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Die
Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsvorrichtung von digitalen
Signalen mit einem Sendeteil und einem Empfangsteil, wobei der Sendeteil
am Eingang ein Sprachsignal mit der Bezeichnung Originalsignal erhält und enthält:
- – Mittel
zur Quellenkodierung mit einer Vielzahl von Quellenkodierern zur
Komprimierung des besagten Sprachsignals und die Ausgabe eines komprimierten
Signals mit einer bestimmten Ausgangsrate, wobei das besagte komprimierte
Signal eine messbare Verzerrung hat, und
- – Mittel
zur Auswahl eines Quellenkodierers unter einer Vielzahl von Kodierern.
Sie betrifft auch eine Telefonausrüstung und ein digitales Telekommunikationssystem.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Senden von digitalen
Signalen, das aus folgenden Schritten besteht:
- – Einem
Schritt für
den Empfang eines Sprachsignals mit der Bezeichnung Originalsignal,
- – einem
Schritt zur Quellenkodierung für
die Komprimierung des besagten Sprachsignals und die Ausgabe eines
komprimierten Signals mit einer bestimmten Ausgangsrate, wobei das
besagte komprimierte Signal eine messbare Verzerrung hat, und
- – einem
Schritt zur Auswahl eines Quellenkodierers unter einer Vielzahl
von Ko dierern zur Verwirklichung des Schritts der Quellenkodierung.
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Sie
betrifft schließlich
ein Verfahren für
den Empfang von digitalen Signalen mit einem Schritt zur Quellendekodierung.
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Die
Erfindung findet insbesondere in jedem Zellularterminal Anwendung,
welches nach einer digitalen Telekommunikationsnorm vom Typ GSM
(in Englisch Global System for Mobile Communications), PCS 1900
(Personal Communication System), PHS (Personal Handyphone System),
TDMA (Time Division Multiple Acces), CDMA (Code Division Multiple Access),
WBCDMA (Wide Band CDMA), UMTS (Universal Mobile Telecommunications
System) etc. arbeitet.
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Die
japanische, unter der Nummer 08237711 A veröffentlichte Zusammenfassung
beschreibt eine Sende- und Empfangsvorrichtung der im einleitenden
Absatz auf geführten
Art für
die Steigerung der Qualität
eines zu übertragenden
Audiosignals. Dafür enthält die Vorrichtung
Mittel für
das direkte Testen am Nutzsignal der Leistungen von Quellenkodiererfamilien,
die nacheinander aus einer Liste verfügbarer Familien ausgewählt werden,
und Mittel zum Vergleichen jedes Ausgangssignal mit dem Originalsignal,
um nur das am nächsten
am Originalsignal liegende kodierte Signal zu übertragen. Das
EP 0 417 739 enthüllt ebenfalls eine derartige
Vorrichtung.
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Die
Erfindung schlägt
ein ökonomischeres Verfahren
für die
Optimierung des Kompromisses zwischen der Sendequalität des Sprachsignals
und der Kapazität
des Kommunikationsmittels in digitalen Telekommunikationsvorrichtungen
mit einer Quellenkodierung vor.
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Dafür wird eine
Vorrichtung der im einleitenden Absatz aufgeführten und dafür bemerkenswerten
Art vorgesehen, dass die besagten Auswahlmittel enthalten:
- – Rechenmittel,
um eine Bewertung der Verzerrung des komprimierten Signals durchzuführen,
- – Kontrollmittel,
um diese Bewertung mit Vorgabewerten zu vergleichen und einen Quellenkodierer unter
Berücksichtigung
des Ergebnisses des besagten Vergleichs auszuwählen.
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Somit
wird jedes Originalsignal nur einem einzigen Test der Quellenkodierung
vor der Auswahl des optimalen Kodierers unterzogen, wobei man in derselben
Kodiererfamilie bleibt.
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Einem
wichtigen Merkmal der Erfindung zufolge enthält das Empfangsteil eine Vielzahl
von mit den besagten Quellenkodierern kompatiblen Dekodierern und
mit den besagten Kontrollmitteln zusammenarbeitenden Steuerungsmittel
für die
automatische Auswahl unter der Vielzahl von Dekodierern eines mit
dem Quellenkodierer, der von den besagten Steuerungsmittel ausgewählt wurde,
kompatiblen Dekodierers.
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Nach
einer besonderen Ausführungsform der
Erfindung gibt der Quellenkodierer ein internes Restfehlersignal
aus, und die besagten Rechenmittel verwenden das besagte Fehlersignal
für die
Bewertung der besagten Verzerrung.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
enthalten die Rechenmittel:
- – Mittel
zur umgekehrten Quellendekodierung in Zusammenarbeit mit den Mitteln
für die
Quellenkodierung für
die Ausgabe eines dekodierten Signals ausgehend von dem besagten
komprimierten Signal,
- – Mittel
für den
Vergleich des dekodierten Signals mit dem Originalsignal für die Ausgabe
eines Restfehlersignals und
- – Mittel
für die
Verarbeitung des Restfehlersignals, um davon die besagte Bewertung
abzuleiten. Es wird ein Sendeverfahren der im einleitenden Absatz
aufgeführten
und dadurch bemerkenswerten Art vorgesehen, dass der besagte Auswahlschritt
enthält:
- – Einen
Unterrechenschritt, um eine Bewertung der Verzerrung des komprimierten
Signals durchzuführen,
- – einen
Unterkontrollschritt, um diese Bewertung mit Vorgabewerten zu vergleichen
und einen Quellenkodierer unter Berücksichtigung des Ergebnisses
des besagten Vergleichs auszuwählen.
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Die
Erfindung liefert schließlich
ein Empfangsverfahren der im einleitenden Absatz aufgeführten Art
zum Dekodieren eines komprimierten Signals mit einem Sendeverfahren
des vorhergehenden und dadurch bemerkenswerten Typs, dass es einen
automatischen Auswahlschritt eines Dekodierers unter einer Vielzahl
von verfügbaren
Dekodierern unter Berücksichtigung
des besagten ausgewählten
Quellenkodierers enthält.
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Die
folgende Beschreibung wird hinsichtlich der beigefügten Zeichnungen
als nicht erschöpfendes
Beispiel gut verständlich
machen, wie die Erfindung gebaut werden kann.
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1 ist
ein Blockschema eines herkömmlichen
digitalen Senders.
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2 ist
ein Blockschema des Sendeteils einer Sende- und Empfangsvorrichtung
nach der Erfindung.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
des auf 2 schematisierten Sendeteils.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
auf 2 schematisierten Sendeteils.
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5 ist
ein Organigramm zur Veranschaulichung eines Sendeverfahrens nach
der Erfindung. 6 zeigt ein Beispiel eines digitalen
Telekommunikationssystems nach der Erfindung.
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Die
generelle Struktur eines digitalen Senders für ein System vom Typ GSM, d.
h. ohne Spektrumsspreizung, wird auf 1 gezeigt.
Er enthält eine
Quelle 10, einen Quellenkodierer 11 (COD), einen
Kanalkodierer 12, einen Multiplexer 13, einen Modulator 14 (MOD),
eine Vorrichtung 15 für
die Übertragung
des Signals mit Funkfrequenz fr und eine Antenne 16.
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Das
von der Quelle 10 ausgegebene Signal S ist entweder analog,
wie z. B. die Sprache, und muss demnach digitalisiert werden, oder
direkt digital, wie die Signale zur Signalübermittlung. Hier interessiert
das Sprachsignal, dessen Sendequalität man zu verbessern versucht.
Dieses Signal wird vom Quellenkodierer 11 einer Kodierung
mit der Bezeichnung Quellenkodierung unterzogen, um die zu sendende
Informationsmenge zu minimieren.
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Es
gibt zahlreiche Verfahren zur Quellenkodierung, wie die Pulskode-Modulation (PCM)
oder die Analyse-durch-Synthese-Kodierung. Das erste führt eine
Abtastung mit 8 kHz (etwas mehr als zwei mal die höchste vorhandene
Frequenz entsprechend dem Nyquist-Kriterium) der sogenannten „Telefonbandbreite", die zwischen 300
und 3400 Hz liegt, durch. Jedes Muster ist über acht Bits kodiert. Man erhält einen
Datenfluss von 8·8
= 64 KBits. Das derzeit in der GSM-Norm verwendete zweite Verfahren verwendet
ein Modell zur Erzeugung von Sprache mit Hilfe einer Analyse vom
Typ LPC (in Englisch Linear Predictive Coding) des Sprachsignals.
Unter Verwendung dieses Kodierertyps und dieser Varianten erhält man Datenflüsse weit
unter den mit der PCM-Kodierung erhaltenen, wie z. B. 13 KBits/s
für den GSM-Kodierer
bei vollem Datenfluss Das so kodierte Signal wird von einem zweiten
Kodierer 12, dem sogenannten Kanalkodierer, mit dem Ziel
verarbeitet, der zu übertragenden
Sequenz von Symbolen Redundanz hinzuzufügen, um die Risiken von Fehlern bei
der Übertragung
zu vermindern. Die kodierten Daten werden dann formatiert und zwischen
den verschiedenen logischen Kanälen
vom Multiplexer 13 unter Berücksichtigung des für die Übertragung
verwendeten Mehrfachzugrifftyps multiplexiert. Für z. B. ein Zeitmultiplexsystem
belegt ein physischer Kanal nur einen begrenzten Zeitabschnitt.
Man muss folglich die kodierten Informationsblöcke in Unterblöcke teilen,
um sie in die Zeitintervalle auf dem Funkweg einzufügen.
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Nach
der Fertigstellung des Multiplexings wird die Symbolesequenz vom
Modulator 14 moduliert. Diese Operation besteht aus der
Umwandlung der Symbolefolge in ein über den Kanal zu sendendes
Signal. Das Signal wird dann in eine dem gewählten Modulationstyp entsprechende
Wellenform gewandelt. Die Modulation bewirkt einen Überlauf auf
die benachbarten Kanäle,
den man filtern muss. Die geeignete Vorrichtung 15 überträgt dann
das Signal mit der Funkfrequenz fr, d. h. mit der Trägerfrequenz
des Kanals, bevor es über
die Antenne 16 mit Funkwellen übertragen wird.
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Da
der Empfänger
gleichfalls auf herkömmliche
Weise gebildet wird kann der Fachmann leicht dessen Struktur von
der des soeben beschriebenen Senders ableiten.
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Eine
Sendevorrichtung entsprechend der Erfindung wird auf 2 dargestellt.
Die mit der der 1 gemeinsamen Blöcke haben
dieselben Referenzen. Der herkömmlichen
Sendekette wurden ein Rechenblock 21 sowie ein Kontrollblock 23 hinzugefügt. Der
Rechenblock 21 enthält
Messmittel, um eine Bewertung der Verzerrung des Ausgangssignals
des Quellenkodierers 11 durchzuführen. Der Block für die Quellenkodierung 11 enthält mehrere
Kodierer, die von dem Kontrollblock 23 ausgewählt werden
können.
Dafür vergleicht
der Kontrollblock 23 die Bewertung der Verzerrung mit Grenzwerten,
die in einer Tabelle im Gerätespeicher
abgelegt sind, und wählt
unter Berücksichtigung
des Ergebnisses des Vergleichs unter den im Block für die Quellenkodierung 11 verfügbaren Kodierern
einen Quellenkodierer aus.
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Die
verschiedenen Kodierer können
z. B. in aufsteigender Präzisionsfolge,
d. h. in aufsteigender Ausgangsratenfolge referenziert werden. In
diesem Fall wählt
der Kontrollblock, wenn ein Grenzwert hoher (respektive niedriger)
Referenz erreicht wird, für die
Bewertung der Verzerrung automatisch den in Sachen Präzision direkt
verfügbaren
höheren
(respektive niedrigeren) Kodierer aus.
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Der
Kontrollblock 23 muss dann eine Anfrage an das Netz stellen,
um einen Wechsel des Kodierers zu beantragen, und muss dessen Einverständnis abwarten,
bevor er tatsächlich
den neuen besser angepassten Kodierer auswählt. Im Falle der Verweigerung
durch das Netz wird der alte Kodierer beibehalten. Tatsächlich ist
es absolut erforderlich, dass die zwei kommunizierenden Teile, hier
das Funktelefon und das Netz, miteinander kompatible Kodierer und Dekodierer
verwenden.
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Bestimmte
Netze übertragen
die digitalen Meldungen von Mobiltelefon zu Mobiltelefon, ohne die
Dekodierung der Information vorzunehmen. In diesem Fall müssen die
Empfänger
der mobilen Telefongeräte
einen dazu fähigen
Dekodierer verwenden, die vom Sender ihrer Korrespondenten übertragenen Meldungen
zu dekodieren. Dafür
sieht die Erfindung vor, dass die Auswahl eines Quellenkodierers
im Sender der Sende- und Empfangsvorrichtung automatisch die Auswahl
eines kompatiblen Dekodierers im Empfänger auslöst.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
der Erfindung für
die Bewertung der Verzerrung des Signals am Ausgang des Quellenkodierers 11.
Nach dieser Ausführungsform
führt man
eine Subtraktion 31 zwischen dem Originalsprachsignal S
und dem vom Quellenkodierer 11 kodierten und dann von einem umgekehrten
Dekodierer 33 dekodierten Signal durch, um ein Fehlersignal
e zu erhalten, welches den Fehler zwischen dem gesendeten und dem
kodierten Signal darstellt. Dieser Fehler e wird dann von einem
perzeptiven Filter 34 gefiltert, und es wird seine Energie
von einem Energierechenblock berechnet 35. Man erhält am Ausgang
der Rechenvorrichtung 31+33+34+35 eine
Bewertung E der Verzerrung bedingt durch den Kodierer 11,
die vom Kontrollblock 23 verarbeitet wird.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung für
die Bewertung der Verzerrung des Signals am Ausgang des Quellenkodierers.
Nach dieser Ausführungsform
enthält
der Quellenkodierer 11 einen internen Restfehler ER, auf
den man zugreifen kann, um ihm Informationen zu entnehmen. Dieser Restfehler
wird dann von einem perzeptiven Filter 41 gefiltert (dieser
Filter ist bereits in der Sendekette der der Norm GSM EFR 06.60
entsprechenden Funktelefone vorhanden). Die Energie des gefilterten
Fehlers wird dann von einer Energierechenvorrichtung 43 berechnet,
um dem Kontrollblock 23 eine Bewertung E der Verzerrung
des Signals bedingt durch den Quellenkodierer 11 zu liefern.
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Ein
Verfahren nach der Erfindung wird auf 5 gezeigt.
Es enthält
die Schritte K0 bis K7. Der Schritt K0 zeigt den Empfang des Sprachsignals
S vom Quellenkodierer. Das Signal S wird dann einem doppelten Kodierungschritt
K1 unterzogen: Einer Quellenkodierung für die Komprimierung des zu übertragenden
Signals und einer Kanalkodierung für dessen Schutz gegen Übertragungsfehler.
Bei Schritt K2 führt
man eine Bewertung E der vom Sprachkodierer in das Originalsignal
eingebrachten Verzerrung durch. Diese Bewertung E kann z. B. nach
einem in Bezug auf 3 und 4 beschriebenen Verfahren
durchgeführt
werden. Das Verfahren wird mit einem Kontrollschritt fortgesetzt,
der einen Unterschritt K3 für
den Vergleich der bewerteten Verzerrung E mit Vorgabewerten enthält, gefolgt
von einem Unterschritt für
die Entscheidung K4, um unter Berücksichtigung dieser Bewertung
unter den im Sender vorhandenen Kodierern einen Kodierer auszuwählen. Nachdem
die Wahl des Quellenkodierers stattfand muss der Kontrollblock diese
Wahl über
das Funktelefonnetz bestätigen
lassen. Der Schritt K5 besteht aus dem Stellen einer Anfrage an
das Netz um es anzufordern, den alten Kodierer durch den ausgewählten Kodierer
zu ersetzen und die Antwort aus dem Netz abzuwarten. Wenn die Antwort
positiv ist (K6), ersetzt der zuvor ausgewählte Kodierer den alten im
Sender, ansonsten (K7), wird der alte Kodierer beibehalten.
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Dieses
Verfahren wird vorzugsweise einmal pro Datenraster ausgeführt. Aber
wenn das Netz oder der Empfänger
des Mobiltelefons des Korrespondenten keine Wahl des Dekodierers
zulässt
(sie verfügen
z. B. nur über
einen einzigen Dekodierer oder aber der Datenfluss ist inakzeptabel),
wird das Verfahren nur ein einziges mal pro Verbindung oder Kommunikation
ausgeführt.
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6 zeigt
ein zellulares Funktelekommunikationssystem, z. B. vom Typ GSM.
Allerdings kann die Erfindung in jedem digitalen Kommunikationssystem
umgesetzt werden, für
die eine Quellenkodierung des Audiosignals durchgeführt wird.
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Das
in 6 schematisierte System enthält zwei Basisfunkstationen 60, 61,
die mit dem GSM-Netz 62 verbunden sind, sowie zwei Mobiltelefone 63 und 64,
die innerhalb eines Erfassungsbereichs 65, welcher den
Funkerfassungsbereich des GSM-Netzes
darstellt, über
die Basisstationen 60, 61 und des Netz 62 auf
dem Funkweg miteinander kommunizieren können. Die Stationen 60, 61 bilden
die Funknahtstelle zwischen dem GSM-Netz 62 und den Mobiltelefonen 63, 64.
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Die
derzeitige GSM-Norm sieht die Dekodierung durch das Netz der von
den sendenden Mobiltelefonen kodierten und gesendeten Meldungen
vor deren Übertragung
an die empfangenden Mobiltelefone vor. Die in den Mobiltelefonen
vorgesehenen Mittel für
die Quellenkodierung müssen
folglich mit den vom Netz verwendeten Mitteln für die Dekodierung kompatibel
sein.
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Nach
einer besonderen Ausführungsform, die
insbesondere der aktuellen GSM-Norm entspricht, muss der sendende
Teil des Mobiltelefons 63, nachdem er einen Quellenkodierer
ausgewählt hat,
wie dies zuvor beschrieben wurde, eine Anfrage an das Netz 60, 61, 62 senden,
um die Anpassung seiner Dekodierungsmittel an den Quellenkodierer anzufordern,
der soeben beim Senden ausgewählt wurde.
Beim Empfang einer Bestätigungsmeldung kann
der sendende Teil des Mobiltelefons 63 dann tatsächlich den
Kodierer wechseln.
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Allerdings
ist für
den Fall, dass das Netz keine Dekodierung der von den Mobiltelefonen
kodierten Meldungen durchführt,
sondern sich mit deren Übertragung
begnügt,
eine andere Ausführungsform vorgesehen.
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Man
unterscheidet bei einer Verbindung zwischen zwei Mobiltelefonen
ein eine Sprachmeldung sendendes Mobiltelefon, z. B. das Mobiltelefon 63, und
ein empfangendes Mobiltelefon, z. B. das Mobiltelefon 64.
Der Erfindung zufolge wählt
das Mobiltelefon 63 einen Quellenkodierer, aber anstatt
beim Netz die Genehmigung zur Verwendung dieses Quellenkodierers
zu beantragen adressiert es eine Anfrage an das empfangende Mobiltelefon 64 in
der Form einer Signalmeldung über
das Netz. Denn wenn das Netz die beim Senden kodierten Meldungen
nicht dekodiert, obliegt diese Aufgabe dem empfangen den Mobiltelefon 64.
Dafür muss
der empfangende Teil des Mobiltelefons 64 mit Mitteln ausgestattet
sein, um einen Dekodierer zu wählen,
der mit dem beim Senden verwendeten Quellenkodierer kompatibel ist. Diese
Mittel enthalten eine Vielzahl von Dekodierern, die mit den Quellenkodierern
des Sendeteils kompatibel sind, sowie Steuerungsmittel für die automatische
Auswahl auf Anfrage des sendenden Mobiltelefons eines kompatiblen
Dekodierers unter der Vielzahl von Dekodierern.
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Auch
ist vorgesehen, um die Kommunikation zwischen den beiden Mobiltelefonen
symmetrisch zu machen, dass jeder einen selben Kodierer und einen selben
Dekodierer verwendet, jedoch ist dies nicht obligatorisch. Denn
die Kommunikation kann einen Kodierungs- und Dekodierungs-Typ in
die eine und einen anderen in die andere Richtung verwenden. Zur
Homogenisierung des Systems sieht die Erfindung vor, dass der Empfangsteil
eines Mobiltelefons automatisch einen Dekodierer wählt, der
mit dem zuvor beim Senden gewählten
Kodierer kompatibel ist. Dafür
enthält
der Empfangsteil eine Vielzahl von Dekodierern, die mit den besagten
Quellenkodierern kompatibel sind, und Steuerungsmittel, die mit
den Kontrollmitteln des Sendeteils zusammenarbeiten, um unter der
Vielzahl von Dekodierern automatisch einen Dekodierer auszuwählen, der
mit dem beim Senden gewählten
Quellenkodierer kompatibel ist.