DE60037573T2

DE60037573T2 - Verfahren und gerät zur multiplexierung von steuerpaketen und sprachpaketen

Info

Publication number: DE60037573T2
Application number: DE60037573T
Authority: DE
Inventors: Dimitri Cupertino RUBIN; Douglas J. San Diego MCPHERSON
Original assignee: Philips Semiconductors Inc
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: DE60037573D1; WO2001024397A1; JP2003510948A; EP1147619B1; US6567392B1; EP1147619A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein digitale Informationssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Übertragungs- und Empfangssysteme auf Basis von Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA) für Sprachanwendungen mit kurzer Latenzzeit und hoher Qualität. In einer Ausführungsform wird hierin ein Verfahren und System zur Anwendung der Vocoderratenermittlung für eine CDMA-Sprachübertragung hoher Qualität offenbart.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Übertragung digitaler Informationen und Daten zwischen Systemen ist zu einem wesentlichen Teil gewöhnlich benutzter Systeme geworden. Mit solchen Systemen wird ein Informationsinhalt statt in analoger Form in digitaler Form übertragen und empfangen. Die Übertragung von Sprachinformationen über lange Strecken war lange mit wohlbekannten analogen Übertragungstechniken verbunden. Zu diesen Techniken gehören zum Beispiel das herkömmliche Telefonnetz (POTS(Plain Old Telephone Systems)-Netz), konventionelle drahtlose VHF/UHF-Zweiwege-Kommunikationssysteme und Ähnliches. Die modernen digitalen Formen der Kommunikations- und Signalverarbeitungstechniken bieten zahlreiche Vorteile und ersetzen die herkömmlichen Mittel mit hoher Geschwindigkeit. Bei den meisten Anwendungen nimmt der Benutzer die digitale Natur der empfangenen Informationen gar nicht wahr. Digitale Zellularsysteme auf CDMA-Basis befinden sich unter den am schnellsten wachsenden der modernen Formen digitaler Kommunikationstechniken.
Die 1 (Stand der Technik) zeigt ein digitales CDMA-Zellularsystem 100. Das System 100 weist typischerweise viele hundert mobile Zellulartelefone (z. B. „Handys") auf, die in einem geographischen Gebiet kommunikativ mit einer Basisstation verbunden sind. In 1 sind eine einzelne solche Basisstation 104 und ein einzelnes Handy 102 abgebildet. Das Übertragungssystem verwendet einen RF-Kommunikationskanal 106, um die Basisstation 104 mit dem Handy 102 zu verbinden.
In typischen Anwendungen benutzen viele hundert Handys die Kommunikationsverbindung 106 zu der Basisstation 104 des geographischen Gebiets gemeinsam. Digitale Signalverarbeitungstechniken ermöglichen die effiziente Nutzung der begrenzten Bandbreite des Kommunikationskanals durch die mehreren Handys. Bei CDMA handelt es sich teilweise um eine Signalverarbeitungstechnik, welche für eine effiziente Multiplexierung von Sprache und anderen Daten zu diskreten zeit- und frequenzbasierten Informationspaketen für die Übertragung zwischen jedem von mehreren Handys (z. B. den Handys 102) und der gemeinsam benutzten Basisstation 104 sorgt. Ein solches Verfahren zur Übertragung von Sprachdaten zusammen mit anderen Arten von Daten ist in der US-Patentschrift 5,511,073 offenbart.
Obwohl die CDMA-Algorithmen sehr effizient sind, ist die Bandbreite des Kommunikationskanals 106 begrenzt. Wie bei anderen digitalen Kommunikationssystemen gibt es Zeiten, zu denen Zweiwege-Kommunikationsvorgänge, welche das System 100 benutzen, während der Übertragung von der Ursprungseinheit zur Empfangseinheit an einem gewissen Maß an Signalverschlechterung leiden.
Diese Verschlechterung kann viele Gründe haben. Zum Beispiel können schlechte Wetterbedingungen die effektive Bandbreite verringern, die für den Kommunikationskanal 106 zur Verfügung steht. Ein anderes Beispiel ist es, dass im System 100 zeitweise zusätzlich zum Sprachverkehr die Übertragung großer Mengen an Signalisierungs- und Verbindungsaufrechterhaltungs-Daten erforderlich ist. In diesen beiden Fällen kann die zur Verfügung stehende Bandbreite zur Übertragung von Sprachinformationen zeitweise unter ein Optimalmaß fallen. Diese Verschlechterung führt oft zum Verlust gewisser Sprachinformationen, zu einer gewissen Verzerrung des Sprachsignals oder zu einem merklichen Rauschen in dem empfangenen Signal (wie z. B. im Fall eines drahtlosen Telefons). Im Allgemeinen gilt, je deutlicher der Verlust von Informationen an der Empfangseinheit, desto weniger einwandfrei ist die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems. Eine Verschlechterung kann sogar auftreten, wenn während einer Verbindung wenige oder gar keine Sprachdaten übertragen werden, was zu unerwünschten Nebeneffekten am Empfängerende führt. In EP 0 895 364 A1 wird ein Weg vorgeschlagen, die Übertragung zu randomisieren, um diese Nebeneffekte zu vermeiden.
Somit ist der Hauptgrund für die Verschlechterung die Tatsache, dass es zu bestimmten Zeiten mehr Sprachinformationen als verfügbare Bandbreite zur Übertragung der Sprachinformationen gibt, was dazu führt, dass das System 100 die Sprachinformationen um eine gewisse Menge reduziert (diese z. B. verwirft), um in die verfügbare Bandbreite zu passen, wie in dem Verfahren, welches in der US-Patentschrift 5,515,375 vorgeschlagen wird, welche ein System beschreibt, das einen Sprachcodierer variabler Geschwindigkeit (Vocoder), einen Multiplexer zum Kombinieren von Sprachdatenpaketen mit Signaldaten von einem Sprachcodierer in einem Verkehrsdatenrahmen und einen Sender zum Übertragen des Verkehrsdatenrahmens umfasst. Die US-Patentschrift 5,515,375 beschreibt einen Ansatz, in welchem die Geschwindigkeit der Sprachcodierung verringert wird – mit dem Risiko eines Qualitätsverlustes-, um sicherzustellen, dass Signaldaten übertragen werden. Ein weiterer Hauptgrund für die Verschlechterung ist die Tatsache, dass zu bestimmten Zeiten die benötigte Zeit, um die verschiedenen Signalverarbeitungsalgorithmen zu verwirklichen, zu einem unerwünschten Maß an Latenzzeit der bidirektionalen Kommunikation (z. B. Konversation) führt.
In einem Versuch, dazu beizutragen, dieses Problem zu korrigieren, sind in der CDMA-Kommunikationsindustrie verschiedene Signal-Codierungs/Decodierungs-Techniken angewendet worden, welche den Effekten der Signalverschlechterung entgegenwirken und die Integrität der Informationen an der Empfangseinheit verbessern oder sicherstellen, und schnellausführende Signalverarbeitungstechniken angewendet worden, um die Latenzzeit zu verringern. Somit verwenden viele auf dem Markt verfügbare digitale Kommunikationssysteme Codier/Decodier-Verfahren, mit welchen jeweils unter normalen Betriebsbedingungen eine angemessene Kommunikationsqualität erzielt werden kann. Während diese Codier/Decodier-Verfahren dazu beitragen, die Integrität der empfangenen Informationen sicherzustellen, fügen sie jedoch den Kommunikationssystemen gewöhnlich auch ein größeres Maß an Latenzzeit als gewünscht hinzu, wenn die Codier/Decodier-Algorithmen verarbeitet werden. Beispiele sind Standards wie IS-95A, J-STD-008, TIA/FIA-95-B usw., welche die Multiplexierung und Demultiplexierung des primären, sekundären und Signalisierungsverkehrs zu und von einem Verkehrskanal einer unterlegten physikalischen Schicht in einem CDMA-System beschreiben.
Was benötigt wird, ist daher eine Lösung, mit welcher die Codier/Decodier-Techniken derart abgestimmt werden, dass die Sprachqualität des CDMA-Kommunikationssystems maximiert wird. Erforderlich ist ein Verfahren, welches mit den sich dynamisch einstellenden Parametern der Codier/Decodier-Algorithmen, die in CDMA-Kommunikationssystemen benutzt werden, nahtlos funktioniert. Erforderlich ist eine Lösung, mit welcher die benötigten Seitenbanddaten übertragen werden können, ohne den Sprachkommunikationsdaten eine merkliche Latenzzeit hinzuzufügen. Außerdem sollte die benötigte Lösung die wahrgenommene Sprachsignalqualität nicht zu sehr verringern. Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Lösung für die obigen Erfordernisse bereit.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, mit welcher die Codier/Decodier-Techniken derart abgestimmt werden, dass die Sprachqualität des CDMA-Kommunikationssystems maximiert wird. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und System bereit, welches mit den sich dynamisch einstellenden Parameter der Codier/Decodier-Algorithmen, die in CDMA-Kommunikationssystemen benutzt werden, nahtlos funktioniert. Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, mit welcher die benötigten Signalisierungsdaten übertragen werden können, ohne den Sprachkommunikationsdaten eine merkliche Latenzzeit hinzuzufügen und ohne die wahrgenommene Sprachsignalqualität zu sehr zu verringern.
In einer Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung als eine CDMA-Kommunikationsstation in einem bidirektionalen drahtlosen digitalen Kommunikationssystem auf CDMA-Basis verwirklicht. Die CDMA-Kommunikationsstation weist einen Signalcodierer auf, welcher dafür geeignet ist, Signalisierungsinformationen zu einem Signalisierungspaket zu codieren. Sie weist auch einen Vocoder (Sprachcodierer) auf, um Sprachinformationen mit einer variablen Datenrate zu codieren und die Sprachinformatio nen zu einem Sprachpaket zu verarbeiten. Ein Multiplexer ist derart verknüpft, dass er das Sprachpaket von dem Sprachcodierer empfängt, und derart verknüpft, dass er das Signalisierungspaket von dem Signalcodierer empfängt. Der Multiplexer kombiniert das Sprachpaket und das Signalisierungspaket zu einem Verkehrsdatenrahmen. Ein Sender ist mit dem Multiplexer verknüpft, um den Verkehrsdatenrahmen zu übertragen, wie er vom Multiplexer wird.
Eine frühe Angabe, welche die Datenrate und die Größe des von dem Sprachcodierer erzeugten Sprachpakets beschreibt, wird erzeugt und dem Multiplexer bereitgestellt. Der Multiplexer benutzt in der Folge die frühe Datenratenangabe aus dem Sprachcodierer, um den Verkehrsdatenrahmen für das Sprachpaket variabler Datenrate vorzukonfigurieren. Der vorkonfigurierte Verkehrsdatenrahmen ist so aufgebaut, dass er das Sprachpaket ohne Weiteres aufnimmt, wenn die Verarbeitung des Sprachpakets durch den Sprachcodierer beendet ist. Dies ermöglicht es, dass der Verkehrsrahmen unmittelbar nach dem Empfang des Sprachpakets aus dem Sprachcodierer zur Übertragung zu dem Sender gesendet wird, wodurch die Latenzzeit des digitalen Kommunikationssystems verringert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen, welche in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären:
1 (Stand der Technik) zeigt ein allgemeines Diagramm eines typischen digitalen CDMA-Zellularsystems.
2 zeigt ein Diagramm einer digitalen CDMA-Zellular-Mobilstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Multiplexer einer digitalen CDMA-Zellular-Mobilstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgebildet ist.
4 zeigt ein Diagramm, in welchem 4 aufeinander folgende Verkehrsdatenrahmen als Ausgabe aus dem Multiplexer der 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgebildet sind.
5 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften 20 ms-Verkehrsdatenrahmens in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeit ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeit ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESTE FORM DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun detailliert Bezug genommen auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, eines Verfahrens und Systems zur Anwendung der Vocoderratenermittlung für eine CDMA-Sprachübertragung hoher Qualität, für welches Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass sie die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränken sollen. Im Gegenteil, die Erfindung soll Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, welche von der Idee und dem Umfang der Erfindung umfasst sein können, wie durch die angefügten Patentansprüche definiert. Ferner werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zahlreiche spezielle Einzelheiten ausgeführt, um für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es ist jedoch für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Verfahren, Vorgänge, Komponenten und Schaltkreise nicht detailliert beschrieben worden, um Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht unnötig undeutlich zu machen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, mit welcher die Codier/Decodier-Techniken derart abgestimmt werden, dass die Sprachqualität des CDMA-Kommunikationssystems maximiert wird. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und System bereit, welches mit den sich dynamisch einstellenden Parameter der Codier/Decodier-Algorithmen, die in CDMA-Kommunikationssystemen benutzt werden, nahtlos funktioniert. Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, mit welcher die benötigten Seitenbanddaten übertragen werden können, ohne den Sprachkommunikationsdaten eine merkliche Latenzzeit hinzuzufügen und ohne die wahrgenommene Sprachsignalqualität zu sehr zu verringern.
Speziell umfassen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Multiplexierfunktionalität, welche derart verknüpft ist, dass sie eine frühe Datenratenangabe von einem Sprachcodierer empfängt, so dass die Multiplexierfunktionalität sich selbst für das auszugebende Sprachpaket variabler Datenrate vorkonfigurieren kann (z. B. den Verkehrsdatenrahmen für die Übertragung speziell anzupassen), sobald die Verarbeitung des Sprachpakets durch den Sprachcodierer beendet ist. Dies ermöglicht, dass der Verkehrsdatenrahmen unmittelbar nach dem Empfang des Sprachpakets aus dem Sprachcodierer zur Übertragung gesendet wird, wodurch die Latenzzeit des digitalen Kommunikationssystems verringert wird. Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
In 2 ist ein Diagramm einer Mobilstation 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Station 200 wird typischerweise als Handy verwirklicht. Die Station 200 ist bidirektional, so dass die Informationen sowohl über einen zugehörigen Sender 220 (z. B. zu einer Basisstation) gesendet werden, als auch über einen zugehörigen Empfänger 221 empfangen werden. Wie in 2 abgebildet, weist die Station 200 auf Senderseite einen Sprachcodierer 201 auf, welcher mit einem Multiplexer 202 verknüpft ist. Eine Steuereinheit 204 ist über einen Signalcodierer 205 ebenfalls mit dem Multiplexer verknüpft. Der Ausgang des Multiplexers 202 ist mit einem Kanal-Codec 203 verknüpft, welcher wiederum mit dem Sender 220 verknüpft ist. Auf Empfängerseite weist die Station 200 den Empfänger 221 auf, welcher mit einem Kanal-Codec 213 verknüpft ist. Der Ausgang des Kanal-Codec 213 ist mit einem Multiplexer 212 verknüpft. Ein Multiplexer 212 ist mit einem Sprachdecodierer 211 verknüpft und ist über einen Signaldecodierer 215 auch mit einer Steuereinheit 214 verknüpft.
In der vorliegenden Ausführungsform verwirklicht die Station 200 eine mobile CDMA-Kommunikationsstation in einem drahtlosen digitalen Kommunikationssystem auf CDMA-Basis. Bei dem Signalcodierer 205 in der Station 200 handelt es sich um einen Signalcodierer auf CDMA-Basis, welcher dafür geeignet ist, Signalisierungsinformationen von der Steuereinheit 204 zu einer Reihe von Signalisierungspaketen zu codieren. Der Sprachcodierer 201 arbeitet teilweise derart, dass Sprachinformationen mit einer variablen Datenrate codiert werden und die Sprachinformationen zu einer Reihe von Sprachpaketen verarbeitet werden. Der Multiplexer 202 ist derart verknüpft, dass er die Sprachpakete aus dem Sprachcodierer 201 empfängt, und derart verknüpft, dass er die Signalisierungspakete aus dem Signalcodierer 205 empfängt. Der Multiplexer 202 kombiniert die Sprachpakete und die Signalisierungspakete zu einer Reihe von „Verkehrsdatenrahmen" zur Übertragung über den Kanal-Codec 203 und den Sender 220. Der Kanal-Codec 203 codiert die Verkehrsdatenrahmen zu Übertragungsrahmen auf CDMA-Basis und verknüpft die Übertragungsrahmen zur Übertragung mit dem Sender 220.
In der vorliegenden Ausführungsform arbeitet der Multiplexer 202 gemäß wohlbekannten CDMA-Protokollen (z. B. der Multiplex-Teilschicht in IS-95A, J-STD-008, TIA/EIA-95B usw.). Der Multiplexer 202 arbeitet teilweise durch Multiplexieren des primären, sekundären und Signalisierungsverkehrs zum Kanal-Codec 203 und Sender 220 (z. B. zum Verkehrskanal einer unterlegten physikalischen Schicht).
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Verkehrskanal selbst (z. B. der Kommunikationspfad für den Multiplexer 202 zum Sender 220) dafür konfiguriert sein, bis zu 4 verschiedene Rahmenraten zu verwenden. Gemäß CDMA-Protokollen weist der Verkehrskanal eine Reihe aufeinander folgender 20 ms-Rahmen auf. Wie durch die Konfiguration des Multiplexers 202 (z. B. die Multiplex-Teilschicht in IS-95A, J-STD-008, TIA/EIA-95-B usw.) bestimmt, werden unter Verwendung einer von 4 möglichen Rahmengrößen bis zu 4 verschiedene Rahmenraten verwirklicht. In jedem 20 ms-Verkehrsdatenrahmen können verschiedene Verkehrsdatenrahmengrößen verwirklicht werden, wobei jede Rahmengröße mit einer bestimmten Datenrate des Sprachcodierers 201 verbunden ist. Aufeinander folgende 20 ms-Verkehrsdatenrahmen müssen nicht dieselbe Rahmengröße (z. B. Datenmenge) übertragen, sondern die Größe des Verkehrsdatenrahmens kann dynamisch von Rahmen zu Rahmen variiert werden. Der Hauptgrund für diese Architektur ist es, eine Ausgabe variabler Bitrate des Sprachcodierers 201 zu unterstützen. Während des normalen Betriebs gibt der Sprachcodierer 201 Sprachpakete variabler Größe entsprechend der Menge an Sprachinformationen in dem eingehenden Sprachsignal (z. B. Mikrofon/Eingangsleitung) aus. Sprachpakete geringer Datenraten (z. B. kleinere Sprachpakete) werden erzeugt, wenn weniger Informationen im Sprachsignal vorliegen, und Sprachpakete hoher Datenraten (z. B. größere) werden erzeugt, wenn mehr Informationen vorliegen.
In 3 ist ein Diagramm dargestellt, in welchem der Multiplexer 202 detaillierter abgebildet ist. Wie in 3 dargestellt, weist der Multiplexer 202 in der vorliegenden Ausführungsform einen Sprachpuffer 301 und einen Signalpuffer 302 auf, welche beide mit einem Ausgabepuffer 303 verknüpft sind. Die Puffer 301 bis 303 wirken so, dass sie ermöglichen, dass der Multiplexer 202 eingehende Sprachpakete vom Sprachcodierer 201 empfängt und eingehende Signalisierungspakete vom Signalcodierer 205 empfängt, um daraus ausgehende Verkehrsdatenrahmen zu erstellen. Wie oben beschrieben, verwendet der Multiplexer 202 in der vorliegenden Ausführungsform die 4 verschiedenen Rahmenraten, um sowohl die Sprachdaten aus dem Sprachcodierer 201 als auch die Signaldaten aus dem Signalcodierer 205 zu transportieren. Der Multiplexer 202 ermittelt dynamisch Rahmen für Rahmen, welche der vier Rahmenraten benutzt wird (z. B. Verkehrsdatenrahmen welcher Größe aufgebaut werden), und wieviel von jedem der logischen Datentypen (z. B. Sprachdaten, Signaldaten usw.) darin enthalten sind. Basierend auf dieser Ermittlung werden Sprachdaten aus dem Sprachpuffer 301 und Signaldaten aus dem Signalpuffer 302 im Ausgabepuffer 303 zu Verkehrsdatenrahmen kombiniert und werden wiederum zum Kanal-Codec 203 und zum Sender 220 ausgegeben (wie in 2 dargestellt).
Es sollte angemerkt werden, dass zwei Aspekte der Verwirklichung des Multiplexers 202 und der Schnittstelle zwischen dem Multiplexer 202 und dem Sprachcodierer 201 einen unangemessenen Effekt auf die wahrgenommene Sprachqualität haben. Bei dem ersten Aspekt handelt es sich um die Gesamt-Latenzzeit der Station 200 bezüglich der Verzögerung, welche Sprachpakete erfahren, wenn sie eine (nicht dargestellte) Fern- Kommunikationseinheit erreichen. Bei dem zweiten Aspekt handelt es sich um das Maß, in welchem Sprachpakete, die vom Sprachcodierer 201 erzeugt werden, aufgrund des Erfordernisses der Station 200, Verbindungssteuerungs- oder Verbindungsaufrechterhaltungs-Daten (z. B. Signalisierungsdaten) über denselben Verkehrskanal zu übertragen, wie er für die Sprachpakete benutzt wird, in der Größe begrenzt sind.
Die Gesamt-Latenzzeit oder Verzögerung von Ende zu Ende, welche die Sprachpakete erfahren, kann einen deutlichen Einfluss auf die empfundene „natürliche" Qualität der Konversation haben. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Station 200 neue Merkmale auf, um die Latenzzeit, welche die Sprachpakete erfahren, deutlich zu verringern, obwohl das CDMA-Kommunikationssystem, welches die Station 200 der vorliegenden Erfindung umfasst, verschiedene systemeigene Verzögerungen aufweist, die mit der Signalverarbeitung für die Sprach- und Kanal-Codierung und -Decodierung in Zusammenhang stehen.
In 4 ist ein Diagramm 400 dargestellt, welches die aufeinander folgenden Verkehrsdatenrahmen 401 bis 404 als Ausgaben aus dem Multiplexer 202 zeigt. Wie in 4 dargestellt, weist jeder der Verkehrsdatenrahmen 401 bis 404 Sprachdaten und Signaldaten auf, wobei die Verkehrsdatenrahmen 401 und 402 auch noch ein Ausmaß an Leerraum aufweisen. Wie in 4 abgebildet, ist die Übertragungszeit entlang der horizontalen Achse dargestellt, und jeder der Rahmen 401 bis 404 ist 20 ms breit.
In der vorliegenden Ausführungsform trifft der Sprachcodierer 201 alle 20 ms eine Entscheidung über die Größe des Sprachpakets, welches er für die Übertragung über den Verkehrskanal zum fernen Ende aufbaut. Diese Entscheidung basiert stark auf dem Informationsgehalt des (z. B. vom Mikrofon/der Eingangsleitung empfangenen) Sprachsignals. Ein höherer Sprachinformationsgehalt in dem Sprachsignal macht es erforderlich, dass vom Sprachcodierer 201 größere Sprachpakete aufgebaut werden. Ein geringerer Sprachinformationsgehalt ermöglicht, dass der Sprachcodierer 201 kleinere Sprachpakete aufbaut, was zu Energie- und Kapazitätseinsparungen führt.
Für einen gegebenen Verkehrsdatenrahmen wird dann, wenn der Sprachcodierer 201 durch den Multiplexer 202 darin beschränkt wird, Sprachpakete einer höheren Rate aufzubauen, so dass der Multiplexer 202 größere Mengen von Signalisierungspaketen zu dem Verkehrsdatenrahmen multiplexieren kann, und wenn der Sprachcodierer 201 anderenfalls aufgrund des hohen Sprachinformationsgehalts des Sprachsignals die Entscheidung getroffen hätte, ein Sprachpaket hoher Rate zu erzeugen und zu senden, die wahrgenommene Sprachqualität notwendigerweise verringert. Dies ist im Diagramm 400 durch die Verkehrsdatenrahmen 401 und 402 graphisch dargestellt, welche im Gegensatz zu den Verkehrsdatenrahmen 403 und 404 nicht räumlich beschränkt sind (z. B. beide Leerraum aufweisen).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Multiplexer 202 derart verknüpft, dass er vom Sprachcodierer eine frühe Sprachdatenratenangabe empfängt, so dass der Multiplexer 202 den Verkehrsdatenrahmen für das auszugebende Sprachpaket variabler Datenrate vorkonfigurieren kann, sobald die Verarbeitung des Sprachcodierers beendet ist. Dies ermöglicht, dass der Verkehrsdatenrahmen unmittelbar nach dem Empfang des Sprachpakets aus dem Sprachcodierer vom Multiplexer 202 zu dem Kanal-Codec 203 und zu dem Sender 220 zur Übertragung gesendet wird, wodurch die Gesamt-Latenzzeit des Kommunikationssystems verringert und die wahrgenommene Sprachqualität verbessert wird.
In 5 ist ein Diagramm eines beispielhaften 20 ms-Verkehrsdatenrahmens 500 in Abhängigkeit von der Zeit (welche z. B. entlang der horizontalen Achse dargestellt ist) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhöht die wahrgenommene Sprachqualität, indem die Latenzzeit bei der Übertragung von Sprachpaketen auf ein Mindestmaß begrenzt wird, indem aus einem Aspekt der Fähigkeit des Sprachcodierers 201 zu variablen Datenraten Nutzen gezogen wird, wobei der Sprachcodierer 201 eine frühe Angabe über die Größe des Sprachpakets bereitstellt, welches er erzeugt. Wie oben beschrieben, baut der Sprachcodierer 201 das Sprachpaket variabler Größe zum Einbau in jeden 20 ms-Verkehrsdatenrahmen auf, in diesem Fall in den Verkehrsdatenrahmen 500.
In dieser Ausführungsform arbeitet der Sprachcodierer 201 so, dass er zuerst eine Vocoderraten- oder Datenraten-Ermittlungsphase durchführt, in welcher die Größe des aufzubauenden Sprachpakets ermittelt wird, gefolgt von einer Analyse/Synthese-Phase, wäh rend welcher das Sprachpaket tatsächlich aufgebaut wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung informiert der Sprachcodierer 201 den Multiplexer 202 über die Sprachpaketgröße, sobald die Vocoderraten-Ermittlungsphase beendet ist. Diese frühe Angabe gewährt der Multiplex-Teilschicht (z. B. dem Multiplexer 202) genügend Zeit, um den Verkehrsdatenrahmen 500 innerhalb seiner Zeitdauer von 20 ms vollständig für die Übertragung zu erstellen. Indem die Größe des Sprachpakets, welches ausgegeben wird, sobald die Analyse/Synthese beendet ist, und die Menge an Signaldaten, welche enthalten sein können, berücksichtigt wird, erstellt die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität alle anderen Teile des Verkehrsdatenrahmens (z. B. Signaldaten usw.), während der Sprachcodierer 201 den Aufbau des Sprachpakets beendet. Sobald der Aufbau des Sprachpakets beendet ist, wird das Sprachpaket an den Multiplexer 202 ausgegeben und in einen „reservierten Teil" des Verkehrsdatenrahmens (z. B. des Verkehrsdatenrahmens 500) eingefügt. Der Verkehrsdatenrahmen 500 ist dann vollständig und wird zur Codierung und Übertragung über den Sender 220 an den Kanal-Codec 203 ausgegeben. All dies findet innerhalb derselben Zeitdauer von 20 ms des Sprachcodierers statt, welche der Zeitdauer von 20 ms des Verkehrsdatenrahmens 500 entspricht. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Verzögerungen aufgrund der Operation der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität aufgeladen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Sprachpaket an den Kanal-Codec 203 im Grunde ausgegeben, sobald es durch den Sprachcodierer 201 aufgebaut worden ist.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 abgebildet, stellt das Verfahren 600 die Arbeitsschritte des Sprachratenermittlungs-, Codier- und Übertragungsverfahrens einer Station (z. B. Station 200) gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Das Verfahren 600 beginnt mit Schritt 601, wo ein Sprachcodierer (z. B. der Sprachcodierer 201 der 2) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Sprachinformationen aus einer Sprachsignalquelle für die Übertragung zu einer Ferneinheit empfängt.
In Schritt 602 führt der Sprachcodierer 201 eine Vocoderratenermittlung an dem Sprachsignal durch, um entsprechend dem Informationsgehalt des Sprachsignals eine Da tenrate und eine Sprachpaketgröße zu ermitteln. Wie oben beschrieben, variiert der Informationsgehalt des Sprachsignals mit der Zeit. Zu einigen Zeitpunkten werden mehr Daten benötigt, um den Sprachinformationsgehalt richtig darzustellen, als zu anderen Zeitpunkten. Demgemäß variiert entsprechend die Größe der Sprachpakete, die vom Sprachcodierer 201 aufgebaut werden.
In Schritt 603 stellt der Sprachcodierer 201 dem Multiplexer 202 eine frühe Angabe hinsichtlich der Datenrate für die Sprachinformationen in dem Sprachsignal bereit. Wie oben beschrieben, gewährt diese frühe Angabe der Multiplex-Teilschicht (z. B. dem Multiplexer 202) genügend Zeit, um einen Verkehrsdatenrahmen innerhalb der aktuellen Zeitdauer des Verkehrsdatenrahmens von 20 ms vollständig für die Übertragung zu konfigurieren und zu erstellen.
In Schritt 604 erstellt der Multiplexer 202 einen Verkehrsdatenrahmen für die Übertragung. Wie oben beschrieben, ist dieser Verkehrsdatenrahmen basierend auf der vom Sprachcodierer 201 empfangenen frühen Angabe der Datenrate konfiguriert.
In Schritt 605 wird das Sprachpaket aus dem Sprachcodierer 201 vom Multiplexer 202 empfangen und wird in den vorkonfigurierten Verkehrsdatenrahmen eingebaut.
Somit wird in Schritt 606 vom Multiplexer 202 der vollständige Verkehrsdatenrahmen zur Übertragung über den Verkehrskanal zu einem verknüpften Kanal-Codec 203 und Sender 220 ausgegeben. Wie oben beschrieben, finden die Schritte 602 bis 606 innerhalb derselben Zeitdauer von 20 ms des Sprachcodierers statt, welche der Zeitdauer von 20 ms des Verkehrsdatenrahmens entspricht, so dass keine zusätzlichen Verzögerungen aufgrund der Operation der Multiplex-Teilschicht-Funktionalität aufgeladen werden.
Nochmals Bezug nehmend auf 5, erhöht eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die wahrgenommene Sprachqualität, indem jene Fälle auf ein Mindestmaß begrenzt werden, bei denen die Größe der Sprachpakete, die vom Codierer 201 erzeugt werden, durch die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität beschränkt wird, zum Beispiel aufgrund des Erfordernisses, große Mengen an Signaldaten zu übertragen. Diese zweite Ausführungsform maximiert die Sprachqualität, indem die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität in solcher Weise verwirklicht wird, dass opportunistisch darauf gewartet wird, dass der Sprachcodierer 201 ein Sprachpaket „mit geringerer als vollständiger Rate" (z. B. ein kleineres Sprachpaket) überträgt, anstatt den Sprachcodierer 201 zu einer geringeren Datenrate zu zwingen, wenn der Multiplexer 202 Signalisierungsdaten zu senden hat. In dieser Ausführungsform versucht der Multiplexer 202, einen Vorteil aus den natürlich vorkommenden Sprachpaketen geringerer Rate zu ziehen, um Signalisierungspakete auszugeben, und dadurch den negativen Effekt auf ein Mindestmaß zu begrenzen, welchen der Signalisierungsverkehr anderenfalls auf die Sprachqualität haben könnte (z. B. in jenen Fällen, wenn große Mengen von Signalverkehr es erforderlich machen, übermäßige Mengen an Sprachinformationen abzuwerfen). Die Signalisierungspakete werden gepuffert (z. B. im Signalpuffer 302, welcher in 3 dargestellt ist), bis geeignete Übertragungsgelegenheiten entstehen. Durch ein solches Vorgehen wird die Datenrate des Sprachcodierers 201 durch die Signalisierungserfordernisse der Station 200 nicht künstlich beschränkt.
Es sollte jedoch angemerkt werden, dass es Umstände geben kann, bei denen der Multiplexer 202 darauf zurückgreifen muss, die Bitrate des Sprachcodierers 201 zu beschränken, wenn innerhalb einer gewissen Zeitdauer keine Gelegenheit, Signalisierungsinformationen zu senden, natürlich entsteht. In solchen Situationen beschränkt der Multiplexer 202 die Größe der Sprachpakete, die vom Sprachcodierer 201 erzeugt werden, um die Übertragung der Signalisierungsdaten zu ermöglichen. In solchen Situationen die Beschränkung der Bitrate des Sprachcodierers 201 durch den Multiplexer 202 als Ausweichmechanismus genutzt, um sicherzustellen, dass benötigte Signaldaten nicht an der Verkehrskanal-Bandbreite verhungern.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens 700 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 abgebildet, stellt das Verfahren 700 die Schritte des Arbeitsverfahrens einer Station 200 gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Gelegenheiten, bei denen die Größe der vom Sprachcodierer 201 erzeugten Sprachpakete durch die Multiplex-Teilschicht-Funktionalität beschränkt wird, auf ein Mindestmaß begrenzt werden.
Das Verfahren 700 beginnt mit Schritt 701, wo ein Sprachcodierer (z. B. der Sprachcodierer 201 der 2) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Sprachinformationen aus einer Sprachsignalquelle für die Übertragung zu einer Ferneinheit empfängt.
In Schritt 702 werden die Sprachinformationen des Sprachsignals zu Sprachpaketen codiert, welche entsprechende Größen (z. B. Datenraten) aufweisen, die den in dem Sprachsignal enthaltenen Sprachinformationen entsprechen.
In Schritt 703 werden die resultierenden Sprachpakete an den verknüpften Multiplexer 202 ausgegeben.
In Schritt 704 empfängt der Multiplexer 202 Signaldatenpakete zur Übertragung über den Verkehrskanal.
In Schritt 705 puffert der Multiplexer 202 die Signalisierungspakete zum Einbau in Verkehrsdatenrahmen, welche Sprachpakete geringer Datenraten aufweisen. Wie oben beschrieben, weist der Multiplexer 202 einen Puffer (z. B. den in 3 dargestellten Signalpuffer 302) auf, um Signalisierungspakete für den späteren Einbau in einen Verkehrsdatenrahmen vorübergehend zu speichern. Wie oben beschrieben, wartet der Multiplexer 202 opportunistisch darauf, dass der Sprachcodierer 201 ein Sprachpaket „mit geringerer als vollständiger Rate" (z. B. ein kleineres Sprachpaket) überträgt, um Signaldatenpakete in die Verkehrsdatenrahmen einzubauen, anstatt den Sprachcodierer 201 zu einer geringeren Datenrate zu zwingen, wenn der Multiplexer 202 Signalisierungsdaten zu senden hat.
In Schritt 706 werden die Verkehrsdatenrahmen vom Multiplexer 202 unter Verwendung der gepufferten Signaldaten und der ausgehenden Sprachpakete geringer Datenraten aufgebaut.
Danach gibt in Schritt 707 der Multiplexer 202 die resultierenden Verkehrsdatenrahmen zur Übertragung an den Kanal-Codes 203 und den Sender 220 aus. Auf diese Weise zieht das Verfahren einen Vorteil aus den natürlich vorkommenden Sprachpaketen geringerer Rate, um Signalisierungspakete auszugeben, und dadurch wird der negative Effekt auf ein Mindestmaß begrenzt, welchen der Signalisierungsverkehr anderenfalls auf die Sprachqualität haben könnte.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung bereit, mit welcher die Codier/Decodier-Techniken derart abgestimmt werden, dass die Sprachqualität des CDMA-Kommunikationssystems maximiert wird. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und System bereit, welches mit den sich dynamisch einstellenden Parameter der Codier/Decodier-Algorithmen, die in CDMA-Kommunikationssystemen benutzt werden, nahtlos funktioniert. Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung bereit, mit welcher die benötigten Seitenbanddaten übertragen werden können, ohne den Sprachkommunikationsdaten eine merkliche Latenzzeit hinzuzufügen und ohne die wahrgenommene Sprachsignalqualität zu sehr zu verringern.
Die vorstehenden Beschreibungen spezieller Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung angeführt worden. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränken, offensichtlich sind im Lichte der obigen Lehre viele Modifikationen und Variationen möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und dadurch andere Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die spezielle beabsichtigte Anwendung geeignet sind, bestmöglich zu nutzen. Der Umfang der Erfindung soll durch die hier beigefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.

Claims

CDMA-Kommunikationsstation (200), welche in einem drahtlosen digitalen Kommunikationssystem auf CDMA-Basis zu verwenden ist und das Folgende umfasst: einen Signalcodierer (205), welcher dafür geeignet ist, Signalisierungsinformationen zu einem Signalisierungspaket zu codieren; einen Sprachcodierer (201), welcher dafür geeignet ist, Sprachinformationen zu codieren und die Sprachinformationen zu einem Sprachpaket zu verarbeiten; einen Multiplexer (202), welcher derart verknüpft ist, dass er das Sprachpaket empfängt, und derart verknüpft ist, dass er das Signalisierungspaket empfängt, zum Kombinieren des Sprachpakets und des Signalisierungspakets in einen Verkehrsdatenrahmen; und einen Sender (220), welcher mit dem Multiplexer (202) verknüpft ist, zum Übertragen des Verkehrsdatenrahmens, wie er vom Multiplexer (202) empfangen wird; wobei der Multiplexer (202) ferner derart verknüpft ist, dass er von dem Sprachcodierer (201) eine frühe Datenratenangabe empfängt, so dass der Multiplexer (202) den Verkehrsdatenrahmen für das Sprachpaket vorkonfiguriert, bevor er das Sprachpaket von dem Sprachcodierer (201) empfängt, so dass der Verkehrsdatenrahmen nach Empfang des Sprachpakets aus dem Sprachcodierer (201) zur Übertragung zu dem Sender (220) gesendet wird, wodurch die Latenzzeit des digitalen Kommunikationssystems verringert wird.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach Anspruch 1, wobei der Sprachcodierer (201) dafür geeignet ist, die Sprachinformationen unter Verwendung einer variablen Datenrate zu dem Sprachpaket zu verarbeiten, und wobei die variable Datenrate zu einer variablen Größe des Sprachpakets führt.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach Anspruch 2, wobei die variable Größe des Sprachpakets durch die frühe Datenratenangabe beschrieben wird, was dem Multiplexer (202) ermöglicht, den Verkehrsdatenrahmen für die variable Größe des Sprachpakets vorzukonfigurieren.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach Anspruch 1, wobei die Signalisierungsinformationen Steuerdaten zur Steuerung des Kommunikationsvorgangs mit der CDMA-Kommunikationsstation (200) umfassen.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach Anspruch 1, welche ferner einen Kanal-Codec (203) aufweist, der zwischen den Multiplexer (202) und den Sender (220) gekoppelt ist, um den Verkehrsdatenrahmen gemäß CDMA-Protokollen auf einen Verkehrskanal zu codieren.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach Anspruch 1, wobei der Multiplexer (202) dafür konfiguriert ist, Verkehrsdatenrahmen einer Länge von 20 ms aufzubauen, indem er das Sprachpaket und das Signalisierungspaket kombiniert.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach Anspruch 6, wobei die frühe Datenratenangabe dem Multiplexer (202) ermöglicht, die Signalisierungsinformationen in den Verkehrsdatenrahmen einzubauen, während er eine geeignete Menge an Raum in dem Verkehrsdatenrahmen für das Sprachpaket reserviert, welches durch die frühe Angabe beschrieben wird.
CDMA-Kommunikationsstation (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die CDMA-Kommunikationsstation (200) mobil ist.
Verfahren zur Sprachcodierung und Übertragung in einer CDMA-Kommunikationsstation (200), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Empfangen von Sprachinformationen an einem Sprachcodierer (201) zur Übertragung aus einer Sprachsignalquelle; b) Durchführen einer Ratenermittlung an dem Sprachsignal, um eine Datenrate und eine Sprachpaketgröße zu ermitteln, welche den Sprachinformationen in dem Sprachsignal entsprechen; c) Bereitstellen eines Signals der frühen Datenratenangabe, welches die Größe des Sprachpakets beschreibt, für einen Multiplexer (202), welcher mit dem Sprachcodierer (201) verknüpft ist; d) Erstellen eines Verkehrsdatenrahmens unter Verwendung des Multiplexers (202), wobei der Verkehrsdatenrahmen Signalisierungsinformationen aus einem Signalcodierer (205) aufweist, der mit dem Multiplexer (202) verknüpft ist; e) Konfigurieren des Verkehrsdatenrahmens dafür, das Sprachpaket anzunehmen, bevor das Sprachpaket empfangen wird, im Multiplexer (202) durch Verwendung der frühen Datenratenangabe wodurch die Latenzzeit verringert wird, welche beim Aufbau des Verkehrsdatenrahmens aufgeladen wird; f) Empfangen des Sprachpakets am Multiplexer (202) und Einbauen des Sprachpakets in den Verkehrsdatenrahmen; und g) Ausgeben des Verkehrsdatenrahmens aus dem Multiplexer (202) zur Übertragung an einen verknüpften Sender (220).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Sprachcodierer (201) dafür geeignet ist, die Sprachinformationen unter Verwendung einer variablen Datenrate zu dem Sprachpaket zu verarbeiten, und wobei die variable Datenrate zu einer variablen Größe des Sprachpakets führt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die variable Größe des Sprachpakets durch die frühe Datenratenangabe beschrieben wird, was dem Multiplexer (202) ermöglicht, den Verkehrsdatenrahmen für die variable Größe des Sprachpakets vorzukonfigurieren.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Signalisierungsinformationen Steuerdaten zur Steuerung des Kommunikationsvorgangs mit der CDMA-Kommunikationsstation (200) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner einen Kanal-Codec (203) aufweist, der zwischen den Multiplexer (202) und den Sender (220) gekoppelt ist, um den Verkehrsdatenrahmen gemäß CDMA-Protokollen auf einen Verkehrskanal zu codieren.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Multiplexer (202) dafür konfiguriert ist, Verkehrsdatenrahmen einer Länge von 20 ms aufzubauen, indem er das Sprachpaket und das Signalisierungspaket kombiniert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die frühe Datenratenangabe dem Multiplexer (202) ermöglicht, die Signalisierungsinformationen in den Verkehrsdatenrahmen einzubauen, während er eine geeignete Menge an Raum in dem Verkehrsdatenrahmen für das Sprachpaket reserviert, welches durch die frühe Angabe beschrieben wird.