FI119013B - Virheenkorjausmenetelmä ja järjestelmä langatonta tosiaikaista monikanavaisen audio- tai videodatan siirtoa varten - Google Patents

Description

j 119013

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

5 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen virheenkoijausmenetelmä audio- tai videotarkoituksiin.

Keksinnön kohteena on edelleen patenttivaatimuksen 4 johdannon mukainen virheenkoijausjäijestelmä audio- tai videotarkoituksiin.

10

Keksintöön liittyy myös lähetysmenetelmään ja jäijestelmään sekä synkronointimenetelmään ja -järjestelmään.

Tämän keksinnön kohde on tyypillisesti isokronisen, sähkömagneettisia häiriöitä 15 sietävän, korkeimman studiolaatutason mukaisen monikanavaisen digitaalisen 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 20 tosiaikaisuus- ja kaistanleveysvaatimukset.

» · * · · • · * • · .*. : Johdanto • ·· • · • · * • · · · : * * *; Nykyisin tunnetuissa tekniikoissa studiolaatuinen monikanavainen digitaalinen • · : 25 audiosignaali muunnetaan ensiksi analogiamuotoonja siirretään sitten kaiuttimille • · · kanavakohtaisin sähköisin kaapelein. Myös digitaalinen siirto sähköisissä kaapeleissa • · · tai optisissa kuiduissa on tunnettua. Jos kaiuttimet ovat passiivisia, tarvitaan lisäksi : V: vielä vahvistin vahvistamaan signaalin tehoa lähettimessä ja syöttämään siirtolinjaa • · · riittävällä teholla kaiuttimien ohjaamiseksi tarkoituksenmukaisella äänitasolla. Kaikki ί *. *. 30 nämä toimenpiteet, samoin kuin fyysinen analoginen siirtotie itsessään, tuovat • * ;" *; mukanaan useita alkuperäisen signaalin laatua huonontavia vaikutuksia kuten kohina, • · · t # häiriöt, särö, ryhmäviiveet sekä amplitudi- ja vaihevirheet. Kaapelointi on usein » · · vaivalloinen ja voi olla epäsiistin näköinen. Kaapeleiden ja niiden sijoittelun « · huolellisella suunnittelulla edellä mainittuja haittatekijöitä voidaan jossakin määrin 119013 2 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 I sähkömekaaniset liittimet ovat alttiina mekaanisille vioille, jotka on vaikea löytää ja 5 koijata. 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.

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

• · φ · .· . Keksintö perustuu ajatukseen, että digitaalinen informaatio välitetään keskuslähetys- • · · * * asemalta ryhmälähetyksenä yksittäisille kaiuttimille studiotasoisessa digitaalisessa φ · muodossa sähkömagneettisten radioaaltojen avulla tai sähkönjakeluverkon kautta 3 119013 ilman erillisiä signaalikaapeleita, tyypillisesti käyttäen kansainvälisiin standardeihin perustuvia massatuotannossa olevia langattomien lähiverkkojen (WLAN) komponentteja. Digitaalinen signaali muunnetaan analogiseksi vasta itse aktiivikaiuttimessa ja syötetään paikallisesti, optimoitujen elektronisten alipäästö-, kaistanpäästö- ja yli-5 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 varsinaisen järjestelmän hinta voidaan pitää hyvin kohtuullisena.

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

20 Keksinnön ensimmäisen suositeltavan toteutuksen mukaisesti käytetään isokronista : audioliikennettä silmälläpitäen laajennettua virheidenhallintajäijestelmää, missä • · · * 1 : vastanotettu signaali sisältää virheiden koijaustarkoituksia varten laaditun , • φ . virhehallintadatalohkon, joka minimoi tai poistaa kokonaan uudelleenlähetystaipeen.

«♦··

··· I

• · • ♦ ··· | : ·1· 25 Erityisesti keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on lausuttu

··· I

patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa I

··· :V: Edelleen keksinnön mukaiselle järjestelmälle on tunnusomaista se, mitä on lausuttu ^ Γ.· patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa. j :·!·. 30 • · • · .2·. Keksinnön avulla on saavutettavissa huomattavia hyötyjä.

*·· · • 1 · • · ·

Kaiutinkohtaisessa studiolaatuisen digitaalisen audiosignaalin vastaanotossa voidaan 2 • · välttää kaikki perinteisen kaiuttimen signaalitiehen liittyvät virhetekijät. Tekemällä 4 119013 muunnos digitaalimuodosta analogiamuotoon vasta aktiivikaiuttimessa itsessään maksimoidaan äänenlaatu paikallistamalla analogiasignaalin etenemistie kiinteään ja optimoituun aktiivisen kaiuttimen piiriratkaisuun keksinnön yhden toteutuksen mukaisesti.

5

Signaalikaapelit, niiden liittimet ja differentiaalisignaalilähettimet sekä -vastaan· ottimet 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 10 massatuotantokustannus voi olla hyvin alhainen keksinnön yhden toteutuksen , mukaisesti.

Koska ryhmälähetysmoodi ja usein tapahtuva ryhmälähetystahdistus ovat käytössä, kanavienvälinen vaihe-ero voidaan tehokkaasti poistaa keksinnön yhden toteutuksen IS mukaisesti.

Koska käytetään optimoitua lähetyksen kehyskokoa, voidaan järjestelmätason viive minimoida merkityksettömän pieneksi keksinnön yhden toteutuksen mukaisesti.

20 Virhehallintamenetelmän avulla keksinnön yhden toteutuksen mukaisesti saavutetaan a · ·* # * ·: yksinkertainen ja nopea parhaan-yrityksen mukainen viiheenkoijausmenetelmä.

• · • · • 1« » ·

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkinomaisiin • ·· •... * toteutuksiin, joita esitetään mukaan liitetyissä piirustuksissa, joissa e 25 · · ♦ *... * Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen jäijestelmän yleisen kokoonpanon lohkokaavion muodossa.

• · • · · • * · • · • · · • * *" * * Kuvio 2 esittää lohkokaaviona esimerkin keksinnön mukaisesta lähetystukiasemasta.

·· · : V 30 ··· :* Kuvio 3 esittää lohkokaaviona toisen esimerkin keksinnön mukaisesta lähetystuki- asemasta.

• * I # · * · I Kuvio 4 esittää lohkokaaviona esimerkin keksinnön mukaisesta vastaanottimesta.

5 119013

Kuvio S esittää yhtä monikanavaista audionäytettä edustavan audiodatan rakenteen I

keksinnön mukaisesti.

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

Kuvio 7 esittää kuvion 6 tietorakenteen avulla keksinnön mukaisen virheenkoijaus-periaatteen.

10

Kuvio 8 esittää lohkokaaviona siirtovälineen saantimenetelmän ohjauksen (Medium Access Control, MAC) arkkitehtuurin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

Kuvio 9 esittää tietorakenteena yleisen MAC-kehysrakenteen, jota voidaan käyttää 15 keksinnön yhteydessä.

Kuvio 10 esittää tietorakenteena WLAN-kehyksenohjauskentän, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

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

* 1« • m • · • · 1 • ··

Kuvio 12 esittää tietorakenteena yleisen majakkakehyksen, jota voidaan käyttää 1 1 · · f ' .···. keksinnön yhteydessä.

25 • 1 · • · .···, Kuvio 13 esittää tietorakenteena majakkakehyksen keksinnön mukaisena.

' 1 · · ·1." Kuvio 14 esittää tietorakenteena valtuuksien (capabilities) informatiokentän, jota : 1"; voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

φ · · 30 • · ,,., · Kuvio 15 esittää tietorakenteena tietoalkiot, joita voidaan käyttää keksinnön • · / , yhteydessä.

• « · • ·♦ • ♦ · 6 119013

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

Kuvio 17 esittää tietorakenteena fyysisen kerroksen lavennetun siiitotaajuuden 5 (Extended Rate PHY, ERP) tietoelementin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

Kuvio 18 esittää tietorakenteena lavennetun tuettujen siirtotaajuuksien elementin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

10

Kuvio 19 esittää tietorakenteena kilpailuttoman liikennemoodin (Contention-Free, CF) parametrijoukkoelementin, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

Kuvio 20 esittää tietorakenteena kilpailuttoman liikennemoodin päättämiskehyksen 15 (CF-End Frame), jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

Kuvio 21 esittää tietorakenteena fyysisen kerroksen lavennetun siiitotaajuuden ortogonaalisen taajuusjaon (ERP-OFDM PHY) kehysrakenteen, jota voidaan käyttää keksinnön yhteydessä.

20 . , Kuvio 22 esittää graafina keksinnön kaistaleveysvaatimuksen.

* ♦ · • ·» • · • · • · a • *· ' Kuvio 23 esittää taulukon muodossa keksinnön yhteydessä käytettävien 8 x 32- bittisten näytetietueiden määrän asianmukaisen jäijestelyn peräkkäisiin datalohkoihin • · 25 digitaalisen audiosignaalin lähetystä varten.

• · · • · · • · · • · * * ·

Kuvio 24 esittää graafina keksintöön liittyvän värinäkäyttäytymisen.

• · • · • · · • * * * · Kuvio 25 esittää lohkokaaviona keksintöön liittyvän yleisen tietorakenteen liittyen • · · I 30 pahimman tilanteen lähettämisen ajoitukseen.

I · · I * *

Kuvio 26 esittää vuokaaviona keksintöön liittyvän audiosignaalin tuloprosessoinnin.

• · · • ·· • · j ^ · • « Tässä asiakiijassa käytetään keksintöön liittyen seuraavia termejä.

119013 7 1 langaton lähiverkko (WLAN, Wireless Local Area Network) 2 audiolähde 3 digitaaliaudiolähetin 4 tukiasema 5 5 kaukosäädin 6 vastaanotin 7 kaiutin, tyypillisesti sisäänrakennetuin vahvistimin varustettu aktiivikaiutin 8 äänijäijestelmä (esimerkiksi Surround Sound 7.1) 9 audiodatamuotoilu/näyte 10 10 siirtotason audiodatamuotoilu 11 virheenkoijauskoodi 12 MAC-alikerros, MAC = Medium Access Control, siirtovälineen saannin ohjaus 13 hajautettu koordinointi toiminto 15 14 pistemäinen koordinointitoiminto 15 kilpailuton liikennepalvelu 16 kilpailuperusteinen liikennepalvelu 17 yleinen MAC-kehysrakenne 18 kehyksenohjaus 20 19 kesto/tunnus • * 20 osoite 1 • · ♦ · · * * ; 21 osoite 2 • · · 22 osoite 3 · * · .···. 23 järjestyksen ohjaus . 25 24 osoite 4 • · · ·*· .*·*. 25 kehysrunko • * · 26 kehystarkiste (FCS, Frame Control Sequence) 27 MAC-otsake • · 28 MAC-kehys • · φ ;·)·, 30 29 WLAN-kehysohjauskenttä I · · • .···, 30 liikennekäytäntöversio ! · # • · 31 tyyppi • · · 32 alityyppi • · g 119013 33 jakelujäijestelmän suuntaan (To DS, DS = Distribution System) 34 jakelujäijestelmän suunnasta (From DS) 35 lisäfragmentti 36 uudelleenyritys 5 37 lisädata 38 tehonhallinta 39 langalliseen vertautuva yksityisyys (WEP, Wired Equivalent Privacy) 40 jäqestys 41 yksittäisosoite 10 42 ryhmäosoite 43 yksittäislähetysosoite 44 ryhmälähetysosoite 45 yleislähetysosoite 46 yleinen majakkakehys 15 47 kehysohjaus 48 kestoaika 49 kohdeosoite 50 lähdeosoite 51 peruspalvelujoukon tunnus (BSS ID) 20 52 jäijestyksenohjaus , , 53 kehysrunko • · · * ; 54 kehystarkiste (FCS, Frame Check Sequence) • · ·

• M

’ 55 aikaleima 9·· • "II 56 majakkajakso !

• · I

"I 25 57 valtuustieto i « · « 9 9· 58 palvelujoukon tunnus (SSID, Service Set Identity) • · 59 valinnainen kenttä :·, 60 majakkakehys, jota käytetään tässä keksinnössä

« M

.···, 61 kehysohjaus • . 30 62 kestoaika • . 63 kohdeosoite • · . 64 lähdeosoite * * • · · '· '1 65 peruspalvelujoukon tunnus (BSSID, Basic Service Set IDentity) 66 jäijestyksenohjaus 9 119013 67 kehysrunko 68 kehystarkiste (FCS, Frame Check Sequence) 69 aikaleima 70 majakkajakso 5 71 valtuustieto

72 SSID

73 kilpailuttoman liikenteen parametrijoukko 74 liikenneindikaattorikartta (TIM, Traffic Indication Map) 75 fyysisen kerroksen lavennettu siirtotaajuus (ERP, Extended Rate PHY) 10 76 lavennetut siirtonopeudet 77 elementtimuotoilu 78 elementin tunnus 79 pituus 80 informaatio 15 81 TIM-elementti 82 elementin tunnus 83 pituus 84 DTIM-lukema, DTIM = Delivery Traffic Indication Map 85 DTIM-jakso 20 86 bittikartan ohjaus ; 87 osittainen virtuaalibittikartta • · · • · : 89 ERP-informaatioelementti • ·· • · •ί. 90 elementtitunnus t ···· 91 pituus • ·φ : :*: 25 92 ei-ERP vallitsee *·· :***; 93 käytä suojausta 94 Barker-alukemoodi 95 r3-r7 • · * · * 96 lavennetut tuetut siirtotaajuudet elementin muotoilu "·*· 30 97 elementtitunnus * · • · :***: 98 pituus · » ,·]·φ 99 lavennetut tuetut siirtotaaj uudet *#* * 100 kilpailuttoman liikennöinnin parametrijoukon elementin muotoilu • · 101 elementtitunnus 10 119013 102 pituus 103 CFP-lukema j 104 CFP, kilpailuton jakso 105 CFP, maksimikesto 5 106 CFP, jäljellä oleva kesto 107 kilpailuttoman liikennöinnin lopetuskehys (CF-End) 108 MAC-otsake 109 CF-End MAC-kehys 110 kehysohjaus 10 111 kestoaika 112 RA, vastaanottajaosoite

113 BSSID

114 FCS

115 ERP-OFDM PH Y-kehysrakenne, 15 OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing

116 Coded/OFDM

117 liikennekäytännön palvelun tietoyksikkö (PSDU, Protocol Service Data Unit) 118 PLCP-aluke 119 SIGNAL-kenttä 20 120 siirtotaajuus • . 121 varattu • · · • · · • · .·. · 122 pituus

• M

123 häntä ···· .··*. 124 pariteetti « · ··» . 25 125 palvelu

··· I

.***. 127 kehysohjaus I

• · · ! 128 kesto/tunnus , 129 osoite 1 • · 130 osoite 2 :v. 30 131 osoite 3

Φ · I

• · I

.**·, 132 jäijestyksen ohjaus * · • · · ,·. 133 osoite 4 *. 134 kehysrunko

135 FCS

11 136 mielenkiintoalue 119013 137 WLAN-toistojakso/majakkajakso (N * TU) 138 lyhentynyt kilpailuton jakso 139 jaotin ja vastaanotin 5 140 saija-rinnan muunnin 141 signaaliprosessori puskureineen 142 USB-isäntäohjain, USB = Universal Serial Bus 143 USB-tulot 144 S/PDIF-tulot, S/PDIF = Sony/Philips Digital InterFace 10 145 analogiatulot 146 analogiapuskurit ja-jaottimet 147 A/D-muuntimet, A/D = Analogue-to-Digitai 148 M AC/kantataaj uusprosessori 149 mikrokontrolleri 15 150 D/A-muunnin j a suodatin, D/A = Digital-to-Analogue 151 valitse analo giatulo 152 A/D-muunnos 153 valitse digitaalitulo 154 24-bittinen uudelleenmuotoilu 20 155 valitse audiotulo : 156 kanavien määrä 8 • *· .·. : 157 ei • · • * 158 kyllä ···· ;***; 159 muodosta FEC ja kirjoita puskuriin, FEC = Forward Error Correction • 99 ; :*; 25 160 laske puuttuvat kanavat i·· :***; 161 muodosta FEC ja kirjoita puskuriin 162 näyte i-1 :V: 163 näyte i ϊ,,,ϊ 164 näyte i+1 30 165 koijattu näyte i • · ·***; 166 laajennettu palvelujoukko (ESS, Extended Service Set) «··

.*. 167 IBSS

• · · * · Φ 168 CF kiertokyseltävissä 9 · 169 CF-kiertokyselypyyntö 12 119013 170 yksityisyys 171 varattu 172 antennirakenne 173 eniten merkitsevät bitit 5 174 audion MAC-kehys 175 ohj auksen MAC-kehys Järjestelmä 10

Kuvion 1 mukaisesti jäijestelmä koostuu yhdestä tai useammasta audiolähteestä 2, jotka voivat olla joko digitaalisia tai analogisia lähteitä mukaan lukien myös suorat tietokoneliitynnät, esimerkiksi USB-rajapinnan kautta. Lähde 2 on kytketty audiolähet- timeen 3, joka on edelleen kytketty tukiasemaan 4, joka sisältää antennirakennelman 15 172 langatonta lähetystä varten. Lähetintä 3 ja tukiasemaa 4 ohjataan tyypillisesti kaukosäätimellä S tai tietokoneella. Tukiaseman 4 signaali lähetetään langattoman lähiverkon 1 välityksellä käyttäen isokronisia ryhmälähetysviestejä monikana- vajärjestelmän 8 (esimerkiksi Surround Sound 7.1) vastaanottimiin 6 mukaan lukien useat kaiuttimet 7. Toisin sanoen audiodata lähteistä 2 muokataan digitaaliseksi dataksi 20 elementeillä 3 ja 4 ja siirretään kaiutinten vastaanottimiin standardin mukaisena : langattoman lähiverkon digitaalisena datana.

* ·» • · • i • * * • ** • · Lähetin tukiasema ··*· «· • • · ··♦ j ·*. 25 Kuvio 2 esittää yksinkertaista versiota lähetinasemasta 3, johon ei sisälly analogia- »·· :***; tuloja ja kuvio 3 esittää laitetta, jossa on myös analogiatuloja 145. Lähettimen tuki- ·« · asema 4 on tyypillisesti siirtonopeudella 108 Mbit/s toimiva lavennettu IEEE 802.1 lg- : V: standardin mukainen WLAN ΜΙΜΟ Access Point -asema, joka vastaanottaa määritel- ly11 määrän monofonisia, stereofonisia tai monikanavaisia analogiatuloja sekä AES3, !*.*. 30 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 sähköisesti 146 ja syötetään analo- 13 119013 giavalitsimeen, joka voi valita yhden stereotuloista vietäväksi stereomuotoisen 24-bittisen, 192 kilonäytettä/s A/D-muuntimeen 147 edelleen saija-rinnan muuntimeen 140, ja ohjelmoitavaan kahdesta- kahdeksaan kanavan DSP-prosessoriin. DSP:n käyttö mahdollistaa minkä tahansa kanavamatrisoinnin johdettujen kanavasignaalien 5 muodostamiseksi oikeasta j a vasemmasta kanavastereosignaalista. Vaihtoehtoisesti, jos olikin valittu digitaalinen AES3 tai S/PDIF tulo 144, se muunnetaan rinnakkaismuotoon siirtorekisterillä 140 ja syötetään sitten 32-bittisen signaaliprosessorin 141 muistipuskuriin, josta prosessori muotoilee signaalin WLAN-lähetyksessä käytettävään 8-kanavaiseen 24-bittiseen 192 kilonäytettä/s rinnakkaismuotoon. USB 10 2.0 rajapinnan käyttö 143 sallii suoran 8-kanavaisen 24-bittisen 192 kilonäytettä/s audiovirran käyttämisen tulona, joka varastoidaan suoraan 32-bittisessä rinnakkais-muistimuodossa. Uudelleennäytteistys matalammista näytteenottotaajuuksista 192 kilonäytteeseen/s voidaan tehdä DSPrllä esimerkiksi neljän näytepisteen kautta sovitettavan kolmannen asteen polynomin mukaisen käyräsovituksen pohjalta yhdessä 15 tarkkuuden nostamisen kanssa 24-bittiseksi mahdollisesti pienemmistä näytepituuk- sista. Näiden prosessointi vaiheiden jälkeen liitetään etukäteinen virheenkoijauskoodi-oktetti 11 (Kuviot 6 ja 7) jokaisen 24-bittisen audionäytteen 9 eteen. Tulokseksi saatavat 32-bittiset näytteet puskuroidaan muistiin, lähetettäviksi kahdeksan näytteen tietueina 9, jotka edustavat samanhetkisiä näytteitä kahdeksasta audiokanavasta.

20 ; Lähetinasemassa 3 on 16 kilotavun rengaspuskurimuistialue 141 tai FIFO-tyyppinen ·· .·. j puskuri lähetystä odottavan, sisään tulevan datan välivarastoimiseksi, Alkualustusten • · jälkeen lähetinasema 3 käyttää kilpailuttoman majakkajakson arvon asetuksena yhtä • ft·· .·*·. TU-yksikköä ja CFPMaxDuration-parametri asettuu tällöin arvoon 512 ps. Tämä ase- ···* . 25 tus uudistetaan kun sisään tuleva audiovirta päättyy, mikä minimoi reaktioajan seuraa- ·· ·'**· van audiovirran alkaessa ja siten myös muistipuskurin koon. Vaihtoehtoisesti on mah- ·· · dollista täyttää audiovirtaa täyttämällä puskuria pelkällä nolladatalla niin kauan kuin • *: ‘: sisään tuleva audio puuttuu. Kun audiodatavirta on alkanut j a kun rengaspuskurissa tai FIFO-puskurissa on sisään tulevalle datalle tilaa vähintään 6,6 kilotavua, kilpailuton- * 30 jakso ohjelmoidaan uudelleen kolmen TU-yksikön mittaiseksi, jolloin CFPMaxDurati- » · .***. on-parametri asettuu arvoon 2 782 ps. Digitaalisen audion lähetys langattoman lähiver- ·*· kon kautta aloitetaan myös tässä vaiheessa. WLANin liikennetilanteesta riippuen • · ft • · saattaa kestää 459... 1 483 ps ennen kuin ensimmäinen audiodata saadaan lähtemään, ft ♦ 14 119013 minä aikana 2,8.. .9,2 kilotavua lisää audiodataa on saapunut puskuriin. Siksi tulopus-kurin tilavaatimusrajat ovat 9,4... 15,8 kilotavua riippuen ajoitussuhteesta audiolähteen ja WLANin välillä. Tästä syystä 16 kilotavun rengaspuskuri tai FIFO-puskuri on 5 kaikissa tilanteissa riittävä. Signaaliprosessori 141 täyttää puskuri aan sisään saapuvalla 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 rinnakkaista! saijaliitäntä ja WLAN-piirin ohjelmistosovellusohjelmarajapintaa (API) käytetään 10 liikennöinnin ohjaamiseen yllä kuvatulla tavalla. Siirron aiheuttama viive on enimmillään noin 1500 ps. Tämän lisäksi vastaanottopuskurointi aiheuttaa vielä noin 500 ps viiveen. Kokonaisviive on siis alle 2000 ps. Tämä vastaa äänen etenemisessä alle metriä, tehden viiveen ihmisen kuuntelukokemuksen kannalta merkityksettömäksi.

15 Tukiaseman (j a 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.

Nimellinen bittitaajuus on 108 Mbit/s. Nämä lavennetut IEEE 802.11 g WLAN -toteutukset sisältävät myös tehokkaan siirtovirheiden koijausmekanismin, joka levittää 20 siirtopolun mahdolliset virhepurskeet yksittäisiksi bittivastaanottovirheiksi j'.t| vastaanotossa ja pystyy korjaamaan ne kaikki oktettitasolla. Tätä piirrettä hyödynne- • · : 1 ·, · tään määrittelemässämme sovelluskerroksen eteenpäin toimivassa virheidenkoijaus- • « ··· menetelmässä.

• t·· ··· • · • · ··· :j[: 25 Kilpailupohjaista yksittäisosoitteistettua sanomienvaihtoa tukiaseman 4 ja vastaan- 5t##: otinasemien välillä käytetään vastaanotinten ja niihin liitettyjen audiolaitteiden kon- figurointiin, tilatarkkailuun ja ohjaukseen. Lähettimen tukiasemassa 4 on vielä kädessä • · v’.·’ pidettävän infrapunakaukosäätimen vastanotin, USB 2.0 tietokoneliikenteen vastaan-

«M

otin/lähetin ja yleiskäyttöinen USB 2.0 lähetin/vastaanotin Bluetooth ja WLAN

·1·1: 30 kädessä pidettävien kaukosäädinten sovi tiimiin.

«·· • ♦ • t ·♦· · * · · • · · • · i • · 15 119013 Järjestelmän konfigurointi, tilatarkkailu ja ohjaus Järjestelmän konfigurointi, tilatarkkailu ja ohjaus suoritetaan kädessä pidettävällä kau-5 kosäätimellä (säätimillä) tai (henkilökohtaisen) tietokoneen sovellusohjelmalla (-ohjelmilla) yllä kuvatulla tavalla.

Vastaanottimet 10 Kuvion 4 mukaisesti vastaanotin 6 koostuu tyypillisesti MIMO-antennialijäijestelmäs-tä 172 ja IEEE 802g yhteensopivasta WLAN-piiristä, jossa on Atheroksen tai Airgon kantomatka ja suumopeuslaajennukset. Mukana on tyypillisesti ohjelmistolla ohjattavia monivärisiä LEDejä auttamassa yksittäisten kaiuttimien 7 tunnistamista ja tilan havainnointia konfiguroinnissa, tilantarkkailussa ja ohjausoperaatioissa. WLAN:ia 15 käytetään nimellisnopeudella 108 Mbit/s. Vastaanotettu audiodatavirta puskuroidaan 16 kilotavun rengastulo- tai FIFO-muistipuskuriin ja audion lähetys ulos puskurista 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 huippulaadukas 20 äänenvoimakkuuden säädinpiiri ja puskurivahvistin, jotta tuotettaisiin tämän erityisen : * ·.; audiovastaanotinyksikön valittua audiokanavaa vastaava studiotasoinen analogia- • · : * *. · audiosignaali. Kanavavalinnan tekee konfigurointi- j a ohjausohj elmisto käyttäen J· WLAN in kilpailuperustaisia liikennepal veluj a.

··· ♦ · • · ··· 25 Jokainen kahdeksan kanavan vastaanotin 6 omaa sisäisen kidejohdetun kellonsa, josta ··* 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 *·* • · *···* lahtösignaali on sille konfiguroidun kanavan aktiivikaiuttimen differentiaalitulo.

·· * • 30 Lisäksi kahdeksan kanavan digitaalinen audio tuotetaan käytettäviksi standardoidusta ··· AES3 (S/PDIF) koaksiaali- ja optolähdöstä. Tämä mahdollistaa langattoman studio- :*·*; laatuisen 8-kanavaisen digitaalisen audiolinkin toteuttamisen. Toinen AES3 (S/PDIF) • ♦ *:**: koaksiaali- ja optolähtöpari tuotetaan digitaalituloisia aktiivikaiuttimia silmälläpitäen.

ie 119013

Kaukosäätöpäätteet Jäijestelmän ohjaamista varten on olemassa kaksi menetelmää, paristolla toimiva kädessä pidettävä ohjauspääte 5 ja sovellusohjelmisto, joka on toteutettavissa useisiin 5 alustoihin mukaan lukien Linux, MS Windows, Apple, ja Symbian käyttöjäijestelmät.

Kädessä pidettävä kaukosäädin Käsikaukosäädin 5 koostuu näppäimistöstä, pienestä näytöstä, prosessorista ja tietolii-10 kennelinkistä tukiasemaan. Näppäimistötoiminnot mahdollistavat audiolähteen 2 valinnan, audiokaiutinryhmän 8 ja yksittäisen kaiuttimen 7 konfiguroinnin ja ohjauksen. Kaiutinryhmä 8 samoin kuin yksittäinen kaiutin 7 voidaan aktivoida ja passivoida pehmeästi ja niiden yleinen sekä yksittäinen äänitaso voidaan säätää. Käsikaukosäädin kommunikoi lähettimen tukiaseman 4 kanssa infrapuna-, Blootooth- tai WLAN-linkin 15 kautta. Tukiasema 4 välittää ohjaukset kaiuttimille yksittäisten vastaanottimien kautta käyttäen kilpailuun pohjautuvaa liikennöintitapaa ja joko ryhmä- tai yksittäisosoitusta. Kaukosäätimessä 5 on paniikkinäppäin ja toiminto, joka aiheuttaa välittömän pehmeän hiljennyksen kaikille kaiuttimille 7.

20 Kaukosäädinohjelmisto • · • · · • · · • * :*·.· Ylläkuvattua jäqestelmää voidaan ohjata täysin tietokoneella, jossa suoritetaan • · ··· konfigurointi-, tilanvalvonta-ja ohjaussovellusohjelmistoa. Komennot ja vasteet ···· kommunikoidaan lähetystukiasemalle käyttäen Bluetooth-, IrDA-, LAN-, WLAN-, tai : 25 USB 2.0 -linkkejä.

«·· • · • ♦

Menetelmä • · • · · • · · • · • · ·

Kuvien 5 ja 6 mukaisesti keksinnön laite lähettää isokronisesti, tosiaikaisesti kahdek-·*·*: 30 saa täysin toisistaan riippumatonta ja yhtenäistä kanonista tiivistämätöntä kanavaa 24- • e :' * *: bittistä 192 000 näytettä sekunnissa toimivalla digitaalisella audio virralla, j ossa on mu- . ·. ·. kana tehokas äänentoiston välittämistä tukeva 8-bittinen eteenpäin suunnattu vir- • · · • m heenkorjauskoodi (FEC) 11 jokaiselle yksittäiselle näytteelle. Kahdeksan diskreetin 24-bittisen näytteen ryhmää 10 niihin liitettyine 8-bitin FEC-oktetteineen 11, yhteen- ,7 119013 laskettuna 32 oktettia tai 256 bittiä, kutsutaan tässä esityksessä siirtotason audiodata-muodoksi. Jatkuvasti ylläpidettävän sovellustason digiaalisen audiodatakaistan leveys-vaatimus on täten 36,864 Mbit/s. Yhdessä FEC-oktetin 11 kanssa sovelluksen data-kaistanleveysvaatimukseksi tulee 49,152 Mbit/s. Tämän lisäksi on olemassa MAC-5 kehystyksen, WEP-kapseloinnin ja fyysisen kerroksen kehystyksen aiheuttamat lisät 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 siirtomenetelmä perustuu kilpailuttoman ryhmälähetyksen innovatiiviseen käyttämiseen 10 IEEE 802.11 -standardien määrittelemään pistemäiseen koordinointitoiminteen kanssa (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 15 digitaalisen audion siirto tulee mahdolliseksi. IEEE 802.1 lg+ 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 audio virta isokronisesti yhdessä normaalin kilpailupohjai-sen WLAN-dataliikenteen kanssa. Kanavien suuri määrä, korkea resoluutio ja korkea 20 näytteenottotaajuus takaavat tämän päivän parhaan kaupallisesti saatavissa olevan ; * ·. · äänenlaadun langattoman j akelun.

• · • · • * m • · · * · *:* Tietorakenne • · · · • ·· * * • · ··· : : : 25 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 • · · pituuden 137, lähetetään IEEE 802,1 lg WLAN -standardissa esitetyn kokonaisluvun :***: 30 määrittämissä jaksoissa. Tämä kokonaisluku saa arvoja välillä 1 ... N. Toisin sanoen, * · s]”: 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(l 024 ps) monikerta. Standardi määrittelee kuitenkin, että jokaista majakkajak- j is 119013 soa 137 kohden pitää olla varattuna riittävästi aikaa kilpailuliikenteelle, tarkemmin ilmaistuna riittävästi aikaa maksimikokoista kehystä, ACK-kehystä, kahta perusaikara-koa sekä kahta SIFS-aikaa varten. Tämän keksinnön mukaisesti majakkajakson 137 TU-aikayksiköiden riittävän lukumäärän on havaittu olevan kolme (3). Tämä antaa 5 tarpeeksi aikaa lähettää 12 audio-MAC-kehystä 174 ja 2 ohjaus-MAC-kehystä 175 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.

10 Kuten kuviosta 23 nähdään, ennalta määritelty sekvenssi toistuu aina 125 majakkajakson 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 samalla puskurimuistin määrävaatimuksen minimiin sekä lähettimessä 3 että 15 vastaanottimissa 6.

Kaistanleveyden jako

Kuvion 25 mukaisesti, jotta taattaisiin audiodatan oikea-aikainen kuljetus, on toteu-20 tettava suurin mahdollinen kilpailuttomien jaksojen 138 toisto taajuus. Samanaikaisesti . *.t: maksimiosuus verkon kapasiteetista on varattava audioliikenteelle. IEEE 802,11 -stan- • a ;*·,· dardi vaatii, että jokaisen toistuvan kilpailuttoman jakson aikana on oltava tarpeeksi • · *·· kilpailutusliikenne-aikaa ainakin yhden maksimikokoisen datakehyksen lähettämiseen yhdessä sen kuittauskehyksen, kahden SIFS-jakson ja kahden perusaikaraon kanssa. ifi|: 25 Käytettäessä 108 Mbit/s bittitaajuutta ja ERP-OFDM PHY -kehystystä, täksi ajaksi ί.,,ί saadaan 212 + 40 + 2 x 10 + 2x9 = 290 ps. Kuten IEEE 802.11-standardissa kuva taan, kilpailuliikenne voi etukäteisesti lyhentää kilpailutonta jaksoa 138 alussa • · V.: maksimiarvolla, joka on yhden RTS-ohjauskehyksen, yhden CTS-ohjauskehyksen, • · · yhden maksimikokoisen datakehyksen, yhden ACK-ohjauskehyksen sekä neljän SIFS-

• I

:*·’: 30 ajan kestojen summa. 108 Mbit/s bittitaajuudella ja ERP-OFDM PHY -kehystystä ί.,.ϊ käytettäessä tämä vaatimus on 40 + 40 + 212 + 40 + 4 x 10 = 372 ps. Kilpailuton jakso •V. alkaa majakkakehyksellä 67 (Kuvio 13) ja sitä seuraa yksi SIFS. 108 Mbit/s *’** l •: · · · bittitaaj uudella j a käytettäessä ERP-OFDM PHY -kehystystä tämä ,9 119013 vaatimus on 76 + 10 - 86 με. Kilpailuton jakso päätetään CF-End-kehyksellä 109 (kuvio 20). 108 Mbit/s bittitaajuudella ja käytettäessä ERP-OFDM PHY -kehystystä tämä vaatimus on 40 ps. Jäljellejäävä aika toistuvan kilpailuttoman toistojakson sisällä on tarjolla kilpailuttomalle dataliikenteelle. Koska kilpailuttoman jakson rakei-5 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 datakehyk-sen koon, MAC-, WEP-ja PHY-kapselointien aiheuttaman lisäkuorman sekä perättäisten datakehysten väliin vaaditut PIFS-ajat, maksimissaan vain 72 näytettä 8-ka-10 navaista 24+8 bittistä, 192 kilonäytettä sekunnissa olevaa dataa voidaan lähettää tänä 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 ajaksi saadaan 1 260 ps, mikä mahdollistaa jopa viiden kooltaan suurimman 72 näytteen 15 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 liian vähän kapasiteettia tosiaikaiseen audion siirtoon. On siis ilmeistä, että pienin ja toivottavin kilpailuttoman liikenteen toistoväli on tällöin juuri kolme TU-yksikköä, 3 20 x 1 024 = 3 072 ps.

• · ♦ · · • ·· • · • · ♦ · · ’· " Jotta optimoitaisiin datan tasainen virtaus ja minimoitaisiin puskurointitarpeet, TU-yk- ··· ··· j sikköä kohden lasketun näytteiden määrän keskiarvo pitäisi saada pidetyksi niin lähellä • ♦ **·* arvoa 1 024/1 000 x 192 = 196,61 kuin suinkin mahdollista varioimalla datakehysten f · · • · · 25 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 j φΙ··# koko vaihtelee välillä 49 ... 51 näytetietuetta kukin, seuraavassa esitettävän koon mää- • · räämissäännöstön mukaisesti. Perättäisten 12 puskurin puskurijoukkojen ensimmäinen, • · ♦ \. · * 30 toinen, nelj äs, viides j a kuudes puskuri sisältävät 51 näytettä kukin, kun taas » » *Γ kolmannen joukon ensimmäinen puskuri sisältää 50 näytetietuetta. Kaikissa muissa *.·.* puskureissa on 49 näytettä. Tämä sekvenssi toistuu joka seitsemännen puskurijoukon * * kohdalla aina 125. puskurijoukkoon asti, jolloin koko sykli alkaa uudelleen alusta.

20 1 1 901 3

Ainut poikkeus yllä olevaan sääntöön on 60. puskurijoukon ensimmäinen puskuri, joka sisältääkin 50 näytettä eikä 51 kuten sisempi toistosääntö muuten edellyttäisi. Kuvion 24 mukaisesti tämä algoritmi takaa, että puskuroinnin värinä pysyy alle +/- yhden näytteen kaikissa puskurijoukoissa ja palaa nollaksi aina joka 125. näytepuskurijoukon 5 lopussa. Tällä säätöalgoritmilla saavutetaan pahimman tilanteen kilpailuttoman datansiirtoajan sisällä oleva 180 ps marginaali. Tämä aika riittää yhden ylimääräisen 1 632 dataoktetin kehyksen tai vaihtoehtoisesti kahden 450-oktetin kehyksen käyttäjädatan siirtoon, mitä voidaan käyttää haluttuihin muihin tosiaikaisiin ohjaus-tarkoituksiin. Tämä järjestely mahdollistaa myös tehokkaan kilpailupohjaisen käyttäjän 10 tiedonsiirron, joka on tosiaikaisen audiosiirron ohessa on noin 12 Mbit/s. Kilpai-lupohjainen liikennöinti on tarjolla jäijestelmäkonfigurointiin ja ohjaukseen samoin kuin muuhun riippumattomaan dataliikenteeseen.

Kuten yllä esitettiin, vähintään kolmen TU-aikayksikön kesto vaaditaan majakan 15 toistoväliksi, jotta voidaan varata tarpeeksi kaistanleveyttä kilpailuttomalle isokroniselle audioliikenteelle. Valitsemalla pienin arvo kolme TU-aikayksikköä minimoidaan lisäksi sekäjärjestelmäviive että puskurointitarve. Minimiarvon kolme TU-aikayksikköä valinta mahdollistaa edelleen kilpailupohjaiselle liikenteelle suurimman kaistaleveyden kilpailuttoman isokronisen audioliikenteen ohessa.

20 ;*·.· Näiden kolmen rajoittavan tekijän yhdistelmää kutsutaan tämän sovelluksen optimi- • a :*·.· arvoksi.

· ·» aaaa : *: Virhehallinta aa a : 25 f · a a · a ϊ Kuvion 7 mukaisesti virheidenhallintamenetelmä on optimoitu yksinkertaisuuden ja nopeuden suhteen olettaen, että järjestelmää käyttävät ihmiset monikanavaisen studio- • a \V tasoisen puheen ja musiikin kuunteluun. Tämä tarkoittaa yksinkertaista ja nopeaa · a a *...: parhaan yrityksen virheenkorj ausmenettelyä, j oka j oko koq aa täysin j älj elle j ääneet a ;***: 30 väärien kehysten sovellustason lähetysvirheet kokonaan tai pienentää niiden äänelliset a·· !(ii: seuraamukset kuulumattomalle tasolle. Menetelmä hyödyntää pitkän 24-bittisen audio- datanäytteen ja korkean 192 kilonäytettä/s näytteenottotaajuutta samoin kuin a a • · · · j laajennetun IEEE 802.11 g+ toteutukselle ominaista kykyä muuntaa siirtotien purske- 2i 119013 virheet yksittäisiksi bittivirheiksi vastaanotossa. Tämä virheenkoijausmenetelmä ei kuitenkaan ole kelvollinen sovelluksiin, joissa virheitä ei voida lainkaan hyväksyä.

Kuvion 7 mukaisesti ennen lähetysvaihetta kahdeksanbittinen etukäteinen virhe-5 ohjausoktetti (Forward Error Control, FEC) 11 liitetään ennen eniten merkitsevää oktettia 173 jokaisessa yksittäisessä näytteessä 162-165. Tämä FEC-oktetti 11 muodostetaan kahdentamalla datanäytteen eniten merkitsevä oktettit 173. WLAN:in sisäisen siirtovirheiden koijausmenetelmän ansiosta miltei kaikki sen jäljelle jäävät vastaanottovirheet ovat yhden bitin virheitä. Siksi on riittävää korjata yhden bitin 10 virheiden vaikutus. Tämä tehdään siten, että vastaanotettua eniten merkitsevää data-oktettia verrataan vastaavaan vastaanotettuun FEC-oktettiin 11 ja jos ne eroavat toisistaan niin eniten merkitsevä näyteoktetti 173 korvataan edellisen näytteen eniten merkitsevän oktetin 162 ja seuraavan virheettömän näytteen eniten merkitsevän oktetin 164 keskiarvolla. Tämä eliminoi tehokkaasti miltei kaikki jäljelle jäävät virheet eniten 15 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 kuultavia.

20 On hyvä muistaa, että ryhmälähetys siirtää samanaikaisesti kaikkien kahdeksan kana-J van audiodatan määritellyn ryhmälähetyksen kaikille vastaanottajille. Tämä mahdol- • t .*· J listaa erilaiset älykkäät virheenkorjausmenetelmät, jotka perustuvat viereisten audioka- • ··· navien dataan jos tällaiset menetelmät tuntuvat houkuttelevilta. Jos edelleen käy- • ••t :***; tettävissä on erityinen virheenkoijauslaitteisto tai paljon laskentavoimaa sekä lähet- ··· : 25 timessä että vastaanottimissa, voidaan käyttää myös tehokkaita tunnettuja 8/24 vir-

• M

heenkoijausmenetelmiä kattavamman virheenkorjauksen toteuttamiseksi.

Tahdistus ··· • · • · i I·· •V. 30 Kuvion 20 mukaisesti järjestelmän 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 • · φ · ....: j akson alusta. Tämän ohj ausviestin 109 kehyksenloppukeskeytys tahdistaa kaikki 22 1 1 901 3 vastaanottimet 6 eri vastaanottimien keskeytysten latenssiaikojen keskinäisen eron epätarkkuudella. Koska kaikki vastaanottimet on ohjelmoitu odottamaan tätä nimenomaista keskeytystä, keskeytyslatenssin aiheuttama järjestelmätason tahdistus värinä on suuruusluokkaa yksi konekäskyjakso (lisättynä hyvin pienellä prosessorienvälisellä 5 kidekellojen vaihe-eron satunnaisvärinällä). Käytännössä tämä kokonaisvärinä on suuruusluokkaa 100 ns eikä ole mitenkään ihmiskuulijan havaittavissa. Vertailun vuoksi 192 kilonäytettä/s audionäytteenoton jakson kesto on 5,21 ps, VVLAN-lähetyskierroksen yksityiskohtainen kuvaus 10

Kuvion 25 mukaisesti joutotilassa, kun audiosignaalia ei ole, lähetin on ohjelmoitu toimimaan majakkajakson arvolla yksi aikayksikkö (1 TU). Tällä tavoin järjestelmän vasteviive uuden tulevan audio virran käynnistyessä ja sen myötä lähetinpuskurin koko minimoituvat. Kun audiovirran alku on havaittu, lähetin siirtyy aktiivilähetystilaan.

15 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.

WLANin liityntäpisteenä (Access Point) toimivaan lähettimeen on toteutettu pistemäinen koordinointitoiminto (Point Coordination Function, PCF). Majakkatoistojakso 20 ja täten kilpailuttoman liikenteen toistumisväli on niin ikään asetettu kolmeksi TU-

• t I

:,*·· aikayksiköksi ja jokainen tällainen jakso sisältää sekä kilpailuttoman että kilpailu- • · pohjaisen osuuden. Varatun kilpailuttoman jakson kestoksi on asetettu 2 782 ps i käyttämällä CFPMaxDuration-parametriämajakkakehyksessä67ja tämä asetus jättää ··· • · *···* taatun 290 ps ajan hajautetun ohjaustoiminnon (Decentralized Control Function, DCF) • · · *·“* 25 kilpailuliikenteelle. Tämä aika on riittävän pitkä maksimimittaisen datakehyksen • · **··* lähettämiseen kilpailujakson aikana, siihen liityvine kuittauksineen ja näihin liittyvine . , kehysten välielementteineen, kuten vaaditaan IEEE 802.11 -standardissa. Se myös • · * ;.* tarkoittaa, että vähintään 6,16 Mbit/s kaistanleveys (kun käytetään suurinta • · • · *" datakehysten kokoa) on aina tarjolla kilpailuliikenteelle. Suurten kehysten raskaassa · · * · * ί ·* 30 liikenteessä varattu kilpailuton jakso tulee välillä etupäästään lyhentyneeksi, kun ke- • ·φ » · * ·; · * hyksen lähetys tapahtuu aiotun kilpailuttoman j akson alkamishetken aikana. Koska * · v\! tämä kilpailupohjainen tiedonvaihto saattaa sisältää myös RTS-, CTS- ja ACK-ohjaus- « kehyksiä niihin liittyvine kehystenvälisine aikaelementteineen mainitun suurimman 119013 23 datakehyksen lisänä, jopa maksimaaliset 372 ps saattaa kulua median ollessa varattuna kilpailuttoman aikajakson alusta lukien.

Lähetysajoituksen pahimman tilanteen skenaario audiodatalle on seuraava. Kilpailu* 5 jakson odotettu alkuhetki koittaa, mutta pisimmän mahdollisen kilpailupohjaisen sekvenssin lähetys on juuri käynnistynyt. Se aiheuttaa kilpailuttoman jakson 372 ps lyhentymisen. Vasta tämän lyhentymisviiveen jälkeen voidaan lähettää 40 ps kestävä majakkasanoma, joka asettaa NAV tilan. Ensimmäisen audiodatalohkon lähetys alkaa, kun lisäksi tuleva 10 ps SIFS-aika on kulunut. Tämä tarkoittaa yhteensä 459 ps ole-10 tetun kilpailuttoman jakson alkamisajankohdan jälkeen. Pienemmän edestä lyhentymisen tilanteissa lähetysohjelmisto lisää sopivanmittaisen hiljaisen täyteajan hetken 459 ps saavuttamiseksi. Tämä järjestely takaa, että ensimmäinen audiobitti lähetetään aina saman suhteellisen hetken aikana 3 072 ps kilpailuttoman toistojakson sisällä. Tatjolla oleva siirtoaika kilpailuttomalle audiodatalle on siksi 3 072 - 458 - 290 - 40 - 10 = 2 15 274 ps. Pahimman tapauksen skenaariossa ensimmäinen audiopuskuri sisältää viisi- kymmentäyksi 24+8 bittistä näytetietuetta. Seuraavat yksitoista audiodatalohkoa sisältävät 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 20 audiotietuetta. Nämä kaksitoista lohkoa siirretään perättäin siten, että niiden kaikkiin • · · • · * väleihin jäävät 19 ps PIFS-jaksot. Täten pahimman tilanteen kokonaisaika ensimmäi- · · • ·· * .* sestä audiobitistä viimeiseen on 160 + 11 x 156 + 11 x 19 = 2 085 ps. Tehollinen aika- ··· r « ,···. 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 joutojaksovii- #·* ;***: 25 ve, jonka jälkeen lähetettävä 40 ps CF-End-yleislähetyskehys 109 päättää kilpailutto- * ti man jakson ja poistaa NAV tilan, jonka majakkakehyksen alku aiemmin asetti päälle.

: V: Tämä tapahtuu täsmälleen samalla hetkellä, jolloin kilpailuton jakso olisi päättynyt : myös majakkakehyksen CFPMaxDuration-parametrin asettamaan ajastimeen perus- !*.*. tuen. Näin syntyvä 180 ps kilpailuttoman jakson aikamarginaali tarjolla olevasta mini- • · :***; 30 mikokonaisajasta 2 284 ps edustaa vain kahdeksaa prosenttia koko kilpailuttomasta ··· . V. aikamarginaalista. Tässä vaiheessa alkava kilpailupohjainen jakso, joka mahdollistaa • · · • * yhden maksimikokoisen datakehyksen, ACK-vasteen ja näihin liittyvien kahden 24 1 1 901 3 kehystenvälisen SIFS-ajan sekä kahden perusaikaraon lähettämisen, kuten IEEE 802.11 -standardi edellyttää.

Lähettimen ja tukiaseman toiminnot 5

Kuvion 26 mukaisesti järjestelmä valitsee n analogiatulon 145, tai m AES (S/PDIF) digitaalitulon 144/143 kesken vaiheissa 151 tai 153. Jos valittiin analogiatulo, puskuroitu analoginen stereosignaali muunnetaan seuraavassa vaiheessa 152 2 x 24-bittiseen muotoon 192 kS/s kaksikanavaisella A/D-muuntimella. Jos oli valittu digi-10 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 muodostetaan FEC sekä kirjoitetaan se puskuriin yhdessä audiodatan kanssa askeleessa 161. Jos kanavien määrä on askeleessa 156 valmiiksi kahdeksan, niin data ja FEC kana-15 voidaan suoraan puskuriin askelissa 158 ja 159.

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 20 audiokanavien datan, mutta erottavat tästä datasta jatkoprosessointia varten vain sen datan, joka on kohdistettu kunkin edustamalle kanavalle.

t · • · • · t • ·· • · *:· Keksintö on sovellettavissa moninaisiin isokronisiin tiedonsiirtojärjestelmiin mutta ··* ϊφ<>! kuten tässä kuvataan, se soveltuu erityisen hyvin monikanavaisiin audiosovelluksiin.

:..V* 25 • · * Tämän johdosta myös videosovellukset sopivat esilläolevan keksinnön joihinkin toteutuksiin.

• * · « • · • * ··« *...* WLAN-lähetysmedian lisäksi tämä keksintö soveltuu myös UltraWideband (UWB) j * j: 30 radiolähetystekniikkaan tai HomePlug AV -tyyppiseen lähetystekniikkaan, missä sähköverkon kaapelointia käytetään myös datan siirtoon. Jälkimmäisessä tapauksessa • V. lähetysjärjestelmä ei ole kirjaimellisesti langaton, mutta koska aktiivikaiuttimet • · vaativat aina ulkoisen sähkönsyötön kaapelin kautta, datansiirtoon ei tarvita lisä-kaapeleita.

Claims (6)

25 1 1 901 3

1. Virheidenkorjaus menetelmä järjestelmässä, joka suoratoistaa tosiaikasovellusten (6, 7. digitaalista sarjamuotoista audiodataa, missä menetelmässä 5 - audiodata on jaettu ennalta määrätyn mittaisiin datalohkoihin (10), tunnettu siitä, että 10. datalohko (10) sisältää virheohjauslohkon (11), jonka sisältö (11) on kopio eniten merkitsevistä biteistä (173) vastaavasta audiodatasta (9), - virheidenohjauslohkon (11) sisältöä verrataan audiodatan (10,173) vastaavan sisällön vastaanotettuun sisältöön, - jos eroavaisuuksia audiodatan (10,173) ja virheidenohjauslohkon (11) välillä 15 havaitaan, vastaava audiodata korvataan edellisen (162) ja seuraavan (164) oikein vastaanotetun audiodatan (10) keskiarvolla.

2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lohkon (10) pituus on 32 bittiä. 20 .·. j

3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virheiden hallintaa • »» • · ,·, ; on edelleen parannettu vertaamalla dataa muiden kanavien informaatioon. • ·» • ♦ ··· 1 ···« .·**.

4. Viiheidenkorjausjäijestelmä, joka ohjaa digitaalisen sarjamuotoisen audiodatan ··· . ; 1; 25 virtaa tosiaikaisissa sovellutuksissa (6,7), joka järjestelmä käsittää välineet ··· ··· • · * · • · · - audiodatan jakamiseen ennalta määrätyn mittaisiin datalohkoihin (10), tt • » • ·· ··· tunnettu välineistä 30 *:**: - sisällyttää datalohkoihin (10) virheenohjauslohko (11), jonka sisältö (11) on kopio . ·. : eniten merkitsevistä biteistä (173) vastaavassa audiodatassa (9), • ·· • · · 26 11901 3 - vertailla virheidenohjauslohkon (11) sisältöä audiodatan (10,173) vastaanotetun sisällön vastaanotettuun sisältöön, - korvata, jos eroavaisuus audiodatan (10,173) ja virfaeohjauslohkon (11) välillä on havaittu, vastaava audiodata edellisen (162) ja seuraavan (164) oikein 5 vastaanotetun audiodatan (10) keskiarvolla.

5. Vaatimuksen 4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että lohkon (10) pituus on 32 bittiä.

6. Vaatimuksen 4 tai S mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että virheiden hallintaa on edelleen parannettu datan vertailulla muiden kanavien informaatioon. • · • ♦ · • ·· * · • · · · • ·· • · ··· i«·· * »1 • 1 * · ··· * · · • 1 · ··· II1 · • « • M » · • · • ·· · · • · • · II» • f Ml1· • 1 * · • · * 1 · • M • · 9 9 9 119013