ITRM970465A1

ITRM970465A1 - Dispositivo di comunicazioni con tempi variabili di elaborazione dei quadri

Info

Publication number: ITRM970465A1
Application number: IT97RM000465A
Authority: IT
Inventors: Bradley B Bakke; Victoria Francesca A Buenviaje
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-01-25
Also published as: MX9706106A; DE19734018A1; US5726983A; CN1175834A; CN1086884C; BR9702748A; GB9714441D0; FR2752346A1; GB2316276A; JPH1093518A; IT1294213B1; GB2316276B; FR2752346B1; RU2172557C2

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione, avente per titolo:

"Dispositivo di comunicazioni con tempi variabili di elaborazione dei quadri"

.La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di comunicazione ad accesso multiplo a divisione,di tempo (TOMA) e, in modo più specifico, si riferisce ad un dispositivo di comunicazioni per demodulare ed elaborare un segnale TDKA con finestre di tempo variabili.

2. Descrizione della Tecnica Relativa

Gli apparecchi radio ad accesso multiplo a divisio ne di temoo (TDMA) tipicamente utilizzano dei sistemi aventi una particolare finestra di tempo assegnata per la comunicazione con un particolare apparecchio radio collocato a distanza. L'apparecchio radio decodificherebbe la particolare finestra di tempo durante il.quadro per produrre le informazioni ricevute per un utente. Le differen ze di temporizzazione fra i segnali TDMA trasmessi fra lo apparecchio radio collocato a distanza ed un apparecchio radio collocato centralmente presentano delle prestazioni degradate .

Le differenze di temporizzazione fra i segnali TDMA inviati ad un apparecchio radio di abbonato collocato a distanza e la necessità di produrre dati di ricupero, per esempio informazioni vocali per un utente, sono state tipicamente risolte impiegando un dispositivo buffer o tampone. Per esempio, il brevetto statunitense 5.268.933 di Averbuch utilizza un circuito tampone per regolare il tempo di elaborazione in modo da produrre dati di voce di ricupero per un utente. Il circuito tampone fornisce una frazione di un secondo di ritardo audio, però il ritardo corrispendente a detta frazione di un secondo non è percettibile nella maggior parte dei sistemi di comunicazioni aventi dei piccoli ritardi audio. I sistemi di comunicazione aventi lunghi ritardi audio superiori ad una frazione di un secondo diventano un problema per l’utente. In un sistema di comunicazioni basato su satelliti aventi lunghi tempi o distanze di propagazione, comunque, il ritardo provocato dalla distanza di propagazione fra un satellite in orbita ed un apparecchio radio di abbonato co_l_ locato a distanza sulla terra accentua ul.teriormente questo problema.·Questi ulteriori ritardi di frazioni di secondo aggiunti da un tale circuito tampone nelle situazio ni di cui sopra rendono la comunicazione in tempo reale per un utente scomoda o impossibile.

Breve Descrizione dei Disegni

La Figura 1 illustra un diagramma di temporizzazio ne che mostra i quadri e le finestre di tempo di un segn_a le TDMA ricevuto;

la Figura 2 rappresenta uno schema a blocchi di un apparecchio radio secondo la presente invenzione; e

la Figura 3 rappresenta uno schema a blocchi di un circuito di assegnazione delle finestre di tempo e di un circuito di controllo di temporizzazione in tempo reale. Descrizione dettagliata delle oreferite forme di realizzazion La Figura 1 illustra un diagramma di temporizzazio ne di un segnale TDMA ricevuto 10. Il segnale TDMA ricevuto 10 è costituito da un quadro 1, un quadro 2, un quadro 3 ed un quadro 4, ciascuno dei quadri avendo una dura ta nominale di circa 90 millisecondi (ms) in una preferita forma di rea1izzazione. Cinque periodi di tempo sono r ispettivamente assegnati alle finestre di tempo TS1, TS2, TS3, TS4 e TS5 per ciascun quadro, nella preferita forma di realizzazione. In un esempio alternativo, più di un pe riodo di tempo può essere assegnato ad una finestra di tempo per ciascun quadro. Nel segnale TDMA 10 della presente invenzione, l'apparecchio radio opera su base di una finestra di tempo per quadro. Questa finestra di tempo per quadro è tratteggiata come illustrato nella Figura 1 come designata nel sistema da un segnale controllato TDMA. Per esempio, la finestra di tempo TS2 viene assegna ta per il quadro 1. Nel quadro successivo, la finestra di tempo TS4 viene riassegnata per il quadro 2. Nel quadro 3, la finestra di tempo T54 viene mantenuta e perciò non viene riassegnata. Nel quadro 4, la finestra di tempo vi£ ne riassegnata alla finestra di tempo TS2, come illustrato nell'esempio. Questa riassegnazione dei quadri qualche volta viene denominata salto delle finestre di tempo.

Impiegando il dispositivo tampone della tecnica precedente, una finestra di tempo ricevuta può essere trattenuta per la elaborazione da un decodificatore di da^ ti dì un circuito radio nello stesso tempo utilizzando il dispositivo tampone per uno scorrimento temporale e per provocare dei tempi di decodificazione congruenti. In un sistema incapace di tollerare i ritardi, il tamponamento deve essere evitato poiché esso introduce un ritardo eccessivo. La presente invenzione, perciò, decodifica alternativamente una finestra di tempo assegnata per produr re dati di ricupero in tempo reale senza l'azione di tamponamento ed invece varia la durata con cui i dati ricuperati sono disponibili soltanto in un quadro successivo per adattarsi alla riassegnazione delle finestre di tempo.

Nell'esempio di riassegnazione dalla finestra di tempo TS2 nel quadro 1 alla finestra di tempo TS4 nel qua dro 2, la durata dei dati di ricupero aumenta maggiormente in confronto con la durata nominale, come illustrato nella Figura 1. Nella riassegnazione delle finestre di tempo dalla finestra di tempo TS4 nel quadro 3 alla finestra di tempo TS2 nel quadro 4, la durata dei dati di ricupero è inferiore alla durata nominale, come illustrato nella Figura 1. Tuttavia, tale variazione di durata dei dati di ricupero differisce dalla durata nominale soltanto per una successiva finestra di tempo a seguito della riassegnazione. Dopo la riassegnazione, i quadri successj_ vi presentano durate dei dati di ricupero uguali alla du rata nominale. Perciò, la presente invenzione altera in minima misura a qualità dei dati di ricupero per un quadro successivo a seguito della riassegnazione di una finestra di tempo senza introdurre ulteriore ritardo. Inoltre, la durata dei dati di ricupero cosi influenzati durante una media di una metà delle riassegnazioni richiede rà una espansione di tempo per mezzo di un decodificatore di dati nel corso di una più lunga durata dei dati di ricupero e durante l'altra metà, della riassegnazione richie' derà una compressione temporale per adattarsi ad una dura ta dei dati di ricupero diversa dalla durata nominale.

I codificatori e decodificatori vocali capaci di gestire quadri di dimensioni variabili sono noti, per esempio, dal brevetto statunitense 5.414.796 di Jacobs et al e dal brevetto statunitense 5.184.347 di Farwell et al. Il brevetto di Farwell et al compensa la deriva dello oscillatore in un ricevitore mediante la introduzione o la rimozione di alcuni bit ogni volta che viene eseguita una correzione della deriva dell'oscillatore, tipicamente 25 volte in un'ora, in dipendenza dalla qualità dello oscillatore. Il brevetto di Farwell et al rifinisce alcuni bit da un flusso di bit in misura di più o meno di 1%, per compensare la deriva dell'oscillatore. Questo brevetto non affronta il problema della gestione delle grandi differenze di tempo provocate dalla riassegnazione delle finestre di tempo.

Inoltre, il brevetto di Jacobs et al non affronta il problema delle grandi differenze di tempo dovute alla riassegnazione delle finestre di tempo, in parte, poiché il suo codificatore vocale o vocoder a cadenza variabile viene applicato ai sistemi di accesso multiplo a divisione di codice (CDMA) che non utilizzano o non riassegnano le finestre di tempo. La cadenza dei quadri gestita dal codificatore a velocità variabile in questo brevetto varia sulla base dell'ammontare dei dati che debbono essere trasmessi per ridurre le interferenze fra canale a canale nel sistema CDMA a spettro distribuito. Questo brevetto non concerne la mitigazione del problema della temporizz_a zione provocato dalla riassegnazione delle finestre di tempo a cui si riferisce la presente invenzione.

La Figura 2 illustra uno schema a blocchi di un circuito radio secondo la presente invenzione. Un'antenna 110 riceve un segnale radio che viene demodulato da un de modulatore 120 attraverso un cireolatore 130. Il cireolatore 130 è collegato ad un amplificatore di potenza 140 di un percorso di trasmissione fino all'antenna 110. Il demodulatore 120 demodula il segnale TDMA ricevuto. Un circuito di inquadramento 150 suddivide sequenzialmente un segnale demodulato proveniente dal demodulatore 120 in quadri di durata nominale. Un circuito 160 di controllo TDMA estrae le informazioni di controllo TDMA dal segnale ricevuto. Le informazioni di controllo TDMA forniscono il controllo del sistema, con inclusione, in parte, delle informazioni che indicano una certa finestra di tempo in ciascun quadro per la elaborazione dal circuito radio. Un circuito 170 di assegnazione delle finestre di tempo assegna una finestra di tempo sulla base della finestra di tempo indicata delle informazioni di controllo TDMA. Il circuito 170 di assegnazione delle finestre di tempo esegue anche la riassegnazione della finestra di tempo in un quadro successivo quando l'informazione di controllo TDMA indica che una finestra di tempo diversa dovrebbe essere usata per la elaborazione dal circuito radio. II circuito 17D di assegnazione delle finestre di tempo inoltre fornisce la ternporizzazione del sistema per il circuito radio. Per esempio, il demodulatore 120, il circuito di inquadramento 150 ed altre porzioni del circuito radio, per esempio la sezione di riduzione di alimentazione del decodificatore e la sezione di funzionamento in fase dormiente per economizzare l'energia durante le porzioni dei quadri che non sono necessarie. La temporizzazione del s_i_ sterna determina quando queste porzioni del circuito radio debbono risvegliarsi per ricevere le informazioni provenienti dal quadro.

Un circuito 180 di controllo di temporizzazione in tempo reale determina la durata dei dati di ricupero qua£ do i dati di ricupero vengono resi disponibili ad un ute_n te. Un circuito 180 di controllo della temporizzazione in tempo reale preferibilmente determina la durata dei dati di ricupero come differenza fra il tempo di una finestra di tempo presente ed il tempo della finestra di tempo su£ cessiva.

Un decodificatore di dati 190 decodifica la finestra di tempo pertinente nel quadro dal circuito di inqua dramento 150. Il decodificatore 190 dei.dati esegue la compressione o la espansione temporale quando la durata dei dati ricuperati come indicata dal circuito 180 di cori trollo di temporizzazione in tempo reale varia rispetto alla durata nominale durante un quadro di una finestra di tempo successiva riassegnata. Il decodificatore di dati 190 esegue la espansione temporale mediante interpolazione ed esegue la compressione temporale mediante decimazio^ ne, a titolo di esempio. Altre tecniche di espansione e di compressione temporale possono essere sotituite alla interpolazione oppure alla decimazione. Il decodificatore 190 dei dati può essere costituito da uno o dall'altro op pure da ambedue un decodificatore di voce 193 ed un decodificatore di immagini 197. I dati di ricupero prodotti dal decodificatore di dati 190 possono essere riprodotti su un altoparlante 210 attraverso un convertitore digita le-analogico 220 oppure possono essere visualizzati su un visore, per esempio un dispositivo di presentazione video 230.

L'invenzione è applicabile a sistemi che non sono idonei a tollerare ritardi, nel caso in cui un utente richieda la trasmissione di dati in tempo reale. I dati di ricupero vengono compressi o espansi nel tempo per mezzo del decodificatore di dati 190 in modo da adattarsi alla durata variabile dei dati di ricupero, indicata dal circuito 180 di controllo della temporizzazi.one in tempo rea. le. L'invenzione assume e si basa sulla capacita del cervello dell'utente di essere sufficientemente tollerante per riconoscere i dati di ricupero espansi del tempo o compressi nel tempo allo scopo di soddisfare altre richie ste dell'utente per il mantenimento della comunicazione in tempo reale in ambiente sensibile al ritardo. Per esem pio, in un sistema radio in voce, per esempio un radiotelefono, sono forniti sia un percorso di ricezione,e sia un percorso di trasmissione per una comunicazione in pieno duplex. Nella comunicazione in pieno duplex, l'utente di un radiotelefono deve essere in grado di parlare contemporaneamente alla possibilità dell'utente di ascoltare un'altra persona che sta parlando. Questa situazione di pieno duplex in cui una persona parla ed ascolta nello stesso tempo è intollerabile per grandi ritardi, come quelli che esistono nei sistemi di satelliti con grandi ritardi di elaborazione in aggiunta ai lunghi tempi di propagazione.

La durata dei dati di ricupero preferibilmente può variare approssimativamente nella misura del 64% ed approssimativamente nella misura del 136% della durata nominale in un sistema con molto più di cinque finestre di tempo dell'esempio della Figura 1. Nella preferita forma di realizzazione, la durata nominale è di circa 90 millisecondi (ms) ed otto finestre di tempo sono presenti per ogni quadro dopo approssimativamente una porzione di testa di 22,5 millisecondi. Perciò, la durata nominale può variare fra 58 ms e aDDTOSsimativamente 122 ms.

La Figura 2 anche illustra un percorso di trasmissione avente un codificatore di dati 240 per assemblare le finestre di tempo sulla base dei dati di ingresso in tempo reale provenienti, per esempio, da un microfono 250 attraverso un convertitore analogico-digitale 260 oppure una telecamera video 270. Il codificatore di dati 240 è similmente costruito con il decodificatore di dati 190 per la espansione temporale o la compressione temporale sulla base della durata dei dati di ricupero provenienti dal circuito 180 di controllo di temporizzazione in tempo reale. Il codificatore di dati 240 inoltre può contenere uno o ambedue i componenti di un codificatore di voce 243 e di un codificatore di immagini 247. Sia un codificatore di voce 243, sia un decodificatore di voce 193 costituirebbero quello che qualche volta è denominato un codificatore vocale o vocoder.

Un circuito di formattazione 280 nel percorso di trasmissione formatta la finestra di tempo assemblata fo_r nita dal codificatore di dati 240 in quadri basati sulla tempcrizzazione del sistema. Un modulatore 290 modula i quadri mediante il circuito di formattazione 280 e li trasmette attraverso I'amplificatore di .potenza 140 per mezzo dell'antenna 110. L'antenna 110, il cireolatore 130 e l'amplificatore di potenza 140 potrebbero alternativamen te essere sostituiti da una rete cablata, per esempio un telefono, un calcolatore oppure una rete di fibre. Incitre, l'antenna 110 ootrebbe essere implementata in una re te con cavi RF cablata. Sebbene sia il percorso di trasmissione, sia il percorso di ricezione possano essere costruiti come illustrato nella Figura 2 in un singolo ri_ cetrasmettitore, un percorso di ricezione ed un percorso di trasmissione possono essere costruiti indipendentemente, per esempio, in un dispositivo per sola trasmissione oppure in un dispositivo per sola ricezione. Inoltre, 11 percorso di trasmissione oppure il percorso di ricezione possono esistere indipendentemente in un sistema in cui soltanto una direzione, per esempio la direzione dell'allacciamento in discesa, presenta una funzione di riassegnazione delle finestre di tempo, però l'altra direzione, ovvero la direzione di allacciamento in salita, non presenta una funzione di riasseonazione delle finestre di temDO.

La Figura 3 illustra i dettagli del circuito 170 di assegnazione delle finestre di tempo e del circuito 180 di controllo della temporizzazione in tempo reale in conformità ad una preferita forma di realizzazione. Un circuito 370 di assegnazione delle finestre di tempo riceve le informazioni di controllo TDMA ed i quadri e determina il tempo di una finestra di tempo presente per mezzo del circuito di decisione 310 e determina un tempo della finestra di tempo successiva mediante il circuito di decisione 320. Un circuito 380 di controllo della temporizzazione in tempo reale contiene un sottrattone 330 per sottrarre il tempo della finestra di tempo presente dal tempo della finestra di tempo successiva e per determinare la durata dei dati di ricupero per il loro impiego nel decoriificatore o nel codificatore. Il circuito 380 di controllo della temporizzazione in tempo reale potrebbe alternativamente essere contenuto nella stessa informa zione di controllo TDMA oppure potrebbe essere derivato da essa.

Le tecniche di elaborazione dei segnali della presente invenzione finora discusse con riferimento ai disegni allegati sono preferibilmente implementate in uno o più elaboratori di segnali digitali (DSP) oppure altri mj_ croprocessori. Nonostante ciò, tali tecniche potrebbero invece essere implementate completamente o parzialmente come componenti discreti.

Sebbene l’invenzione sia stata descritta ed illustrata nella precedente descrizione e nei disegni, deve essere sottinteso che questa descrizione è stata fatta soltanto a titolo di esempio e che numero.se varianti e mo dificazioni possono essere apportate da coloro che sono esperti nel ramo senza allontanarsi dall'effettivo spirito e dall'ambito dell'invenzione. Sebbene la presente invenzione abbia sostanziali vantaggi in un sistema sensibile al ritardo, la presente invenzione è applicabile ad altri sistemi di comunicazioni, a prescindere dalle tolleranze di ritardo, per esempio il sistema dei cercapersone, i sistemi delle comunicazioni cellulari ed altri sistemi di comunicazioni satellitari. Inoltre, ulteriori dati diversi dalle immagini o dalle informazioni vocali potrebbero essere elaborati per essere usati in diverse applicazioni ed in diversi ambienti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per comunicazioni per ricevere un segnale a divisione di tempo ricevuto costituito da quadri aventi finestre di tempo, i quadri avendo una durata nominale, caratterizzato da: > un demodulatore (120) per demodulare il segnale ri_ cevuto a divisione di tempo in modo da produrre un segnale demodulato: un circuito di suddivisione in quadri o di inquadramento (150) operativamente collegato al demodulatore per suddividere sequenzialmente il segnale demodulato in quadri aventi la durata nominale; un circuito (160) di controllo di divisione di tem po operativamente collegato al circuito di suddivisione in quadri per estrarre le informazioni di controllo di di_ visione di tempo dall'interno dei quadri, cosa che indica una certa finestra di tempo per la elaborazione in tempo reale dal dispositivo di comunicazione; un circuito (170) di assegnazione delle finestre di tempo, operativamente collegato al circuito di suddivisione in quadri ed al circuito di controllo di divisione di tempo in modo che, sulla base di una finestra di tempo indicata dalle informazioni di controllo di divisio ne di tempo, effettui l'assegnazione dinamica di una fine stra di tempo presente per la elaborazione in tempo reale dal dispositivo di comunicazioni e, sulla base di una diversa finestra di tempo indicata dalle informazioni di controllo di divisione di tempo, per riassegnare dinamica mente una successiva finestra di tempo per la elaborazione in tempo reale dal dispositivo di comunicazioni; un circuito (18D) di controllo di temporizzazione in tempo reale operativamente collegato al circuito di as segnazione delle finestre di tempo per determinare una du rata dei dati di ricupero per produrre dati di ricupero, in cui la durata dei dati di ricupero varierà dalla durata nominale durante una successiva finestra di tempo rias segnata dal circuito di assegnazione delle finestre di tempo; e un decodificatore di dati (190) operativamente col_ legato al circuito di suddivisione in quadri ed al circui_ to di controllo di temporizzazione ίη tempo reale per decodificare la finestra di tempo presente di un quadro e per produrre dati di ricupero in' tempo reale nel corso della durata dei dati di ricupero ed in cui, quando il circuito di controllo di temporizzazione in tempo reale varia la durata dei dati di ricupero rispetto alla durata nominale per una successiva finestra di tempo a seguito della riassegnazìone, il decodificatore in questo modo esegue la espansione o la compressione temporale per produrre dati di ricupero.
2. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendi cazione 1, in cui il circuito (180) di controllo di tempo rizzazione in tempo reale determina la durata dei dati di ricupero come durata fra un tempo di una finestra di tempo presente ed un tempo de11a ’finestra di tempo successiva, quando una finestra di tempo successiva viene riassegnata dal circuito di assegnazione delle finestre di tempo.
3. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendi_ cazione 1, in cui il circuito di controllo 180 di temporizzazione in tempo reale aumenta la durata dei dati di ricupero quando una finestra di tempo successiva arriva in ritardo in un quadro successivo In confronto con la f nestra di tempo presente arrivata in un quadro presente ed in cui il circuito di controllo di temporizzazione in tempo reale diminuisce la durata dei dati di ricupero quando una finestra di tempo successiva arriva in anticipo in un quadro successivo in confronto con una finestra di tempo presente arrivata in un quadro presente.
4. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendi_ cazione 1, in cui il decodificatore di dat.i (190) comprerà de un decodificatore di voce in tempo reale per produrre dati di voce in tempo reale.
5. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendi cazione 1, in cui ogni finestra di tempo ha la stessa durata .
6. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendj_ cazione 1, in cui la durata dei dati di ricupero può raggiungere fino al doppio della durata nominale.
7. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivend_i_ cazione 1, in cui la durata dei dati di ricupero può variare fra approssimativamente il 643⁄4 ed approssimativamen te il 136% della durata nominale.
8. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivend_i_ cazione 7, in cui la durata nominale può variare fra approssimativamente 58 millisecondi ed approssimativamente 122 millisecondi.
9. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendi_ cazione 1, ulteriormente caratterizzato da: un codificatore di dati (240) per ricevere i dati di ingresso in tempo reale nel corso della durata dei dati di ricupero e per codificare i dati di ingresso in tem DO reale in una finestra di tempo; un circuito di formattazione (280) operativamente collegato al codificatore di dati per formattare la finestra di tempo in quadri formattati aventi,la durata nomina1e ; e un modulatore (290) operativamente collegato al circuito di formattazione per modulare i Quadri formattati in modo da produrre un segnale modulato per la trasmis sione dal dispositivo di comunicazioni.
10. Dispositivo di comunicazioni secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di comunicazioni è un circuito radio ed ulteriormente comprende: una antenna operativamente collegata al demodulatore; e un altoparlante operativamente collegato al decodi ficatore.