsdatenübertragungsblöcke mit
Sprachpaketen mit niedriger Datenrate. Wie oben beschrieben, beinhaltet
der Multiplexer 202 einen Puffer (z. B. Signalpuffer 302 aus 3),
um Signalisierungspakete zur späteren
Integration in einen Verkehrsdatenübertragungsblock temporär zu speichern.
Wie oben beschrieben, wartet der Multiplexer 202 vorteilssuchend
darauf, dass der Sprachkodierer 201 ein Sprachpaket mit "weniger als voller
Rate" (z. B. ein kleineres
Sprachpaket) übermittelt,
um die Signaldatenpakete in die Verkehrsdatenübertragungsblöcke zu integrieren,
anstatt den Sprachkodierer 201 zu einer niedrigeren Datenrate
zu zwingen, wenn der Multiplexer Signalisierungsdaten zu senden
hat.
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In
Schritt 706 werden die Verkehrsdatenübertragungsblöcke vom
Multiplexer 202 unter Verwendung der zwischengespeicherten
Signaldaten und der ausgehenden Datenpakete mit niedriger Datenrate
erzeugt.
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Nachfolgend
gibt der Multiplexer 202 in Schritt 707 die resultierenden
Datenübertragungsblöcke an den
Kanalcodec 203 und den Sender 220 zur Übertragung
aus. Auf diese Weise nutzt der Prozess 700 den Vorteil
der natürlich
auftretenden Sprachpakete mit niedriger Datenrate, um Signalisierungspakete
auszuliefern und dadurch den negativen Effekt zu minimieren, den
Signalisierungsverkehr andernfalls auf die Sprachqualität haben
könnte.
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Demzufolge
stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung bereit, welche die Kodier-/Dekodiertechniken
darauf zuschneidet, die Sprachqualität von CDMA-Kommunikationssystemen zu maximieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System bereit,
die nahtlos mit den sich dynamisch anpassen den Parametern der Kodier-/Dekodieralgorithmen,
die in CDMA-Kommunikationssystemen
eingesetzt werden, funktionieren. Die vorliegende Erfindung stellt
eine Lösung
bereit, die in der Lage ist, die erforderlichen Seitenbanddaten
zu übertragen,
ohne den Sprachkommunikationsdaten signifikante Latenz hinzuzufügen und
ohne die beobachtete Sprachsignalqualität übermäßig zu reduzieren.
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Die
vorangehenden Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wurden zum Zweck der Illustration und Beschreibung dargestellt.
Sie erheben nicht den Anspruch, vollständig zu sein oder die Erfindung
auf die spezifischen offenbarten Formen zu beschränken und
offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen möglich im
Licht der oben dargestellten Lehre. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben,
um die Grundlagen der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu
erklären, und
damit anderen Fachleuten zu ermöglichen,
die Erfindung und vielfältige
Ausführungsformen
mit vielfältigen
Modifikationen, die für
spezifische Anwendungen geeignet sind, zu gebrauchen. Es ist beabsichtigt,
dass die Reichweite der Erfindung durch die anhängenden Ansprüche und
ihrer Äquivalente
definiert wird.