FI118914B - Menetelmä ja järjestelmä langatonta tosiaikaista monikanavaisen audio- tai videodatan siirtoa varten - Google Patents

Description

1 118914

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ LANGATONTA TOSIAIKAISTA MONIKANAVAISEN AUDIO- TAI VIDEODATAN SIIRTOA VARTEN

Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen langaton 5 siirtomenetelmä pääasiassa video- j a audiotarkoituksiin.

Keksinnön kohteena on edelleen patenttivaatimuksen 8 johdannon mukainen langaton siirtojäijestelmä video-ja audiotarkoituksiin.

10 Keksintöön liittyy virheiden hallintamenetelmä ja - järjestelmä sekä tahdistusmenetelmä ja -jäijestelmä.

Tämän keksinnön kohde on tyypillisesti isokronisen, sähkömagneettisia häiriöitä sietävän, korkeimman studiolaatutason mukaisen monikanavaisen digitaalisen 15 audiosignaalin langattomaan siirtoon tarkoitettu jäijestelmä siihen kuuluvine laitteineen ja menetelmineen. Tätä samaa menetelmää voidaan käyttää myös perustana muun digitaalisen informaation ryhmälähetykseen, kuten tosiaikaisen digitaalisen videon ja televisiosignaalin paikalliseen jakeluun, kun täytettävänä ovat samanlaiset tosiaikaisuus- ja kaistanleveysvaatimukset.

20 • · '· " Johdanto • · * »•M Φ · · • · * · ·; * Nykyisin tunnetuissa tekniikoissa studiolaatuinen monikanavainen digitaalinen • · * **** audiosignaali muunnetaan ensiksi analogiamuotoon ja siirretään sitten kaiuttimille • · * · "* 25 kanavakohtaisin sähköisin kaapelein. Myös digitaalinen siirto sähköisissä kaapeleissa . . tai optisissa kuiduissa on tunnettua. Jos kaiuttimet ovat passiivisia, tarvitaan lisäksi * * · vielä vahvistin vahvistamaan signaalin tehoa lähettimessä ja syöttämään siirtolinjaa * · riittävällä teholla kaiuttimien ohjaamiseksi tarkoituksenmukaisella äänitasolla. Kaikki • · · nämä toimenpiteet, samoin kuin fyysinen analoginen siirtotie itsessään, tuovat * · *" 30 mukanaan useita alkuperäisen signaalin laatua huonontavia vaikutuksia kuten kohina, • · : ** häiriöt, särö, ryhmäviiveet sekä amplitudi- ja vaihevirheet. Kaapelointi on usein • * 9 • * *···* vaivalloinen ja voi olla epäsiistin näköinen. Kaapeleiden ja niiden sijoittelun huolellisella suunnittelulla edellä mainittuja haittatekijöitä voidaan jossakin määrin 2 118914 vähentää, mutta harvoin kokonaan poistaa. Kaapeleiden määrä, niiden huomattava koko sekä huolellisen suunnittelun tarve yhdessä vaivalloisen asennustyön kanssa lisäävät kustannuksia ynnä tarvittavia taitoja sekä ajanhukkaa. Kaapelit ja niiden sähkömekaaniset liittimet ovat alttiina mekaanisille vioille, jotka on vaikea löytää ja 5 korjata. Nämä ongelmat ovat erityisen harmillisia julkisissa esityksissä kun esiintyjät ja jopa yleisö liikkuvat kaapeleiden joukossa. Näissä olosuhteissa on olemassa todellinen, kaapeleista johtuva harmin ja loukkaantumisen vaara. Taidekiertueiden yhteydessä audiolaitteistot pystytetään ja puretaan useasti vaihtelevissa ympäristöissä, mikä moninkertaistaa nämä ongelmat, vaivannäöt ja kulut.

10

Integroiduilla ja kaiuttimiin optimoiduilla vahvistimilla toteutettujen aktiivikaiutti-mien käyttö yksinkertaistaa tilannetta jossakin määrin. Analogiasignaalit voivat nyt olla teholtaan matalatasoisia ja kohina- sekä häiriösietoisempi differentiaalisignalointi on suoraan käytettävissä. Monikanavaisten differentiaalisignaalien tuottaminen vaatii 15 kuitenkin varsin kallista korkealaatuista analogiaelektronikkaa sekä hintavat diffe-rentiaalikaapelit liittimineen.

Nykyisin saatavilla olevat langattomat audiosignaalin jakelujärjestelmät ovat hävi- ölliseen audiotiivistämisen menetelmiin pohjautuvia standardoimattomia radio- tai ‘ : 20 infrapunaratkaisuja ja tuottavat täten puutteellisen suorituskyvyn. Tästä syystä niitä • · '*.*·: käytetään pääasiallisesti avustaviin tarkoituksiin kuten kotiteattereiden takakaiuttimien ...:- yhteydessä.

• * · • m • · *·· f • · · *···’ Tämän keksinnön tarkoituksena on, yllä kuvattuja teknikkoja käyttäen, ratkaista • · · * · · · * 25 ongelmat, jotka liittyvät korkeimman studiolaadun mukaisen digitaalisen audio signaalin isokroniseen, tosiaikaiseen siirtoon, konstruoimalla uudenlainen, kansain- φ · :” välisiä standardeja noudattava, langattomaan lähiverkkoon (WLAN) pohjautuva • « ' t * * tiedonsiirtojärjestelmä, lähetin, vastaanotin sekä tarvittava laitteisto- ja käyttöoh- ’:* jelmisto digitaalisen audiosignaalin rajoitetun alueen kattavaan tehokkaaseen jakeluun * " 30 sekä tällaisen järjestelmän testaamiseen, konfigurointiin, hallintaan ja ohjaukseen.

* • * · * · · • ·

Keksintö perustuu ajatukseen, että digitaalinen informaatio välitetään keskuslähetys-asemalta ryhmälähetyksenä yksittäisille kaiuttimille studiotasoisessa digitaalisessa 3 118914 muodossa sähkömagneettisten radioaaltojen avulla tai sähkönjakeluverkon kautta ilman erillisiä signaalikaapeleita, tyypillisesti käyttäen kansainvälisiin standardeihin perustuvia massatuotannossa olevia langattomien lähiverkkojen (WLAN) komponentteja. Digitaalinen signaali muunnetaan analogiseksi vasta itse aktiivikaiuttimessa ja 5 syötetään paikallisesti, optimoitujen elektronisten alipäästö-, kaistanpäästö- ja yli-päästösuodatinten kautta, vahvistimille ja lopuksi laadukkaille kaiutinelementeille. Tällä taataan äärimmäinen äänenlaatu. Johtuen massatuotannossa olevan WLAN-tekniikan ja sen kaupallisesti saatavilla olevien komponenttien soveltamisesta sekä lisäksi tarvittavien muiden integroitujen vakiopiirien pienestä määrästä, kehitystyön ja 10 varsinaisen j ärj estelmän hinta voidaan pitää hyvin kohtuullisena.

Tässä esiteltävä menetelmä korvaa johdot IEEE 802.11-saijan standardeissa määritellyllä, standardoidulla, kaupallisella langattomien lähiverkkojen tekniikalla. Monikanavaisen tiivistämättömän studiolaatuisen audion tosiaikaisen siirron edellyttämät 15 erikoispiirteet on toteutettu WLAN-jäijestelmän koordinaatiotoiminnon, tietoliikenne-moodien ja ohjausparametrien kekseliäällä valinnalla yhdessä erityisen ylemmän tason laitteisto-ohj ausohj elmiston kanssa.

Keksinnön ensinnä suositeltavan toteutuksen mukaisesti erillisistä näytteistä koostuva * ' 20 audiodata organisoidaan audiokehyksiksi ja lähetetään vastaanottajille peräkkäisten • · • φ φ *· " majakkajaksojen sisällä käyttäen ryhmälähetysviestitystä. WLAN-standardien mukaan φ · · ···· on mahdollista käyttää kahta samanaikaista toimintamoodia. Tavallista moodia, jota Φ a ***** käytetään laajasti kaupallisissa tietoliikennetuotteissa, kutsutaan kilpailulliseksi tai φ φ I" kilpailupohjaiseksi (contention) palveluksi. Toista moodia, jota käytetään harvoin, φ φ • a _ *** 25 mutta joka on tarkoin määritelty IEEE 802.11-standardissa, kutsutaan kilpailuttomaksi . . (contention-free) palveluksi ja juuri se on tämän keksinnön perusta. Majakkakehyksiä φ φ φ φ Φ Φ (beacon frames) käytetään siirtymisen ohjaamiseen näiden kahden toimintamoodin φ φ "* välillä. Majakkajakson (beacon interval) pituus on ohjelmoitava parametri ja se on φ#Φ#φ • * * asetettu tässä keksinnössä siten, että vaadittu määrä isokronista audiodataa voidaan φφφ ’ φ φ ·;** 30 lähettää vastaanottimille minimijäijestelmäviiveellä.

ΙΦ φ Φ φ ΦΦ Φ φ φ Φ φ Φ φ # ΦΦ® 4 118914

Erityisesti keksintöä vastaavalle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on lausuttu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Edelleen keksintöä vastaavalle jäijestelmälle on tunnusomaista se, mitä on lausuttu 5 patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla on saavutettavissa huomattavia hyötyjä.

Kaiutinkohtaisessa studiolaatuisen digitaalisen audiosignaalin vastaanotossa voidaan 10 välttää kaikki perinteisen kaiuttimen signaalitiehen liittyvät virhetekijät. Tekemällä muunnos digitaalimuodosta analogiamuotoon vasta aktiivikaiuttimessa itsessään maksimoidaan äänenlaatu paikallistamalla analogiasignaalin etenemistie kiinteään ja optimoituun aktiivisen kaiuttimen piiriratkaisuun keksinnön yhden toteutuksen mukaisesti.

15

Signaalikaapelit, niiden liittimet ja differentiaalisignaalilähettimet sekä-vastaanottimet ja niihin liittyvä materiaali sekä asennustyö voidaan kokonaan välttää. Tämä poistaa kaikki niihin liittyvät kustannus-, vika-ja asennusongelmat. Koska massatuotannossa oleva standardi WLAN-tekniikka on perusta keksinnölle, sen * 1 2 3 20 massatuotantokustannus voi olla hyvin alhainen keksinnön yhden toteutuksen • · 1 * · · '· 1: mukaisesti.

*·1 .·«1· . .....

·1« • · **·;' Koska ryhmälähetysmoodi ja usein tapahtuva ryhmälähetystahdistus ovat käytössä, • · · ·“ kanavienvälinen vaihe-ero voidaan tehokkaasti poistaa keksinnön yhden toteutuksen • · * « "1 25 mukaisesti.

» 1 • · 1 • · · !,! Koska käytetään optimoitua lähetyksen kehyskokoa, voidaan järjestelmätason viive • 1 *·’ minimoida merkityksettömän pieneksi keksinnön yhden toteutuksen mukaisesti.

***** • · • · · · • · 2 *·;·1 30 Virhehallintamenetelmän avulla keksinnön yhden toteutuksen mukaisesti saavutetaan • · : 1·· yksinkertainen ja nopea parhaan-yrityksen mukainen virheenkoijausmenetelmä.

3 • » • · • · « 5 118914

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkinomaisiin toteutuksiin, joita esitetään mukaan liitetyissä piirustuksissa, joissa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen jäijestelmän yleisen kokoonpanon lohkokaavion 5 muodossa.

Kuvio 2 esittää lohkokaaviona esimerkin keksinnön mukaisesta lähetystukiasemasta.

Kuvio 3 esittää lohkokaaviona toisen esimerkin keksinnön mukaisesta lähetystuki-10 asemasta.

Kuvio 4 esittää lohkokaaviona esimerkin keksinnön mukaisesta vastaanottimesta.

Kuvio 3 esittää yhtä monikanavaista audionäytettä edustavan audiodatan rakenteen 15 keksinnön mukaisesti.

Kuvio 6 esittää yhtä audionäytekahdeksikkoa ja siihen liitettyä virhehallintalohkoa edustavan tietorakenteen keksinnön mukaisesti.

20 Kuvio 7 esittää kuvion 6 tietorakenteen avulla keksinnön mukaisen virheenkorjaus- • « *.**; periaatteen.

*·· ··· ··♦ • · * · · · 1 Kuvio 8 esittää lohkokaaviona siirtovälineen saantimenetelmän ohjauksen (Medium • · ♦

Access Control, MAC) arkkitehtuurin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

J—: 25

Kuvio 9 esittää tietorakenteena yleisen MAC-kehysrakenteen, jota voidaan käyttää • · keksinnön yhteydessä.

• · • · ··· φ *: 1 1: Kuvio 10 esittää tietorakenteena WLAN-kehyksenohjauskentän, jota voidaan käyttää 1 30 keksinnön yhteydessä.

• · • · · • ·φ • ·

Kuvio 11 esittää lohkokaaviona mahdolliset eri tyyppiset MAC-osoitteet, joiden ryhmälähetysversiota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

6 118914

Kuvio 12 esittää tietorakenteena yleisen majakkakehyksen, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

5 Kuvio 13 esittää tietorakenteena majakkakehyksen keksinnön mukaisena.

Kuvio 14 esittää tietorakenteena valtuuksien (capabilities) informatiokentän, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

10 Kuvio 15 esittää tietorakenteena tietoalkiot, joita voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

Kuvio 16 esittää tietorakenteena muotoilun liikenneindikaattorikarttaelementistä (Traffic Indication Map, TIM), jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

15

Kuvio 17 esittää tietorakenteena fyysisen kerroksen lavennetun siirtotaajuuden (Extended Rate PHY, ERP) tietoelementin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

20 Kuvio 18 esittää tietorakenteena lavennetun tuettujen siirtotaajuuksien elementin, jota · •. ’ · · voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

·· ···· ···

Kuvio 19 esittää tietorakenteena kilpailuttoman liikennemoodin (Contention-Free, CF) # • · f *.:. · parametrijoukkoelementin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

♦ ·· 25

Kuvio 20 esittää tietorakenteena kilpailuttoman liikennemoodin päättämiskehyksen • 1 •ii t" (CF-End Frame), jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

• · • t • · · :: Kuvio 21 esittää tietorakenteena fyysisen kerroksen lavennetun siirtotaajuuden * *: 1 1 1 30 ortogonaalisen taajuusjaon (ERP-OFDM PHY) kehysrakenteen, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

• ·

Kuvio 22 esittää graafina keksinnön kaistaleveysvaatimuksen.

7 118914

Kuvio 23 esittää taulukon muodossa keksinnön yhteydessä käytettävien 8 x 32-bittisten näytetietueiden määrän asianmukaisen järjestelyn peräkkäisiin datalohkoihin digitaalisen audiosignaalin lähetystä varten.

5

Kuvio 24 esittää graafina keksintöön liittyvän värinäkäyttäytymisen.

Kuvio 25 esittää lohkokaaviona keksintöön liittyvän yleisen tietorakenteen liittyen pahimman tilanteen lähettämisen ajoitukseen.

10

Kuvio 26 esittää vuokaaviona keksintöön liittyvän audiosignaalin tuloprosessoinnin. Tässä asiakirjassa käytetään keksintöön liittyen seuraavia termejä.

15 1 langaton lähiverkko (WLAN, Wireless Local Area Network) 2 audiolähde 3 digitaaliaudiolähetin 4 tukiasema 5 kaukosäädin '·**! 20 6 vastaanotin • · •. * · · 7 kaiutin, tyypillisesti sisäänrakennetuin vahvistimin varustettu aktiivikaiutin ..!: ’ 8 äänijäjjestelmä (esimerkiksi Surround Sound 7.1) ··» 9 audiodatamuotoilu/näyte 10 siirtotason audiodatamuotoilu ··· • · *·..* 25 11 virheenkoijauskoodi 12 MAC-alikenos, MAC = Medium Access Control, • · • · • " siirtovälineen saannin ohjaus • * **;·* 13 hajautettu koordinointitoiminto "**· 14 pistemäinen koordinointitoiminto 30 15 kilpailuton liikennepalvelu :\j 16 kilpailuperusteinen liikennepalvelu *:*·; 17 yleinen MAC-kehysrakenne 18 kehyksenohjaus 8 118914 19 kesto/tunnus 20 osoite 1 21 osoite 2 22 osoite 3 5 23 järjestyksen ohjaus 24 osoite 4 25 kehysrunko 26 kehystarkiste (FCS, Frame Control Sequence) 27 MAC-otsake 10 28 MAC-kehys 29 WLAN-kehysohjauskenttä 30 liikennekäytäntöversio 31 tyyppi 32 alityyppi 15 33 jakelujärjestelmän suuntaan (To DS, DS = Distribution System) 34 jakelujärjestelmän suunnasta (From DS) 35 lisäfragmentti 36 uudelleenyritys 37 lisädata ‘ * 20 38 tehonhallinta • · « · · *· “ 39 langalliseen vertautuva yksityisyys (WEP, Wired Equivalent Privacy) • · · ···· 40 järjestys • * *··;* 41 yksittäisosoite • · * *;"* 42 ryhmäosoite • · *** 25 43 yksittäislähetysosoite . . 44 ryhmälähetysosoite • · · !,! 45 yleislähetysosoite • · 46 yleinen majakkakehys • · · • ·* 47 kehysohjaus • φ **··* 30 48 kestoaika 9· : *·· 49 kohdeosoite • •9 50 lähdeosoite 51 peruspalvelujoukon tunnus (BSS ID) 9 118914 52 järjestyksenohjaus 53 kehysrunko 54 kehystarkiste (FCS, Frame Check Sequence) 55 aikaleima 5 56 majakkajakso 57 valtuustieto 58 palvelujoukon tunnus (SSID, Service Set Identity) 59 valinnainen kenttä 60 maj akkakehys, j ota käytetään tässä keksinnössä 10 61 kehysohjaus 62 kestoaika 63 kohdeosoite 64 lähdeosoite 65 peruspalvelujoukon tunnus (BSSID, Basic Service Set IDentity) 15 66 j ärj estyksenohj aus 67 kehysrunko 68 kehystarkiste (FCS, Frame Check Sequence) 69 aikaleima 70 majakkajakso * * 20 71 valtuustieto * ·

72 SSID

• * · ···* 73 kilpailuttoman liikenteen parametrijoukko • · *··;' 74 liikenneindikaattorikartta (TIM, Traffic Indication Map) • · 75 fyysisen kerroksen lavennettu siirtotaajuus (ERP, Extended Rate PHY) • · * · "· 25 76 lavennetut siirtonopeudet , , 77 elementtimuotoilu • · · • · · 78 elementin tunnus • · ’** 79 pituus *· · • · * • ·* 80 informaatio *·· *···* 30 81 TIM-elementti • · • *·· 82 elementin tunnus ··· 83 pituus 84 DTIM-lukema, DTIM = Delivery Traffic Indication Map ,0 118914 85 DTIM-jakso 86 bittikartan ohjaus 87 osittainen virtuaalibittikartta 89 ERP-informaatioelementti 5 90 elementtitunnus 91 pituus 92 ei-ERP vallitsee 93 käytä suojausta 94 Barker alukemoodi 10 95 r3-r7 96 lavennetut tuetut siirtotaajuudet elementin muotoilu 97 elementtitunnus 98 pituus 99 lavennetut tuetut siirtotaajuudet 15 100 kilpailuttoman liikennöinnin parametrijoukon elementin muotoilu 101 elementtitunnus 102 pituus 103 CFP-lukema 104 CFP, kilpailuton jakso *·**· 20 105 CFP, maksimikesto • · :.**i 106 CFP, jäljellä oleva kesto ...:* 107 kilpailuttoman liikennöinnin lopetuskehys (CF-End) ··· **··* 108 MAC-otsake :-:V 109 CF-End MAC-kehys • · · • · *···* 25 110 kehysohjaus 111 kestoaika • · i » · \t't 112 RA, vastaanottajaosoite * ·

113 BSSID

• · ·

: V 114 FCS

··· 30 115 ERP-OFDM PHY-kehysrakenne, • *·· OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing

O 116 Coded/OFDM

117 liikennekäytännön palvelun tietoyksikkö (PSDU, Protocol Service Data Unit) 11 118914 118 PLCP-aluke 119 SIGN AL-kenttä 120 siirtotaajuus 121 varattu 5 122 pituus 123 häntä 124 pariteetti 125 palvelu 127 kehysohjaus 10 128 kesto/tunnus 129 osoite 1 130 osoite 2 131 osoite 3 132 järjestyksen ohjaus 15 133 osoite 4 134 kehysrunko

135 FCS

136 mielenkiintoalue 137 WLAN-toistojakso/majakkajakso (N * TU) "** 20 138 lyhentynyt kilpailuton jakso * · :.*·· 139 jaotin ja vastaanotin * ,.!!* 140 sarja-rinnan muunnin 9· 141 signaaliprosessori puskureineen 9 *.ϊ.* 142 USB-isäntäohjain, USB = Universal Serial Bus ··· 25 143 USB-tulot 144 S/PDIF-tulot, S/PDIF = Sony/Philips Digital InterFace • · · 145 analogiatulot • · '"** 146 analogiapuskurit ja-jaottimet • · · ί *.· 147 A/D-muuntimet, A/D = Analogue-to-Digital ·*** *...* 30 148 MAC/kantataajuusprosessori 149 mikrokontrolleri 150 D/A-muunnin ja suodatin, D/A = Digital-to-Analogue 151 valitse analogiatulo 12 118914 152 A/D-muunnos 153 valitse digitaalitulo 154 24-bittinen uudelleenmuotoilu 155 valitse audiotulo 5 156 kanavien määrä 8 157 ei 158 kyllä 159 muodosta FEC ja kiijoita puskuriin, FEC = Forward Error Correction 160 laske puuttuvat kanavat 10 161 muodosta FEC ja kiijoita puskuriin 162 näyte i-1 163 näyte i 164 näyte i+1 165 koijattu näyte i 15 166 laajennettu palvelujoukko (ESS, Extended Service Set)

167 IBSS

168 CF kiertokyseltävissä 169 CF-kiertokyselypyyntö 170 yksityisyys *ί1 2·ϊ 20 171 varattu # ί/·| 172 antennirakenne * .,1·1 173 eniten merkitsevät bitit «·· 174 audion MAC-kehys 175 ohjauksen MAC-kehys «M • · *...1 25 · ’·1·1 Järjestelmä • · • · ·«· 2 · j Kuvion 1 mukaisesti järjestelmä koostuu yhdestä tai useammasta audiolähteestä 2, «·· 30 jotka voivat olla joko digitaalisia tai analogisia lähteitä mukaan lukien myös suorat j1\. tietokoneliitynnät, esimerkiksi USB-rajapinnan kautta. Lähde 2 on kytketty :‘ j audiolähettimeen 3, joka on edelleen kytketty tukiasemaan 4, joka sisältää antennirakennelman 172 langatonta lähetystä varten. Lähetintä 3 ja tukiasemaa 4 13 118914 ohjataan tyypillisesti kaukosäätimellä 5 tai tietokoneella. Tukiaseman 4 signaali lähetetään langattoman lähiverkon 1 välityksellä käyttäen isokronisia ryhmälähetysviestejä monikanavajäijestelmän 8 (esimerkiksi Surround Sound 7.1) vastaanottimiin 6 mukaan lukien useat kaiuttimet 7. Toisin sanoen audiodata lähteistä 5 2 muokataan digitaaliseksi dataksi elementeillä 3 ja 4 ja siirretään kaiutinten vastaanottimiin standardin mukaisena langattoman lähiverkon digitaalisena datana.

Lähetin tukiasema 10 Kuvio 2 esittää yksinkertaista versiota lähetinasemasta 3, johon ei sisälly analogiatuloja ja kuvio 3 esittää laitetta, jossa on myös analogiatuloja 145. Lähettimen tukiasema 4 on tyypillisesti siirtonopeudella 108 Mbit/s toimiva lavennettu IEEE 802. Π g -standardin mukainen WLAN ΜΙΜΟ Access Point -asema, joka vastaanottaa määritellyn määrän monofonisia, stereofonisia tai monikanavaisia analogiatuloja sekä 15 AES3, S/PDIF, tai USB muotoisia digitaalisia audiosignaaleja. Käytännössä 108 Mibt/s on pienin mahdollinen standardoitu siirtonopeus tämän keksinnön mukaisiin järjestelmiin. Tulevaisuudessa on odotettavissa vielä suurempia WLAN-siirtonopeuksia. Ne tulevat mahdollistamaan virheenkoijausmenetelmien parantamisen uudelleenlähetyksiä käyttämällä. Analogiatulot 145 puskuroidaan ***! 20 sähköisesti 146 ja syötetään analogiavalitsimeen, joka voi valita yhden stereotuloista

• *· S

*. *! vietäväksi stereomuotoisen 24-bittisen, 192 kilonäytettä/s A/D-muuntimeen 147 ··· ···! edelleen sarja-rinnan muuntuneen 140, ja ohjelmoitavaan kahdesta- kahdeksaan M* • · *···* kanavan DSP-prosessoriin. DSP:n käyttö mahdollistaa minkä tahansa kanava- • ·*# **j;* matrisoinnin johdettujen kanavasignaalien muodostamiseksi oikeasta ja vasemmasta • · **··* 25 kanavastereosignaalista. Vaihtoehtoisesti, jos olikin valittu digitaalinen AES3 tai , , S/PDIF tulo 144, se muunnetaan rinnakkaismuotoon siirtorekisterillä 140 ja syötetään • t · ·· · I,; sitten 32-bittisen signaaliprosessorin 141 muistipuskuriin, josta prosessori muotoilee • · • · *1' signaalin WLAN-lähetyksessä käytettävään 8-kanavaiseen 24-bittiseen 192 ·· · • · · : ·* kilonäytettä/s rinnakkaismuotoon. USB 2.0 rajapinnan käyttö 143 sallii suoran 8- ··· • · '·”* 30 kanavaisen 24-bittisen 192 kilonäytettä/s audiovirran käyttämisen tulona, joka varas- *· • ’·· toidaan suoraan 32-bittisessä rinnakkaismuistimuodossa. Uudelleennäytteistys mata- • ·· lammista näytteenottotaajuuksista 192 kilonäytteeseen/s voidaan tehdä DSPtllä esimerkiksi neljän näytepisteen kautta sovitettavan kolmannen asteen polynomin 14 118914 mukaisen käyräsovituksen pohjalta yhdessä tarkkuuden nostamisen kanssa 24-bittiseksi mahdollisesti pienemmistä näytepituuksista. Näiden prosessointivaiheiden jälkeen liitetään etukäteinen virheenkoijauskoodioktetti 11 (Kuviot 6 ja 7) jokaisen 24-bittisen audionäytteen 9 eteen. Tulokseksi saatavat 32-bittiset näytteet puskuroi-5 daan muistiin, lähetettäviksi kahdeksan näytteen tietueina 9, jotka edustavat samanhetkisiä näytteitä kahdeksasta audiokanavasta.

Lähetinasemassa 3 on 16 kilotavun rengaspuskurimuistialue 141 tai FIFO-tyyppinen puskuri lähetystä odottavan, sisään tulevan datan välivarastoimiseksi. Alkualustusten 10 jälkeen lähetinasema 3 käyttää kilpailuttoman majakkajakson arvon asetuksena yhtä TU-yksikköä ja CFPMaxDuration-parametri asettuu tällöin arvoon 512 ps. Tämä asetus uudistetaan kun sisään tuleva audio virta päättyy, mikä minimoi reaktioajan seuraa-van audiovirran alkaessa ja siten myös muistipuskurin koon. Vaihtoehtoisesti on mahdollista täyttää audiovirtaa täyttämällä puskuria pelkällä nolladatalla niin kauan kuin 15 sisään tuleva audio puuttuu. Kun audiodatavirta on alkanut ja kun rengaspuskurissa tai FIFO-puskurissa on sisään tulevalle datalle tilaa vähintään 6,6 kilotavua, kilpailuton-jakso ohjelmoidaan uudelleen kolmen TU-yksikön mittaiseksi, jolloin CFPMaxDuration-parametri asettuu arvoon 2 782 ps. Digitaalisen audion lähetys langattoman lähiverkon kautta aloitetaan myös tässä vaiheessa. WLANin liikennetilanteesta riippuen 20 saattaa kestää 459... 1 483 ps ennen kuin ensimmäinen audiodata saadaan lähtemään, • · ♦ · · ** " minä aikana 2,8.. .9,2 kilotavua lisää audiodataa on saapunut puskuriin. Siksi tulopus- * · · kurin tilavaatimusrajat ovat 9,4...15,8 kilotavua riippuen ajoitussuhteesta audioläh- • · **"* teen ja WLANin välillä. Tästä syystä 16 kilotavun rengaspuskuri tai FIFO-puskuri on • * * *** kaikissa tilanteissa riittävä. Signaaliprosessori 141 täyttää puskuriaan sisään saapuval- • « • · "* 25 la audiodatalla ja audiodata siirretään puskurista joko ajastimen ohjaaman DMA- . . ohjaimen tai toisen prosessorin avulla niin, että oikea WLAN-datansiirtonopeus pysyy « · · jatkuvasti yllä. Prosessorin ja WLAN-piirien välillä on nopea standardoitu rinnakkais- • · tai sarjaliitäntä ja WLAN-piirin ohjelmistosovellusohjelmarajapintaa (API) käytetään • · « • # # i * liikennöinnin ohj aamiseen yllä kuvatulla tavalla. Siirron aiheuttama viive on • m • · "* 30 enimmillään noin 1500 ps. Tämän lisäksi vastaanottopuskurointi aiheuttaa vielä noin ·· • i • ** 500 ps viiveen. Kokonaisviive on siis alle 2000 ps. Tämä vastaa äänen etenemisessä ··· ' 1 • · * · * · * alle metriä, tehden viiveen ihmisen kuuntelukokemuksen kannalta merkityksettömäk si.

15 118914

Tukiaseman (ja vastaanotinten) WLAN-osa noudattaa IEEE 802.11 g-standardia Atheros Inc. and Airgo Inc. yhtiöiden julkaisemien kantama-ja siirtonopeus-laajennusten kera. Tavallisesti käytetään lisäksi MIMO-tyyppistä antennirakennelmaa 172.

5 Nimellinen bittitaajuus on 108 Mbit/s. Nämä lavennetut IEEE 802.11 g WLAN-toteu-tukset sisältävät myös tehokkaan siirtovirheiden koijausmekanismin, joka levittää siirtopolun mahdolliset virhepurskeet yksittäisiksi bittivastaanottovirheiksi vastaanotossa ja pystyy korjaamaan ne kaikki oktettitasolla. Tätä piirrettä hyödynnetään määrittelemässämme sovelluskerroksen eteenpäin toimivassa virheidenkoijaus-10 menetelmässä.

Kilpailupohjaista yksittäisosoitteistettua sanomienvaihtoa tukiaseman 4 ja vastaan-otinasemien välillä käytetään vastaanotinten ja niihin liitettyjen audiolaitteiden kon-figurointiin, tilatarkkailuun ja ohjaukseen. Lähettimen tukiasemassa 4 on vielä kädes-15 sä pidettävän infrapunakaukosäätimen vastanotin, USB 2.0 tietokoneliikenteen vas-taanotin/lähetin ja yleiskäyttöinen USB 2.0 lähetin/vastaanotin Bluetooth ja WLAN kädessä pidettävien kaukosäädinten sovittimiin.

Järjestelmän konflgurointi, tilatarkkailu ja ohjaus ·:··: 20 !/.! Jäijestelmän konflgurointi, tilatarkkailu ja ohjaus suoritetaan kädessä pidettävällä kau- ..*·* kosäätimellä (säätimillä) tai (henkilökohtaisen) tietokoneen sovellusohjelmalla (-ohjelmilla) yllä kuvatulla tavalla.

• · « • · · • ·« #·· 25 Vastaanottimet • · • t ♦ *·*·* Kuvion 4 mukaisesti vastaanotin 6 koostuu tyypillisesti ΜΙΜΟ antennialijäijestelmäs- • · *···* tä 172 ja IEEE 802g yhteensopivasta WLAN-piiristä, jossa on Atheroksen tai Airgon ·· · | kantomatka ja suumopeuslaajennukset. Mukana on tyypillisesti ohjelmistolla ohjatta- • · · 30 via monivärisiä LEDejä auttamassa yksittäisten kaiuttimien 7 tunnistamista ja tilan • * · 4, havainnointia konfiguroinnissa, tilantarkkailussa j a ohj ausoperaatioi ssa. WLAN: ia käytetään nimellisnopeudella 108 Mbit/s. Vastaanotettu audiodatavirta puskuroidaan

Ml 16 kilotavun rengastulo- tai FIFO-muistipuskuriin ja audion lähetys ulos puskurista 16 118914 käynnistetään kun puskurin jäljellä oleva kapasiteetti saavuttaa rajan 6,6 kilotavua. 32-bittinen prosessori 149 valitsee tämän vastaanottimen tällä hetkellä valitun kanavan datan, ja se syötetään 24-bittiseen D/A-muuntimeen 150, jota seuraa huippulaadu-kas äänenvoimakkuuden säädinpiiri ja puskuri vahvistin, jotta tuotettaisiin tämän eri-5 tyisen audiovastaanotinyksikön valittua audiokanavaa vastaava studiotasoinen analogia-audiosignaali. Kanavavalinnan tekee konfigurointi-ja ohjausohjelmisto käyttäen WLANin kilpailuperustaisia liikennepalveluja.

Jokainen kahdeksan kanavan vastaanotin 6 omaa sisäisen kidejohdetun kellonsa, josta 10 se muodostaa näytteytyskellosignaalin 192 000 näytettä sekunnissa. Nämä kellot käynnistetään uudelleen CF-End-ohjausviestin loppumiskehyskeskeytyksillä kunkin 3 072 ps mittaisen vastaanottoraon päättyessä. D/A-muuntimen differentiaalinen analoginen lähtösignaali on sille konfiguroidun kanavan aktiivikaiuttimen differentiaalitulo. Lisäksi kahdeksan kanavan digitaalinen audio tuotetaan käytettäviksi standardoidusta 1S AES3 (S/PDIF) koaksiaali- ja optolähdöstä. Tämä mahdollistaa langattoman studio-laatuisen 8-kanavaisen digitaalisen audiolinkin toteuttamisen. Toinen AES3 (S/PDDF) koaksiaali- ja optolähtöpari tuotetaan digitaalituloisia aktiivikaiuttimia silmälläpitäen.

Kaukosäätöpäätteet *i··: 20 • · ·.*·· Jäijestelmän ohjaamista varten on olemassa kaksi menetelmää, paristolla toimiva kä- a dessä pidettävä ohjauspääte 5 ja sovellusohjelmisto, joka on toteutettavissa useisiin • aa *...: alustoihin mukaan lukien Linux, MS Windows, Apple, ja Symbian käyttöjärjestelmät.

« « · • « · • aa • aa *···* 25 Kädessä pidettävä kaukosäädin • * • · * *·]·* Käsikaukosäädin 5 koostuu näppäimistöstä, pienestä näytöstä, prosessorista ja tietolii- • a ·;* kennelinkistä tukiasemaan. Näppäimistötoiminnot mahdollistavat audiolähteen 2 va- ·« a : *,* linnan, audiokaiutinryhmän 8 ja yksittäisen kaiuttimen 7 konfiguroinnin ja ohjauksen.

aa· 30 Kaiutinryhmä 8 samoin kuin yksittäinen kaiutin 7 voidaan aktivoida ja passi voida j *.. pehmeästi ja niiden yleinen sekä yksittäinen äänitaso voidaan säätää. Käsikaukosäädin • aa ϊ.,.ί kommunikoi lähettimen tukiaseman 4 kanssa infrapuna-, Blootooth- tai WLAN-linkin kautta. Tukiasema 4 välittää ohjaukset kaiuttimille yksittäisten vastaanottimien kautta 118914 π käyttäen kilpailuun pohjautuvaa liikennöintitapaa ja joko ryhmä- tai yksittäisosoitusta. Kaukosäätimessä 5 on paniikkinäppäin ja toiminto, joka aiheuttaa välittömän pehmeän hiljennyksen kaikille kaiuttimille 7.

5 Kaukosäädinohjelmisto

Ylläkuvattua järjestelmää voidaan ohjata täysin tietokoneella, jossa suoritetaan konfigurointi-, tilanvalvonta-ja ohjaussovellusohjelmistoa. Komennot ja vasteet kommunikoidaan lähetystukiasemalle käyttäen Bluetooth-, IrDA-, LAN-, WLAN-, tai 10 USB 2.0-linkkejä.

Menetelmä

Kuvien 5 ja 6 mukaisesti keksinnön laite lähettää isokronisesti, tosiaikaisesti kahdek-15 saa täysin toisistaan riippumatonta j a yhtenäistä kanonista tiivistämätöntä kanavaa 24-bittistä 192 000 näytettä sekunnissa toimivalla digitaalisella audioviiralla, jossa on mukana tehokas äänentoiston välittämistä tukeva 8-bittinen eteenpäin suunnattu vir-heenkoijauskoodi (FEC) 11 jokaiselle yksittäiselle näytteelle. Kahdeksan diskreetin 24-bittisen näytteen ryhmää 10 niihin liitettyine 8-bitin FEC-oktetteineen 11, yhteen- * * * * * 20 laskettuna 32 oktettia tai 256 bittiä, kutsutaan tässä esityksessä siirtotason audiodata- • * *. " muodoksi. Jatkuvasti ylläpidettävän sovellustason digiaalisen audiodatakaistan leveys- ·· · ···· vaatimus on täten36,864 Mbit/s. Yhdessä FEC-oktetin 11 kanssa sovelluksen data- Φ*· • · * · · · * kaistanleveysvaatimukseksi tulee 49,152 Mbit/s. Tämän lisäksi on olemassa MAC- * · · * · | ·'’ kehystyksen, WEP-kapseloinnin j a fyysisen kerroksen kehystyksen aiheuttamat lisät • · ***** 25 sekä kilpailuliikenteelle varatun ajan vaikutus. Tämä saa aikaan sen, että jopa WLAN- . . bittisiirtonopeus 54 Mbit/s on riittämätön tähän sovellukseen. Vaadittua suorituskykyä • · · • ♦ · ei voida saavuttaa tämän päivän standardi-WLAN-tekniikoilla. Alla kuvattu uusi siir- • · • · tomenetelmä perustuu kilpailuttoman ryhmälähetyksen innovatiiviseen käyttämiseen ·· · • · · • ·* IEEE 802.11 -standardien määrittelemään pistemäiseen koordinointitoiminteen kanssa * · *”·* 30 (Point Coordination Function (PCF). Huolellisella parametrien virittämisellä WLAN- • • '·· kaistanleveys voidaan jakaa optimaalisesti kilpailuttoman PCF-mediumsaantimoodin • · · ja tavanomaisen hajautetun ohjaustoiminteen (Decentralized Control Function, DCF) kilpailuperustaisen saantimoodin kesken siten, että monikanavainen isokroninen 18 118914 digitaalisen audion siirto tulee mahdolliseksi. IEEE 802.11g+ WLAN-verkon 108 Mbit/s laajennuksilla sekä käyttämällä ERP-OFDM PHY-kerroksen kehystystä on mahdollista siirtää tavoitteena oleva kahdeksan (8) riippumattoman 24+8-bittisen, 192 kilonäytteen/s digitaalinen audiovirta isokronisesti yhdessä normaalin kilpailupohjai-5 sen WLAN-dataliikenteen kanssa. Kanavien suuri määrä, korkea resoluutio ja korkea näytteenottotaajuus takaavat tämän päivän parhaan kaupallisesti saatavissa olevan äänenlaadun langattoman jakelun.

Tietorakenne 10

Kuvion 25 mukaisesti keksinnön tavoite on siirtää riittävä määrä audiolohkoja (siirto-tason audiodatamuotoilu) 10, jotta voidaan tuottaa korkealuokkaista audioääntä. Ensinnäkin majakkajakso 137, joka määrätään ohjelmistollisilla asetuksilla, on valittava oikein tavoitteen saavuttamiseksi. Majakkasignaali, joka määrittelee majakkajakson 15 pituuden 137, lähetetään IEEE 802.11 g WLAN-standardissa esitetyn kokonaisluvun määrittämissä jaksoissa. Tämä kokonaisluku saa arvoja välillä 1 ... N. Toisin sanoen, majakkajakso 137 on majakkaluvun ja aikayksikön (TU) tulo. Yhden aikayksikön TU pituus IEEE 802.1 lg WLAN-standardissa on 1 024 ps ja siksi majakkajakso 137 on TU:n (1 024 ps) monikerta. Standardi määrittelee kuitenkin, että jokaista majakkajak- * * 20 soa 137 kohden pitää olla varattuna riittävästi aikaa kilpailuliikenteelle, tarkemmin il- • ♦ • ψ · *· *· maistuna riittävästi aikaa maksimikokoista kehystä, ACK-kehystä, kahta perusaikara- «»· ·;;; koa sekä kahta SEFS-aikaa varten. Tämän keksinnön mukaisesti majakkajakson 137 • · *···* TU-aikayksiköiden riittävän lukumäärän on havaittu olevan kolme (3). Tämä antaa • · · ··· tarpeeksi aikaa lähettää 12 audio-MAC-kehystä 174 ja 2 ohjaus-MAC-kehystä 175 • · ** 25 yhden majakkajakson 137 sisällä. Jokainen audio-MAC-kehys 174 sisältää 49 ... 51 . . lähetystason audiodataformaattilohkoa 10, jolloin lohkojen lukumäärä on määritelty • · · • · · kuvion 23 taulukon mukaisesti. Tässä kuviossa yksittäinen rivi edustaa audio-MAC- · '·* kehyksen 174 sisältöä yhden kilpailuttoman jakson 138 aikana majakkajaksossa 137.

• · · • ·* Kuten kuviosta 23 nähdään, ennalta määritelty sekvenssi toistuu aina 125 majakkajak- • · *"** 30 son kuluttua. Tämän yksityiskohtaisesti määritellyn sekvenssin avulla audiotulon ja • · : ’*· WLAN-lähdön keskimääräinen virtausnopeus saadaan sovitetuksi toisiinsa ja niiden • ·« :... * välinen värinä voidaan pitää minimissään, kuten käy ilmi kuviosta 24. Tämä johtaa 19 118914 samalla puskurimuistin määrävaatimuksen minimiin sekä lähettimessä 3 että vastaanottimissa 6.

Kaistanleveyden jako 5

Kuvion 25 mukaisesti, jotta taattaisiin audiodatan oikea-aikainen kuljetus, on toteutettava suurin mahdollinen kilpailuttomien jaksojen 138 toistotaajuus. Samanaikaisesti maksimiosuus verkon kapasiteetista on varattava audioliikenteelle. IEEE 802.11-standardi vaatii, että jokaisen toistuvan kilpailuttoman jakson aikana on oltava tarpeeksi 10 kilpailutusliikenne-aikaa ainakin yhden maksimikokoisen datakehyksen lähettämiseen yhdessä sen kuittauskehyksen, kahden SIFS-jakson ja kahden perusaikaraon kanssa. Käytettäessä 108 Mbit/s bittitaajuutta ja ERP-OFDM PHY-kehystystä, täksi ajaksi saadaan 212 + 40 + 2 x 10 + 2x9 = 290 ps. Kuten IEEE 802.11-standardissa kuvataan, kilpailuliikenne voi etukäteisesti lyhentää kilpailutonta jaksoa 138 alussa 15 maksimiarvolla, joka on yhden RTS-ohjauskehyksen, yhden CTS-ohjauskehyksen, yhden maksimikokoisen datakehyksen, yhden ACK-ohjauskehyksen sekä neljän SIFS-ajan kestojen summa. 108 Mbit/s bittitaajuudella ja ERP-OFDM PHY-kehystystä käytettäessä tämä vaatimus on 40 + 40 + 212 + 40 + 4x 10 = 372 ps. Kilpailuton jakso alkaa majakkakehyksellä 67 (Kuvio 13) ja sitä seuraa yksi SIFS.

] ] 20 108 Mbit/s bittitaajuudella ja käytettäessä ERP-OFDM PHY-kehystystä tämä • · · * .* vaatimus on 76 + 10 = 86 ps. Kilpailuton jakso päätetään CF-End-kehyksellä 109 ··· "" (kuvio 20). 1Ό8 Mbit/s bittitaajuudella ja käytettäessä ERP-OFDM PHY-kehystystä • · tämä vaatimus on 40 ps. Jäljelle jäävä aika toistuvan kilpailuttoman toistojakson si- • · » .···. säilä on taijolla kilpailuttomalle dataliikenteelle. Koska kilpailuttoman jakson rakei- • · ·* · 25 suus on yksi 1 024 ps aikayksikkö (TU), kilpailuttoman liikenteen käyttöön jäävä aika silloin kun kilpailuttoman jakson kestoksi on asetettu 1 TU on 1 024 - 290 - 372 -86 • · ·"*: - 40 = 236 ps. Ottaen huomioon IEEE 802.11 määrittelemän maksimaalisen datake- ··· :v, hyksen koon, MAC-, WEP- ja PHY-kapselointien aiheuttaman lisäkuorman sekä pe- • · • · .···. rättäisten datakehysten väliin vaaditut PDFS-ajat, maksimissaan vain 72 näytettä 8-ka- • · * 30 navaista 24+8 bittistä, 192 kilonäytettä sekunnissa olevaa dataa voidaan lähettää tänä • *·· \.. t aikana. Audion näytteenottotaajuudesta johtuen tosiaikavaatimus on hieman yli 196 näytettä jokaisen TU:n aikana. Siksi tämä ei ole toimiva ratkaisu. Kun kilpailuttoman jakson kestoksi asetetaan 2 TU, kilpailuttomalle dataliikenteelle tarjolla olevaksi ajak- 20 118914 si saadaan 1 260 ps, mikä mahdollistaa jopa viiden kooltaan suurimman 72 näytteen kehyksen lähetyksen vastaten 1 155 ps sekä lisäksi yhden 27 näytteen kehyksen vastaten 104 ps. Tämä tekee yhteensä 387 näytettä kahden TU:n aikana, kun tosiaikaisuuden vähimmäisvaatimus on hieman yli 2 x 196 = 392 näytettä. Näin tämä on hieman 5 liian vähän kapasiteettia tosiaikaiseen audion siirtoon. On siis ilmeistä, että pienin ja toivottavin kilpailuttoman liikenteen toistoväli on tällöin juuri kolme TU-yksikköä, 3 x 1 024 = 3 072 ps.

Jotta optimoitaisiin datan tasainen virtaus ja minimoitaisiin puskurointitarpeet, TU-yk-10 sikköä kohden lasketun näytteiden määrän keskiarvo pitäisi saada pidetyksi niin lähellä arvoa 1 024/1 000 x 192 = 196,61 kuin suinkin mahdollista varioimalla datakehys-ten kokoa sopivalla tavalla kuvion 23 mukaisesti. Kehyskoon algoritmi, joka on eräs keksinnön avaininnovaatioista, esitellään seuraavasti. Kilpailuton aika pilkotaan aluksi 12 vaihtelevan kokoiseksi puskuriksi. Niitä edustavat kuvion 23 sarakkeet. Puskurin 15 koko vaihtelee välillä 49 ... 51 näytetietuetta kukin, seuraavassa esitettävän koon määräämissäännöstön mukaisesti. Perättäisten 12 puskurin puskurijoukkojen ensimmäinen, toinen, neljäs, viides ja kuudes puskuri sisältävät 51 näytettä kukin, kun taas kolmannen joukon ensimmäinen puskuri sisältää 50 näytetietuetta. Kaikissa muissa ^", puskureissa on 49 näytettä. Tämä sekvenssi toistuu joka seitsemännen puskurijoukon • · . 20 kohdalla aina 125. puskurijoukkoon asti, jolloin koko sykli alkaa uudelleen alusta.

• · ·

Ainut poikkeus yllä olevaan sääntöön on 60. puskurijoukon ensimmäinen puskuri, .... ····. ··.

,·*·. joka sisältääkin 50 näytettä eikä 51 kuten sisempi toistosääntö muuten edellyttäisi.

• · t·· . Kuvion 24 mukaisesti tämä algoritmi takaa, että puskuroinnin värinä pysyy alle +/- • · · .**·. yhden näytteen kaikissa puskurijoukoissa ja palaa nollaksi aina joka 125. näytepus- *♦ · 25 kurijoukon lopussa. Tällä säätöalgoritmilla saavutetaan pahimman tilanteen kilpailut- : V: toman datansiirtoajan sisällä oleva ISO ps marginaali. Tämä aika riittää yhden ylimää- • · räisen 1 632 dataoktetin kehyksen tai vaihtoehtoisesti kahden 450-oktetin kehyksen käyttäjädatan siirtoon, mitä voidaan käyttää haluttuihin muihin tosiaikaisiin ohjaus- • · .·**. tarkoituksiin. Tämä jäijestely mahdollistaa myös tehokkaan kilpailupohjaisen käyttäj- ·· · 30 än tiedonsiirron, joka on tosiaikaisen audiosiirron ohessa on noin 12 Mbit/s. Kilpai-|... lupohjainen liikennöinti on taijolla jäijestelmäkonfigurointiin ja ohjaukseen samoin kuin muuhun riippumattomaan dataliikenteeseen.

21 118914

Kuten yllä esitettiin, vähintään kolmen TU-aikayksikön kesto vaaditaan majakan toistoväliksi, jotta voidaan varata tarpeeksi kaistanleveyttä kilpailuttomalle isokroniselle audioliikenteelle. Valitsemalla pienin arvo kolme TU-aikayksikköä minimoidaan lisäksi sekäjäijestelmäviive että puskurointitarve. Minimiarvon kolme 5 TU-aikayksikköä valinta mahdollistaa edelleen kilpailupohjaiselle liikenteelle suurimman kaistaleveyden kilpailuttoman isokronisen audioliikenteen ohessa.

Näiden kolmen rajoittavan tekijän yhdistelmää kutsutaan tämän sovelluksen optimi-arvoksi.

10

Virhehallinta

Kuvion 7 mukaisesti virheidenhallintamenetelmä on optimoitu yksinkertaisuuden ja nopeuden suhteen olettaen, että järjestelmää käyttävät ihmiset monikanavaisen studio-15 tasoisen puheen ja musiikin kuunteluun. Tämä tarkoittaa yksinkertaista ja nopeaa parhaan yrityksen virheenkorjausmenettelyä, joka joko korjaa täysin jäljelle jääneet väärien kehysten sovellustason lähetysvirheet kokonaan tai pienentää niiden äänelliset seuraamukset kuulumattomalle tasolle. Menetelmä hyödyntää pitkän 24-bittisen audiodatanäytteen ja korkean 192 kilonäytettä/s näytteenottotaajuutta samoin kuin

• •«•S

[ [ 20 laajennetun IEEE 802.11 g+ toteutukselle ominaista kykyä muuntaa siirtotien purske- • V · '· [· virheet yksittäisiksi bittivirheiksi vastaanotossa. Tämä virheenkoijausmenetelmä ei *·1 kuitenkaan ole kelvollinen sovelluksiin, joissa virheitä ei voida lainkaan hyväksyä.

• · • · ·1· • · • · · ”1 Kuvion 7 mukaisesti ennen lähetysvaihetta kahdeksanbittinen etukäteinen virhe- • * · 25 ohjausoktetti (Forward Error Control, FEC) 11 liitetään ennen eniten merkitsevää t· .' oktettia 173 jokaisessa yksittäisessä näytteessä 162-165. Tämä FEC-oktetti 11 muo- • · · dostetaan kahdentamalla datanäytteen eniten merkitsevä oktettit 173. WLAN:in sisäisen siirtovirheiden korjausmenetelmän ansiosta miltei kaikki sen jäljelle jäävät • « · vastaanottovirheet ovat yhden bitin virheitä. Siksi on riittävää korjata yhden bitin e · “1 30 virheiden vaikutus. Tämä tehdään siten, että vastaanotettua eniten merkitsevää data- : ·1 oktettia verrataan vastaavaan vastaanotettuun FEC-oktettiin 11 ja jos ne eroavat toi- *·..1 sistaan niin enitenTrrerkiJseväjiäyteoktetti 173 korvataan edellisen näytteen eniten merkitsevän oktetin 162 ja seuraavan virheettömärmäytteen eniten merkitsevän ok- 22 1 1 891 4 tetin 164 keskiarvolla. Tämä eliminoi tehokkaasti miltei kaikki jäljelle jäävät virheet eniten merkitsevissä dataokteteissa. Koska alemman merkityksen bitit edustavat alle neljää prosenttia audion dynaamisesta alueesta, niiden merkitys on häviävä. Suuresta näytteenottotaajuudesta johtuen lopulta jäljelle jäävät virheet eivät ole ihmiskorvin 5 kuultavia.

On hyvä muistaa, että ryhmälähetys siirtää samanaikaisesti kaikkien kahdeksan kanavan audiodatan määritellyn ryhmälähetyksen kaikille vastaanottajille. Tämä mahdollistaa erilaiset älykkäät virheenkoijausmenetelmät, jotka perustuvat viereisten audio-10 kanavien dataan jos tällaiset menetelmät tuntuvat houkuttelevilta. Jos edelleen käy tettävissä on erityinen virheenkoijauslaitteisto tai paljon laskentavoimaa sekä lähet-timessä että vastaanottimissa, voidaan käyttää myös tehokkaita tunnettuja 8/24 vir-heenkorjausmenetelmiä kattavamman virheenkorjauksen toteuttamiseksi.

IS Tahdistus

Kuvion 20 mukaisesti jäijestelmän sisäinen tahdistus perustuu säännöllisesti toistuviin kehyksen loppumiskeskeytyksiin, jotka generoidaan CF-End-kehyksistä 109 täsmälleen 2 782 ps kohdalla jokaisen säännöllisesti toistuvan kilpailuttoman 3 072 ps * ’ 20 jakson alusta. Tämän ohjausviestin 109 kehyksenloppukeskeytys tahdistaa kaikki • · • · · '· " vastaanottimet 6 eri vastaanottimien keskeytysten latenssiaikojen keskinäisen eron ··* ··;· epätarkkuudella. Koska kaikki vastaanottimet on ohjelmoitu odottamaan tätä nimen- • · '··;* omaista keskeytystä, keskeytyslatenssin aiheuttama järjestelmätason tahdistusvärinä • · · on suuruusluokkaa yksi konekäskyjakso (lisättynä hyvin pienellä prosessorienvälisellä a a 4 a *" 25 kidekelloj en vaihe-eron satunnaisvärinällä). Käytännössä tämä kokonais värinä on , . suuruusluokkaa 100 ns eikä ole mitenkään ihmiskuulijan havaittavissa. Vertailun • * f • a · vuoksi 192 kilonäytettä/s audionäytteenoton jakson kesto on 5,21 ps.

« 4 »«· • aa a • aa WLAN-lähetyskierroksen yksityiskohtainen kuvaus a a **:** 30 aa ϊ '** Kuvion 25 mukaisesti joutotilassa, kun audiosignaalia ei ole, lähetin on ohjelmoitu #aa a a *·♦·* toimimaan majakkajakson arvolla yksi aikayksikkö (1 TU). Tällä tavoin jäijestelmän vasteviive uuden tulevan audiovirran käynnistyessä ja sen myötä lähetinpuskurin koko 23 118914 minimoituvat. Kun audiovirran alku on havaittu, lähetin siirtyy aktiivilähetystilaan. Aktiivisen lähetysvaiheen aikana majakkajakso on uudelleenohjelmoitu kolmeksi TU-aikayksiköksi ja tämän seurauksena jokainen WLAN-audiolähetysaikaväli on ohjelmoitu kestämään kolme 1 024 ps TU-aikayksikköä kukin, siis yhteensä 3 072 ps.

5 WLANin liityntäpisteenä (Access Point) toimivaan lähettimeen on toteutettu pistemäinen koordinointitoiminto (Point Coordination Function, PCF). Majakkatoistojakso ja täten kilpailuttoman liikenteen toistumisväli on niin ikään asetettu kolmeksi TU-aikayksiköksi ja jokainen tällainen jakso sisältää sekä kilpailuttoman että kilpailu-pohjaisen osuuden. Varatun kilpailuttoman jakson kestoksi on asetettu 2 782 ps 10 käyttämällä CFPMaxDuration-parametriä majakkakehyksessä 67 ja tämä asetus jättää taatun 290 ps ajan hajautetun ohjaustoiminnon (Decentralized Control Function, DCF) kilpailuliikenteelle. Tämä aika on riittävän pitkä maksimimittaisen datakehyk-sen lähettämiseen kilpailujakson aikana, siihen liityvine kuittauksineen ja näihin liittyvine kehysten välielementteineen, kuten vaaditaan IEEE 802.11-standardissa. Se 15 myös tarkoittaa, että vähintään 6,16 Mbit/s kaistanleveys (kun käytetään suurinta datakehysten kokoa) on aina taijolla kilpailuliikenteelle. Suurten kehysten raskaassa liikenteessä varattu kilpailuton jakso tulee välillä etupäästään lyhentyneeksi, kun kehyksen lähetys tapahtuu aiotun kilpailuttoman jakson alkamishetken aikana. Koska tämä kilpailupohjainen tiedonvaihto saattaa sisältää myös RTS-, CTS- ja ACK-ohjaus- [ [ 20 kehyksiä niihin liittyvine kehystenvälisine aikaelementteineen mainitun suurimman • · · • ·· * .* datakehyksen lisänä, jopa maksimaaliset 372 ps saattaa kulua median ollessa varat- ··» tuna kilpailuttoman aikajakson alusta lukien.

• * ··· • · · « · « .···, Lähetysajoituksen pahimman tilanteen skenaario audiodatalle on seuraava. Kilpailu- • · *· 25 jakson odotettu alkuhetki koittaa, mutta pisimmän mahdollisen kilpailupohjaisen sek-venssin lähetys on juuri käynnistynyt. Se aiheuttaa kilpailuttoman jakson 372 ps ly- • · hentymisen. Vasta tämän lyhentymisviiveen jälkeen voidaan lähettää 40 ps kestävä ··· ; V. majakkasanoma, joka asettaa NAV tilan. Ensimmäisen audiodatalohkon lähetys alkaa, » · • · ,···, kun lisäksi tuleva 10 ps SIFS-aika on kulunut. Tämä tarkoittaa yhteensä 459 ps ole- ··· ./ 30 tetun kilpailuttoman jakson alkamisajankohdan jälkeen. Pienemmän edestä lyhentymi- t ♦· |...t sen tilanteissa lähetysohjelmisto lisää sopivanmittaisen hiljaisen täyteajan hetken 459 ps saavuttamiseksi. Tämä järjestely takaa, että ensimmäinen audiobitti lähetetään aina 24 118914 saman suhteellisen hetken aikana 3 072 ps kilpailuttoman toistojakson sisällä. Taijolla oleva siirtoaika kilpailuttomalle audiodatalle on siksi 3 072 - 458 - 290 - 40 - 10 = 2 274 ps. Pahimman tapauksen skenaariossa ensimmäinen audiopuskuri sisältää viisi-kymmentäyksi 24+8 bittistä näytetietuetta. Seuraavat yksitoista audiodatalohkoa sisäl-5 tävät kukin 49 näytetietuetta. Kun MAC and ERP-OFDM PHY -kehystyskentät on liitetty mukaan, 49, 50 ja 51 näytetietueiden vastaavan kehyksen siirtoajoiksi tulee vastaavasti 156 ps, 160 ps, and 160 ps. Suurimman koon 12-tuplessa on 51 + 11 x 49 audiotietuetta. Nämä kaksitoista lohkoa siirretään perättäin siten, että niiden kaikkiin väleihin jäävät 19 ps PIFS-jaksot. Täten pahimman tilanteen kokonaisaika ensimmäi-10 sestä audiobitistä viimeiseen on 160 + 11 x 156 + 11 x 19 « 2 085 ps. Tehollinen aika-tiivistys WLAN-siirrossa on täten 2 085 / 3 072 = 68 prosenttia. Kahdeltatoista audio-lohkoa seuraa vielä 19 ps PIFS-jakso ja tätä edelleen 180 ps ohjelmoitu joutojakso-viive, jonka jälkeen lähetettävä 40 ps CF-End-yleislähetyskehys 109 päättää kilpailuttoman jakson ja poistaa NAV tilan, jonka majakkakehyksen alku aiemmin asetti 15 päälle. Tämä tapahtuu täsmälleen samalla hetkellä, jolloin kilpailuton jakso olisi päättynyt myös majakkakehyksen CFPMaxDuration-parametrin asettamaan ajastimeen perustuen. Näin syntyvä 180 ps kilpailuttoman jakson aikamarginaali taijolla olevasta minimikokonaisajasta 2 284 ps edustaa vain kahdeksaa prosenttia ·...) koko kilpailuttomasta aikamarginaalista. Tässä vaiheessa alkava kilpailupohjainen 20 jakso, joka mahdollistaa yhden maksimikokoisen datakehyksen, ACK-vasteen ja • * ··* näihin liittyvien kahden kehystenvälisen SIFS-ajan sekä kahden perusaikaraon ···· lähettämisen, kuten IEEE 802.11-standardi edellyttää.

* · · • Φ · «·· :1: Lähettimen ja tukiaseman toiminnot 25 • · V,! Kuvion 26 mukaisesti jäijestelmä valitsee n analogiatulon 145, tai m AES (S/PDIF) »·· digitaalitulon 144/143 kesken vaiheissa 151 tai 153. Jos valittiin analogiatulo, pus-;*·*: kuroitu analoginen stereosignaali muunnetaan seuraavassa vaiheessa 152 2 x 24- n · bittiseen muotoon 192 kS/s kaksikanavaisella A/D-muuntimella. Jos oli valittu digi- :*! 30 taalitulo, sisään tuleva digitaalinen bittivirta muotoillaan myös uudelleen vaiheessa • ·# 154 24-bittiseen 192 kS/s muotoon. Vaiheessa 156 tarkistetaan audiokanavien määrä, ··♦ ja jos joitakin kanavia puuttuu 157, ne lasketaan askeleessa 160. Samalla muodos- 25 118914 tetaan FEC sekä kirjoitetaan se puskuriin yhdessä audiodatan kanssa askeleessa 161. Jos kanavien määrä on askeleessa 156 valmiiksi kahdeksan, niin data ja FEC kanavoidaan suoraan puskuriin askelissa 158 j a 159.

5 Ryhmälähetys tarkoittaa tässä sovelluksessa menettelytapaa, jossa kaikki vastaanottimet vastaanottavat saman datapaketin, josta ne erottavat itselleen soveliaan datan. Toisin sanoen kaikki kahdeksan kaiutinten vastaanotinta vastaanottavat kaikkien audiokanavien datan, mutta erottavat tästä datasta jatkoprosessointia varten vain sen datan, joka on kohdistettu kunkin edustamalle kanavalle.

10

Keksintö on sovellettavissa moninaisiin isokronisiin tiedonsiirtojärjestelmiin mutta kuten tässä kuvataan, se soveltuu erityisen hyvin monikanavaisiin audiosovelluksiin.

Tämän johdosta myös videosovellukset sopivat esilläolevan keksinnön joihinkin 15 toteutuksiin.

WLAN-lähetysmedian lisäksi tämä keksintö soveltuu myös UltraWideband (UWB) radiolähetystekniikkaan tai HomePlug AV -tyyppiseen lähetystekniikkaan, missä sähköverkon kaapelointia käytetään myös datan siirtoon. Jälkimmäisessä tapauksessa ^ · * * 20 lähetysjätjestelmä ei ole kirjaimellisesti langaton, mutta koska aktiivikaiuttimet • * • · · ’· " vaativat aina ulkoisen sähkönsyötön kaapelin kautta, datansiirtoon ei tarvita lisä- •S· *··· kaapeleita.

Ml • · • « ··* » • · « • · · ··· M· • · • * M» # · • · · t · · • I M· t · t * ··* ·· * • · · • 9 • · *·· • 9 • · «·« ·· • · • M 1 • ♦ • · «*·

Claims (12)

26 118914

1. Monikanavaisen isokronisen digitaalisen datavirran, esimerkiksi audiodatan, isokroninen tiedonsiirtomenetelmä standardoidussa langattomassa paikallisverkon 5 siirtojärjestelmässä, missä kaistanleveyttä on varattu sekä kilpailupohjaiselle että kilpailuttomalle liikenteelle, - audiodata (10) joka muodostuu näytteistä (9) organisoidaan audiokehyksiksi (174) ja lähetetään vastaanottimille (6) käyttäen ryhmälähetystä perättäisten maj akkaj aksoj en (137) sisällä, 10 tunnettu siitä, että - kilpailuton liikenne (138) maj akkaj aksoj en (137) sisällä on asetettu optimiarvoon majakkajakson (137) arvon asettamisella siten, että - varataan tarpeeksi kaistanleveyttä kilpailuttomalle isokroniselle audioliikenteelle, 15. minimoidaan sekä jäijestelmäviive että puskurointitarve, ja - mahdollistetaan edelleen kilpailupohjaiselle liikenteelle suurin kaistaleveys kilpailuttoman isokronisen audioliikenteen ohessa.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että IEEE 802.11-standardin [ [ 20 majakkajakso (137) on asetettu arvoon 3 aikayksikköä (TU). • ♦ · • ·

3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytteiden • · • * "I lukumäärää (9,10) audiokehyksissä (174) muutellaan puskurien koon minimoimiseksi « · S lähettimessä (3,4) ja vastaanottimissa (6). • ♦ 25

4. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytteiden määrää (9,10) • · » • · .···. audiokehyksissä (174) muutellaan 125 perättäisen majakkajakson (137) syklissä.

··♦* ·* · * * · • ♦ *„! 5. Vaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että näytteiden määrää (9,10) • • · 7 30 muutellaan audiokehyksissä (174) 125 perättäisen majakkajakson (137) syklissä •' * ! ** kuvion 23 taulukon mukaisesti, missä jokainen rivi edustaa yhden majakkajakson • · *···* (137) sisältöä. 27 1 1 891 4

6. Virheidenkorjausmenetelmä minkä tahansa aiemman menetelmävaatimuksen mukaisessa järjestelmässä, joka järjestelmä suoratoistaa digitaalista sarjamuotoisia audiodataa tosiaikaiseen sovellukseen (6,7), jossa menetelmässä - audiodata on jaettu ennalta määrätyn mittaisiin datalohkoihin (10), 5 tunnettu siitä, että - datalohkoihin (10) sisällytetään virheidenohjauslohko (11), jonka sisältö (11) on kopio eniten merkitsevistä biteistä (173) vastaavassa audiodatassa (9), - virheidenohjauslohkon (11) sisältöä verrataan audiodatan (10,173) vastaavan sisällön vastaanotettuun sisältöön, 10. jos havaitaan eroavaisuus audiodatan (10,173) ja virheidenohjauslohkon (11) välillä vastaava audiodata korvataan sitä edeltävän (162) ja sitä seuraavan (164) oikein vastanotetun audiodatan keskiarvolla (10).

7. Minkä tahansa edellä esitetyn menetelmävaatimuksen mukainen tahdistus- 15 menetelmä ryhmälähtetysjärjestelmässä, joka suoratoistaa digitaalista sarjamuotoista audio- tai videodatavirtaa langattomasti tosiaikasovelluksissa (6,7), missä menetelmässä - data on organisoitu kehyksiksi (17,174,175) koostuen ohjauskehyksistä (175) sekä audio- tai videokehyksistä (174), ja *!**! 20 - organisoitu audio- tai videodata (9,10) lähetetään ryhmälähetyksenä monelle • · :,*·· vastaanottimelle (6) perättäisten majakkajaksojen (137) sisällä, a ..i;* tunnettu siitä, että • aa •... · audio- tai videodata tahdistetaan monen vastaanottimen (6) kesken jokaiseen :.i.; majakkajaksoon sisältyvän (137) keskeytyskomennon avulla. • · · *...·* 25

8. Digitaalisen sarjamuotoisen audiodatavirran langaton siirtojärjestelmä (9,10), jossa • a a a ! ** järjestelmän kaistanleveyttä on varattu sekä kilpailupohjaiselle että kilpailuttomalle • a • · · · * liikenteelle sisältäen välineet a a *" *: - näytteistä (9) koostuvan audiodatan (10) organisoimiseksi audiodatakehyksiksi 30 (174) ja ohjauskehyksiksi (175), ja : * ·.: - kehysten (174,175) lähettämiseen vastaanottimiin (6) perättäisten *:**: majakkajaksojen (137) sisällä, tunnettu siitä, että se sisältää välineet 28 118914 - kilpailuttoman liikenteen ¢138) asettamiseen majakkajakson (137) sisällä optimiarvoon majakkajakson (137) arvon asettamisella siten, että - varataan tarpeeksi kaistanleveyttä kilpailuttomalle isokroniselle audioliikenteelle, 5. minimoidaan sekä jäijestelmäviive että puskurointitarve ja - mahdollistetaan edelleen kilpailupohjaiselle liikenteelle suurin kaistaleveys kilpailuttoman isokronisen audioliikenteen ohessa.

9. Vaatimuksen 8 mukainen j äij estelmä, tunnettu siitä, että se sisältää välineet IEEE 10 802.11 -standardin mukaisen majakkajakson (137) asettamiseksi arvoon 3 aikayksikköä (TU).

10. Vaatimuksen 8 tai 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se sisältää välineet näytteiden (9,10) lukumäärän muuttelemiseen audiokehyksissä (174) lähettimen (3, IS 4) ja vastaanottimien (6) puskureiden koon minimoimiseksi.

11. Vaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se sisältää välineet näytteiden (9,10) määrän muutteluun audiokehyksissä (174) 125 perättäisen majakkajakson (137) syklillä. 20 • · • · f

*· " - 12. Vaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se sisältää välineet ··* ·;;; näytteiden (9,10) määrän muutteluun audiokehyksissä (174) 125 perättäisen • · ·" majakkajakson (137) sykleissä kuvion 23 taulukon mukaisesti, missä kukin rivi • · « • · * * ’ l edustaa yhden maj akkaj akson (137) sisältöä. • · • · *·· 25 • · · • · * • · ·»· • · • n ··· ·· 4 • ♦ · • · • · ··« 4 · • 4 444 • 44 • · • 4# 4 444 4 4 4 4 444 29 118914