FI113600B - Signalointi digitaalisessa matkaviestinjärjestelmässä - Google Patents

Description

11360Γ

Signalointi digitaalisessa matkaviestinjärjestelmässä

Keksinnön kohteena on signalointikäytäntö ja laitteisto, joiden avulla puhetta välittävän digitaalisen tietoliikennejärjestelmän lähetin voi lähettää 5 vastaanottimelle ennalta sovittuja viestejä. Useissa digitaalisissa tietoliikennejärjestelmissä on tarve lähettää enkoodatun puhe- ja/tai muun informaation lisäksi viestejä, jotka voivat esimerkiksi liittyä kyseisen yhteyden ohjaamiseen, tai jotka voivat välittää kokonaan siirrettävästä informaatiosta riippumatonta dataa. Tällaisia viestejä kutsutaan usein signaloinniksi. Selityksen pitämiseksi 10 havainnollisena tämän hakemuksen puitteissa käytetään termiä "puhe”, vaikka puheen sijasta tai sen lisäksi järjestelmässä välitettävä informaatio voi sisältää muunkin tyyppistä ääntä, musiikkia, videosignaalia, multimediaa jne. Käytännön sovellusesimerkkinä keksintö esitetään matkaviestinjärjestelmän, erityisesti GSM-järjestelmän puhekanavan yhteydessä. On kuitenkin pidettävä 15 mielessä, että keksinnön mukainen tekniikka soveltuu käytettäväksi monessa muussakin ympäristössä.

Kuvio 1 esittää solukkomaisesti toteutetun matkaviestinjärjestelmän keksinnön kannalta oleellisia osia. Matkaviestimet MS (Mobile Station) viestivät tukiasemien BTSn (Base Transceiver Station) kanssa ilmarajapinnan Um 20 yli. Tukiasemia ohjataan tukiasemaohjaimilla BSC (Base Station Controller), jotka liittyvät matkaviestinkeskuksiin MSC (Mobile Switching Center). Tukiasemaohjaimen BSC hallitsemaa alijärjestelmää - johon sisältyy sen ohjaamat tukiasemat BTSn - kutsutaan yhteisesti tukiasema-alijärjestelmäksi BSS : (Base Station Subsystem). Keskuksen MSC ja tukiasema-alijärjestelmän BSS

. : 25 välistä rajapintaa kutsutaan A-rajapinnaksi (A-interface). A-rajapinnan kes- : kuksen MSC puoleista matkaviestinjärjestelmän osaa kutsutaan verkkoalijär- jestelmäksi NSS (Network Subsystem). Tukiasemaohjaimen BSC ja tukiaseman BTS välistä rajapintaa kutsutaan Abis-rajapinnaksi. Matkaviestinkeskus MSC huolehtii tulevien ja lähtevien puheluiden kytkennästä. Se suorittaa sa-30 mantyyppisiä tehtäviä kuin yleisen puhelinverkon PSTN keskus. Näiden li-säksi se suorittaa myös ainoastaan siirtyvälle puheluliikenteelle ominaisia j toimintoja, kuten esimerkiksi tilaajien sijainninhallintaa, yhteistyössä verkon tilaajarekisterien kanssa, joita kuviossa 1 ei ole erikseen esitetty. Transkoo-deri- ja nopeudensovitusyksikkö TRAU (Transcoder and Rate Adaptation 35 Unit) on osa tukiasemajärjestelmää BSS ja voi sijaita tukiasemaohjaimen BSC yhteydessä kuten tässä kuviossa on esitetty tai myös esim. matkapuhelinkes- 11360Γ 2 kuksen yhteydessä. Transkooderit muuntavat puheen digitaalisesta formaatista toiseen, esimerkiksi muuntavat A-rajapinnan yli keskuksesta tulevaa 64 kbit/s A-law PCM:ää tukiasemajohdolle vietäväksi 13 kbit/s koodatuksi puheeksi ja päinvastoin. Datalle tehtävä nopeuden sovitus suoritetaan nopeu-5 den 64 kbit/s ja nopeuksien 3.6, 6 tai 12 kbit/s välillä.

Digitaalisissa puhetta välittävissä tietoliikennejärjestelmissä puhe-signaaliin kohdistetaan yleensä kaksi koodausoperaatiota: puhekoodaus ja kanavakoodaus. Puhekoodaukseen kuuluu lähettimessä suoritettava puheenkoodaus, jonka suorittaa puhe-enkooderi, ja vastaanottimessa suoritettava 10 puhedekoodaus, jonka suorittaa puhedekooderi.

Kuvio 2 havainnollistaa puheelle suoritettavia eri toimenpiteitä. Tämän keksinnön kannalta oleellisimpia vaiheita ovat puhe-enkoodaus ja puhe-dekoodaus sekä vastaavasti kanavaenkoodaus ja kanavadekoodaus. Esimerkiksi GSM-järjestelmässä verkon kanavaenkoodaus toteutetaan tukiasemas-15 sa, kun taas puhe-enkoodaus toteutetaan erillisessä transkooderiyksikössä, joka voi sijaita kaukana tukiasemasta ja joka tukiasemassa sijaitessaankin on täysin erillinen looginen yksikkö. Viitemerkit Tx ja Rx selostetaan kuvion 4 yhteydessä. Lisäksi kuviossa 2 on näytetty esimerkinomainen kehys F, joka käsittää otsakeosan H (Header), hyötykuormaosan P (Payload) ja tarkistus-20 osan C (Check). Kehys F sisältää usein myös bittikuvioita synkronointia varten. Otsake H sisältää tyypillisesti kehyksen lähettäjän ja vastaanottajan tunnuksen, kehyksen järjestysnumeron tms. Varsinainen informaatio kuljetetaan : hyötykuormaosassa P. Keksinnön kannalta oleellisia kehyksen osia ovat : hyötykuorma P ja tarkistusosa C. Tarkistusosa C toteutetaan yleensä syklisen ; ·. 25 tarkistussumman CRC (Cyclic Redundancy Check) muodossa, mutta se voi ,·, olla myös yksi- tai useampibittinen pariteetti tms. Keksinnön kannalta oleel- • · lista on lähinnä se, että järjestelmässä on jollakin tavalla määritelty ’’hyvä” ja * ’’huono” kehys, jotka voidaan erottaa toisistaan kehyksen jonkin implisiittisen tai eksplisiittisen tietoelementin avulla ja näin päätellä, onko kehys siirretty ·;;; 30 virheettömästi. Tässä yhteydessä ’’implisiittinen” tarkoittaa sitä, että tunnetusti tarkistussumma CRC ei suoraan kerro, onko kehys hyvä vai huono, vaan j vastaanottaja laskee kehyksestä itse tarkistussumman ja vertaa sitä kehyksen .···, mukana lähetettyyn tarkistussummaan. Jos tarkistussummat ovat identtiset, ,·, kehys on hyvä. ’’Eksplisiittinen” huonon kehyksen osoitin on esimerkiksi pu- • · · ‘ 35 helinverkon kiinteissä osissa käytettävä Bad Frame Indicator, BFI.

* · 11360Γ 3

Kuvio 3 esittää alalla yleisimmin tunnettua viestinvälitystä. Kuviossa on esitetty sekä lähetin 100 että vastaanotin 102. Tässä järjestelyssä viestit ja puhe siirretään kokonaan eri kanavissa. Lähettimessä 100 digitaalinen puhe-signaali 104 tuodaan puhe-enkooderille 106, joka muodostaa siitä kompres-5 soidut puhekoodausbitit, jotka lähetetään vastaanottimelle puhekanavassa 108. Lähettimessä vastaanottimelle siirrettäväksi aiottu viesti 114 viedään viestienkooderille 116, joka muodostaa siirrettävät viestibitit, jotka lähetetään vastaanottimelle erillisessä viestikanavassa 118. Vastaanotin 102 saa puhekoodausbitit puhekanavasta 108 ja siirtää ne puhedekooderille 110, joka 10 syntesoi kuultavan puhesignaalin 112. Vastaanotin 102 saa viestibitit erillisestä viestikanavasta 118 ja vie ne viestidekooderille 120, joka tulkitsee lähetetyn viestin 122.

Lähettimessä 100 sijaitseva puhe-enkooderi 106 kompressoi puhe- signaalin 104 siten, että sen esittämiseen käytettävä bittien lukumäärä aika- 15 yksikköä kohti pienenee. Puhe-enkooderi 106 käsittelee tyypillisesti puhetta puhekehyksinä, jotka käsittävät tietyn määrän puhenäytteitä. Puhe-enkooderi 106 laskee näytteistetystä puheesta ns. puheparametreja, jotka enkoodataan kukin omaksi binääriseksi koodisanakseen. Yleiseurooppalaisen GSM- matkapuhelinjärjestelmän täyden nopeuden kanavassa käytettävän RPE- 20 LTP-puhe-enkooderin tuottamat puheparametrit on esitetty ETSI:n GSM 06- sarjan suosituksessa 06.10. Kyseiset parametrit on esitetty myös liitteen 1 taulukossa 1. RPE-LTP (Regular Pulse Excitation - Long Term Prediction) tuottaa yhdestä 20 ms puhekehyksestä (vastaa 160 puhenäytettä 8 kHz:n näytteenottotaajuudella) 76 puheparametria. Suosituksesta GSM 06.10 ilme- 25 nee myös kullekin parametrille varatun binäärisen koodisanan pituus.

; Puhe-enkooderit myös usein ryhmittelevät puheparametreja yhteen, : jolloin kukin ryhmä, eikä yksittäinen puheparametri, enkoodataan omaksi v ; koodisanakseen. Parametrien enkoodaamista ryhmissä kutsutaan vektori- kvantisoinniksi. Nykyaikaiset puhe-enkooderit enkoodaavat yleensä osan pu- ··* 30 heparametreista erillisinä ja osan niistä ryhmissä (esimerkin RPE-LTP puhe- .·*·. enkooderi ei käytä vektorikvantisointia). Esimerkin RPE-LTP puhe-enkooderi ,· . tuottaa 260 puhekoodausbittiä jokaista 20 ms:n puhekehystä kohti.

• · ·

Vastaanottimen 102 puhedekooderi 110 suorittaa käänteisen ope-raation ja syntesoi puhesignaalin 112 puhe-enkooderin tuottamista biteistä. 35 Dekooderi 110 vastaanottaa binääriset koodisanat ja muodostaa niistä vas-taavat puheparametrit. Syntesointi tapahtuu näitä dekoodattuja puheparamet- 4 11360Γ reja käyttäen. Vastaanottimessa syntesoitu puhe ei kuitenkaan ole identtistä alkuperäisen puhe-enkooderin kompressoiman puheen kanssa, vaan puhe on enemmän tai vähemmän muuttunut puhekoodauksen seurauksena. Yleensä puheen laatu heikkenee koodauksessa sitä enemmän mitä suurempi on pu-5 hekoodauksessa käytetty kompressio.

Esimerkiksi RPE-LTP puhe-enkooderi kompressoi puhesignaalin nopeuteen 13000 bittiä sekunnissa (13 kbps). Kompressointi on pyritty toteuttamaan niin, että sen vaikutus puheen ymmärrettävyyteen olisi mahdollisimman vähäinen. Esimerkiksi äänitaajuusvalinnassa käytettyjen ääniparien 10 tunnistamista kompressointi voi kuitenkin haitata tai jopa estää sen kokonaan.

Yllä mainittuun kanavakoodaukseen kuuluu lähettimessä suoritettava kanavaenkoodaus, jonka suorittaa kanavaenkooderi, ja vastaanottimessa suoritettava kanavadekoodaus, jonka suorittaa kanavadekooderi. Kanava-koodauksen tehtävänä on suojata siirrettäviä puhekoodausbittejä siirtokana-15 vassa tapahtuvilta virheiltä. Kanavakoodauksen avulla voidaan joko pelkästään havaita onko puhekoodausbitteihin tullut siirrossa virheitä ilman mahdollisuutta korjata niitä, tai kanavakoodauksella voi olla kyky korjata siirrossa syntyneet virheet edellyttäen, että virheitä on vähemmän kuin tietty kanava-koodausmenetelmästä riippuva enimmäismäärä.

20 Käytettävän kanavakoodausmenetelmän valinta riippuu siirtokana van laadusta. Kiinteissä siirtoverkoissa virhetodennäköisyys on usein hyvin pieni ja tarvittava kanavakoodaus on vähäistä. Sen sijaan langattomissa ver-' ’ koissa, kuten matkapuhelinpuhelinverkoissa, siirtokanavien virhetodennäköi syys on usein erittäin suuri ja käytetyn kanavakoodausmenetelmän vaikutus 25 saavutettavaan puheen laatuun on merkittävä. Matkapuhelinverkoissa käytetään yleensä yhtäaikaisesti sekä virheitä havaitsevia että virheitä korjaavia kanavakoodausmenetelmiä.

; Puhekoodauksen ja kanavakoodauksen välillä vallitsee läheinen yhteys puhetta siirtävissä tietoliikennejärjestelmissä. Puhe-enkooderin tuot-30 tamien bittien merkitys puheen laadun kannalta yleensä vaihtelee siten, että yhden tärkeän bitin virhe voi joissakin tapauksissa aiheuttaa kuuluvan häiriön syntesoidussa äänessä, kun taas useampi virhe vähemmän tärkeissä biteissä '· voi olla lähes huomaamaton. Puhekoodausbittien tärkeyserojen suuruus riip- puu oleellisesti käytetystä puhekoodausmenetelmästä, mutta useimmissa ./I*. 35 menetelmissä on löydettävissä ainakin vähäisiä eroja. Tästä johtuen kehitet- täessä puheensiirtomenetelmää tietoliikennejärjestelmään kanavakoodaus suunnitellaan yhdessä puhekoodauksen kanssa siten, että puheen laadun

‘ I

11360Γ 5 kannalta tärkeimmät bitit suojataan paremmin kuin vähemmän tärkeät bitit. Esimerkiksi GSM:n täyden nopeuden kanavassa RPE-LTP puhe-enkooderin tuottamat bitit on jaoteltu kanavakoodauksen kannalta tärkeydeltään kolmeen eri luokkaan, joista tärkein luokka on suojattu kanavakoodauksessa sekä vir-5 heitä korjaavalla että virheitä havaitsevalla koodilla, toiseksi tärkein luokka on suojattu vain virheitä korjaavalla koodilla, ja vähiten tärkeää luokkaa ei ole suojattu kanavakoodauksessa lainkaan. Liitteen 1 taulukossa 2 on esitetty RPE-LTP enkooderin tuottamien bittien luokittelu kahdella eri tavalla: 6-jakoinen subjektiivinen luokittelu ja 3-jakoinen kanavakoodauksen käyttämä 10 luokittelu.

Keksinnön periaatteen kannalta kanavakoodauksella ei ole suoraa merkitystä. Puhekoodauksen kannalta kanavakoodaus on osa siirtokanavaa. Käytännön toteutuksen kannalta kanavakoodauksella on kuitenkin oleellinen merkitys viestien välittämiseen käytettävien bittien valinnassa, kuten myö-15 hemmistä esimerkeistä voidaan havaita.

Alalla voidaan termin "kanava" merkitys tulkita monella tavalla ja siksi on syytä täsmentää kanavan merkitystä keksinnön kannalta seuraavasti: Kun viestit ja puhe siirretään erillisissä kanavissa, niin vastaanotin voi erottaa viestibitit ja puhekoodausbitit toisistaan kanavilla liikkuvan informaation si-20 sältöön katsomatta. Kaksi kanavaa eivät silti välttämättä ole erillisiä fyysisiä kanavia. Kanavien erillisyys voidaan toteuttaa myös jakamalla yksi fyysinen :\ siirtokanava (esim. radiotie tai siirtojohto) useisiin aikaväleihin tai taajuusalu- :·, eisiin. Kun tällainen jako sovitaan yksiselitteisesti, niin vastaanotin pystyy ] . erottamaan kanavat toisistaan niillä liikkuvan informaation sisällöstä riippu- 25 matta.

: Ongelma syntyy silloin, kun tietoliikennejärjestelmää halutaan • · » muuttaa tavalla, jota ei ole ennakoitu järjestelmää suunniteltaessa. Oletetaan v : esimerkiksi, että GSM-järjestelmässä halutaan käyttää useampaa kuin kahta puhekoodekkia. Järjestelmässä ei ole signalointia suunniteltuna tällaista va-30 lintaa varten, ja kun se jälkikäteen suunnitellaan, niin sitä ei enää voida to-: teuttaa vanhoihin jo käytössä oleviin laitteisiin. Ongelman ratkaisemiseen tar- . vitaan signalointimenetelmä, joka voidaan ottaa käyttöön olemassaolevassa • »· tietoliikennejärjestelmässä siten, että se ei häiritse jo käytössä olevia laitteita, ’·;* jotka eivät tätä signalointia tunne. Tällaista menetelmää käyttäen uudet lait- v : 35 teet voivat keskinäisellä signaloinnilla sopia uuden puhekoodekin käytöstä, kun taas vanhojen laitteiden kanssa signalointi ei onnistu ja uusi laite voi siitä päätellä, että yhteydessä on käytettävä vanhaa puhekoodekkia. Alalla aiem- 6 113 6 c: min tunnetut viestinvälitysmenetelmät eivät tarjoa tällaista mahdollisuutta lisätä viestejä olemassaolevaan järjestelmään.

Tietoliikennejärjestelmiin voidaan suunnitella etukäteenkin signa-lointimahdollisuuksia ennalta arvaamattomia tapauksia varten. Jos tällainen 5 mahdollisuus on järjestelmässä olemassa, niin sitä tulee käyttää ensisijaisesti. Usein kuitenkin tällaista varasignalointia ei ole olemassa, tai sitten sen käyttöönotto voi vaatia aikaavievää standardointiprosessia. Koska varasig-nalointimahdollisuuksia on joka tapauksessa rajallinen määrä, niin senkin vuoksi varasignalointia ei kovin kevyesti oteta käyttöön.

10 Esimerkkinä etukäteen suunnitellusta signaloinnista on uuden puhe- koodausmenetelmän käyttö. Koska lähettimen puhe-enkooderin ja vastaanottimen puhedekooderin on käytettävä samaa puhekoodausmenetelmää, niin käytettävästä menetelmästä on sovittava laitteiden välillä puheyhteyttä muodostettaessa. Tällainen tilanne on esiintynyt esim. GSM-järjestelmässä, jossa 15 täyden nopeuden puhekoodekin rinnalle otetaan käyttöön ns. puolen nopeuden puhekoodekki. GSM-järjestelmässä tämä puhekoodekin valintaongelma on ratkaistu siten, että jo järjestelmää suunniteltaessa tiedettiin, että puhe-koodekkeja tulee olemaan kaksi kappaletta, joskin nykyisissä laitteissa vain toinen koodekeista on toteutettu. Järjestelmään on kuitenkin suunniteltu jo 20 etukäteen signalointimenetelmä, jonka avulla puhekoodekki valitaan. Tämä signalointi on toteutettu jo nykyisiin laitteisiin ja kun uusia kahden puhekoodekin laitteita otetaan myöhemmin käyttöön, niin uudet laitteet pystyvät van-; ” hojen laitteiden kanssa kommunikoidessaan käyttämään vanhaa puhekoo- ·' "* dekkia, koska puhekoodekin valintamenettely on toteutettu vanhoissa sekä 25 uusissa laitteissa.

: Samantapaista viestien lähettämistä tarvitaan esimerkiksi neuvotel- «.·,·’ taessa kaiunpoistajan käytöstä. Tiedonsiirtojärjestelmän, kuten puhelinver- :T: kon, päästä päähän -yhteyksillä esiintyy usein pitkiä kulkuaikaviiveitä, joiden seurauksena havaitaan esimerkiksi normaalin puheen tapauksessa kaikua, 30 kun signaali heijastuu yhteyden kaukopäästä takaisin puhujalle. Kaiun synty- .···, misessä vaikuttaa pääasiassa kaksi seikkaa: akustinen kaiku puhelimen • kuulokkeen ja mikrofonin välillä sekä sähköinen kaiku, joka syntyy yhteyden '· ‘' lähetys-ja vastaanottosuuntien siirtojärjestelmissä. Palautuneen kaiun aihe- uttamia ongelmia pyritään yleensä poistamaan kaiunpoistajalla. Kaiunpoistaja 35 (echo canceller) on signaalia, kuten puhesignaalia, käsittelevä laite, jota .··. käytetään pienentämään kaikua vähentämällä arvioitu kaiku yhteydellä esiin- • ·» 11360Γ 7 tyvästä kaiusta (signaalista). Kaikusalpa (echo suppressed puolestaan katkaisee kaukopäästä tulevan signaalin, kun kaikua esiintyy.

Nykyisissä digitaalisissa matkaviestinjärjestelmissä on kaiunpoista-jia, jotka estävät kiinteästä puhelinverkosta (PSTN) palautuvan kaiun välitty-5 misen matkaviestintilaajalle. Nämä kaiunpoistajat on yleensä sijoitettu matka-viestinkeskuksessa keskuksien välisiin yhdysjohtoihin.

Matkapuhelimesta palautuvaa kaikua estetään tavallisesti itse kannettavassa radiopuhelimessa sijaitsevalla kaiunpoistajalla. Tämä kaiunpois-taja perustuu tavallisesti adaptiiviseen suotimeen tai ulosmenevän ja sisään-10 tulevan signaalin tasojen vertailuun. Nykyisin on käytössä lukuisia matkapuhelimia, joissa tämä kaiunpoisto ei toimi riittävän hyvin, vaan toiselle osapuolelle välittyy tasoltaan melko hiljainen mutta häiritsevä kaiku. Ongelmaa voidaan periaatteessa lieventää kehittämällä matkapuhelimien kaiunpoisto-ratkaisuja, mutta tämä auttaa lähinnä vain uusiin matkapuhelimiin. Sen sijaan 15 jo käytössä olevien matkapuhelimien ohjelmisto- tai laitteistopäivitys on hankalaa, koska matkapuhelimet ovat jo käyttäjillä ja niiden kerääminen huoltotoimenpiteisiin on aikaa vievää ja kallista. Näin ollen matkaviestinjärjestelmässä tulee jatkuvasti olemaan myös matkapuhelimia, joiden kaiunpoisto ei toimi riittävän hyvin vaan aiheuttaa toiselle osapuolelle häiritsevää kaikua. 20 Jos sen sijaan matkaviestimen kaiunpoistaja on riittävän hyvä, on tarpeetonta suorittaa kaiunpoistoa toiseen kertaan verkon kiinteissä osissa. Tämä voi ; myös alentaa puheen laatua.

j. Samanlaista neuvottelua voidaan käyttää myös neuvoteltaessa ko- : ,* hinanpoistajan käytöstä. Voidaan myös olettaa, että samanlaisia tarpeita tulee f ) · 25 esiintymään myöhemminkin, kun matkaviestinjärjestelmiin lisätään uusia omi-: ·’ naisuuksia.

Yllä mainittuja ja muita samantapaisia tilanteita varten matkaviestin- • 4 < v : järjestelmässä tarvitaan mekanismi, jolla lähettäjä ja vastaanottaja (esimerkiksi matkaviestin ja transkooderi) voivat lähettää viestejä toisilleen, ··· 30 esimerkiksi kertoessaan toisilleen oman tyyppinsä ja/tai neuvotellessaan kes- kenään käytettävän puhekoodauksen tai kaiunpoistomenetelmän.

« i i ,· . On tunnettua käyttää samaa fyysistä siirtokanavaa sekä puheen että tl* / digitaalisen informaation siirtämiseen. Esimerkiksi US-patentissa 4 476 559 (Brolin et ai.) kuvataan kiinteästi langoitettuun verkkoon soveltuva tekniikka, 35 jossa valitaan jokin kolmesta lähetystavasta (puhe, data tai niiden yhdistelmä) ja muodostetaan kutakin lähetystapaa osoittava ainutkertainen tunnus (mainitun US-patentin termein ’’unique signature”), joka lomitetaan lähetys- 8 113 6 Ο Γ signaalien sekaan lähetystavan osoittamiseksi. On kuitenkin useita syitä, miksi mainitun US-patentin (Brolin) kuvaama tekniikka ei sovellu sellaiseen ympäristöön, johon tällä keksinnöllä etsitään ratkaisua. Ensiksikin kyseisen US-patentin (Brolin) mukaisesti osa kaistaleveydestä varataan jatkuvasti 5 osoittamaan valittua lähetystapaa, minkä vuoksi koko kaistaleveyttä ei voida käyttää puheen siirtoon silloinkaan, kun ei ole viestejä lähetettävänä. Matkaviestinjärjestelmässä ja erityisesti sen ilmarajapinnassa tämä olisi kohtuuton rajoitus. Toiseksi kyseisen US-patentin (Brolin) mukaisesti oletetaan, että lähetystapaa osoittava ainutkertainen tunnus voidaan aina vastaanottaa vir-10 heettömästi. Radiorajapinnan yli tapahtuvassa tietoliikenteessä tällaista oletusta ei voida tehdä.

Keksinnön tavoitteena on siten tuottaa sellainen signalointikäytäntö ja signalointikäytännön toteuttava laitteisto, joiden avulla olemassaolevaan matkaviestinjärjestelmään voidaan lisätä uusia toiminnallisia ominaisuuksia ja 15 neuvotella näiden ominaisuuksien käytöstä. Järjestelmässä jo käytössä olevien laitteiden (ns. "vanhojen" laitteiden) sekä vanhojen laitteiden käyttäjien tulee häiriintyä mahdollisimman vähän. Viestit tulee muodostaa siten, että niiden vastaanottaminen voi tapahtua mahdollisimman luotettavasti. Keksinnön tavoitteet saavutetaan menetelmällä, signaloinnilla ja laitteistolla, joille on 20 tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisten patenttivaatimusten tunnus-merkkiosassa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ilmenevät epäitsenäisistä i · patenttivaatimuksista.

* · Keksintö perustuu siihen havaintoon, että ilmarajapinnan yli tapah- :;tuvassa liikenteessä osa kehyksistä vääristyy joka tapauksessa. Yhden puhe- 25 kehyksen muuttuminen voi aiheuttaa puheessa havaittavan napsahduksen.

• · : Ihminen pystyy kuitenkin asiayhteydestä päättelemään puuttuvan informaati- on. Siirtovirheiden korjaamiseksi matkaviestinjärjestelmissä on yleensä toteutettu mekanismeja huonojen puhekehysten korvaamiseksi (esimerkiksi ko-konaan tai osittain edellisellä hyvällä puhekehyksellä). Tätä tekniikkaa käy-*;;; 30 tettäessä yhden puhekehyksen muuttumista ei normaalisti edes havaita. Ku- ten yllä todettiin, "puhekehys" tarkoittaa yleisesti kehystä, jota kyseisessä järjestelmässä käytetään välittämään informaatiota, kuten puhetta, musiikkia i’": tai muuta ääntä, videosignaalia tai multimediaa. ’’Huono” kehys tarkoittaa tä- • ·» män hakemuksen puitteissa sellaista kehystä, josta vastaanotin voi päätellä, • » * 35 että sitä ei tule käsitellä normaalina hyvänä kehyksenä. Esimerkinomaisen • |

• I

11360C

9 GSM-järjestelmän tapauksessa huono kehys voidaan havaita tarkistussumman CRC perusteella.

Keksinnön mukaisesti viestejä välitetään lähettimeltä vastaanotti-melle lähetettävän informaation kanssa yhteisessä kanavassa siten, että 5 viestiä vastaava puhekehys merkitään huonoksi (esimerkiksi sijoittamalla siihen virheellinen CRC) ja viestiä vastaava bittikuvio sijoitetaan yhteen tai useampaan kehykseen. Kehyksiä "varastetaan" viestien välitykseen vain hyvin lyhyitä aikoja kerrallaan ja vain täsmälleen viestien lähetyksen ajaksi, kun taas muina aikoina koko kanava on normaalisti informaation siirron käytettä-10 vissä. Tässä yhteydessä käsite ’’lyhytaikainen viesti” tarkoittaa niin lyhyttä -yleensä vain yhden puhekehyksen mittaista - viestiä, että se voidaan lähettää samassa kanavassa siirrettävän informaation seassa, ilman että vastaanotto-signaalin ymmärrettävyys oleellisesti kärsii. Käytännön tilanteissa keksinnön mukainen viestien lähetys ei yleensä huononna vastaanoton laatua lainkaan. 15 Tämä johtuu siitä, että tällaisia viestejä tarvitaan lähinnä aivan yhteyden alussa, jolloin lähettäjä ja vastaanottaja (esimerkiksi matkaviestin ja verkon kiinteä osa) neuvottelevat käytettävän puhekoodekin, kaiunpoistajan ja/tai kohinan-poistajan käytöstä. Tällainen neuvottelu voidaan käydä sinä aikana, kun signalointiyhteys on muodostettu, mutta ennenkuin osapuolet aloittavat varsinai-20 sen informaation siirron, esimerkiksi puhumisen. Mikäli puhelu tapahtuu matkaviestinjärjestelmässä ja puhelun aikana matkaviestimen käyttäjä siirtyy toisen tukiaseman ja/tai transkooderin alueelle, neuvottelu on luonnollisesti uu-sittava puhelun aikana. Tällöinkin matkapuhelinverkoissa yleisesti käytetty ’ ,* huonojen puhekehysten korvaustekniikka naamioi viestin, niin että vaikutus ];:‘ 25 puheen laatuun on käytännöllisesti katsoen olematon.

: ·’ Satunnaiset viestit - esimerkiksi puhekoodekin valitsemiseksi ja kaivi.: unpoistajan tai kohinanpoistajan ohjaamiseksi - ovat hyvin lyhyitä. Tällöin ei v : puheelle käytettävää kaistaleveyttä rajoiteta mainittavasti, vaikka viesteihin lisätään redundanssia siirtovirheiden korjaamiseksi. Redundanssia voidaan ··· 30 lisätä esimerkiksi käyttämällä hyväksi järjestelmässä jo muutenkin toteutetta- vaa kanavakoodausta, joka esimerkinomaisen GSM-järjestelmän tapauksessa on toteutettu konvoluutiokoodauksella. Muita tapoja redundanssin lisäämi-/ seksi esitetään keksinnön edullisten suoritusmuotojen yhteydessä.

··.' Keksinnön mukaisen signalointimenetelmän etu on ensinnäkin se, 35 että menetelmän avulla voidaan lisätä uusia ominaisuuksia olemassaoleviin tietoliikennejärjestelmiin. Järjestelmässä voidaan käyttää sekä "uusia" laitteita »»* (sellaisia joissa keksinnön mukainen signalointi on toteutettu) että "vanhoja" 11360Γ 10 laitteita (jotka eivät sisällä keksinnön mukaista tekniikkaa). Kun uusi laite kommunikoi toisen uuden laitteen kanssa, keksinnön mukaiset viestit kulkevat lähettimen ja vastaanottimen välillä puheyhteyden häiriintymättä. Kun uusi laite kommunikoi vanhan laitteen kanssa, uuden laitteen lähettämät viestit 5 eivät mene perille, mutta puheyhteyskään ei häiriinny. Keksinnön mukaista menetelmää käyttävä vastaanotin pystyy havaitsemaan puhekehykseen koodatun viestin ja tulkitsemaan sen puheyhteyden oleellisesti häiriintymättä, eikä viestin havaitsemiseen tarvita mitään lisäinformaatiota. Keksinnön mukaisessa tekniikassa ei siis tarvita mitään erityistä puhekehystä, joka vastaisi yllä 10 mainitun US-patentin käsitettä ’’unique signature”, jolla osoitetaan onko kanavan informaatio tulkittava puheeksi vai viestiksi. Vastaanotin, johon ei ole toteutettu keksinnön mukaista viestinvälitystä, ei pysty havaitsemaan puhekoo-dausbittien joukkoon koodattua viestiä, mutta viestin olemassaolo ei oleellisesti häiritse puheyhteyttä. Viestit tunnistetaan yksinkertaisesti siten, että 15 vastaanotin havaitsee huonon puhekehyksen ja tutkii, sisältääkö se jonkun bittikuvion, joka poikkeaa ennalta määrätystä, viestiä vastaavasta bittikuviosta korkeintaan muutaman bitin osalta. Koska keksinnön mukaiset viestit kulkevat käyttäjäliikenteelle osoitetussa kanavassa, viestit voivat olla vapaasti valittavia bittikuvioita. Ei siis voi syntyä sellaista riskiä, että alan standardointijärjestö 20 varaisi jonkin keksinnön mukaista viestiä vastaavan bittikuvion määrättyyn tarkoitukseen.

Koska viestin lähetyshetkeä lukuunottamatta koko puhekanava on * t · normaalisti puheen siirron käytettävissä, keksinnön mukainen tekniikka ei ’ .* alenna puhekanavan kapasiteettia. Teoriassa se hieman alentaa puheen ' 25 laatua viestin lähetyshetkellä, mutta kokemus on osoittanut, että ihminen ei : * " pysty huomaamaan yhden puhekehyksen puuttumista, jos huono tai puuttuva puhekehys korvataan edellisellä hyvällä puhekehyksellä. Redundanssin ja v ·* viestejä vastaavien bittikuvioiden edullisen valinnan vuoksi keksinnön mukai nen tekniikka on luotettava siirtohäiriöitä vastaan.

» 30 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen • · '*:** yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin ja taulukoihin, joista:

Kuvio 1 esittää solukkomaisesti toteutetun matkaviestinjärjestelmän : ‘‘: keksinnön kannalta oleellisia osia; .;. Kuvio 2 havainnollistaa puheelle suoritettavia eri toimenpiteitä; li. 35 Kuvio 3 esittää tunnettua tekniikkaa puheen ja viestien lähettämi- ··*’ seksi; 11360:" 11

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaista järjestelyä viestien lähettämiseksi;

Liitteen 1 taulukossa 1 esitetään ETSI:n GSM 06-sarjan suosituksen 5 06.10 mukaiset RPE-LTP -puhe-enkooderin tuottamat puheparametrit;

Liitteen 1 taulukossa 2 esitetään RPE-LTP enkooderin tuottamien bittien luokittelu kahdella eri tavalla: 6-jakoinen subjektiivinen luokittelu ja 3-jakoinen kanavakoodauksen käyttämä luokittelu;

Liitteen 1 taulukossa 3 näytetään esimerkkinä, kuinka viestibitit voi-10 daan valita GSM:n täyden nopeuden kanavan RPE-LTP puhekoodausmene-telmän tapauksessa.

Kuvio 4 esittää, kuinka keksinnön mukainen viestienkoodaus voidaan sijoittaa lähettimeen 100 ja vastaanottimeen 102. (Kuvion pitämiseksi havainnollisena lähettimessä on yhdistetty lohkoksi Tx ne toiminnot, jotka ku-15 viossa 2 on esitetty kanavaenkoodauksen alapuolella. Vastaanottimessa on yhdistetty lohkoksi Rx ne toiminnot, jotka kuviossa 2 on esitetty kanavade-koodauksen alapuolella.) Kuvion 3 mukaiseen tunnettuun lähe-tin/vastaanottimeen verrattuna keksinnön mukainen lähetin 100 yhdistää puhe-enkooderin 106 ja viestienkooderin 116 antosignaalit samaan siirtokana-20 vaan 108. Lähettimessä 100 puhesignaali enkoodataan puhe-enkooderilla 106, joka voi olla tavanomaista tyyppiä. Viestienkooderin 116 antosignaali i '· johdetaan kanavaenkooderille 124, jossa bitit suojataan kanavassa 108. ta- j · pahtuvia virheitä vastaan. Viestit 114 liitetään enkoodattuun puhesignaaliin : \· viestienkooderissa 116, joka sijoittaa kehykseen viestiä vastaavan bittikuvion.

Γ 25 Lisäksi viestienkooderi 116 merkitsee viestin lähetyshetkeä vastaavan kehyk- • 4 ; sen huonoksi (kuvion 4 esimerkissä antamalla signaalin 117 kanavaenkoo- derille 124, joka sijoittaa kehykseen F virheellisen tarkistussumman CRC).

» ' ·

Kanavaenkooderi voi olla muuten tavanomaista tyyppiä, mutta sen tulee vää-ristää tarkistussumma CRC vasteena viestienkooderin signaalille 117. Sijoit-·;;; 30 tamalla viestienkooderi ennen kanavaenkooderia voidaan viestit suojata ka- ’·** navakoodauksella.

Keksinnön mukainen vastaanotin 102 erottaa samasta siirtokana- * » vasta 108 tulevan informaation puhekanavaan 112 ja viestikanavaan 122. Vastaanottimessa 102 bitit viedään ensin kanavadekooderille 126, joka pur-35 kaa kanavaenkoodauksen. Tämän jälkeen bitit viedään viestidekooderille ’···' 120, joka tunnistaa vastaanotetut huonot kehykset (esimerkiksi tarkistussum- 11360Γ 12 man CRC perusteella). Havaittuaan huonon kehyksen vastaanotin tutkii, sisältyykö kehykseen jokin bittikuvio, joka vastaa jotakin ennalta määrättyä viestiä tai korkeintaan poikkeaa tällaisesta bittikuviosta muutaman bitin verran. Viestidekooderista 120 tunnistetut viestit johdetaan viestiantoon 122, jo-5 ka vastaa samalla viitenumerolla varustettua viestidekooderin antoa kuviossa 3. Oleellisena erona kuvion 3 mukaiseen tunnettuun järjestelyyn nähden on, että keksinnön mukaisessa järjestelyssä puhe ja viestit lähetetään yhteisen puhekanavan 108 kautta. Sen sijaan kuvion 3 mukaisessa tunnetussa järjestelyssä viesteille on järjestettävä erillinen kanava 118, joka on joko erillinen 10 fyysinen kanava tai looginen kanava, joka toteutetaan varaamalla pysyvästi osa puhekanavan siirtokapasiteetista viestien välittämiseen. Viestidekoode-rilta 120 signaali johdetaan huonojen puhekehysten korvauslohkon 128 kautta puhedekooderille 110, joka suorittaa kyseisessä tietoliikennejärjestelmässä käytetyn puhedekoodauksen.

15 Lähetin 100 ja vastaanotin 102 voivat olla integroituja yksiköitä tai ne voidaan hajauttaa esimerkiksi GSM-järjestelmän tapaan siten, että puheenkoodaus ja -dekoodaus tapahtuvat transkooderissa ja kanavaenkoodaus ja -dekoodaus tukiasemassa. Samoin kuviossa 4 eri toiminnallisten lohkojen väliset rajat on tulkittava enemmän toiminnallisiksi kuin rakenteellisiksi. Tämä 20 tarkoittaa esimerkiksi sitä, että viestienkooderin 116 ja viestidekooderin 120 ei välttämättä tarvitse olla erillisiä fyysisiä yksiköitä vaan integroinnin lisääntyessä ne voidaan toteuttaa myös tunnetulla laitteistolla, esimerkiksi digitaali- * · sen prosessorin ohjelmistomuutoksina.

I t « : Viitaten kuvioihin 3 ja 4, kuvataan yksityiskohtaisesti erästä mahdoi- !’ 25 lista keksinnön mukaista neuvottelukäytäntöä transkooderin TRAU ja matka- ; viestimen MS välillä. Yhteyttä muodostettaessa transkooderi TRAU selvittää matkaviestimen tyypin ja/tai sen ominaisuudet, esimerkiksi siihen asennetut puheenkoodausalgoritmit. Transkooderi TRAU lähettää keksinnön mukaisen viestin esimerkiksi vääristämällä transkooderin TRAU ja tukiaseman BTS vä- *;;; 30 Iillä käytettävän puhekehyksen tarkistussumman CRC (Cyclic Redundancy « * '•y' Check). Tällöin tukiasema BTS merkitsee kehyksen huonoksi muuttamalla

* I

I tarkistusbitit ilmarajapinnalla Um vääriksi, jolloin matkaviestin tulkitsee kehyk- sen huonoksi kehykseksi ja tarkistaa, sisältääkö kehys viestin.

Matkaviestin MS vastaa transkooderin TRAU lähettämään kyselyyn 35 kertomalla siihen asennetut puheenkoodausalgoritmit. Tämä tapahtuu muo-

* I

'·**' dostamalla sopiva ennalta sovittu viesti. Viesti lähetetään siten, että matka- 11360Γ 13 viestin MS muuttaa kanavakoodauksessa käytettävät tarkistusbitit vääriksi ja sijoittaa viestiä vastaavan bittikuvion kehykseen. Tällöin tukiasema BTS tulkitsee vastaanotetun kehyksen huonoksi ja lähettää tämän kehyksen edelleen transkooderille TRAU. Tällöin oletetaan, että kanavadekooderilta tai muualta 5 vastaanottimesta tulee tietoliikennejärjestelmän käyttämän virheenkorjaus-koodauksen perusteella tai jollakin muulla keinolla päätelty indikaatio para-metriryhmien virheellisyydestä tai virheettömyydestä. Tämä indikaatio voi olla esimerkiksi GSM-järjestelmän mukainen BFI (Bad Frame Indication). Virheiden havaitsemista ja virheellisten kehysten tunnistamista on käsitelty GSM-10 suosituksessa 05.03 (Channel Coding). Käyttämällä näin muodostettuja kehyksiä voidaan kehyksen sisällöksi laittaa signalointiviestejä, koska huonojen kehysten databitit lähetetään sellaisenaan transkooderille TRAU asti.

Tällainen neuvottelu toisen osapuolen ominaisuuksien selvittämiseksi toistetaan kanavanvaihdon yhteydessä, koska on mahdollista, että pu-15 helua käsittelevä transkooderikin vaihtuu. Uudella transkooderilla ei ole tietoa siitä puheenkoodausmenetelmästä, jonka käytön matkaviestin MS neuvotteli edellisen transkooderin kanssa. Sillä ei myöskään välttämättä ole samoja ominaisuuksia kuin sillä transkooderilla, jota käytettiin ennen kanavanvaihtoa. Sen vuoksi ennen kanavanvaihtoa, tai ainakin ennen keskusten välistä kana-20 vanvaihtoa (Inter-MSC handover) on siirryttävä käyttämään sellaista puheenkoodausta, joka uudessa transkooderissa varmasti on. Vastaavalla tavalla voidaan transkooderin ja matkaviestimen välisellä neuvotella yhteydellä käytettävä kaiunpoistomenetelmä.

Transkooderin TRAU on erotettava viestit niistä kehyksistä, jotka 25 ovat muuttuneet huonoiksi siirtovirheiden vuoksi. Tämä tapahtuu esimerkiksi ; ,·' siten, että kutakin ennalta määrättyä viestiä vastaa määrätty bittikuvio tai ' T joukko bittikuvioita. Seuraavassa on esitetty, kuinka viestidekooderi pystyy ; päättelemään onko vastanotetuissa biteissä viesti: Erilaisten mahdollisten viestien määrä on hyvin pieni. Esimerkinomaisena arvona voidaan pitää noin 30 20 erilaista viestiä. Viestien koodaukseen käytettävät koodisanat valitaan .*··. kuitenkin hyvin pitkiksi. Sopiva koodisanan pituus on esimerkiksi noin 100 * · '·’ bittiä. Normaalisti 100 bitin koodisanalla voidaan koodata 2100 erilaista viestiä,

» I

ί joten tältä kannalta koodisana on aivan tarpeettoman pitkä. Pitkän koodisa- • e i nan ansiosta on käytännössä mahdotonta, että puhe-enkooderi 110 tuottaisi * 35 sattumalta 100 bitin koodisanan, joka olisi sama kuin joku 20:stä valitusta .···. viestikoodisanasta, ja joka lisäksi olisi huonossa kehyksessä. Tämän vuoksi • · viestidekooderi 120 voi tutkia viestikoodaukseen käytettävät 100 bittiä, ja jos 113600 14 ne muodostavat jonkin koodisanoista, niin ne tulkitaan viestiksi. Muussa tapauksessa bittien oletetaan olevan tavallisia puhekoodausbittejä. Mitään erityistä lisäsignaalia ei siis tarvita kertomaan onko viesti lähetetty vai ei.

Yllä on kuvattu kaksisuuntainen neuvottelun luonteinen kättely.

5 Vaihtoehtoisesti osapuolista toinen tai molemmat voivat spontaanisti lähettää viestejä, jolla ne tiedottavat ominaisuuksistaan. Ominaisuus, jonka olemassaolosta neuvotellaan tai tiedotetaan, on tyypillisesti kyky erilaiseen puheenkoodaukseen, kaiunpoistoon ja/tai kohinanpoistoon sekä muihin järjestelmään mahdollisesti lisättäviin toimintoihin. Lähettäjä voi myös suoraan käskeä vas-10 taanottajaa käyttämään tai olemaan käyttämättä jotakin ominaisuutta.

Liitteen 1 taulukossa 3 on esitetty esimerkkinä, kuinka bitit voidaan valita GSM-järjestelmän täyden nopeuden kanavan RPE-LTP puhekoodaus-menetelmän kohdalla. Valitut bitit on esitetty taulukossa 3 kaksinkertaisella kehystyksellä. Taulukon 3 numerointi seuraa taulukon 1 bittien numerointia. 15 260 bitin mittaisesta puhekehyksestä on valittu 123 bittiä viestikoodaukseen. Perusteet yllä mainittujen viestikoodausbittien valinnalle ovat seuraavat: Valitut 123 bittiä ovat kaikki RPE-parametrien kuvaukseen käytettäviä bittejä ja ne muodostavat yhtenäisen riittävän suuren ryhmän. Ne RPE-parametrien bitit, jotka kuuluvat kanavakoodauksessa luokkaan 2, on jätetty kokonaan 20 pois, sillä niitä ei ole kanavakoodauksessa lainkaan suojattu ja niiden virhe-todennäköisyys siirrossa on liian suuri. Kaikki luokkien 1a ja 1b RPE-parametrien (RPE grid position, Block amplitude, RPE-pulses) bitit on valittu ; ’* viestikoodaukseen, jolloin päädytään lukuun 123.

: " Kanavassa 108 mahdollisesti tapahtuvilla siirtovirheillä on myös vai- : .** 25 kutusta keksinnön toteutukseen. Jos on oletettavaa, että siirrossa voi tapah- : tua virheitä, niin viestien perille meno voi vaarantua. Jos kanavan virhetoden- näköisyys on esim. 1%, niin 100 bitin mittaisessa viestikoodisanassa on usein yksi tai useampia virheitä. Tämä voidaan ottaa huomioon viestidekooderin toiminnassa. Ei yleensä ole mielekästä toteuttaa viestidekooderia siten, että 30 viesti tulkitaan havaituksi vain, jos se on täsmälleen sama kuin joku ennalta määrätyistä viestikoodisanoista. Käytännön toteutuksessa viestidekooderi 1’ sallii viestikoodisanassa tietyn määrän virheitä. Jos vastaanotettu bittikuvio ·: poikkeaa jostakin viestikoodisanasta korkeintaan sallitun maksimivirhemää- rän verran, niin viesti tulkitaan havaituksi. Erilaisten bittien määrää kahden 35 viestin välillä kutsutaan viestien väliseksi Hamming-etäisyydeksi. Mahdolliset • » » ,*··, viestit kannattaa valita niin, että niiden välinen Hamming-etäisyys on mahdol- • · lisimman suuri. Jos viesti hyväksytään vain, jos se vastaanotetaan täsmälleen 113600 15 oikein, niin todennäköisyys on käytännöllisesti katsoen nolla sille, että jokin puhekehys vääristyisi täsmälleen oikeata viestiä vastaavaksi bittikuvioksi. Toisaalta näin syntyy vaara, että viestin sisältävä kehys vääristyy niin, että vastaanottaja ei ymmärrä viestiä. Voidaan asettaa ennalta määrätty raja-arvo, 5 esimerkiksi 3 bittiä, siten että viestit hyväksytään, jos ne poikkeavat viestiä vastaavasta ihanteellisesta bittikuviosta korkeintaan tämän raja-arvon verran. Tällainen menettely lisää vaaraa siitä, että huonojen kehysten bittien joukossa esiintyisi sattumalta jokin viestikoodisanaa muistuttava bittiyhdistelmä. Valitsemalla riittävän pitkät viestikoodisanat ja riittävän alhainen sallittu virhe-10 määrä voidaan kuitenkin löytää optimaalinen kompromissi.

Muita tapoja redundanssin lisäämiseksi on sijoittaa viestiä vastaava bittikuvio ainakin kaksi kertaa samaan kehykseen tai lähettää viestit ainakin kaksi kertaa eri kehyksissä, jolloin yksikin onnistunut vastaanotto tulkitaan viestiksi. Viime mainitussa tapauksessa on edullista lähettää viestien välissä 15 ainakin yksi normaali kehys, jolloin huonojen kehysten korvaustoiminta saa käytettäväkseen tuoreemman hyvän kehyksen. Lisäksi annetaan mahdolliselle häiriölle enemmän aikaa vaimentua. Eri tekniikoita redundanssin lisäämiseksi voidaan käyttää myös yhdessä.

Kun samassa järjestelmässä on sekaisin "uusia" ja "vanhoja" laittei-20 ta, niin toiminta on seuraavanlainen. Oletetaan ensin, että lähetin on "uusi" ja vastaanotin on "vanha". Tällainen tilanne syntyisi kuviosta 4, jos viestidekoo-deri 120 poistettaisiin. Kuten kuvion 4 yhteydessä selostettiin, lähetin 100 koodaa puheen ja korvaa tarvittaessa osan puhekoodausbiteistä viestin 114 ’’ koodaukseen käytettävillä biteillä ja merkitsee kehyksen huonoksi. "Vanhan" • : 25 tyyppisessä vastaanottimessa 102 ei ole viestidekooderia 120 ja kehykset viedään huonojen kehysten korvauksen jälkeen suoraan puhedekooderille 110, joka syntesoi kuultavan puheen 112. Jos puhekoodausbitit sisältävät : viestin, niin viesti aiheuttaa jonkin verran puheen laadun heikennystä. Hei kennys on kuitenkin vähäinen, kuten yllä on selostettu. Vastaanotin 102 ei 30 ymmärrä viestiä, mutta puheyhteys ei myöskään oleellisesti häiriinny.

Kun käänteisessä tapauksessa lähetin on "vanha" mutta vastaanotin * » *!' on "uusi", niin toiminta on seuraavanlainen. Lähetin 100 koodaa puheen ai- emmin esitetyllä tavalla ja siirtää sen kanavalle 108. "Vanhan" tyyppinen lä- L..: hetin ei korvaa kehyksiä viestibiteillä. Vastaanottimen 102 viestidekooderi 35 120 tutkii, sisältävätkö vastaanotetut kehykset viestin. Koska viestikoodisanat ovat hyvin pitkiä, ei viestin esiintyminen sattumalta huonojen kehysten jou- • · kossa ole käytännössä mahdollista, joten viestidekooderi 120 vie kehykset 113600 16 (huonojen kehysten korvauksen jälkeen) sellaisenaan puhedekooderille 110, joka syntesoi kuultavan puheen 112. Viestidekooderi 120 ei siis koskaan tulkitse viestiä 122. Vastaanotin 102 toimii tässä tapauksessa aivan kuten tavallinen vastaanotin, jossa ei ole toteutettu kyseistä viestinvälitystä.

5 Keksinnön edulliset suoritusmuodot on esimerkinomaisesti selos tettu GSM-järjestelmän ja sen johdannaisten yhteydessä. Tulee kuitenkin ymmärtää, että esitetyt suoritusmuodot, esimerkit ja käytetyt sanat ovat kaikilta osiltaan havainnollistavia eikä rajoittavia. Monesta muustakin digitaalisesta tietoliikennejärjestelmästä on löydettävissä vastaavat osat ja parametrit.

10 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa ja keksintöä soveltaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

I · » · » » t t * » · • 1 1 * 1 · » • · • I · • · · • k • · » • · t • · • I ·

Claims (20)

11360C 17

1. Menetelmä viestien (114) lähettämiseksi digitaalisessa tietoliikennejärjestelmässä, jossa menetelmässä: - lähetettävä informaatio (104) enkoodataan lähettimessä (100) ke-5 hyksiksi (F), joille on määritelty hyvä tila ja huono tila, ja jotka lähetetään siirtotien (108) kautta vastaanottimelle (102); - kullekin viestille (114) on määritelty viestiä vastaava bittikuvio, joka sijoitetaan kehykseen (F); - viestit (114) enkoodataan lähettimessä (100) ja lähetetään vas-10 taanottimelle (102); tunnettu siitä, että viestit (114) lähetetään: - informaation (104) kanssa yhteisen siirtotien (108) kautta ja informaation lähetystä olennaisesti katkaisematta; - muodostamalla viestin (114) lähetyshetkeä vastaava kehys (F) 15 huonoksipa - lyhyinä jaksoina, korkeintaan muutama puhekehys ja edullisesti vain yksi kehys (F) kerrallaan, jolloin puheen laatua ei oleellisesti heikennetä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viestin (114) sisältö vastaa lähettimen (100) tyyppiä ja/tai jotakin ominai- 20 suutta tai ominaisuuden puuttumista.

• '·· 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu lähettimen (100) ominaisuus on sen kyky erilaiseen puheenkoo-: daukseen, kaiunpoistoon ja/tai kohinanpoistoon.

• * · : 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, '·!·’ 25 tunnettu siitä, että redundanssin lisäämiseksi viestiä (114) vastaava bitti- v : kuvio sijoitetaan samaan kehykseen (F) ainakin kahteen eri paikkaan.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että redundanssin lisäämiseksi viestiä (114) vastaava bitti-’' kuvio sijoitetaan ainakin kahteen eri kehykseen (F). I » t .···, 30

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, • » [·’ että mainitun kahden, samaa viestiä (114) vastaavien bittikuvion sisältävien v * kehyksen (F) välissä lähetetään ainakin yksi hyvä kehys. »» * 11360 C 18

7. Menetelmä viestien (114) vastaanottamiseksi digitaalisessa tietoliikennejärjestelmässä, jossa menetelmässä: - informaatio (104) vastaanotetaan siirtotien (108) kautta kehyksinä (F) joille on määritelty hyvä tila ja huono tila, huonot kehykset (F) korvataan 5 ainakin osittain jollakin edellisellä hyvällä kehyksellä; - informaation (104) lisäksi vastaanotetaan viestejä (114), joista kullekin on määritelty viestiä vastaava bittikuvio; tunnettu siitä, että viestit (114) vastaanotetaan: - informaation (104) kanssa yhteisen siirtotien (108) kautta; 10. tunnistamalla huono kehys (F), joka lisäksi sisältää bittikuvion, jo ka poikkeaa viestiä (114) vastaavasta bittikuviosta korkeintaan ennalta määrätyn kynnysarvon verran, ja vasteena tällaiselle tunnistamiselle, muodostamalla viestiä (114) vastaava antosignaali (122).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että viestin (114) sisältö osoittaa, kuinka vastaanottimen (102) tulee käyttää I tai olla käyttämättä jotakin ominaisuuttaan.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vastaanottimen (102) ominaisuus on sen kyky erilaiseen puheenkoodaukseen, kaiunpoistoon ja/tai kohinanpoistoon. :·. 20

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, • f a tunnettu siitä, että erilaisten viestien (114) määrä on mahdollisten bittiku- ' , vioiden kokonaismäärään nähden erittäin pieni, edullisesti noin 20, ja viestejä (114) vastaavat bittikuviot valitaan siten, että niiden keskinäinen Hamming- • * · : * * etäisyys on mahdollisimman suuri. :'j'; 25

11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennalta määrätty kynnysarvo on noin 3 erilaista bittiä.

. 12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että digitaalinen tietoliikennejärjestelmä on matkaviestinjär- •, | jestelmä ja siirtotie (108) käsittää radiotien. • « ·.·’ 30

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu sii- :' · ’; tä, että siirtotie (108) on matkaviestinjärjestelmän puhekanava. 11360C 19

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huonon kehyksen osoitin (C) on kehyksen (F) mukana lähetetty syklinen tarkistussumma (CRC), joka ei vastaa kehyksestä laskemalla saatavaa tarkistussummaa. 5

15. Lähetin (100) informaation (104) ja viestien (114) lähettämisek si digitaalisessa tietoliikennejärjestelmässä, joka lähetin (100) käsittää: - informaatioenkooderin (106), jolla lähetettävä informaatio (104) enkoodataan kehyksiksi (F), joille on määritelty hyvä tila ja huono tila; - viestienkooderin (116) viestien (114) enkoodaamiseksi siten, että 10 kullekin viestille (114) on määritelty viestiä vastaava bittikuvio; - välineet viestiä (114) vastaavan bittikuvion sijoittamiseksi kehykseen (F); - välineet (124, Tx) enkoodatun informaation (104) ja enkoodattujen viestien (114) lähettämiseksi siirtotien (108) kautta vastaanottimelle (102); 15 tunnettu siitä, että viestienkooderi (116) on järjestetty: - johtamaan enkoodatut viestit (114) enkoodatun informaation (104) kanssa yhteisen siirtotien (108) kautta vastaanottimelle (102), informaation lähetystä olennaisesti katkaisematta; - muodostamaan viestin (114) lähetyshetkeä vastaava kehys (F) 20 huonoksi; ja - muodostamaan enkoodatut viestit (114) lyhyinä jaksoina, korkein- j ” taan muutama puhekehys ja edullisesti vain yksi kehys (F) kerrallaan, jolloin i ’·· puheen laatua ei oleellisesti heikennetä.

16. Vastaanotin (102) informaation (104) ja viestien (114) vastaan-25 ottamiseksi digitaalisessa tietoliikennejärjestelmässä, joka vastaanotin (102) • » · !!! käsittää: • t · - välineet (Rx, 126) signaalin vastaanottamiseksi siirtotien (108) kautta kehyksinä (F), joille on määritelty hyvä tila ja huono tila; - vastaanottovälineisiin (Rx, 126) toiminnallisesti kytketyn informaa- tl· 30 tiodekooderin (110) dekoodatun informaation (112) tuottamiseksi sekä väli-; neet (128) huonon kehyksen (F) korvaamiseksi ainakin osittain jollakin edelli- , ’ · · ’ sellä hyvällä kehyksellä; * · - vastaanottovälineisiin (Rx, 126) toiminnallisesti kytketyn viestide- v · kooderin (120) viestien (114) dekoodaamiseksi siten, että kullekin viestille : 35 (114) on määritelty viestiä vastaava bittikuvio; 113600 20 tunnettu siitä, että: - vastaanotin (102) on järjestetty vastaanottamaan viestit (114) informaation (104) kanssa yhteisen siirtotien (108) kautta; ja - viestidekooderi (120) on järjestetty tunnistamaan huono kehys, jo-5 ka lisäksi sisältää bittikuvion, joka poikkeaa viestiä (114) vastaavasta bittikuviosta korkeintaan ennalta määrätyn kynnysarvon verran, ja vasteena tällaisen kehyksen tunnistamiselle, muodostamaan kyseistä viestiä (114) vastaavan antosignaalin (122).

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen lähetin tai patenttivaatimuk-10 sen 16 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että erilaisten viestien (114) määrä on mahdollisten bittikuvioiden kokonaismäärään nähden erittäin pieni, edullisesti noin 20, ja viestejä (114) vastaavat bittikuviot on valittu siten, että niiden keskinäinen Hamming-etäisyys on mahdollisimman suuri.

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen lähetin tai patenttivaatimuk-15 sen 16 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että digitaalinen tietoliikennejärjestelmä on matkaviestinjärjestelmä ja siirtotie (108) käsittää radiotien, kuten matkaviestinjärjestelmän puhekanavan.

19. Huonon kehyksen käyttö lyhytaikaisten, korkeintaan muutaman ja edullisesti yhden puhekehyksen pituisten viestien (114) lähettämiseen digi- 20 taalisessa tietoliikennejärjestelmässä, jossa lähetettävä informaatio (104) lä- * »· |.t hetetään siirtotien (108) kautta vastaanottimelle (102) enkoodattuna kehyksik- ' . si (F), joille on määritelty hyvä tila ja huono tila siten, että vastaanotetut huo- not kehykset korvataan ainakin osaksi jollakin edellisellä hyvällä kehyksellä; ja • ♦ « : ;* jossa järjestelmässä lisäksi lähetetään viestejä (114), joista kullekin on määri- :. i.: 25 telty viestiä vastaava bittikuvio. • I | » » ♦

20. Digitaalisen tietoliikennejärjestelmän lähetyssignaali, jossa lähetettävä informaatio (104) lähetetään enkoodattuna kehyksiksi (F), jotka si- * [!" sältävät tilatietoelementin (C), jolle on määritelty hyvä tila, joka osoittaa, että *:*’ kehys tulee käsitellä normaalisti, ja huono tila, joka osoittaa, että vastaanote- • · 30 tut huonot kehykset tulee korvata ainakin osaksi jollakin edellisellä hyvällä : kehyksellä; ja jossa järjestelmässä lisäksi lähetetään viestejä (114), joista kul- .·[·, lekin on määritelty viestiä vastaava bittikuvio; • tl tunnettu siitä, että lähetyssignaalissa viestin (114) lähetyshet-’*'* kellä kehyksen (F) tilatietoelementti (C) on tilassa, joka osoittaa huonoa ke- 21 1 1 7 £ n r I luu Ui. hystä, ja kehys (F) tai ainakin sen hyötykuormaosa (P) sisältää viestiä (114) vastaavan bittikuvion; ja että tällainen tilatietoelementin (C) ja hyötykuorma-osan (P) tilojen yhdistelmä esiintyy peräkkäin korkeintaan muutamassa ja edullisesti yhdessä puhekehyksessä, jolloin puheen laatu ei oleellisesti hei-5 kenny. > I I * 1 · » · ! t • 4 » · 1 · * I I » · t · I 11360 22