FI110734B - Kanavakoodekkien testisilmukoita - Google Patents

Description

1 110734

Kanavakoodekkien testisilmukoita

Nyt esillä oleva keksintö liittyy menetelmään dekoodauksen suorituskyvyn mittaamiseksi tietoliikennejärjestelmässä.

5 Langattomassa digitaalisessa tiedonsiirrossa analoginen puheinfor- maatio tulee ennen lähetystä koodata digitaaliseen muotoon ja sen jälkeen varmentaa kanavakoodauksella, jotta voidaan varmistaa riittävän hyvä äänen laatu signaalia vastaanotettaessa. Esimerkiksi perinteisessä GSM-puhekoo-dauksessa puhekoodekit ovat käyttäneet vakionopeuksia. GSM-järjestelmässä 10 on ollut käytössä kaksi täydennopeuden puhekoodekkia ja yksi puolennopeu-den puhekoodekki. Täydennopeuden puhekoodekkien ulostulobittinopeudet ovat joko 13 tai 12,2 kbit/s, kun taas puolennopeuden puhekoodekki tuottaa 5,6 kbit/s ulostulonopeuden. Nämä koodattuja puheparametreja kuvaavat ulostulobitit syötetään kanavakooderille. Kanavakoodaus suoritetaan peräk-15 käisten toimenpiteiden joukkona, joiden tehtävänä on lisätä redundanssia in-formaatiosekvenssiin. Koodaus suoritetaan yleensä määrätylle määrälle si-sääntulobittejä. Kanavakooderin ulostulobittinopeus on säädetty täydennopeuden liikennekanavalla arvoon 22,8 kbit/s ja vastaavasti puolennopeuden lii-kennekanavalla arvoon 11,4 kbit/s.

20 Näin ollen kaikki perinteiset GSM-koodekit toimivat kiinteällä jaolla puhe- ja kanavakoodauksen bittinopeuksien välillä, riippumatta kanavan laatutasosta. Nämä bittinopeudet eivät vaihdu, ellei myös liikennekanava vaihdu, LV mikä on lisäksi hidas prosessi. Näin ollen, tämä melko joustamaton lähesty mistapa, toisaalta halutun puheen laadun suhteen ja toisaalta järjestelmän ka-25 pasiteetin optimoinnin suhteen, on johtanut AMR-koodekin (Adaptive Multi-: ·..: Rate) kehittämiseen.

AMR-koodekki sovittaa puhe- ja kanavakoodauksen bittinopeuksien jaon kanavan laadun suhteen, jotta varmistettaisiin paras mahdollinen puheen laatu kokonaisuudessaan. AMR-puhekooderi koostuu moninopeuksisesta pu-30 hekooderista, lähdeohjatusta nopeussäännöstöstä (rate scheme), joka käsittää puheaktiivisuuden ilmaisun ja mukavuuskohinan generointijärjestelmän, sekä virheenkätkentämekanismin siirtotien virheiden ja kadotettujen pakettien vaikutusten vastaan taistelemiseksi. Moninopeuksinen puhekooderi on yksittäinen integroitu puhekoodekki, jolla on kahdeksan lähdenopeutta välillä 4,75 35 - 12,2 kbit/s ja matalanopeuksinen taustaäänien koodausmoodi.

2 1Ί 07 34

Esimerkiksi GSM-järjestelmässä on asetettu koodekeille useita suo-rituskriteereitä, jolloin suoritusarvoja voidaan mitata esimerkiksi millä tahansa liikennekanavalla vastaanotetun datan kehysten katoamissuhteella (FER), bittivirhesuhteella (BER) tai residuaalisella bittivirhesuhteella (RBER). Lisäksi on 5 suorituskyvyn mittaamisen automatisoinnin mahdollistamiseksi kehitetty joukko testisilmukoita. Joukko ennalta määritettyjä testisilmukoita ajetaan matkaviestimillä, jotka on kytketty systeemisimulaattoriin. Systeemisimulaattori aktivoi tietyn testisilmukan ja alkaa syöttää joko satunnaista tai ennalta määritettyä testidataa koodekille. Matkaviestin syöttää kanavadekoodauksen suorittami-10 sen jälkeen muodostetun datan takaisin systeemisimulaattorille. Tällöin systeemisimulaattori pystyy vertaamaan takaisin silmukoitua dataa lähetettyyn dataan. Näin esimerkiksi koodekin kanavadekoodausosan suorituskykyä voidaan mitata usean eri kriteerin suhteen.

Yllä kuvatussa järjestelyssä on kuitenkin se ongelma, että nämä 15 testisilmukat on suunniteltu sopimaan erityisesti aiemmille GSM-koodekeille. Kuitenkin AMR-koodekit käsittävät toimintoja, joita ei ole aiemmissa koode-keissa, ja näin ollen kaikkia AMR-koodekkien toimintoja ei voida testata käyttämällä tunnettuja testisilmukoita.

Keksinnön lyhyt selostus : 20 Keksinnön tavoitteena on saada aikaan parannettu menetelmä ja menetelmän toteuttava laitteisto ainakin joidenkin yllä mainittujen ongelmien •: · välttämiseksi. Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmillä ja laitteistolla, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä vaatimuksissa. Keksin-'' ’: nön edulliset suoritusmuodot on kuvattu epäitsenäisissä vaatimuksissa.

25 Keksintö perustuu ajatukselle, jonka mukaan määritettäessä de koodauksen suorituskykyä tietoliikennejärjestelmässä, joka käsittää dekoode-rin ja testilaitteen testidatan syöttämiseksi dekooderille, mittaus aloitetaan muodostamalla testilaitteessa testidata, joka testidata käsittää puheparametre- .·. ; ja ja kaistansisäistä dataa, jotka kanavakoodataan johonkin kehysformaattiin, • · 30 edullisesti puhekehysformaattiin, ja jotka sen jälkeen lähetetään dekooderille . dekoodattavaksi. Dekooderi erottaa ainakin osan kaistansisäisestä datasta dekoodatusta testidatasta, lähettää ainakin osan kaistansisäisestä datasta takaisin testilaitteelle, jolloin puheparametreja tai mitään muuta dataa ei lähete-V tä. Sen jälkeen dekoodauksen suorituskyky määritetään vertaamalla testilait- 35 teessä lähetettyä kaistansisäistä dataa ja vastaanotettua kaistansisäistä dataa.

3 110734

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston eräänä etuna on, että myös kaistansisäisen dekooderin suorituskyky voidaan mitata. Keksinnön toisena etuna on, että koska ainoastaan kaistansisäinen data silmukoidaan takaisin dekooderilta, voidaan erilaisiin uplink- ja downlink-suunnan puhekoo-5 dekkien bittinopeuksiin liittyviä toteutusongelmia vähentää. Edelleen keksinnön etuna on, että olemassa olevia testilaitteita voidaan hyödyntää vain hyvin pienin muokkauksin.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä kuvataan seuraavaksi tarkemmin sen edullisten suori-10 tusmuotojen yhteydessä viittaamalla oheisiin piirroksiin, joissa

Kuvio 1 esittää radiojärjestelmää, jossa käytetään keksinnön mukaista menetelmää;

Kuvio 2 esittää kanavakoodausketjun yleistä rakennetta kooderissa;

Kuvio 3 havainnollistaa TCH/AFS-kehysten muodostusta eri koo-15 dekkimoodeillle;

Kuvio 4 havainnollistaa TCH/AHS-kehysten muodostusta eri koo-dekkimoodeillle;

Kuvio 5 esittää vuokaaviota, joka havainnollistaa keksinnön mukais-: . ta uutta testimenetelmää; ja ; 20 Kuvio 6 esittää lohkokaavion, joka havainnollistaa keksinnön mu- ; ;' kaista menetelmää käyttävää testilaitteistoa.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksintöä kuvataan seuraavaksi yksityiskohtaisemmin käyttäen GSM-järjestelmää keksinnön suoritusmuotojen edullisena sovelluskohteena. 25 Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu vain GSM-järjestelmään, vaan sitä voidaan hyödyntää missä tahansa vastaavassa järjestelmässä, jossa testisilmu-koiden toteutus kohtaa vastaavanlaisia ongelmia. Näin ollen keksintöä voidaan soveltaa esimerkiksi VVCDMA-järjestelmiin (Wideband Code Division Multiple ‘; t ] Access), joissa myös tuetaan AMR-koodekkia (Adaptive Multi-Rate).

'·> 30 Kuviossa 1 näytetään esimerkki radiojärjestelmästä, jonka eräät * · · osat hyödyntävät keksinnön mukaista menetelmää. Esitetty solukkoradiojärjes- telmä käsittää tukiasemaohjaimen 120, tukiasemia 110 ja joukon tilaajapääte-laitteita 100, 101. Tukiasemat 110 ja tilaajapäätelaitteet toimivat lähetin-: · vastaanottimina solukkoradiojärjestelmässä. Tilaajapäätelaitteet muodostavat :”· 35 yhteyden toisiinsa signaaleilla, jotka kulkevat tukiaseman 110 kautta. Tilaaja- 4 110734 päätelaite 100 voi olla esimerkiksi matkaviestin. Kuviossa 1 esitetty radiojärjestelmä voi olla esimerkiksi GSM-järjestelmä ja radiojärjestelmässä voidaan käyttää esimerkiksi TDMA-monipääsymenetelmää.

GSM-järjestelmässä on useita loogisia kanavia, joiden tiedonsiirto 5 tapahtuu fyysisten kanavien muodostamassa kehyksessä. Jokainen looginen kanava suorittaa tiettyä tehtävää. Loogiset kanavat voidaan jakaa kahteen ryhmään: liikennekanaviin (TCH) ja kontrollikanaviin (CCH). GSM:n liikenne-kanavat puheelle ovat TCH/FS (Full Rate Speech Channel), TCH/HS (Half-Rate Speech Channel), TCH/EFS (EFR Speech Channel), TCH/AFS (AMR 10 Speech on FS Channel) ja TCH/AHS (AMR Speech on HS Channel). Lisäksi GSM-järjestelmään on määritelty useita kontrollikanavia, joista useimpia käytetään puhelun muodostukseen ja synkronointiin. Kuitenkin SACCH- (Slow Associated Control Channel), FACCH- (Fast Associated Control Channel) ja RATSCCH- (Robust AMR Traffic Synchronized Control Channel) kanavia 15 käytetään myös AMR-puhelun aikana. Sekä SACCH:ta että FACCH:ta käytetään signalointidatan lähettämiseen yhteyden aikana, jolloin joka 26:s TDMA-kehys käsittää yhden SACCH:lle allokoidun aikavälin, kun taas FACCH-kana-vaa käytetään vain tarvittaessa. Myös RATSCCH-kanavaa, jota käytetään yh-teydenaikaisten AMR-konfiguraatioiden muokkaamiseen radiorajapinnalla, :·.·. 20 käytetään vain tarvittaessa. Kun FACCH:ta ja RATSCCH:ta tarvitaan, niille al- : ·, · lokoidaan tarvittavat aikavälit ’’varastamalla” niitä TCH-puhekehyksistä.

| Perinteisessä GSM-puhekoodauksessa puhekoodekeilla on ollut kiinteät nopeudet. GSM-järjestelmässä on käytetty kolmea puhekoodekkia: ’···’ täydennopeuden (FR) puhekoodekki, joka perustuu RPE-LTP-menetelmään 25 (Regular Pulse Excited - Long Term Prediction), puolennopeuden (HR) puhe-. koodekki, joka perustuu CELP/VCELP-menetelmään (Codebook Excited Li near Prediction) ja parannettu täydennopeuden (EFR) puhekoodekki, joka perustuu ACELP-menetelmään (Algebraic Codebook Excited Linear Prediction). Puhekoodekit syöttävät puheparametreja kanavakoodekille 20 ms:n välein. ; \ 30 Koska aktiivisen puhelun loogisen kanavan jaotus kestää 120 ms, se käsittää kuusi puhekehystä. Sekä täydennopeuden liikennekanavalla (TCH/FS) että parannettua koodausta käyttävällä täydennopeuden liikennekanavalla (TCH/EFS) uusi puhekehys lähetetään joka neljännessä TCH-informaatiota käsittävässä purskeessa. Jokaista 20 ms puhekehystä kohden täydennopeu-: ·. · 35 den puhekoodekki FR syöttää 260 bittiä ja parannettu täydennopeuden puhe- , , ’ koodekki EFR 244 bittiä, jotka bitit vastaavat koodattuja puheparametreja, joi- 5 110734 loin tuloksena on vastaavasti ulostulobittinopeudet 13 kbit/s ja 12,2 kbit/s. Puo-lennopeuden liikennekanavalla (TCH/HS) uusi puhekehys lähetetään joka toisessa TCH-informaatiota käsittävässä purskeessa. Jokaista 20 ms puheke-hystä kohden puolennopeuden puhekoodekki HR syöttää 112 koodattuja pu-5 heparametreja vastaavaa bittiä, jolloin tuloksena on vastaavasti ulostulobitti-nopeus 5,6 kbit/s.

Nämä koodattuja puheparametreja vastaavat bitit syötetään kana-vakooderiin. Kanavakoodaus suoritetaan peräkkäisten toimenpiteiden joukkona, joiden tehtävänä on lisätä redundanssia informaatiosekvenssiin. Koodaus 10 suoritetaan yleensä määrätylle määrälle sisääntulobittejä. Suurempi koodauksen hyötysuhde saavutetaan kasvattamalla koodauksen kompleksisuutta. Lä-hetysviiveet ja rajoitetut laiteresurssit kuitenkin rajoittavat reaaliaikaisissa sovelluksissa käytettävissä olevaa kompleksisuutta.

Seuraavassa viitataan kuvioon 2, joka havainnollistaa kanavakoo-15 dausketjua kooderissa. Puheparametrien kanavakoodaus koostuu useista lohkoista. Puheparametrien biteille suoritetaan bittien uudelleen järjestäminen (200) niiden suhteellisen tärkeyden mukaisesti, jolloin bitit jaetaan luokkiin 1 A, 1B ja 2. Kaikkein tärkeimmille biteille, eli luokan 1A biteille, suoritetaan CRC-arvon (Cyclic Redundancy Check) laskeminen (202). CRC-tekniikan käyttämi-20 nen lisää lähetykseen muutaman ylimääräisen bitin, joita voidaan käyttää vas-,··,· taanottimessa virheiden havaitsemiseen lähetetyistä kehyksistä. Luokan 1B

! : bittejä ei suojata CRC:llä. Sekä luokan 1A että luokan 1B bitit suojataan konvoluutiokoodauksella (204), joka on menetelmä redundanssin lisäämiseksi • » kanavalla lähetettäviin bitteihin. Konvoluutiokooderissa ulostulobittejä 25 muodostetaan enemmän kuin sisääntulobittejä. Tapa, jolla redundanssia lisätään, mahdollistaa maximum-likelihood-algoritmin suorittamisen konvoluutiokoodatuille biteille vastaanottimessa lähetyksen aikana syntyneiden signaalivirheiden korjaamiseksi. Kanavalla lähetettävien bittien lukumäärä on rajoitettu. Punkturointi (206) on menetelmä, jota käytetään 30 kanavalla lähetettävien bittien lukumäärän vähentämiseksi poistamalla bittejä .'·· konvoluutiokoodatusta datasta. Dekooderi tietää, mitkä bitit on poistettu, ja " lisää niiden tilalle uudet bitit. FR-kanavalla voidaan lähettää 456 bittiä 20 ms:ssa, mistä saadaan täydennopeuden liikennekanavalle kokonaisnopeudeksi 22,8 kbit/s. Vastaavasti HR-kanavalla voidaan lähettää :v* 35 228 bittiä 20 ms:ssa, mistä saadaan puolennopeuden liikennekanavalle ' ’ kokonaisnopeudeksi 11,4 kbit/s, mikä on siis tasan puolet täydennopeuden liikennekanavalla käytettävästä kokonaisnopeudesta.

6 110734

Kuten edellä on kuvattu, kaikki aiemmat GSM-koodekit toimivat kiinteällä jaolla puhe- ja kanavakoodauksen bittinopeuksien välillä, riippumatta kanavan laatutasosta. Nämä bittinopeudet eivät vaihdu, ellei myös liikenne-kanava vaihdu (FR:stä HR:ään tai päinvastoin), mikä on lisäksi hidas prosessi, 5 joka edellyttää kerroksella 3 (L3) tapahtuvaa signalointia. Tämä kiinteä jako ei hyödynnä sitä tosiasiaa, että kanavakoodauksen aikaansaama suojaus riippuu suuresti kanavaolosuhteista. Kun kanavaolosuhteet ovat hyvät, voitaisiin käyttää alhaisempaa kanavakoodauksen bittinopeutta, mikä mahdollistaisi suuremman bittinopeuden käytön puhekoodekissa. Täten dynaamisen jaon mah-10 dollistaminen puhe- ja kanavakoodauksien bittinopeuksien välillä kasvattaisi puheen kokonaislaatua. Tämän ajatuksen kehittely johti AMR-koodekin standardointiin.

AMR-koodekki sovittaa virheenkorjaustason radiokanava- ja liikenneolosuhteisiin siten, että se pyrkii aina valitsemaan optimaalisen kanavan ja 15 koodekkimoodin (puhe- ja kanavabittinopeudet) parhaimman mahdollisen puheen laadun saavuttamiseksi. AMR-koodekki toimii joko GSM FR- tai HR-kanavalla ja sillä saadaan muodostettua puolennopeuden kanavallakin hyvissä olosuhteissa loppukäyttäjälle välittyvä puheen laatu, joka on verrattavissa lankapuhelimeen.

20 AMR-puhekooderi koostuu moninopeuksisesta puhekooderista, ···' lähdeohjatusta nopeussäännöstöstä, joka käsittää puheaktiivisuuden ilmaisun t ; 1 ja mukavuuskohinan generointijärjestelmän, sekä virheenkätkentämekanismin siirtotien virheiden ja kadotettujen pakettien vaikutusten vastaan taistelemisek- » ' · · · si. Moninopeuksinen puhekooderi on yksittäinen integroitu puhekoodekki, jolla 25 on kahdeksan lähdenopeutta välillä 4,75 - 12,2 kbit/s ja matalanopeuksinen \ . taustaäänien koodausmoodi. Puhekooderi pystyy vaihtamaan bittinopeuttaan tarvittaessa jokaisella 20 ms:n puhekehyksellä.

AMR-koodekki käsittää kahdeksan puhekoodekkia bittinopeuksilla 12.2, 10.2, 7.95, 7.4, 6.7, 5.9, 5.15 ja 4.75 kbit/s. Täydennopeuden kanavalle 30 on määritetty kaikki kahdeksan koodekkia, kun taas kuusi hitainta on määritetty puolennopeuden kanavalle, kuten nähdään seuraavasta taulukosta.

__12.2 10.2 7.95 7.4 6.7 5.9 5.15 4.75 TCH/AFS _X__X__X__X__X___X__X_

TCH/AHS x| X [ x| X [ x| X

7 110734

Matkaviestimessä tulee olla käytössä kaikki koodekkimoodit. Verkko voi kuitenkin tukea mitä tahansa niiden yhdistelmää. AMR:ää käytettäessä koodekkimoodin valinta suoritetaan aktiivisesta koodekkimoodijoukosta (ACS, Active Codec Set), joka joukko voi käsittää 1 - 4 AMR-koodekkimoodia. Tämä 5 joukko voidaan määrittää uudelleen puhelunmuodostusvaiheessa, handover-tilanteessa tai RATSCCH-signaloinnin avulla. Jokainen koodekkimoodi saa aikaan erilaisen virhesuojaustason käyttämällä erilaista jakoa puhe- ja kanava-koodauksen välillä. Kaikkia puhekoodekkimoodeja voidaan vaihdella ilman L3-signalointia, mikä mahdollistaa nopean siirtymisen moodien välillä kanava-10 olosuhteiden muuttuessa.

Kuvio 3 havainnollistaa TCH/AFS-kehysten muodostamista eri koo-dekkimoodeissa. Käyttämällä esimerkkinä 12,2 kbit/s tapausta, kehyksen muodostaminen aloitetaan puhekoodekin ulostulon 244 bitistä. Puhekehyksen bitit järjestetään uudelleen ja jaetaan luokkiin 1A (81 bittiä) ja 1B (163 bittiä). 15 Luokan 1A 81 bitin suojaksi lasketaan 6-bittinen CRC. 250 bitin lohkoon lisätään 4 häntäbittiä, joita käytetään kanavakooderin ohjaamiseen. 254 bitin lohkolle (244+6+4) suoritetaan konvoluutiokoodaus suhteella Ά, josta muodostuu 508-bittinen lohko. Tämä 508-bittinen lohko punkturoidaan, jolloin bittien lukumäärä vähenee 448 bittiin. Lopuksi lisätään 8 bittiä kanavan sisäistä (inband) : v 20 dataa. Lopullinen datalohko on 456 bittiä pitkä.

;·,· Kuten kuviosta 3 nähdään, kaikilla TCH/AFS-kanavakoodatuilla ke- ! * hyksillä on sama pituus (456 bittiä), vaikka sisääntulevien (puheparametrien) bittien lukumäärä vaihtelee moodien välillä. Sisääntulobittien eri määrät kooda- < taan täsmälleen 456 ulostulobittiin muuttamalla konvoluutiokoodauksen suh-25 detta ja punkturoitavien bittien määrää jokaisessa moodissa. Joka 20 ms lähe-·. . tettävät 456 bittiä, muodostaen kokonaisnopeuden 22,8 kbit/s, hyödyntävät kaikki GSM-järjestelmän täydennopeuden liikennekanavalla käytössä olevat bitit.

Vastaavasti kuviossa 4 esitetään TCH/AHS-kehysten muodostus . ·. t 30 kuudelle eri koodekkimoodille. Kehyksenmuodostuksen periaate on samanlai nen kuin TCH/AFS-kehyksille, kuitenkin muutamilla poikkeuksilla. Bittien uu-’ · delleenjärjestyksessä bitit jaetaan luokkiin 1A, 1B ja 2, kun taas TCH/AFS- kehyksissä käytetään vain luokkia 1A ja 1B. Luokan 2 bittejä ei konvoluu-: * tiokoodata lainkaan. Lisäksi konvoluutiokoodattuun kehykseen lisätään vain 4 ;·, 35 kanavan sisäistä (inband) bittiä. Kaikissa TCH/AHS-koodekkimoodeissa kana- vakoodatut kehykset ovat 228 bittiä pitkiä. 20 ms:n välein lähetettävät 228 bit- _ 110734

O

tiä, muodostaen kokonaisnopeuden 11,4 kbit/s, hyödyntävät kaikki GSM-järjestelmän puolennopeuden liikennekanavalla käytössä olevat bitit.

Kuten edellä on selostettu, AMR.ään on määritelty 8 puhekoodek-kimoodia ja AMR-koodekkia voidaan käyttää sekä olemassaolevilla FR- että 5 HR-kanavilla. Täten AMR:lle on määritelty kaikkiaan 14 erilaista koodekkimoo-dia (8 TCH/AFS-kanavalle, 6 TCH/AHS-kanavalle).

Linkkiadaptaatioprosessin vastuulla on kanavanlaadun mittaaminen. Riippuen laadusta ja mahdollisista verkon rajoitteista (esim. verkon kuormituksesta) moodin sovituksessa valitaan optimaaliset puhe- ja kanavakoode-10 kit. Matkaviestin (MS) ja tukiasema (BTS) suorittavat molemmat kanavanlaadun estimoinnin omalle vastaanottoreitilleen. Kanavanlaatumittauksien perusteella BTS lähettää MS.IIe koodekkimoodikäskyn (Codec Mode Command, CMC; se moodi, jota MS:n tulee käyttää uplink-suunnan lähetyksessä) ja MS lähettää BTS.IIe koodekkimoodipyynnön (Codec Mode Request, CMR; se 15 moodi, jota pyydetään käytettäväksi downlink-suunnan lähetyksessä). Tämä lähetetään kaistansisäisenä signalointina puhedatan joukossa. Uplink-suun-nassa käytettävä koodekkimoodi voi olla eri kuin downlink-suunnan koodekki-moodi, mutta kanavamoodi (täydennopeuden tai puolennopeuden) tulee olla sama. Kaistansisäistä signalointia käytetään mahdollistamaan nopea sovitus 20 äkillisiin kanavan vaihteluihin.

; ; ‘ Verkko kontrolloi uplink- ja downlink-koodekkimoodeja sekä kana- vamoodeja. Matkaviestimen tulee totella verkon lähettämää koodekkimoodi-: käskyä, kun taas verkko voi käyttää mitä tahansa täydentävää informaatiota ,..: downlink- ja uplink-koodekkimoodien määrittämiseen.

· ··: 25 Esimerkiksi GSM-järjestelmässä kanavakoodausalgoritmit on tar- kasti määritelty. Sen sijaan, että olisi määritelty myös kanavadekoodausalgo- ritmit, niille onkin määritelty suorituskykykriteerejä, jotka matkaviestimien tulee täyttää. GSM-järjestelmässä käytettäville kanavakoodekeille on asetettu useita suorituskriteereitä, jolloin suoritusarvoja voidaan mitata esimerkiksi millä ta- . . 30 hansa liikennekanavalla vastaanotetun datan kehysten katoamissuhteella » · · (FER), bittivirhesuhteella (BER) tai residuaalisella bittivirhesuhteella (RBER). •; GSM-järjestelmän suhteen nämä kriteerit on määritelty tarkemmin esimerkiksi ·· : dokumentissa ”3GPP TS 05.05 V8.7.1, Digital cellular telecommunications ·; ; system (Phase 2+); Radio transmission and reception”. Kanavakoodekkien .. V 35 kehittämisen ja toteuttamisen helpottamiseksi ja vastaanottimen suorituskyvyn : ·’ mittaamiseksi on määritelty erityinen laite nimeltään systeemisimulaattori (SS), 9 110734 jota voidaan käyttää esimerkiksi tyyppihyväksyntätarkoituksiin. Kanavadekoo-derin suorituskyvyn mittaamiseen on kehitetty joukko testisilmukoita. Ennalta määritetty testisilmukka aktivoidaan systeemisimulaattoriin kytketyssä matkaviestimessä ja suorituskyky mitataan usean eri kriteerin suhteen. GSM-järjes-5 telmän suhteen nämä testisilmukat on määritelty tarkemmin esimerkiksi dokumentissa ’’GSM 04.14 ETSI TS 101 293 V8.1.0, Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Individual equipment type requirements and interworking; Special conformance testing function”.

Nämä testisilmukat on suunniteltu sopimaan erityisesti aiemmille 10 GSM-koodekeille. Kuitenkin AMR-koodekit käsittävät toimintoja, joita ei ole aiemmissa koodekeissa, ja näin ollen kaikkia AMR-koodekkien toimintoja ei voida testata käyttämällä tunnettuja testisilmukoita. Nyt esillä oleva keksintö ratkaisee ainakin osan AMR-testaukseen liittyvistä ongelmista.

Eräs ongelma liittyy kaistansisäisen (inband) signaloinnin dekooda-15 uksen suorituskyvyn mittaamiseen. Kuten kuviossa 3 ja 4 yllä on esitetty, AMR-koodattu liikennekanavakehys käsittää aina joitakin puhebittien seassa lähetettäviä ohjausbittejä. Näitä bittejä kutsutaan inband-signalointibiteiksi. Näiden bittien tarkoitus on mahdollistaa koodekkimoodin vaihto ilman ylimääräistä signalointikehystä. Koska koodekkimoodijoukossa on maksimissaan nel-. . 20 jä moodia, tarvitaan inband-informaation koodaamiseen ainoastaan kaksi bit- ', ; tiä. Dekoodauksen helpottamiseksi vaikeissa kanavaolosuhteissa nämä kaksi ; bittiä sovitetaan pidempään bittikuvioon: kahdeksaan bittiin TCH/AFS-kana- >: · valla ja neljään bittiin TCH/AHS-kanavalla.

Lähetettävä inband-informaatio riippuu suunnasta. Downlink-suun- ..... 25 nassa (BTS:ltä MS:lle) aikamultipleksataan kaksi eri tietoa kahteen peräkkäi- \ seen puhekehykseen. Ensimmäisessä kehyksessä lähetetään moodikomento MC BTS:ltä MS.Ile, jolla BTS määrää sen moodin, jota MS:n tulee käyttää up-link-suunnassa. Toisessa kehyksessä lähetetään moodi-indikaatio Ml BTS:ltä MS:lle, jolla BTS informoi MS:ää siitä moodista, jota se käyttää downlink-. 30 suunnassa. Myös uplink-suunnassa (MS:ltä BTSille) aikamultipleksataan kaksi eri tietoa kahteen peräkkäiseen puhekehykseen. Ensimmäisessä kehyksessä lähetetään moodipyyntö MR MS:ltä BTS.IIe, jolla MS pyytää BTS:ää käyttämään tiettyä moodia downlink-suunnassa. Toisessa kehyksessä lähetetään moodi-indikaatio Ml MS:ltä BTSille, jolla MS informoi BTS:ää siitä moodista, 35 jota se käyttää uplink-suunnassa. Lähetettävä inband-informaatio on aina ai- 10 110734 kamultipleksattu, t.s. joka toinen kehys käsittää käytössä olevan moodin ja joka toinen kehys käsittää määrätyn/pyydetyn moodin.

Kun MS on vastaanottanut 20 ms kehyksen, se prosessoidaan ka-navadekooderissa. Kanavakoodekin ulostulona on kanavadekoodattuja puhe-5 parametreja sekä kaistan sisällä (inband) välitettyä informaatiota. Mikäli tuo informaatio oli moodikomento (MC) BTS:ltä, MS muokkaa uplink-suunnassa käyttämäänsä puhemoodia komennon mukaisesti, koska MS:n tulee aina noudattaa BTS:n määräämää moodia (MC). Tämä käytettävä uplink-moodi signa-loidaan BTS:lle kaistan sisällä (inband) lähetettävänä uplink-moodi-indikaa-10 tiona.

Koska aiemmat kiinteän nopeuden kanavakoodekkien liikennekana-vakehykset eivät sisällä mitään inband-dataa, ei ole myöskään olemassa olevia testausmenetelmiä inband-dekooderin suorituskyvyn mittaamiseksi kaikissa tilanteissa. Jos inband-dekooderin suorituskykyä yritetään mitata nykyisillä 15 testisilmukoilla ja testilaitteilla (systeemisimulaattori SS), MS seuraisi vastaanotettua moodikomentoa (MC) ja vaihtaisi uplink-moodi-indikaationsa (Ml) sen mukaisesti. Sen jälkeen testeri SS pystyy vertaamaan vastaanotettua Ml:tä aiemmin lähetettyyn MC:hen. Jos molemmat ovat samoja, voidaan inband-dekooderin ajatella toimineen oikein. Jos ne eroavat toisistaan, on tämä merk-... 20 kinä siitä, että MS ei dekoodannut BTS: Itä tullutta MC:tä oikein.

Eräs ongelma muodostuu silloin, kun yritetään määrittää Ml inband-: · dekooderin suorituskykyä. Downlink-suunnan Ml:llä ei ole suoraa vaikutusta ! mihinkään uplink-suunnassa signaloituun inband-informaatioon. Kuten on jo nähty, downlink-suunnan MC vaikuttaa suoraan uplink-suunnan Ml:hin. Kah-25 desta aikamultipleksatusta inband-informaatiosta jää jäljelle moodipyyntö ’ (MR). Moodipyynnön muodostaa matkaviestimen linkkiadaptaatioalgoritmi, ei kä sitä muokata suoraan downlink-suunnan Ml:n perusteella. Tästä johtuen SS ei pysty laskemaan Ml inband-dekooderin suorituskykyä.

Downlink-suunnan Ml:n virheellisestä dekodaamisesta seuraa pu-30 heparametrien virheellinen dekoodaaminen, CRC-tarkistuksen epäonnistumi-nen ja kehys tulkitaan tämän jälkeen huonoksi. Jos aiemmin tunnettu testisil-mukka aktivoidaan, silmukoidaan virheellisesti dekoodatut puheparametrit takaisin testerille SS. SS:n olisi mahdollista verrata lähetettyjä puheparametreja ·;*; takaisin silmukoituihin puheparametreihin Ml inband-dekooderin suorituskyvyn ..·.· 35 määrittämiseksi. Inband-bittien kanavakoodaus on kuitenkin paljon vahvempi : · kuin puheparametrien kanavakoodaus, minkä vuoksi puheparametrien dekoo- „ 110734 daus epäonnistuisi todennäköisemmin kuin inband-parametrien dekoodaus. Tämän seurauksena mitattava suorituskyky kuvastaisi puheparametrien de-kooderin suorituskykyä, ei inband-dekooderin suorituskykyä.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi on kehitetty uusi sisäinen tes-5 tisilmukka. Uudessa testisilmukassa linkkiadaptaatioalgoritmi ohitetaan ja korvataan toiminnolla, joka silmukoi takaisin vastaanotetun inband-datan. Tämä suoritetaan riippumatta inband-signaloinnin vaiheesta. Tämä johtaa kahteen mahdolliseen tilanteeseen: vastaanotettu MC voidaan lähettää uplink-suun-taan Ml:nä, ja vastaanotettu Ml voidaan silmukoida takaisin MR:nä. Toisessa 10 mahdollisessa tilanteessa vastaanotettu MC voidaan lähettää uplink-suuntaan MR:nä ja vastaanotettu Ml silmukoidaan takaisin Ml:nä. Koska silmukan tarkoituksena on laskea inband-dekoodauksen suorituskyky, SS:n lähettämiä puhe-parametreja ei silmukoida takaisin MS:ltä, vaan ne koodataan nolliksi. Tämä vähentää edullisesti erilaisiin uplink- ja downlink-suunnan puhekoodekkien bit-15 tinopeuksiin liittyviä toteutusongelmia. Ainoastaan inband-signalointikuvio eli inband-bitit, ei puheparametreja, lähetetään takaisin SS:lle ja inband-dekooderin suorituskyky voidaan edullisesti mitata. Vastaanotetusta inband-signa-lointikuviosta voidaan määrittää esimerkiksi inband-kanavan kehysten katoa-missuhde (TCH/AxS-INB FER).

20 Uuden testisilmukan mukaista menetelmää havainnollistetaan viit- ; ; taamalla kuvion 5 vuokaavioon. Läpinäkyvän testisilmukan muodostamiseksi TCH-kehyksille tulee TCH-kanavan olla aktiivisena SS:n ja MS.n välillä. TCH ! on edullisesti GSM-järjestelmään määritetty puolennopeuden kanava. Testi- silmukka aktivoidaan MS:ssä lähettämällä oikea käskyviesti MS:lle, joka käsky 25 voi olla esimerkiksi GSM-järjestelmän mukainen CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viesti, SS käskee MS:ää sulkemaan TCH-silmukkansa lähettämällä CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viestin (500), joka määrittää TCH:n silmukoitavaksi ja MS:n signaloimaan pyyhittyjä valideja SID_UPDATE- tai RATSCCH-kehyksiä. Sen jälkeen SS käynnistää ajastimen TT01 (502), joka asettaa MS:n 30 vastaukselle aikarajan. Jos yhtään TCH:ta ei ole aktiivisena tai jos jokin tes-ti[ tisilmukka on jo suljettu (504), MS ei huomioi CLOSE_TCH_LOOP_CMD- ' · viestiä (506). Jos TCH on aktiivisena, MS sulkee TCH-silmukan määritetylle TCH-kanavalle ja lähettää SS:lle takaisin CLOSE_TCH_LOOP_ACK-kuittauk-sen (508). Vastaanotettuaan tämän viestin SS pysäyttää ajastimen TT01 35 (510).

12 1Ί 0734

Kun MS on sulkenut TCH-silmukkansa, jokainen inband-signalointi-päätös otetaan kanavadekooderin ulostulosta (512) ja ne syötetään kanava-kooderille (514). Lähetettyjä puheparametreja ei silmukoida takaisin, vaan ne asetetaan kanavakooderin sisääntulokehykseen nollina (516). Kanavakoode-5 riin syötetyt inband-signalointipäätökset lähetetään samalla TCH-kanavalla up-link-suuntaan SS:lle (518). Tämä suoritetaan edullisesti riippumatta linkkiadap-taatiosta, jolloin dekoodattu inband-informaatio silmukoidaan suoraan takaisin SS:lle. SS määrittää inband-dekooderin suorituskyvyn vastaanotetusta inband-signalointikuviosta (520), esimerkiksi määrittämällä inband-kanavan kehysten 10 katoamissuhteen (TCH/AxS-INB FER).

CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viestin sisältö on määritelty tarkemmin edellä mainitussa dokumentissa GSM 04.14. Tämä viesti lähetetään vain SS:ltä MS:lle. CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viesti käsittää neljä informaatioelementtiä: protokollaerotinkentän ja ohitusindikaattorikentän, joiden molempien 15 pituus on neljä bittiä ja jotka on määritelty tarkemmin dokumentissa ”GSM 04.07, sect. 11.1.1 and 11.1.T, viestityyppikentän, jonka pituus on kahdeksan bittiä, jotka on määritetty nolliksi, sekä alikanavakentän, jonka pituus on myös kahdeksan bittiä. Alikanavakentän biteistä viidellä bitillä on erityinen tarkoitus viestisisällön määrittämisessä ja niitä kutsutaan X-, Y-, Z-, A- ja B- biteiksi. ... 20 Kolme bittiä ovat ylimääräisiä nolliksi asetettuja bittejä.

; Keksinnön mukainen testisilmukan aktivointi voidaan toteuttaa ; ; CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viestin avulla, jos yhdelle ylimääräisistä biteistä al- lokoidaan edullisesti erityinen tarkoitus viestisisällön määrittämisessä. Tätä uutta bittiä voidaan kutsua esimerkiksi C-bitiksi. Sen jälkeen määrittelemällä C-**" 25 bitin arvoksi yksi voidaan uusi viestisisältö määritellä tietyllä bittikombinaatiolla.

' Voidaan esimerkiksi määritellä seuraava bittikombinaatio: A=1, B=0 ja C=1, joka tarkoittaa, että jos silmukoitava TCH on TCH/AxS, silloin silmukoidaan takaisin dekoodattu inband-signalointi-informaatio. X-bitin arvo osoittaa, onko vain yksi täydennopeuden kanava aktiivisena tai mitä mahdollisista alikanavis-30 ta käytetään. Y- ja Z-bittien arvo voidaan jättää huomioimatta.

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti se inband-datamoo-; , dien testisekvenssi, jota SS käyttää, toimitetaan MS:lle. Toimitus voi tapahtua joko ennen testisilmukan aktivointia tai testin käynnistyksen aikana. SS aktivoi testisilmukan MS:ssä, esimerkiksi lähettämällä CLOSE_TCH_LOOP_CMD-.35 viestin, ja aloittaa mainitun testisekvenssin lähettämisen. MS:ään on imple-; mentoitu laskuri, jonka arvoa kasvatetaan joka kerta, kun dekoodattu inband- 13 110734 data ei vastaa odotettua tulosta. Kun testisekvenssi on kokonaisuudessaan silmukoitu, laskurin arvo voidaan joko tarkistaa MS:ssä tai se voidaan lähettää SS:Ile, jossa inband-dekooderin suorituskyvyn arvo voidaan määrittää.

Keksinnön kolmannen suoritusmuodon mukaisesti linkkiadaptaatio-5 algoritmi pidetään aktiivisena ja MS seuraa SS:n lähettämiä moodikomentoja MC. Tällöin ainoastaan moodikomentojen MC mukaiset moodi-indikaatiot Ml lähetetään takaisin SS:Ile. SS:n lähettämiä puheparametreja ei silmukoida takaisin MS:ltä, vaan ne koodataan nolliksi. SS vertaa vastaanotettua moodi-indikaatiota Ml lähetettyyn moodikomentoon MC ja mikäli ne vastaavat toisi-10 aan, voidaan moodikomennon MC dekoodaus edullisesti mitata. Koska kuitenkin vain joka toinen kehys testataan SS:ssä, moodi-indikaation Ml dekoodauksen suorituskyky tulee mitata erillisellä testisilmukalla.

Kuvion 6 mukainen lohkokaavio havainnollistaa laitetta, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisessa testausjärjestelyssä. Systeemisimulaattori 600 15 käsittää generaattorin 602 satunnais- tai vakiopuheparametrikuvioiden luomiseksi, jotka syötetään sen jälkeen kanavakooderille 604 koodattavaksi. Kana-vakoodatut puhekehykset syötetään sitten lähetysvälineille 606 lähetettäväksi edelleen kanavasimulaattorin 608 kautta matkaviestimelle 610. Matkaviestin 610 käsittää vastaanottovälineet 612 lähetyksen vastaanottamiseksi, joilta vä- ... 20 lineiltä kanavakoodatut puhekehykset syötetään kanavadekooderille 614. Mat- • * ; kaviestin 610 käsittää välineet 616 testisilmukoiden toteuttamiseksi ja tietyn • · : · testisilmukan ajamiseksi systeemisimulaattorin 600 antamien käskyjen mukai- . sesti. Käytettävä testisilmukka voidaan määritellä esimerkiksi CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viestin avulla, kuten edellä on selostettu. Testisil-··· 25 mukaan ulostulo syötetään kanavakooderille 618 koodausta vasten. Kanava- :* * koodattu data syötetään sen jälkeen lähetysvälineille 620 lähetettäväksi edel leen systeemisimulaattorille 600. Systeemisimulaattori 600 käsittää myös vastaanottovälineet 622 lähetyksen vastaanottamiseksi, joilta välineiltä kanava-koodattu data syötetään kanavadekooderille 624. Systeemisimulaattori 600 30 käsittää vertaamisvälineet 626 vastaanotetun datan vertaamiseksi lähetettyyn i i kuvioon ja mainitun vertaamisen tuloksena, dekoodauksen suorituskyky voidaan mitata.

» ·

Alan ammattimiehelle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin-• · ' nön perusidea voidaan toteuttaa lukuisilla tavoilla. Näin ollen keksintö ja sen ,. . · 35 suoritusmuodot eivät ole rajoittuneet edellä kuvattuihin esimerkkeihin, vaan ne : · voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (16)

110734

1. Menetelmä dekoodauksen suorituskyvyn määrittämiseksi tietoliikennejärjestelmässä, joka käsittää dekooderin ja testilaitteen testidatan syöt- 5 tämiseksi dekooderille, joka menetelmä käsittää vaiheet muodostetaan testidata, joka käsittää kanavakoodattuja parametreja ja kaistansisäistä dataa; lähetetään testidata testilaitteelta dekooderille dekoodattavaksi, tunnettu siitä, että 10 erotetaan ainakin osa kaistansisäisestä datasta dekoodatusta testi- datasta; lähetetään ainakin osa kaistansisäisestä datasta takaisin testilait- teelle; ja määritetään dekoodauksen suorituskyky vertaamalla testilaitteessa 15 lähetettyä kaistansisäistä dataa ja vastaanotettua kaistansisäistä dataa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohitetaan dekooderin linkkiadaptaatioprosessi ennen kuin lähetetään ainakin osa kaistansisäisestä datasta takaisin testilaitteelle. : \ 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu : siitä, että i : * · aktivoidaan tietoliikennejärjestelmän jokin liikennekanava ennen tes- :' ’ * tidatan lähettämistä, ja lähetetään testidata testilaitteelta dekooderille downlink-suunnan lii-,· · 25 kennekanavalla ja dekooderilta testilaitteelle uplink-suunnan liikennekanavalla.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetetään kaistansisäinen data takaisin testilaitteelle ensimmäisessä vapaassa uplink-suunnan liikennekanavan aikavälikehyksessä 30

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tun- •»» n ettu siitä, että ,,, lähetetään ennen testidatan lähettämistä viesti testilaitteelta tes- tisilmukan aktivoimiseksi dekooderissa, joka testisilmukka on toteutettu dekoo-. . derin kanssa toiminnalliseen yhteyteen, ja I 35 kuitataan mainittu viesti dekooderilta testilaitteelle vasteena sille, et tä liikennekanava on aktivoitu. is 110734

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viesti on GSM-järjestelmän mukaisen CLOSE_TCH_LOOP_CMD-viestin bittikombinaatio.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kanavakoodatut parametrit ovat puheparametreja.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 määritetään moodi-indikaation (Ml) kaistansisäisen datakentän ka- navadekoodauksen suorituskyky AMR-täydennopeuden tai AMR-puolen-nopeuden puhekanavalla.

9. Testilaite dekooderin suorituskyvyn määrittämiseksi, joka testilaite on järjestetty yhdistettäväksi toiminnallisesti dekooderiin ja joka testilaite käsit- 15 tää muodostusvälineet kanavakoodattuja parametreja ja kaistansisäistä dataa käsittävän testidatan muodostamiseksi, lähettimen testidatan lähettämiseksi dekooderille dekoodattavaksi, tunnettu siitä, että testilaite lisäksi käsittää :·.·. 20 vastaanottimen ainakin osan kaistansisäisestä datasta vastaanot- tamiseksi, ja l ! vertailupiirin dekoodauksen suorituskyvyn määrittämiseksi vertaa- ';;.: maila lähetettyä kaistansisäistä dataa ja vastaanotettua kaistansisäistä dataa.

*··· 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen testilaite, tunnettu siitä, 25 että testilaite on järjestetty aktivoimaan liikennekanava dekooderin suuntaan ennen testidatan lähettämistä, lähettämään testidata dekooderille downlink-suunnan liikennekana- valla, ja : 30 vastaanottamaan testidataa dekooderilta uplink-suunnan liikenne- kanavalla.

: · 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen testilaite, tunnettu siitä, että testilaite on järjestetty lähettämään ennen testidatan lähettämistä viesti testilaitteelta tes-: *. ·. 35 tisilmukan aktivoimiseksi dekooderissa, joka testisilmukka on toteutettu dekoo derin kanssa toiminnalliseen yhteyteen, ja 110734 vastaanottamaan kuittaus mainitusta viestistä dekooderilta vasteena sille, että liikennekanava on aktivoitu.

12. Matkaviestin, joka käsittää vastaanottimen kanavakoodattuja parametreja ja kaistansisäistä da-5 taa käsittävän testidatan vastaanottamiseksi testilaitteelta, dekooderin testidatan dekoodaamiseksi, tunnettu siitä, että matkaviestin käsittää lisäksi erotusvälineet ainakin osan kaistansisäisestä datasta erottamiseksi dekoodatusta testidatasta, ja 10 lähettimen ainakin osan kaistansisäisestä datasta lähettämiseksi ta kaisin testilaitteelle.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että dekooderin linkkiadaptaatioprosessi on järjestetty ohitettavaksi en-15 nen kuin ainakin osa kaistansisäisestä datasta lähetetään takaisin testilaitteelle.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että matkaviestin on järjestetty aktivoimaan tietoliikennejärjestelmän jo-; . . 20 kin liikennekanava ennen testidatan lähettämistä, ja lähettämään testidata dekooderilta testilaitteelle uplink-suunnan lii-kennekanavalla.

: 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen matkaviestin, tunnettu sii- '·· tä, että : 25 kaistansisäinen data on järjestetty lähetettäväksi takaisin testilait- teelle ensimmäisessä vapaassa uplink-suunnan lirkennekanavan aikavälike-hyksessä.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 13 - 15 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että : 30 matkaviestin on järjestetty vastaanottamaan ennen testidatan lähet tämistä viestin testilaitteelta testisilmukan aktivoimiseksi dekooderissa, joka • · testisilmukka on toteutettu dekooderin kanssa toiminnalliseen yhteyteen, ja kuittaamaan mainitun viestin testilaitteelle vasteena sille, että liikennekanava on aktivoitu. 110734