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Die
Erfindung betrifft die Beurteilung des Zustands eines Telekommunikationssystems
während der
Benutzung.
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Signale,
die über
Telekommunikationsverbindungen übertragen
werden, können
einer beträchtlichen
Umwandlung unterzogen werden, wie einer Digitalisierung, Datenkomprimierung,
Datenreduktion, Verstärkung
und so weiter. Weitere Verzerrungen können verursacht werden durch
eine elektromagnetische Interferenz von externen Quellen.
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Objektive
Verfahren zum Zweck einer Messung der Qualität eines Signals sind momentan
in Entwicklung und werden angewendet bei einem Prototyp-Testen,
Testen von Komponenten vor Lieferung und in-Dienst-Testen von installierter
Ausrüstung.
Sie werden am meisten in der Telefonie verwendet, werden aber auch
in anderen Systemen angewendet, die zum Tragen von Sprachsignalen
verwendet werden, zum Beispiel Systeme zur öffentlichen Ansprache.
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Die
vorliegende Anmelderin hat eine Anzahl von Patenten und Anmeldungen
hinsichtlich dieses technischen Gebiets, insbesondere das
Europäische Patent 0647375 ,
erteilt am 14. Oktober 1998. In dieser Erfindung werden zwei identische
Kopien eines Testsignals verwendet. Eine erste Kopie wird übertragen über das
Kommunikationssystem im Test. Das resultierende Signal, das durch
das Testsystem degradiert worden sein kann, wird verglichen mit
einer Referenzkopie desselben Signals, das nicht durch das Testsystem
gegangen ist, um hörbare
Fehler in dem degradierten Signal zu identifizieren. Diese hörbaren Fehler
werden beurteilt, um ihre wahrnehmbare Signifikanz zu bestimmen – das heißt, Fehler
von Typen, die als signifikant betrachtet werden durch menschliche
Zuhörer,
wird eine größere Gewichtung gegeben
als den, die als nicht so signifikant betrachtet werden. Insbesondere
nichthörbare
Fehler sind wahrnehmbar irrelevant und müssen nicht beurteilt werden.
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Das
automatisierte System liefert eine Ausgabe, vergleichbar zu subjektiven
Qualitätsmessungen,
die ursprünglich
entwickelt wurden zur Verwendung durch menschliche Testpersonen.
Insbesondere erzeugt es zwei Werte, YLE und
YLQ, äquivalent
zu „mittlere
Meinungswertungen (MOS – Mean
Opinion Scores)" für „Zuhöranstrengung
(listening effort)" und „Zuhörqualität (listening
quality)", die durch
einen Ausschuss von menschlichen Zuhörern gegeben werden beim Hören desselben
Signals. Die Verwendung eines automatisierten Systems ermöglicht eine konsistentere
Beurteilung als es menschliche Beurteiler erreichen könnten und
ermöglicht
auch die Verwendung von komprimierten und vereinfachten Testsequenzen,
die verfälschte
Ergebnisse liefern, wenn mit menschlichen Beurteilern verwendet,
da derartige Sequenzen keinen verständlichen Inhalt mitteilen.
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Verschiedene
Fehler können
eine unterschiedliche wahrnehmbare Signifikanz in unterschiedlichen
Sprachen haben, gemäß der Verwendung
von unterschiedlichen Phonemen, und ihren relativen Häufigkeiten
des Auftretens in jeder Sprache. Multilinguale Testsequenzen sind
schwierig in Systemen unterzubringen, die menschliche Testpersonen verwenden,
da die menschlichen Testpersonen alle Sprachen kennen müssen, die
in dem Testsignal repräsentiert
werden: ansonsten können
verfälschte Ergebnisse
durch ein Fehlen einer Verständlichkeit für den Zuhörer verursacht
werden. Automatisierte Systeme haben diesen Nachteil nicht.
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In
der oben angeführten
Patentspezifikation wird eine Hörtransformation
jedes Signals genommen, um die Antwort des menschlichen Hörsystems (Ohr
und Gehirn) auf Klang zu emulieren. Das degradierte Signal wird
dann mit dem Referenzsignal in dem Wahrnehmungsbereich verglichen,
in dem die subjektive Qualität,
die durch deinen Zuhörer
bei einer Benutzung des Netzwerks wahrgenommen würde, aus Parametern bestimmt
wird, die aus den Transformationen extrahiert werden.
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Derartige
automatisierte Systeme erfordern, dass ein bekanntes (Referenz)
Signal durch ein Verzerrungssystem (das Telefonnetzwerk oder anderes System,
das getestet wird) abgespielt wird, um ein degradiertes Signal zu
erlangen, das mit einer nicht-verzerrten Version des Referenzsignals
verglichen wird. Derartige Systeme sind als „in-trusive" Messsysteme bekannt, da, während der
Test ausgeführt
wird, das getestete System keinen (Gewinn-bringenden) Live-Verkehr
tragen kann.
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Ein
geeignetes Testsignal wird offenbart in der
Europäischen
Patentspezifikation 0705501 und weist eine Sequenz von
Sprach-ähnlichen
Tönen auf,
die repräsentativ
für die
unterschiedlichen Typen von phonetischen Klangen gewählt werden,
die das getestete System zu handhaben hat, präsentiert in einer vorgegebenen
Sequenz. Die Töne
werden derart gewählt,
dass typische Übergänge zwischen
individuellen phonetischen Elementen repräsentiert werden. Typische Sprache
weist eine Sequenz von Äußerungen
auf, getrennt durch stille Abschnitte, wenn der Sprecher pausiert,
um zu atmen, oder dem anderen Teilnehmer der Konversation zuhört. Diese
stillen Zeitabschnitte und die Übergänge zwischen Äußerungen
und stillen Abschnitten werden ebenso durch das Testsignal modelliert.
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Die
oben beschriebene Anordnung erfordert die Verwendung einer vorher
angeordneten Testsequenz. Dies bedeutet, sie kann nicht auf einer
Live-Telekommunikationsverbindung verwendet werden – das heißt, eine
Verbindung, die aktuell verwendet wird für gewinnbringenden Verkehr.
Dies ist aufgrunddessen, da die Testsequenz störend in den übertragenen
Verkehr eingreifen würde
und für
die Benutzer hörbar
wäre und
da umgekehrt der Live-Verkehr selbst (dessen Inhalt nicht vorherbestimmt
werden kann) von der Testausrüstung
als Verzerrung des Testsignals erfasst würde.
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Um
Tests auf einer Ausrüstung
in Benutzung auszuführen,
ohne die Signale zu stören,
die von der Ausrüstung übertragen
werden (so genanntes nicht-intrusives Testen), wurden Vorschläge gemacht,
die Live-Sprachsignale selbst als die Testsignale zu verwenden.
Jedoch ist ein Problem bei der Verwendung von Live-Sprache zu diesem
Zweck, dass es keinen sofortigen Weg gibt, zum Zeitpunkt der Messung
eine Kopie des ursprünglichen
Signals zu erlangen. Jedes Mittel, mit dem das ursprüngliche Signal
an den Messort übertragen
würde,
wird wahrscheinlich ähnlichen
Verzerrungen unterzogen, wie die von der getesteten Verbindung erzeugten.
In Testbedingungen ist es jedoch möglich, den Sender und Empfänger nahe
beieinander zu platzieren, aber dies ist nicht möglich, wenn eine Fernverbindung
in Dienst getestet wird.
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Die
internationalen Patentanmeldungen
WO96/06495 und
WO96/06496 (beide veröffentlicht am
29. Februar 1996) und
WO97/05730 (veröffentlicht
am 13. Februar 1997) der vorliegenden Anmelderin schlagen drei mögliche Lösungen für dieses Problem
vor.
WO96/06495 beschreibt
die Analyse von bestimmten Charakteristiken von Sprache, die Sprecher-unabhängig sind,
um zu bestimmen, wie das Signal durch die Telekommunikationsverbindung modifiziert
wurde. In
WO96/06496 wird
der Inhalt eines empfangenen Signals durch einen Spracherkenner
analysiert. Die Ergebnisse dieser Analyse werden durch einen Sprachgenerator
verarbeitet, um ein Sprachsignal ohne Verzerrungen wiederherzustellen, das
mit dem ursprünglichen
Signal verglichen wird.
WO97/05730 offenbart
einen Prozess, in dem das empfangene Signal mit Parametern verglichen
wird, die Sprach-ähnliche
und Nicht-Sprach-ähnliche
Charakteristiken identifizieren, um ein Maß der Qualität des Signals
zu erlangen. Jedoch erfordern alle diese Techniken eine beträchtliche
Verarbeitungsleistung, was es schwierig macht, eine Signalqualität in Echtzeit
zu überwachen,
und die Prozesse erfordern alle, dass Annahmen über das ankommende Signal gemacht
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen ein Verfahren zum Testen des Grads einer Degradierung,
die Signalen auferlegt wird, die über eine Kommunikationsverbindung
von einem Sender an einen Empfänger übertragen
werden, das die Schritte aufweist:
Erzeugen und Übertragen
eines vorgegebenen Testsignals, dadurch gekennzeichnet, dass eine
freie Kapazität
identifiziert wird, in der kein Informationsinhalt über die
Kommunikationsverbindung gesendet werden muss,
und in einer
derartigen freien Kapazität
wird zumindest ein Teil des vorgegebenen Testsignals über die Kommunikationsverbindung
von dem Sender an den Empfänger übertragen.
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An
dem Empfänger
können
die folgenden Prozesse stattfinden:
Erzeugen eines Referenzsignals
an dem Empfänger, Vergleichen
des empfangenen Testsignals mit dem Referenzsignal,
Erzeugen
daraus eines Maßes
der Degradation von Signalen, das durch die Kommunikationsverbindung verursacht
wird.
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Auf
diese Weise können
die einfacheren „intrusiven" Messtechniken auf
eine nicht-intrusive Weise auf einem Kommunikationskanal verwendet
werden, der einen Live-Anruf überträgt. Die
Erfindung ist primär
vorgesehen zur Verwendung für
Sprachkommunikationssysteme, in denen es normalerweise Lücken in
dem Sprachinhalt gibt. Sprachaktivitätsdetektoren sind allgemeine
Elemente derartiger Systeme, die verwendet werden, um zu bestimmen,
wenn keine Übertragung
erforderlich ist. Typischerweise, wenn keine Übertragung stattfindet, wird
ein „Komfort"-Rauschen (noise)
an dem empfangenden Ende erzeugt, um den verwirrenden Effekt der
kompletten Abwesenheit von Klang auf den Zuhörer zu vermeiden. In der vorliegenden
Erfindung können
die Testsignale in den Lücken
in dem Sprachinhalt gesendet werden, die von dem Sprachaktivitätsdetektor
erfasst werden.
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Testsignale,
die geeignet sind zur Beurteilung der wahrnehmbaren Signifikanz
einer Degradierung in einem Sprachsignal, wie die in
EP0705501 beschriebenen, haben typischerweise
eine Dauer von 15 bis 30 Sekunden, was langer ist als die typischen
Lücken
in Sprache. Deswegen sendet in einer bevorzugten Anordnung der Erfindung
der Sender einen Teil des Testsignals in jeder solcher untätigen (idle)
Periode, und der Empfänger
stellt eine komplette Version des degradierten Testsignals zum Vergleich mit
dem Referenzsignal her.
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In
einer alternativen Anordnung wird eine Testsequenz, die kürzer ist
als das Referenzsignal, wiederholt über die Kommunikationsverbindung
in den Lücken
in der Sprache gesendet, und der Empfänger vergleicht jede der resultierenden
Serien von degradierten Kopien der Testsequenz mit einer nicht-degradierten
Version der Testsequenz, um Fehler in den degradierten Kopien zu
identifizieren. Er reproduziert dann die Fehler in einer Kopie des
Referenzsignals, um eine degradierte Version des Referenzsignals
zu erzeugen, zum Vergleich mit einer nicht-degradierten Version
des Referenzsignals. Es sollte angemerkt werden, dass in diesem
Ausführungsbeispiel
die Testsequenz sehr viel kürzer
ist als das vollständige
Referenzsignal. Es ist jedoch ausreichend, den Pfad zwischen zwei
dazwischenliegenden Elementen zu testen, zum Beispiel den digitalen Pfad
zwischen zwei Codecs, wie später
beschrieben wird, und daraus eine Anzeige des Effekts dieses Teils
des vollständigen
Kommunikationspfads auf die wahrnehmbare Qualität des resultierenden Signals zu
erzeugen. Es ist anzumerken, dass dieser Teil des Pfads derjenige
ist, der am variabelsten ist, da er das geschaltete Netzwerk umfasst,
und insbesondere die Luft-Schnittstelle, wenn vorhanden.
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Die
Testsignale können
mit Fehlerprüfdaten vorgesehen
sein, was absichtlich „inkorrekt" ist, derart, dass
sie als Testsignale erkannt werden können durch Vergleichen der
Hamming-Entfernung des empfangenen Signals mit lokalen Kopien des
gesendeten Signals. Dies ermöglicht
auch dem Codec in dem Empfänger,
sie außer
Acht zu lassen.
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Wie
bereits gezeigt, ist es nicht allgemein möglich, nicht-degradierte und
degradierte Versionen von Live-Verkehr an dem Empfänger zu
vergleichen aufgrund der Schwierigkeit eines simultanen Erzeugens
einer nicht-degradierten Version des Signals an dem empfangenden
Ende. Jedoch überwindet
ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung diese Schwierigkeit durch Erzeugen einer
fehlergeschützten
Version eines Teils des Informations-enthaltenden Teils der normalen Übertragungen des
Senders für
eine nachfolgende Übertragung
als das Testsignal, und der Empfänger
speichert den entsprechende Teil der normalen Übertragung, wie empfangen in
degradierter Form, zur Verwendung als das Referenzsignal zum Vergleich
mit dem empfangenen fehlergeschützten
Testsignal, wenn das Signal nachfolgend empfangen wird. Es sollte
angemerkt werden, dass in diesem Fall das Referenzsignal die degradierte
Version ist und das Testsignal die nicht-degradierte fehlergeschützte Version
ist. Das Testsignal kann einen hohen Grad an Fehlerschutz enthalten, da
es nicht in Echtzeit übertragen
wird: der Endbenutzer empfängt
die Echtzeit(degradierte)-Übertragung
auf die übliche
Weise.
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Das
Ergebnis der Evaluierung der Verbindungsqualität kann für viele unterschiedliche Zwecke verwendet
werden. Zum Beispiel kann es in dem adaptiven GSM-Multiraten-Sprachdienst
verwendet werden, um bei der Auswahl des geeignetsten AMR-Sprachcodecmodus
oder AMR-Verkehrskanals (halbe Rate oder volle Rate) zu helfen.
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Eine
weitere Anwendung dieser Erfindung ist, eine Karte aufzubauen, wie
eine Sprachqualität mit
geographischen Positionen variiert. Zu diesem Zweck können die
Testsignale auch Referenzsignale übertragen zur Verwendung in
Positionssuch-Algorithmen, die verwendet werden, um die Position
einer mobilen Einheit relativ zu festen Maßeinheiten zu bestimmen. Wenn
dies in freier (idle) Zeit getan wird, kann der „hanover"-Prozess vermieden werden.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens ist ebenso in dem Umfang der Erfindung enthalten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun beschrieben auf beispielhafte Weise unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei:
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1 diagrammatisch
ein System darstellt, das konfiguriert ist, gemäß der Erfindung zu arbeiten;
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2 diagrammatisch
die Struktur eines typischen digitalen Datenstroms darstellt;
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3 diagrammatisch
den Vergleichsprozess darstellt, der von einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung durchgeführt
wird;
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4 diagrammatisch
den Vergleichsprozess darstellt, der von einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung durchgeführt
wird;
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5 diagrammatisch
den Vergleichsprozess darstellt, der von einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung durchgeführt
wird.
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1 zeigt
einen Sender 1 und einen Empfänger 2, die durch
die Kommunikationsverbindung 3 verbunden sind, die getestet
wird. Typischerweise kann der Sender 1 ein zellulares Funktelefon,
der Empfänger 2 ein
Punkt in dem festen Teil des zellularen Telefonnetzwerks und die
Verbindung 3 der Kommunikationspfad dazwischen sein, einschließlich die Funkschnittstelle.
Es ist anzumerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel das System nicht
den gesamten Ende-zu-Ende-Pfad
testet, insbesondere den akustischen Pfad (Mund-zu-Hörer und Hörmuschel-zu-Ohr) und den Codierprozess.
Für einen
gegebenen Test sind diese Teile fest – die Erfindung betrifft das
Testen des variablen Teils, insbesondere der dazwischenliegende
Kommunikationspfad 3, der von einem Anruf zum nächsten variiert.
Wenn jedoch gewünscht
wird, den gesamten Pfad zu testen, können die Effekte dieser Stufen
in die Analyse aufgenommen werden durch Auswahl unterschiedlicher
Punkte zur Anwendung und Analyse der Signale. Ähnlich kann ein Teilsystem
des gesamten Pfads isoliert analysiert werden.
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Der
Sender 1 umfasst ein Mikrofon 10 zum Empfangen
eines akustischen Signals, das seinen Eingang zu einem Sprach- und
Kanal-Codierer (Codec) 11 liefert,
der die Sprache in ein digitales Signal umwandelt und den resultierenden
Bitstrom bereit zur Übertragung über die
Verbindung 3 codiert. Der Codec 11 liefert seine
Ausgabe an einen Assembler 15 und dann an einen Transceiver 12,
der die Übertragung
der digitalen Daten, die durch den Codec 11 erzeugt werden, über die
Verbindung 3 veranlasst.
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Das
ankommende akustische Signal wird durch einen Sprachaktivitätsdetektor 13 überwacht, um
nicht-Sprache-Teile des akustischen Signals zu identifizieren, das
von dem Mikrofon 10 empfangen wird. Dies kann verwendet
werden, um den Transceiver 12 zu steuern, zum Beispiel
durch kein Senden während
anhaltender Perioden von Stille. Periodisch kann ein spezieller
digitaler Code, als „Komfort-Rauschen"-Indikator bekannt, übertragen
werden, der die vorherrschenden Charakteristiken von Hintergrundrauschen
an dem Sender anzeigt.
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Der
Empfänger 2 umfasst
einen weiteren Transceiver 22, der die digitalen Daten
von der Verbindung 3 empfängt und an einen weiteren Codec 21 leitet
zur Umwandlung in ein analoges Signal zur Umwandlung in der Telefon-Hörmuschel 20 in
ein akustisches Signal. Der Codec 21 ist auch konfiguriert,
ein „Komfortrauschen" zu erzeugen, wenn
der spezielle Komfortrauschenindikator über die Verbindung 3 empfangen
wird. Das Komfortrauschen wird erzeugt, um den verwirrenden Effekt
einer komplett stillen Hörmuschel
auf den Zuhörer
zu vermeiden, und versichert dem Benutzer, dass die Verbindung nicht
unterbrochen wurde. Der Komfortrauschenindikator steuert den Pegel
und andere Charakteristiken des Komfortrauschens, das an dem Empfänger erzeugt wird.
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Wie
bisher beschrieben, ist das System herkömmlich. Die Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung
haben eine Anzahl von zusätzlichen
Merkmalen. Insbesondere hat der Sender 1 einen Speicher 14,
in dem Daten zur Erzeugung von Testsignalen gespeichert werden können. In
einigen Ausführungsbeispielen
werden die Daten perma nent in dem Speicher 14 gespeichert,
aber in anderen werden sie aus dem Signal extrahiert, das von dem
Mikrofon 10 empfangen wird. Der Assembler 15 ruft
unter Steuerung des Sprachaktivitätsdetektors die Daten aus dem
Speicher 14 ab und kompiliert sie in Testsignale zur Übertragung
durch den Transceiver 12, wenn kein Signal von dem Codec 11 zu
senden ist.
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An
dem empfangenden Ende 2 ist ein Speicher 24 vorgesehen,
um das Referenzsignal zu speichern. In einigen Ausführungsbeispielen
wird das Referenzsignal permanent gespeichert, aber in anderen wird
es von dem Transceiver 22 für eine nachfolgende Verwendung
in den Speicher heruntergeladen. Ein Vorprozessor 25 empfängt das
Testsignal und verwendet es, um das Signal vorzubereiten, das zum
Vergleich mit dem Referenzsignal verwendet wird. Das resultierende
Vergleichssignal wird mit dem Referenzsignal, das aus dem Speicher 24 abgerufen wird,
in einer Analyseeinheit 26 verglichen, die eine Ausgabe,
welche die gemessene Signalqualität der Verbindung 3 anzeigt,
an eine Anzeigevorrichtung 27 sendet.
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2 zeigt
schematisch einen typischen Bitstrom, der über ein digitales Kommunikationssystem übertragen
wird. Der Strom wird in „Rahmen" unterteilt, in 2 als
A, B, C usw. gezeigt. Jeder Rahmen besteht wiederum aus mehreren
Komponenten (wie für
den Rahmen D gezeigt). Diese Komponenten können einige Steuerungszeichen
D1, D2 (die nur für illustrative
Zwecke als der erste Teil des Rahmens gezeigt werden) und eine Nutzlast
P umfassen. Ein typischer Rahmen in einem zellularen Telefonsystem hat
456 Bits. Die Steuerungszeichen können, neben anderen Funktionen,
Charakterisierungsdaten D1, welche die Eigenschaft der Nutzlast
P anzeigen (wenn nicht in der Nutzlast selbst enthalten), und Fehlerprüfkomponenten
D2 umfassen.
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Die
Charakterisierungsdaten D1 können zum
Beispiel anzeigen, ob die Nutzlast ein Sprachsignal ist, das von
dem Codec 11 erzeugt wird, oder nicht. Wenn als ein Ergebnis
davon, dass der Sprachaktivitätsdetektor 13 ein
Ende von Sprache erfasst, die Nutzlast P keine Sprache ist, können die Charakterisierungsdaten
D1 anzeigen, ob die Nutzlast ein Komfortrauschen-Deskriptor, ein
Testsignal oder einfach Null-Daten ist. Die Charakterisierungsdaten
D1 werden verwendet durch den Transceiver 22 an dem empfangenden
Ende, um zu bestimmen, wie die Nutzlast zu verarbeiten ist.
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Die
Fehlerprüfkomponente
D2 sieht eine oder mehrere Prüfziffer(n)
vor, um eine Korruption des Rahmens zu erfassen. Die begrenzte Kapazität, die in
einem Rahmen für
diese Funktion verfügbar
ist, macht es nur möglich,
zu identifizieren, ob der Rahmen beschädigt ist. Der Empfänger 2 kann
diese Information verwenden, um zu bestimmen, ob derartige beschädigte Rahmen
nicht beachtet werden sollen, oder einfach, um die Rate zu überwachen,
mit der solche Fehler auftreten. Jedoch kann er weder die Eigenschaft
der Degradierung noch ihre wahrnehmbare Signifikanz bestimmen.
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Eine
freie Nutzlastkapazität
tritt auf, wenn der Sprachaktivitätsdetektor 13 anzeigt,
dass es kein Sprachsignal gibt, das von dem Codec 11 zu
codieren ist. Wenn dies auftritt, sendet der Transceiver 12 einen
Komfortrauschen-Deskriptor in der Nutzlast P des nächsten Rahmens,
der von dem Codec 21 verwendet wird, um ein „Komfortrauschen" zu erzeugen zur
Erzeugung durch die Hörmuschel 20,
wenn es keine zu erzeugende Sprache gibt. Die Charakterisierungsdaten
D1 für
diesen Rahmen zeigen an, dass die Nutzlast des Rahmens der Komfortrauschen-Deskriptor
ist. Dies veranlasst den Codec 21, das Komfortrauschen
für alle
nachfolgenden Rahmen zu erzeugen, bis ein Rahmen empfangen wird, dessen
Charakterisierungsdaten D1 anzeigen, dass seine Nutzlast P Sprache
ist. „Komfortrau schen"-Deskriptoren können regelmäßig wiederholt
werden, bis ein weiterer Sprach-enthaltender Rahmen empfangen wird,
so dass das erzeugte Komfortrauschen aktualisiert werden kann, um
zum Beispiel sich ändernde
Umgebungspegel an dem sendenden Ende zu reflektieren.
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Neben
der gelegentlichen Aktualisierung des Komfortrauschen-Deskriptors sind
die Nutzlasten der meisten Rahmen, die während solcher stiller Zeitabschnitte übertragen
werden, verfügbar
für andere Verwendungen.
In den drei Ausführungsbeispielen der
zu beschreibenden Erfindung wird diese frei Nutzlastkapazität verwendet,
um ein Testsignal zu übertragen.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist das Testsignal, das von dem Assembler
15 erzeugt wird, eine
vorcodierte Version des Testsignals der Art, die in dem
Europäischen Patent 0705501 beschrieben wird,
abgerufen aus dem Speicher
14. Ein solches Signal liefert
ein künstliches
Sprachsignal mit einem Umfang von Klängen, die gewählt werden,
um für
einen großen
Umfang von Sprach-ähnlichen
Klängen repräsentativ
zu sein. Der Analyseprozessor
26 an dem entfernten Ende
vergleicht das empfangene Signal
30 mit einer Referenzversion
50,
die in dem Speicher
24 gespeichert ist. Er bestimmt dann
die wahrnehmbare Signifikanz von Fehlern, die während einer Übertragung
eingeführt
werden, unter Berücksichtigung
ihrer subjektiven Signifikanz und der relativen Häufigkeiten
eines Auftretens in normaler Sprache der einzelnen Klangelemente
in dem Testsignal.
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Um
das System über
den weiten Umfang von Klängen
(sounds) zu testen, die durch eine menschliche Stimme erzeugt werden
können,
wäre ein
geeignetes Testsignal vergleichsweise lang im Vergleich zu den Lücken in
der Sprache, die von einem Sprachaktivitäts-Detektor erfasst werden.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird dieses Problem adressiert durch Anordnen, dass der Assembler
15 das
Testsignal
30 Rahmen-für-Rahmen überträgt, wenn
freie Rahmen verfügbar
werden. Jeder Rahmen
31,
32,
33 hat ein
charakteristisches Merkmal
311,
321,
331, das
seine Position in der Sequenz anzeigt. Der Prozessor
25 an
dem Empfänger
2 setzt
dann die einzelnen Rahmen
31,
32,
33 in
eine vollständige
(aber degradierte) Kopie des Testsignals
60 zusammen. Dann
liefert das zusammengesetzte Signal
60 an die Analyseeinheit
26 zum
Vergleich mit einer „sauberen" Referenzkopie
50 des
Signals, das aus dem Speicher
24 abgerufen wird, zum Beispiel
unter Verwendung des Analyseprozesses, der in dem
Europäischen
Patent 0647375 beschrieben wird. Die Merkmale
311,
321,
331 zu
Identifizierung der Position ermöglichen
eine Synchronisierung der beiden Signale und eine Identifikation
von fehlenden Rahmen in dem empfangenen Testsignal. Derartige fehlende
Rahmen sind selbstverständlich
wichtige Elemente der zu messenden Degradierung. Jedoch muss ihr
Fehlen berücksichtigt
werden, um sicherzustellen, dass nachfolgende Rahmen mit ihren korrekten
Gegenstücken
in der Referenzkopie
50 verglichen werden.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
erfordert, dass das gesamte Sprachähnliche Testsignal in jedem Sender 1 gespeichert
wird, der verwendet werden kann, um die Verbindung 3 zu
testen. Dies erfordert eine beträchtliche
Speicherkapazität 14 in
jedem solchen Sender. Weiter können
Verbesserungen des Sprach-ähnlichen
Testsignals oder Sprachen-spezifische Varianten, (wünschenswert,
da die relative Signifikanz von einzelnen Phonemen von einer Sprache zu
einer anderen variiert) nicht aufgenommen werden ohne das revidierte
Testsignal erneut in den Speicher 14 eines solchen Senders
zu laden.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
der Erfindung überwindet
diese Schwierigkeit durch Verwendung von unterschiedlichen Bitsequenzen
für die Test-
und Referenzsignale 40, 50 und eine Verwendung der
Korruption des Testsignals 40, um eine ähnliche Korruption für das Referenzsignal 50 zu
modellieren. Die Testbitsequenz kann somit sehr viel kürzer sein,
typischerweise nur ein oder wenige Rahmen, die so oft wie erforderlich
(40a, 40b, usw.) wiederholt werden, um ein Testsignal 40 einer
Länge zu
erzeugen, das mit dem Referenzsignal 50 übereinstimmt. Das
Referenzsignal 50 kann dasselbe sein wie das, das in dem
vorherigen Ausführungsbeispiel
verwendet wurde. Die Testbitsequenz (40a) ist nicht selbst ausreichend
lang, um alle möglichen
Verzerrungen zu modellieren, die durch Prozesse eingeführt wurden,
wie Digitalisierung, Datenkomprimierung, Datenreduktion, Verstärkung und
so weiter, insbesondere die Leistung des Codecs 11. Jedoch
ist dieses Ausführungsbeispiel
trotzdem geeignet zum Testen des digitalen Pfads 3, welcher
der Teil des Ende-zu-Ende-Pfads
(Mikrofon 10 zu Hörmuschel 20) ist,
der am wahrscheinlichsten in der Qualität variiert, insbesondere in
einem zellularen Funksystem.
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Die
Testbitsequenz wird wiederholt gesendet (40a, 40b),
um das Testsignal 40 als Nutzlast während geeigneter Lücken in
dem Sprachverkehr zu erzeugen. Diese Übertragungen werden von dem
Transceiver 22 empfangen und an den Prozessor 25 weitergeleitet,
wo ein dreistufiger Prozess verwendet wird, um eine entsprechend
degradierte Version 51 des Referenzsignals 50 zu
erzeugen, wie in 4 illustrativ gezeigt. In der
ersten Stufe wird jede degradierte Testbitsequenz 41a,
die von dem Transceiver 22 empfangen wird, mit einer „sauberen" Version 40a derselben
Sequenz verglichen, die aus dem Speicher 24 abgerufen wird,
um eine Fehlersequenz 48a herzustellen. Fehler (d. h. einzelne
digitale Bits, wenn die zwei Sequenzen 40a, 41a einander
nicht entsprechen – eine „1" in einer Sequenz
entsprechend einer „0" in der anderen)
werden identifiziert. Jede Iteration der Testsequenz 40a, 40b erzeugt
eine andere Fehlersequenz 48a, 48b und diese Fehlersequenzen werden
dann in ein Fehlersignal 49 zusammengesetzt, dass in der
Länge dem
vollständigen
Referenzsignal 50 entspricht. Eine Kopie des Referenzsignals 50 wird
dann aus dem Speicher 24 abgerufen und gemäß dem Fehlersignal 49 modifiziert,
um ein modifiziertes Referenzsignal 51 zu erzeugen. Es
sollte angemerkt werden, dass Fehler, die in das modifizierte Referenzsignal 51 eingeführt werden,
im entgegengesetzten Sinn sein können
zu dem entsprechenden Fehler in dem Testsignal 40. Das
heißt,
wenn eine „1" in dem Testsignal 40 zu
einer „0" korrumpiert wird, wird,
wenn das entsprechende digitale Bit in dem Referenzsignal 50 eine „1" ist, sie eine „0" in dem modifizierten
Referenzsignal 51. Wenn sie jedoch eine „0" in dem Referenzsignal 50 ist,
wird sie eine „1" in dem modifizierten
Referenzsignal 51.
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Das
modifizierte Signal
51 wird dann mit einer weiteren „sauberen" Kopie
50 des
Referenzsignals verglichen unter Verwendung eines Wahrnehmungsanalyseprozesses
der Art, wie in dem
Europäischen Patent
0647375 beschrieben. Dies ermöglicht, dass die wahrnehmbare
Signifikanz einer Degradierung des Pfads
3 gemessen wird,
ohne jemals das vollständige
Referenzsignal
50 über
die Verbindung
3 zu senden.
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In
dem GSM-verbesserte-volle-Rate(EFR – enhanced full rate)-Sprachdienst gibt
es kein explizites Feld D1, um den Inhalt eines Rahmens anzuzeigen.
Durch sicherstellen jedoch, dass die Testrahmen, die während Perioden
von Stille gesendet werden, eine inkorrekte Prüfsummeninformation D2 haben,
ignoriert der Codec an dem Empfänger
die ankommenden Testrahmen. Dies ist aufgrund dessen, da die relevante
GSM-Empfehlung (GSM 06.81) spezifiziert, dass während Perioden von Komfortrauschen
eine Erzeugung aller Rahmen, die mit einer inkorrekten Prüfsumme empfangen
werden, ignoriert werden sollen. Die Analysevorrichtung kann trotzdem
die Testrahmen identifizieren durch Vergleichen der Hamming-Distanz
des empfangenen Rahmens mit einer lokalen Kopie des gesendeten Rahmens.
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Die
Testrahmen können
verwendet werden, um bei der Bestimmung der Position einer mobilen Station
zu helfen. Ein Verfahren zur Bestimmung einer Position wird beschrieben
in Annex B von GSM 03.71 v.8.0.0. Dieses Verfahren basiert auf der
Ankunftszeit (TOA – time
of arrival) eines bekannten Signals, das von einer mobilen Station
gesendet wird und von drei oder mehr Messeinheiten empfangen wird.
Die in GSM 03.71 beschriebene Implementierung erfordert, dass das
mobile Netzwerk das bekannte Signal erzeugt, indem es die mobile
Station zwingt, eine intra-Zellen-Übergabe durchzuführen und
somit eine Sequenz von bekannten Zugangs-Bursts zu erzeugen. Dies
ist nicht wünschenswert,
da jede Übergabe
Systemressourcen verbraucht und die Sprachqualität beeinflussen kann. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
der oben beschriebenen Erfindung bilden die Testrahmen selbst eine
bekannte Bitsequenz, die für
TOA-Positions-Messungen
verwendet werden kann. Somit kann dieses Ausführungsbeispiel verwendet werden,
um wiederholt die Position einer mobilen Station zu bestimmen, ohne
die Notwendigkeit, intra-Zellen-Übergaben
zu forcieren, sowie die Signalqualität auf der Verbindung zwischen
dieser Position und jeder festen Station in der Nähe.
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In
dem dritten Ausführungsbeispiel
wird eine Auswahl 70 der tatsächlich gesendeten Sprache verwendet
als sowohl das Test- als auch Referenzsignal. Ein Teil des Sprachsignals 70,
das durch den Sender 1 gesendet wird, wird ebenfalls in
einem Speicher 14 in dem Sender gespeichert. Die relevanten
Rahmen des Sprachsignals 70 werden in den Charakterisierungsdaten
D1 mit einem Flag versehen (2). Unter
Verwendung dieser Charakterisierungsdaten identifiziert der empfangende
Transceiver 22 die entsprechenden Rahmen 90 des empfangenen
Signals und speichert sie in seinem Speicher 24, sowie
verarbeitet sie mit dem Codec 21 zur Übertragung an die Hörmuschel
auf die gewöhnliche
Weise. Diese gespeicherten Rahmen 90 wurden selbstverständlich einer
Degradierung durch die Verbindung 3 unterzogen.
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Der
Assembler 15 erzeugt nun ein stark fehlergeschützte Version
des Signalteils 70, der in dem Speicher 14 des
Senders gespeichert ist. Der Fehlerschutz 80 ist zu langsam,
um eine Übertragung
in Echtzeit zu ermöglichen,
und ist ausreichend robust, um sicherzustellen, dass der ursprüngliche
Signalteil 70 an dem empfangenden Ende wiederhergestellt werden
kann. Aufgrund des hohen Fehlerschutzes 80 kann nur eine
Auswahl des gesamten Sprachverkehrs verwendet werden.
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Die
fehlergeschützte
Version des Signals 70 wird dann über die Verbindung 3 während Lücken in der
Sprache übertragen,
wie von dem Sprachaktivitätsdetektor 13 erfasst.
Das fehlergeschützte
Signal (70, 80) wird an dem Transceiver 22 empfangen
und an den Prozessor gerichtet, der das ursprüngliche Signal 70 wiederherstellt
und es an die Analyseeinheit 26 leitet. Die Analyseeinheit
ruft die degradierte Version 90 desselben Signals ab, das
vorher in dem Speicher 24 gespeichert wurde, und führt einen Wahrnehmungsanalyseprozess
auf ihm durch, wie in den vorhergehenden zwei Ausführungsbeispielen, durch
Vergleichen des wiederhergestellten ursprünglichen Signals 70 und
des abgerufenen degradierten Signals 90. Es sollte angemerkt
werden, dass dieser Prozess zufällige
Segmente (70, 90) von Live-Sprache verwendet anstatt der optimierten
Testsignale, die in anderen Ausführungsbeispielen
verwendet werden.
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In
einer alternativen Anordnung kann ein Teil des korrumpierten Signals
fehlerkorrigiert werden und zurück
an seinen Ursprung gesen det werden als das Testsignal, um mit einer
gespeicherten Referenzkopie des ursprünglichen Signals verglichen
zu werden. Dies ermöglicht,
dass die Analyse ausgeführt wird
an dem Ursprung des Signals anstatt an seinem Ziel, was nützlich sein
kann, um zum Beispiel einem mobilen Telekommunikationssystem zu
ermöglichen, Tests
des Downlinks (Verbindung von Basisstation zu mobiler Station) durchzuführen. Der
Sender des Testsignals ist somit der Empfänger des ursprünglichen
Signals und umgekehrt.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Ausführungsbeispiele der 3 und 4 verwendet werden
können,
wenn das Telefon 1 in einem Standby-Modus ist, das heißt, aktuell
nicht mit einem Anruf belegt, um Kanäle zu testen, die aktuell nicht
verwendet werden. Jedoch kann das Ausführungsbeispiel von 5 nur
auf einem Live-Kanal verwendet werden, da es einen Live-Sprachverkehr
verwendet.
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In
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
sind die zwei Elemente, die zusammenarbeiten, um die Erfindung durchzuführen, ein
zellulares Telefon 1 und Teil des festen Netzwerks 2,
wodurch ein Testen eines Teils der Luft-Schnittstellen-Verbindung 3 (mobil
zu fest) möglich
ist. Dies soll nicht als einschränkend
angesehen werden – beliebige
zwei Telekommunikationselemente 1, 2 können auf ähnliche Weise
verwendet werden, um die Kommunikationsverbindung 3 zwischen
ihnen zu testen.
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In
einigen Anwendungen kann es wünschenswert
sein, den Effekt der Verbindung 3 auf die Ende-zu-Ende-Leistung
des getesteten Systems zu messen. In diesem Fall kann die Erzeugung
des modifizierten Signals 51 eine Verarbeitung umfassen, die
den Effekt von anderen Komponenten in dem Signalpfad repliziert,
wie dem Codec 11.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
sind konfiguriert zur Verwendung in einem Zeitmultiplexsystem, wie
denen, die gemäß dem mobilen „GSM"-Telefonstandard
arbeiten. Jedoch kann eine freie Kapazität in jedem anderen System verwendet
werden, zum Beispiel in den CDMA(code division multiple access)-
oder „Spreizspektrum"-Systemen, die für eine mobile Telefonie der „dritten
Generation" vorgesehen
sind. In derartigen Systemen verwenden alle Benutzer dasselbe sehr
breite Frequenzband, wobei jeder Benutzer einen eindeutigen „Chipping"-Code hat, um zu
ermöglichen,
dass der Anrufverkehr für
diesen Benutzer extrahiert wird. Die Präsenz von anderem Verkehr tritt
als Rauschen mit niedrigem Pegel auf.
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Die Übertragung
von Testsignalen gemäß der Erfindung
während
Perioden von freier Kapazität beeinflussen
etwas die Charakteristiken des getesteten Systems. In einem GSM-System
erhöht
die Übertragung
der Testsignale die durchschnittliche Interferenz, die von Benutzern
in einer entfernten Zelle erfahren wird, welche dieselbe Funkfrequenz
verwenden. In einem CDMA-System erhöht die Übertragung der Testsignale
die Interferenz, die durch Benutzer in derselben Zelle erfahren
wird. Durch sorgfältiges Steuern
der Zeit, wenn Testsignale gesendet werden, kann jedoch der Einfluss
auf die gesamte Systemleistung minimiert werden.