DE69533950T2

DE69533950T2 - Rückgewinnung von analogen und digitalen Signalen mittels linearer Prediktion aus überlagerten analogen und digitalen Signalen

Info

Publication number: DE69533950T2
Application number: DE69533950T
Authority: DE
Inventors: Nambirajan Chatham Seshadri
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2015-04-20
Also published as: EP0680169A3; CN1122075A; EP0680169B1; KR100335696B1; TW260851B; IL113463A0; CA2145571C; KR950035231A; JPH089068A; JP3694059B2; US5550859A; DE69533950D1; EP0680169A2; CA2145571A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Datenkommunikation und insbesondere ein Verfahren, welches Prädiktionsverfahren für eine Verbesserung der Wiederherstellung digitaler und analoger Signale aus einer Übertragung, bei welcher ein derartiges Signal dem anderen überlagert ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei einer Bemühung, die Informationstransportkapazität bandbegrenzter Kanäle zu steigern, wurden Verfahren entwickelt, welche es ermöglichen, analoge, z.B. Sprache, und digitale Datensignale gleichzeitig in einem einzelnen Kanal zu übermitteln. Eine derartige Anordnung, um dies zu erzielen, ist als statistisches Multiplexen bekannt und verwendet die Sprechpausenabschnitte eines analogen Sprachsignals zum Übertragen von Daten. Es gibt einige Unzulänglichkeiten, welche dem statistischen Multiplexen zugeordnet sind. Einerseits kann eine Sprachpausenerfassung in Umgebungen, wie beispielsweise Mobilkommunikationssystemen, mit deutlichem Grundrauschen ein Problem sein. Andererseits kann die Qualität des analogen Sprachsignals wegen des Beschneidens am Anfang und am Ende dieses Signals verschlechtert werden. Weiterhin sind sowohl der Datendurchsatz als auch die Verzögerung variabel, welche die übertragenen Daten erfahren. Zeit- und Frequenzmultiplexbetrieb sind andere Verfahren, welche verwendet werden, um gleichzeitige Sprach- und Datenübertragungsfähigkeiten für einen einzelnen Kanal bereitzustellen. Mit Frequenzaufteilung führt die Teilung der verfügbaren Bandbreite auf viele Anwendungen zu niedrigen Datengeschwindigkeiten und/oder geringerer Sprachqualität. Mit Zeitaufteilungsverfahren wurden Datengeschwindigkeiten von 9,6 bis 19,2 Kilobit/Sekunde zusammen mit digitalisierter Sprache übertragen. Durch Variieren der Sprach-/Datenzuordnungen sind verschiedene Ergebnisse im Bereich von Sprache geringer Qualität und hohen Datengeschwindigkeiten bis zu Sprache hoher Qualität und geringen Datengeschwindigkeiten möglich.
Während eine Implementierung eines Zeitmultiplexbetriebs von Sprach- und Datensignalen Standard-Sprachcodierer und -Modems einsetzen kann, können die Implementierungskosten die gewünschten Kostenziele bestimmter Anwendungen übersteigen.
In US-A-5 537 441 (veröffentlicht am 16. Juli 1996) wird ein Verfahren offenbart, wobei ein Sprachsignal analogen Quadraturträgersignalen überlagert wird, deren Amplituden mit digitalen Daten moduliert wurden. Weiterhin wird in dieser Patentanmeldung die Verwendung einer linearen Prädiktion sowohl im Sender als auch im Empfänger offenbart, um die Wiederherstellung der Sprach- und Datensignale zu verbessern. Die Verwendung einer linearen Prädiktion im Sender erfordert, dass die Prädiktionskoeffizienten an den Empfänger übertragen werden. Während die Bandbreite, welche für eine Koeffizientenübertragung erforderlich ist, durch den Einsatz linearer Prädiktionschemata geringerer Ordnung reduziert werden kann, reduzieren derartige Schemata die Vorteile bei der Sprach- und Datensignalwiederherstellung, welche für eine lineare Prädiktion erreichbar sind. Im Ergebnis steht der Benutzer dem Dilemma gegenüber, entweder den Daten- und Sprachwiederherstellungsprozess zu maximieren und die Bandbreite, welche für eine Sprach- und Datensignalübertragung verwendbar ist, zu reduzieren oder diese Bandbreite zu maximieren während die Genauigkeit des Sprach- und Datensignalwiederherstellungsprozesses reduziert wird. Da die Übertragung eines Sprach- und Datensignals, ein Signal auf dem anderen überlagert, wahrscheinlich eine weit verbreitete Anwendung finden wird, wäre es wünschenswert, wenn ein Verfahren für derartige Anwendungen ent wickelt werden könnte, welches den Nutzen der Signalwiederherstellung der linearen Prädiktion bereitstellen würde, jedoch keine Übertragung von Prädiktionskoeffizienten vom Sender zum Empfänger erfordert.
US-A-4 512 013 beschreibt das Senden eines gesamten analogen Sprachsignals und eines modulierten Datensignals über einen normalen Analogkanal durch Multiplexen des Datensignals innerhalb des Abschnitts des normalen analogen Sprachsignalfrequenzbands, bei welchem das Sprachsignal vorhanden ist und die Kenngröße der Leistungsdichte gering ist. Wie beschrieben, besteht das übertragene Signal aus einem Sprachsignal, welches bandbegrenzt und in der Amplitude skaliert und zu einem Datensignal hinzugefügt wurde, welches durch einen mehrwertig phasenumgetasteten (MPSK) Träger bei einer Frequenz innerhalb des analogen Sprachsignalfrequenzbands moduliert wurde. Der Empfänger stellt das Datensignal unter Verwendung einer herkömmlichen MPSK-Demodulation wieder her. Das Leistungsvermögen der Wiederherstellung des Datensignals hängt weitgehend von der Größe des Skalierungsfaktors ab, welcher auf das Sprachsignal angewendet wird. Das Sprachsignal wird durch Aussubtrahieren sowohl eines remodulierten Datensignals als auch der Effekte des Übertragungskanals wieder hergestellt. Der Empfänger schätzt die Effekte des Übertragungskanals durch Einsetzen eines adaptiven Transversalfilters (FIR-Filters) ab, dessen Gewichtungen durch einen Algorithmus der kleinsten Quadrate eingestellt werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der Erfindung werden in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer linearen Prädiktion im Empfänger, um die Wiederherstellung jedes Signals in einem übertragenen Signal zu verbessern, welches eine Überlagerung eines Signalpaares umfasst. Diese Wiederherstellung wird durch Empfangen des übertragenen Signals und, als Reaktion darauf, durch Erzeugen von Prädiktionskoeffizienten für ein Signal im Signalpaar erzielt.
Diese Koeffizienten werden dann verwendet, um jedes Signal im Signalpaar wieder herzustellen. Vorteilhafterweise ist die vorliegende Erfindung auf verschiedene Typen überlagerter Signale anwendbar, und die Erfindung erfordert keine Verwendung einer linearen Prädiktion im Sender.
Bei den offenbarten Ausführungsformen umfasst das übertragene Signal ein analoges Signal, welches einem digitalen Signal überlagert ist. Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden aus dem empfangenen Signal Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal erzeugt. Diese Koeffizienten werden dann verwendet, um die analogen und digitalen Signale aus dem empfangenen Signal wieder herzustellen. Bei einer zweiten offenbarten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das wieder hergestellte analoge Signal entsprechend der ersten Ausführungsform als eine vorsichtige Abschätzung des analogen Signals betrachtet, und es werden Prädiktionskoeffizienten für diese vorsichtige Abschätzung des analogen Signals ausgebildet und verwendet, um abschließende Abschätzungen des analogen und des digitalen Signals zu erzeugen. Bei noch einer anderen offenbarten Ausführungsformen werden Prädiktionskoeffizienten an den Empfänger übertragen, und das analoge Signal, welches dem digitalen Signal überlagert ist, ist ein analoges Restsignal. Bei diesen anderen Ausführungsformen werden Prädiktionskoeffizienten für das analoge Restsignal aus dem empfangenen Signal ohne Rücksicht auf die übertragenen Prädiktionskoeffizienten erzeugt. Diese Prädiktionskoeffizienten werden dann verwendet, um das digitale Signal und das analoge Restsignal wieder herzustellen. Das analoge Restsignal wird dann unter Verwendung der übertragenen Prädiktionskoeffizienten verarbeitet, um das analoge Signal wieder herzustellen.
Es werden verschiedene Verfahren zum Erzeugen der Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal offenbart. Derartige Verfahren umfassen eine Verarbeitung des empfangenen Signals als ein reines analoges Signal, ein Feststellen der Autokorrelationskoeffizienten des empfangenen Signals und ein Verwenden dieser Koeffizienten, um die Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal zu erzeugen, und ein Feststellen der Autokorrelationskoeffizienten des analogen Signals und ein Verwenden dieser Autokorrelationskoeffizienten, um die Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal zu erzeugen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schemablockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine lineare Prädiktion nur im Empfänger verwendet wird;
2 ist ein Schemablockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine lineare Prädiktion wieder nur im Empfänger verwendet wird;
3 ist ein Schemablockdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Ausführungsform der 1 so modifiziert ist, dass sie eine lineare Prädiktion in den Sender einbezieht;
4 ist ein Schemablockdiagramm einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Ausführungsform der 2 so modifiziert ist, dass sie eine lineare Prädiktion in den Sender einbezieht;
5 ist ein Schemablockdiagramm der einen Ausführungsform eines Datendetektors 135 und 213 in 1 bis 4;
6 ist eine Operationssequenz, welche durch eine andere Ausführungsform des Datendetektors 135 und 213 in 1 bis 4 ausgeführt wird;
7 ist eine Operationssequenz, welche von einer Prädiktionswiederherstellungsschaltung 133 und 212 in 1 bis 4 eingesetzt werden kann; und
8 ist eine andere Operationssequenz, welche von einem Prozessor 133 und 212 in 1 bis 4 verwendet werden kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei dem in 1 gezeigten beispielhaften Kommunikationssystem 100 werden analoge und digitale Signale durch ein Überlagern des analogen Signals auf dem digitalen Signal gleichzeitig übertragen. Bei dieser und den anderen zu beschreibenden Ausführungsformen ist das analoge Signal ein Sprachsignal, und das digitale Signal ist ein binäres Signal, welches Daten repräsentiert. Bei dieser und den anderen zu beschreibenden Ausführungsformen sind die Werte des analogen Signals auch unabhängig von den Werten des digitalen Signals. Oder, anders betrachtet, es werden innerhalb des Empfängers Prädiktionskoeffizienten aus dem empfangenen Signal erzeugt, ungeachtet ob dieses Signal Prädiktionskoeffizienten umfasst oder nicht. Es versteht sich natürlich auch, dass andere Typen analoger und digitaler Signale eingesetzt werden können. Wie gezeigt, werden die digitalen Signalproben auf Anschluss 113 durch den 1-auf-2-Abbilder 114 auf die sogenannten phasengleichen und Quadratur-Komponentensignale auf den Anschlüssen 115 und 116 abgebildet.
Ähnlich werden auch die analogen Signalproben auf An schluss 103 in phasengleiche und Quadratur-Komponentensignale auf den Anschlüssen 105 und 106 unter Verwendung des 1-auf-2-Abbilders 104 umgewandelt. Ein Addierer 112 summiert die phasengleichen Komponentensignale, während ein Addierer 117 die Quadratur-Komponentensignale summiert. Die Ausgaben dieser Addierer werden dann durch die Tiefpassfilter 111 und 107 gefiltert.
Jede dieser gefilterten Ausgaben moduliert die Amplitude eines unterschiedlichen Signals eines Quadraturbezogenen Trägersignalpaares unter Verwendung der Multiplizierer 109 und 110. Der Summierer 108 summiert dann diese modulierten Trägersignale vor einer Übertragung durch den Kommunikationskanal 120 auf. Beim Empfänger wird das empfangene Signal 130 unter Verwendung des Demodulators 131 kohärent demoduliert. Das demodulierte empfangene Signal, einschließlich der analogen und der digitalen Komponente, wird vom Prozessor 133 verwendet, um die Prädiktionskoeffizienten des analogen Signals aus dem empfangenen Signal zu extrahieren.
Verfahren zum Extrahieren dieser Prädiktionskoeffizienten werden später erklärt. Das demodulierte empfangene Signal auf Anschluss 132 und die Prädiktionskoeffizienten auf Anschluss 134 werden vom Datendetektor 135 verwendet, um die digitalen Signalproben zu erfassen. Der Erfassung nachfolgend subtrahiert der Addierer 137 das digitale Signal auf Anschluss 136 vom empfangenen Signal auf Anschluss 132, um die analogen Signalproben auf Anschluss 138 zu erzeugen.
Zu Beginn sollte anerkannt werden, dass wenn Abschätzungen der Prädiktionskoeffizienten gebildet werden können, die analogen und digitalen Signale wieder hergestellt werden können. Insbesondere wird unter der Annahme, dass die Größenordnung des Rauschens im Kommunikationskanal sehr viel kleiner als die Größenordnung des empfangenen Signals ist (was typischerweise der Fall ist), das empfangene Signal r_k, welches auf Anschluss 132 erscheint, dann zum Abtastzeitpunkt k gegeben ist durch rk = dk + sk (1)
In Gleichung (1) ist d_k die übertragene digitale Signalprobe, und s_k ist die übertragene analoge Signalprobe zum k-ten Abtastzeitpunkt. Eine Abschätzung s ^_k der analogen Signalprobe kann durch eine Linearkombination der vorangegangenen P analogen Signalproben ausgedrückt werden. Diese Abschätzung wird gegeben durch
wobei jedes p_i ein Prädiktionskoeffizient für eine unterschiedliche analoge Signalprobe ist. Der Term P ist eine vorbestimmte ganze Zahl, welche gewöhnlich als die Prädiktionsordnung bezeichnet wird. Im Allgemeinen ist die Prädiktion um so genauer je größer P ist. Der Abschätzungsfehler e_k zu jedem Abtastzeitpunkt kann ausgedrückt werden durch ek = sk – s ^k (3)
Unter Verwendung von Gleichung (1) kann Gleichung (2) umgeformt werden zu
Ein Subtrahieren dieser Größe aus dem empfangenen Signal ergibt eine Abschätzung der digitalen Signalprobe zum k-ten Abtastzeitpunkt, d ^_k, wobei
5 zeigt ein Schemablockdiagramm eines beispielhaften Schaltkomplexes, welcher Gleichung (5) innerhalb des in 1 gezeigten Datendetektors 135 ausführt.
Innerhalb des Datendetektors bildet der Abschätzer der analogen Signalprobe 503 eine Abschätzung der aktuellen analogen Signalprobe s ^_k unter Verwendung der Prädiktionskoeffizienten auf Anschluss 134, der vorangegangenen empfangenen Signalproben r_k und der vorangegangenen quantisierten digitalen Signalprobenabschätzungen d ^_k, wobei
Diese Abschätzung wird von der aktuellen empfangenen Signalprobe, welche auf Anschluss 132 erscheint, durch den Summierer 501 subtrahiert, um eine Abschätzung der digitalen Signalprobe zum k-ten Abtastzeitpunkt zu bilden. Diese letztere Abschätzung wird als d ^_k bezeichnet, wobei d ^k = rk – s ^k (7)
Die Abschätzung d ^_k wird durch den Schwellenkomparator 502 auf den genausten aller möglichen übertragenen digitalen Signalpegel quantisiert, um die quantisierte Abschätzung des digitalen Signals zum k-ten Abtastzeitpunkt zu bilden. Diese Abschätzung wird als d ^'_k bezeichnet. Die Struktur des Datendetektors 135 in 1 wird auch innerhalb des Datendetektors 213 eingesetzt. Dieser letztere Detektor wird innerhalb der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche in 2 und 4 gezeigt werden und welche hier nachfolgend vollständig beschrieben werden, einbezogen.
Mit idealer Prädiktion und in der Abwesenheit von Rauschen ist s ^_k = s_k und d ^_k = d_k. Bei allen praktischen Anwendungen liegt jedoch Rauschen vor, und es gibt einen gewissen Ungenauigkeitsgrad in der Abschätzung des analogen und des digitalen Signals zum k-ten Abtastzeitpunkt. Weiterhin ist der Prädiktionsprozess für jede Probe eine Funktion der vorangegangenen P Proben, wobei P die Prädiktionsordnung ist. Folglich ist die Verwendung der Gleichung (5) darin suboptimal, dass eine Abschätzung des digitalen Signals zu jedem Abtastzeitpunkt ohne Rücksicht auf vorangegangene und künftige Anschätzungen festgestellt wird. Es ist ein besserer Prozess, Abschätzungen des digitalen Signals blockweise zu berechnen, wobei jeder Block N aufeinanderfolgende digitale Signalproben umfasst, wobei jede Abschätzung einem unterschiedlichen der N aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkte entspricht. N ist eine vorbestimmte ganze Zahl größer als P. Bei jedem digitalen Kommunikationssystem sind eine Anzahl unterschiedlicher Blöcke der Größe N möglich. Beispielsweise gibt es in einem binären System 2^N unterschiedliche Blöcke der Größe N. Unter Verwendung eines vorbestimmten Kriteriums wird jeder der möglichen Blöcke der Größe N untersucht und einer dieser Blöcke ausgewählt. Die N aufeinanderfolgenden digitalen Signale in diesem ausgewählten Block werden als die besten Abschätzungen des digitalen Signals betrachtet. Bei dieser offenbarten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Kriterium der kleinsten Quadrate eingesetzt, um einen Fehlerterm gemäß dieses Kriteriums zu berechnen, und der Block mit dem kleinsten Fehlerterm wird ausgewählt. Dementsprechend sind die optimalen Abschätzungen von N aufeinanderfolgenden digitalen Signalen die Sequenz {d_k} N. / k=1 mit dem kleinsten Fehlerterm, wobei der Fehlerterm für jede Sequenz durch
bezeichnet wird und wobei
Nun wird auf 6 Bezug genommen, welche die Operationssequenz 600 zeigt, welche ausgeführt wird, um die optimalen N aufeinanderfolgenden digitalen Signalprobenabschätzungen unter Verwendung des Kriteriums der kleinsten Quadrate zu bilden. Im Schritt 601 wird der Satz aller möglichen übertragenen digitalen Signalprobensequenzen für N aufeinanderfolgende Proben gebildet. Für jede Sequenz im Satz wird im Schritt 602 der quadratische Fehler berechnet, welcher durch Gleichung (6) gegeben ist. Im Schritt 603 wird die digitale Signalprobensequenz mit dem niedrigsten quadratischen Fehler ausgewählt. Diese erschöpfende Berechnungsprozedur kann mit dem Viterbi-Algorithmus unter Verwendung eines wohlbekannten Verfahrens wirksam implementiert werden. Man siehe beispielsweise eine Schrift mit dem Titel, „Maximum-Likelihood Sequence Estimation of Digital Sequences In The Presence of Intersymbol Interference", IEEE Trans. on Information Theory, Bd. IT-18, Seiten 363 bis 378, Mai 1972. Oder es kann jede der zahlreichen und wohlbekannten Varianten des Viterbi-Algorithmus eingesetzt werden. In allen Fällen kann die Operationssequenz 600 unmittelbar innerhalb des Datendetektors 135 und 213 unter Verwendung eines Mikroprozessors implementiert werden.
Bis zu diesem Punkt wurde angenommen, dass die Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal irgendwie aus dem empfangenen Signal extrahiert werden können und dass, wenn diese Koeffizienten gegeben sind, die Diskussion sich darauf fokussierte, wie die analogen und digitalen Signale aus dem empfangenen Signal wieder hergestellt werden können. Jetzt wird der Fokus dieser Diskussion auf Verfahren zum Erzeugen der Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal gerichtet. In der Abwesenheit des digitalen Signals ist das empfangene Signal das analoge Signal selbst. Ein Anschätzen der Prädiktionskoeffizienten aus einem analogen Signal, wie beispielsweise Sprache, ist wohlbekannt. Hier wird angestrebt, die Koeffizienten [p₁, ..., p_p] zu finden, welche E[sk – Σpisk-i]2 (9)minimieren, wobei E den Erwartungsoperator bezeichnet.
Ein Erweitern und Auflösen nach den Prädiktionskoeffizienten führt zu
Hier ist R_j,s der j-te Autokorrelationskoeffizient eines empfangenen analogen Signals „s". Wie wohlbekannt ist, gibt der Autokorrelationskoeffizient den Wert eines Signals, hier des analogen Signals, zu einem ersten Zeitpunkt relativ zu einem zweiten Zeitpunkt wieder, welcher vom ersten weit entfernt ist. Da die Werte dieses Signals zu den beiden weit entfernten Zeitpunkten mit der Zeit variieren, wird ein Durchschnittsbildungsprozess verwendet. Der Autokorrelationskoeffizient des empfangenen analogen Signals kann ausgedrückt werden durch
In der Gegenwart eines digitalen Signals wird Gleichung (11) wie folgt modifiziert. Gemäß einem Alternativverfahren wird die Gegenwart des digitalen Signals nicht berücksichtigt, und es wird angenommen, dass das empfangene Signal ein alleiniges analoges Signal ist. Die Autokorrelationskoeffizienten des empfangenen Signals R_j,r werden durch Ersetzen von s_k und s_k+j in Gleichung (11) durch r und r_j+k erhalten, um diese Gleichung umzuformen zu
7 illustriert eine Operationssequenz 700, welche im Prozessor 133 der 1 ausgeführt wird, um die Prädiktionskoeffizienten zu erzeugen. Wie in 7 gezeigt, wird im Schritt 701 der Satz der Autokorrelationskoeffizienten für das empfangene Signal R_0,r, ..., R_P,r unter Verwendung von Gleichung (12) berechnet. Unter Verwendung dieser Autokorrelationskoeffizienten können die Prädiktionskoeffizienten durch Auflösen einer Matrizengleichung, welche aus der Matrizengleichung (10) durch Substituieren des analogen Signals „s" durch das empfangene Signal „r" abgeleitet wird, bestimmt werden. Diese abgeleitete Matrizengleichung ist
Dieses Verfahren arbeitet gut, wenn die Leistung des analogen Signals in der Größenordnung der Leistung des digitalen Signals liegt oder größer als dieses ist.
Bedauerlicherweise werden die Autokorrelationskoeffizienten zunehmend vorgespannt, wenn die Leistung des digitalen Signals anzusteigen beginnt, und es wurde beobachtet, dass sich das Leistungsvermögen verschlechtert. Ein Alternativverfahren zum Erzeugen der Prädiktionskoeffizienten vermindert diesen Abbau des Leistungsvermögens durch ein Entfernen der Vorspannung. Ein Entfernen der Vorspannung wird durch Subtrahieren der Autokorrelationskoeffizienten des digitalen Signals von den Autokorrelationskoeffizienten des empfangenen Signals erzielt, um die Autokorrelationskoeffizienten des analogen Signals abzuschätzen. Unter der Annahme, dass das digitale Signal zufällig ist, was typischerweise der Fall ist, muss ein Abschätzen der Autokorrelationskoeffizienten des digitalen Signals nur einmal ausgeführt werden. Die Autokorrelationskoeffizienten des digitalen Signals sind im Allgemeinen eine Funktion des Kanalcodierungs- und Modulationsformats. Diese Koeffizienten können im Voraus für eine bestimmte Anwendung bestimmt und die Werte der Koeffizienten für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Die Autokorrelationskoeffizienten des digitalen Signals R_j,d können ausgedrückt werden durch
8 zeigt die Sequenz 800 der Schritte, welche bei diesem alternativen Verfahren zur Erzeugung der Prädiktionskoeffizienten innerhalb des Prozessors 133 durchgeführt werden. Zuerst werden die Autokorrelationskoeffizienten des empfangenen Signals im Schritt 801 unter Verwendung der Gleichung (12) abgeschätzt. Als Nächstes werden im Schritt 802 die Autokorrelationskoeffizienten des digitalen Signals unter Verwendung der Gleichung (14) bestimmt. Diese Operation kann im Voraus ausgeführt werden. Im Schritt 803 werden die Koeffizienten, welche im Schritt 802 bestimmt wurden, von den Autokorrelationskoeffizienten subtrahiert, welche im Schritt 801 bestimmt wurden, um die Autokorrelationskoeffizienten des analogen Signals zu bilden. Im Schritt 804 werden die Autokorrelationskoeffizienten des Sprachsignals in Gleichung (10) verwendet, um die Prädiktionskoeffizienten für das Sprachsignal zu bestimmen. Es wurde herausgefunden, dass dieses Verfahren am besten für eine geringe Prädiktionsordnung, d.h. für eine Prädiktionsordnung von 1 bis 2, arbeitet. Das Leistungsvermögen für eine höhere Prädiktionsordnung ist jedoch nicht genauso gut.
Um die oben stehende Begrenzung des Leistungsvermögens für eine höhere Prädiktionsordnung zu lösen, wird die in 2 gezeigte Ausführungsform 200 vorgeschlagen. Der Senderabschnitt der Ausführungsform 200 ist seiner Entsprechung in 1 identisch. Die Empfängerstruktur 210 bezieht die Empfängerstruktur 102 der 1 ein und setzt zusätzlich ein Modul 211 ein, um ein Iterationsverfahren einzubeziehen. Der Empfänger 210 bildet eine vorsichtige Abschätzung der Prädiktionskoeffizienten aus dem empfangenen Signal unter Verwendung eines Verfahrens aus einer Anzahl wohlbekannter Verfahren, einschließlich eines der beiden alternativen Verfahren, welche oben stehend diskutiert und in 7 und 8 gezeigt werden. Unter Bezugnahme auf 2 wird diese Funktion durch Prozessor 133 bereitgestellt. Die Prädiktionskoeffizienten erscheinen auf Anschluss 134 und werden vom Datendetektor 135 verwendet, um vorsichtige Abschätzungen des digitalen Signals zu bilden. Jede vorsichtige digitale Signalabschätzung wird dann vom demodulierten empfangenen Signal auf Anschluss 132 vom Summierer 137 subtrahiert, um eine vorsichtige Abschätzung des analogen Signals auf Anschluss 138 zu bilden. Die Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal werden nun vom Prozessor 212 durch Behandeln der vorsichtigen Abschätzung des analogen Signals als ein „sauberes" oder reines Sprachsignal bestimmt. Prozessor 212 führt die in 7 gezeigte Operationssequenz aus, um die neuen Prädiktionskoeffizienten abzuschätzen.
Diese neuen Prädiktionskoeffizienten werden vom Datendetektor 213 verwendet, um das digitale Signal auf Anschluss 215 zu erhalten. Addierer 214 bildet durch Subtrahieren des digitalen Signals auf Anschluss 215 vom empfangenen Signal auf Anschluss 132 eine Abschätzung des analogen Signals auf Anschluss 216.
Während die analogen und digitalen Signalabschätzungen auf den Anschlüssen 214 bzw. 215 ausgegeben werden können, wurde herausgefunden, dass ein Wiederholen dieses Prozesses für ungefähr 2 bis 3 Male weiterhin zu einem verbesserten Leistungsvermögen führt. Über 2 bis 3 Iterationen hinaus wurde sehr wenig Verbesserung des Leistungsvermögens beobachtet. 2 gibt diesen Iterationsprozess wieder, indem die analogen und digitalen Signalabschätzungen zum Prozessor 212 zurückgekoppelt werden. Nach der gewünschten Anzahl von Itera tionen wird auf Anschluss 217 ein Steuersignal bereitgestellt, welches die Abschätzungen auf den Anschlüssen 214 und 215 jeweils mit den Anschlüssen 219 und 218 koppelt.
So weit wurde angenommen, dass das analoge Signal ohne jede Verarbeitung (außer Verstärkungssteuerung) beim Sender übertragen wird und dass die gesamte Prädiktionsverarbeitung beim Empfänger vorgenommen wird. Es wurde jedoch herausgefunden, dass sogar ein besseres Leistungsvermögen erhalten wird, wenn beim Sender eine Prädiktionsverarbeitung geringer Ordnung verwendet wird, so dass das übertragene analoge Signal ein Restsignal ist, welches durch Subtrahieren eines prädikativen analogen Signals geringer Ordnung vom analogen Signal erhalten wird. Diese weitere Verbesserung wird als Ausführungsform 300 bezeichnet und wird in 3 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 3 schätzt der lineare Prädiktionskoeffizientenerzeuger 304 innerhalb des Senders 301 die Prädiktionskoeffizienten aus dem analogen Signal auf Anschluss 103 ab, und der Analysefilter 305 bildet das prädizierte Sprachsignal. Der Addierer 306 bildet das Restsignal durch Subtrahieren des prädikativen analogen Signals vom analogen Signal auf Anschluss 103. Das analoge Restsignal wird im Modulator 308 dem digitalen Signal überlagert und über den Kommunikationskanal 120 übertragen. Zusätzlich werden die Prädiktionskoeffizienten als ein Teil des digitalen Signals übertragen. Der Grund für eine Verwendung von Prädiktionskoeffizienten geringer Ordnung beim Sender ist, dass die Übertragung von Prädiktionskoeffizienten einen Abschnitt der verfügbaren Bandbreite oder Datenkapazität verwendet. Typischerweise kann eine Prädiktion 10. Ordnung bis zu 2000 Bit/Sekunde beanspruchen, während eine Prädiktion 2.
Ordnung nur 500 Bit/Sekunde Datenkapazität beansprucht. Nach der Fortpflanzung durch den Kommunikationskanal 120 wird das empfangene Signal vom Demodulator 131 demoduliert, und das demodulierte empfangene Signal umfasst das analoge Restsignal und das digitale Signal. Da beim Sender nur eine Prädiktion geringer Ordnung verwendet wird, kann das Restsignal beim Empfänger weiter prädiziert werden, um das Leistungsvermögen zu verbessern. Prozessor 133 stellt diese Funktion bereit. Die Operationen, welche innerhalb des Prozessors 133 ausgeführt werden, um die Prädiktionskoeffizienten zu erhalten, können diejenigen sein, welche unter Verweis auf 7 oder 8 beschrieben wurden, wobei das analoge Restsignal an der Stelle des analogen Signals verwendet wird. Der Erzeugung des digitalen Signals über den Datendetektor 135 nachfolgend subtrahiert der Addierer 137 das digitale Signal auf Anschluss 136 vom empfangenen Signal, um das analoge Restsignal zu extrahieren.
Das analoge Signal wird dann aus dem analogen Restsignal unter Verwendung des Synthesefilters 341 und des Addierers 339 synthetisiert. Dieses synthetisierte analoge Signal erscheint auf Anschluss 340. Die Koeffizienten des Synthesefilters 341 werden aus den übertragenen linearen Prädiktionskoeffizienten erhalten.
Es sollte angemerkt werden, dass bei der Ausführungsform der 3 die Senderstruktur modifiziert wurde, um eine Prädiktion geringer Ordnung einzubeziehen, und dass die Empfängerstruktur diejenige ist, welche in 1 offenbart wurde zusammen mit der Einbeziehung des Synthesefilters 341 und des Addierers 339, um das analoge Signal aus dem Restsignal wieder herzustellen. Der Nutzen, welcher für die Ausführungsform der 2 diskutiert wurde, zusammen mit demjenigen für die Ausführungsform der 3, kann durch Einsatz des Senders 301 der 3 mit der Empfängerstruktur 210 der 2 verwirklicht werden. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, durch das Bezugszeichen 400 bezeichnet, wird in 4 gezeigt. Der Betrieb des Senders bei dieser Ausführungsform wurde unter Verweis auf 3 schon beschrieben. Der Empfänger 401 umfasst den Empfänger 210, dessen Betrieb in Bezug auf 2 beschrieben wurde. Die Ausgabe des Empfängers 210 bei Ausführungsform 400 ist das Restsignal, aus welchem das analoge Signal auf die gleiche Weise synthetisiert werden kann, welche in Bezug auf 3 unter Verwendung des Synthesefilters 341 und des Addierers 339 beschrieben wurde.
Es sollte natürlich angemerkt werden, dass während die vorliegende Erfindung unter Verweis auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, Durchschnittsfachleuten andere Anordnungen offenkundig sein können.
Beispielsweise können, während die offenbarten Ausführungsformen diskrete Vorrichtungen einsetzen, diese Vorrichtungen unter Verwendung eines oder mehrerer entsprechend programmierter Prozessoren, integrierter Spezialschaltkreise, Digitalprozessoren, oder einer analogen oder hybriden Entsprechung jeder dieser Vorrichtungen implementiert werden. Oder es sind beispielsweise, während bei den offenbarten Ausführungsformen ein Paar analoger Signalkomponenten für das analoge Signal ausgebildet werden und ein Paar digitaler Komponentensignale für das digitale Signal ausgebildet werden, andere Anordnungen möglich. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung auch in Situationen anwendbar ist, bei welchen ein einzelnes analoges Signal einem einzelnen digitalen Signal überlagert wird. Oder beispielsweise kann, während bei den offenbarten Ausführungsformen jede Überlagerung des analogen und des digitalen Signals die Amplitude der Quadraturbezogenen Trägersignale moduliert, die Verwendung derartiger Trägersignale durch die Verwendung wohlbekannter trägerloser Modulationsformate eliminiert werden. Tatsächlich ist die vorliegende Erfindung für Anwendungen verwendbar, bei welchen ein oder mehrere analoge Signale einer gleichen Anzahl digitaler Signale mit oder ohne der Verwendung von Trägersignalen überlagert werden. Es ist schließlich anerkannt, dass während die offenbarten Ausführungsformen ein empfangenes Signal betreffen, welches analoge Signalproben und digitale Signalproben umfasst, wobei jede analoge Signalprobe einer unterschiedlichen digitalen Signalprobe überlagert ist, jede der analogen Signalproben vor der Überlagerung auf einer digitalen Signalprobe quantisiert werden könnte. Weiterhin könnte jede quantisierte analoge Signalprobe vor der Überlagerung auf einer digitalen Signalprobe codiert werden. Obwohl die vorliegende Erfindung in den Ansprüchen auf die Überlagerung eines analogen Signals auf einem digitalen Signal beschränkt ist, ist das Prinzip deshalb auch auf die Überlagerung anderer Signaltypen anwendbar, z.B. einer digitalen Signalprobe, welche einer anderen digitalen Signalprobe überlagert wird.

Claims

Vorrichtung, welche zum Empfangen eines übertragenen Signals angepasst ist, welches mindestens eine Überlagerung eines analogen und eines digitalen Signals umfasst, die Vorrichtung gekennzeichnet durch ein Mittel (133), welches auf das übertragene Signal zum Erzeugen linearer Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal unabhängig von einer Gegenwart derartiger Prädiktionskoeffizienten im übertragenen Signal anspricht; und ein Mittel (135, 212, 213), welches auf die linearen Prädiktionskoeffizienten zum Wiederherstellen der analogen und der digitalen Signale aus dem übertragenen Signal anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wiederherstellungsmittel (138) vorsichtige Abschätzungen des analogen Signals wiederherstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Wiederherstellungsmittel weiterhin umfasst: ein Mittel zum Erzeugen linearer Prädiktionskoeffizienten für die vorsichtigen Abschätzungen (133; 212) des analogen Signals; und ein Mittel zum Erzeugen abschließender Abschätzungen (133; 212) des analogen Signals als Reaktion auf die linearen Prädiktionskoeffizienten, welche aus den vorsichtigen Abschätzungen des analogen Signals erzeugt wurden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Wiederherstellungsmittel zum Erzeugen abschließender Abschätzungen einen iterativen Prozess verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das analoge Signal ein Restsignal ist, welches aus einem Eingangssignal abgeleitet wurde, und das digitale Signal eine Kombination eines dritten und eines vierten Signals ist, wobei das dritte Signal Werte aufweist, welche für lineare Prädiktionskoeffizienten für das andere Signal repräsentativ sind, und wobei das Wiederherstellungsmittel abschließende Abschätzungen des vierten Signals erzeugt und weiterhin ein Mittel umfasst, welches auf die vorsichtigen Abschätzungen des ersten Signals und des dritten Signals zum Bilden abschließender Abschätzungen des anderen Signals gemeinsam anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Signal ein Restsignal ist, welches aus einem Eingangssignal abgeleitet wurde, und das digitale Signal eine Kombination eines dritten und eines vierten Signals ist, wobei das dritte Signal Werte aufweist, welche für lineare Prädiktionskoeffizienten für das Eingangssignal repräsentativ sind, und wobei das Wiederherstellungsmittel weiterhin umfasst: ein Mittel, welches auf die vorsichtigen Abschätzungen (212) des analogen Signals zum Bilden linearer Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal anspricht; und ein Mittel, welches auf die linearen Prädiktionskoeffizienten (213) für die vorsichtigen Abschätzungen des analogen Signals zum Bilden abschließender Abschätzungen des Eingangssignals und des vierten Signals anspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Bildungsmittel der abschließenden Abschätzung die abschließende Abschätzung des Eingangssignals als Reaktion auf das dritte Signal bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erzeugungsmittel linearer Prädiktionskoeffizienten das übertragene Signal verarbeitet, als ob es das analoge Signal allein umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erzeugungsmittel linearer Prädiktionskoeffizienten umfasst: ein Bestimmungsmittel der Autokorrelationskoeffizienten (133) des übertragenen Signals; und ein Bildungsmittel der linearen Prädiktionskoeffizienten (133) aus diesen Autokorrelationskoeffizienten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erzeugungsmittel linearer Prädiktionskoeffizienten umfasst: ein Bestimmungsmittel der Autokorrelationskoeffizienten (133) des analogen Signals; und ein Bildungsmittel der linearen Prädiktionskoeffizienten (133) aus diesen Autokorrelationskoeffizienten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Bestimmungsmittel die Autokorrelationskoeffizienten des analogen Signals durch Bilden der Autokorrelationskoeffizienten des übertragenen Signals und durch Verarbeiten dieser Autokorrelationskoeffizienten des übertragenen Signals bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wiederherstellungsmittel sequenziell Abschätzungen des digitalen Signals bildet, wobei jede Abschätzung für den Wert des digitalen Signals zu einem Zeitpunkt repräsentativ ist und jede gebildete Abschätzung ohne Rücksicht auf vergangene oder zukünftige Abschätzungen des digitalen Signals gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Wiederherstellungsmittel umfasst: ein Bildungsmittel aller möglicher Sequenzen von N aufeinander folgenden, digitalen Signalen (135, 213); und ein Auswahlmittel für eine der Sequenzen (135, 213) unter Verwendung eines vorbestimmten Kriteriums.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wiederherstellungsmittel Blöcke von Abschätzungen digitaler Signale bildet, wobei jeder Block N Abschätzungen des digitalen Signals umfasst, wobei N eine vorbestimmte Zahl ist und jede Abschätzung einem abgeschätzten Wert des digitalen Signals bei einem unterschiedlichen von N Zeitpunkten entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Sender, wobei der Sender Mittel zum Übertragen des übertragenen Signals und Mittel zum Überlagern des analogen und des digitalen Signals aufweist, wobei das analoge Signal Werte aufweist, welche von den Werten des digitalen Signals unabhängig sind.
Verfahren zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, wobei ein übertragenes Signal mindestens eine Überlagerung eines analogen und eines digitalen Signals umfasst, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Erzeugen linearer Prädiktionskoeffizienten für das analoge Signal unabhängig von einer Gegenwart derartiger linearer Prädiktionskoeffizienten im übertragenen Signal als Reaktion auf ein Empfangen der Überlagerung des analogen und des digitalen Signals; und Wiederherstellen des analogen und des digitalen Signals aus dem übertragenen Signal als Reaktion auf die linearen Prädiktionskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das analoge Signal Werte aufweist, welche von den Werten des digitalen Signals unabhängig sind.