KR20000039778A - 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 통신 시스템에 있어서, 일률적으로 4.4kbps로 압축하던 보코더를 무선링크의 상태에 따라 가변 압축하여 전송 효율을 개선할 수 있도록 한 보코딩 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 단말기가 ACH로 TRS시스템에 접속을 시도하는 제1단계와, 상기 ACH가 Rx RF 보드에 접속하는 제2단계와, DSB에서 단말기 ACH의 S/N비를 측정하여 그 값을 기지국 제어기로 보내는 제3단계와, 상기 기지국 제어기에서 내장되어 있는 압축 가변율 정보와 비교하여 압축율을 결정하고 그 값을 QFB 와 Tx DSB로 보내는 제4단계와, 상기 Tx DSB가 Tx RF보드와 CCH를 사용하여 그 값을 단말기로 보내는 제5단계와, 수신된 가변 압축율을 적용하여 상기 단말기에서 음성을 압축하는 제6단계로 이루어진다.

Description

무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 장치 및 방법

본 발명은 DCS, PCS 등 디지털 무선 통신 시스템에 적용하여 사용 가능한 가변 압축율을 적용한 보코딩 전체에 대한 것이며, 특히 디지털 통신 시스템중 D-TRS에서, 일률적으로 4.4kbps로 압축하던 보코더(Vocoder)를 무선링크의 상태에 따라 가변 압축하여 전송 효율을 개선할 수 있도록 한 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디지털 통신 시스템에 있어서, 기지국 장비중에 보코더가 있는데 이 보코더는 64kbps인 음성 채널을 압축하여 할당된 무선 대역내에서 송출하는 역할을 수행한다.

종래의 디지털 통신 시스템은 64kbps의 음성 채널을 압축할 때 무선링크의 상황에 따라 압축하는 것이 아니라 항상 일정한 정보비트와 제어비트를 조합하여 압축/변조후 할당된 무선대역으로 송출하였다.

예를들어, FHMA TRS 시스템의 경우, 64kbps인 지령통화(Dispatch) 및 텔레폰(Telephony)의 한 채널을 획일적으로 4.4kbps로 압축한 후 CRC인코더(Encoder), 콘버루션(Convolution) 인코더, 일부 반복(Partial Repetition) 인코더, 차동 비트(Differential Bit), 가이드 비트(Guard Bit)등을 첨부하여 18.45kbps로 변환시킨 후 무선으로 전송하였다.

따라서, 수신측에서는 18.45kbps의 수신데이터를 원래의 64kbps로 복원하였으나 데이터가 4.4kbps로 압축되어 있어 원래의 음성과 차이가 많았다.

즉, D-TRS의 음성품질이 셀룰라나 PCS보다 떨어지는 이유중 하나가 상술한 바와같은 보코더의 큰 압축율 때문이었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, TRS시스템에서 4.4kbps로 압축하던 보코더를 무선링크의 상태에 따라 가변압축하여 전송효율을 극대화하고 음성품질 및 데이터의 손실을 최소로 할 수 있는 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보코딩 장치의 블록도

도 2는 본 발명에 따라 단말기가 시스템에 접속을 시작한 후 보코더가 동작 하여 음성채널을 압축하기 시작할 때까지의 전체적인 동작 흐름도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:원도우 2:피치 및 인벨로프 추출부

3:음성/비음성 검출부 4:유성음 주파수 출력부

5:음성/비음성 정보출력부 6:스펙트럼 포락선 출력부

7-9:가변 양자화부 10:인코더

11:SNR검출부 12:기지국 제어기

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보코딩 장치는, 매 소정주기로 입력되는 음성 신호를 분리하는 분리수단과, 상기 분리수단으로부터 입력되는 신호가 유성음인지 무성음인지 확인하고, 포락선을 검출하는 피치 및 인벨로프 추출수단과, 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 추출된 것이 음성인지 비음성인지 검출하는 음성/비음성 검출수단과, 상기 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 유성음 주파수를 출력하는 유성음 주파수 출력수단과, 상기 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 음성/비음성 정보를 출력하는 음성/비음성 정보출력수단과, 상기 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 스펙트럼 포락선을 출력하는 스펙트럼 포락선 출력수단과, 상기 각 출력수단들로부터 데이터를 입력받으며, 파라메터값을 샘플링하고 양자화 할 때 무선링크의 상태에 따라서 양자화 비트수를 가감하는 가변 양자화수단과, 상기 가변 양자화수단의 출력을 인코딩하는 인코딩 수단과, 신호대 잡음비를 검출하여 출력하는 SNR검출수단과, 상기 SNR검출수단에 의해 검출된 신호대 잡음비를 입력받으며 내장되어 있는 압축 가변율 정보와 비교하여 압축율을 결정한 후 그 값을 상기 가변 양자화수단으로 보내는 기지국 제어기를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 보코딩 방법은, 단말기가 ACH로 TRS시스템에 접속을 시도하는 제1단계와, 상기 ACH가 Rx RF 보드에 접속하는 제2단계와, DSB에서 단말기 ACH의 S/N비를 측정하여 그 값을 기지국 제어기로 보내는 제3단계와, 상기 기지국 제어기에서 내장되어 있는 압축 가변율 정보와 비교하여 압축율을 결정하고 그 값을 QFB 와 Tx DSB로 보내는 제4단계와, 상기 Tx DSB가 Tx RF보드와 CCH를 사용하여 그 값을 단말기로 보내는 제5단계와, 수신된 가변 압축율을 적용하여 상기 단말기에서 음성을 압축하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 보코딩 장치를 나타내는 블록도로, 매 20ms를 주기로 입력되는 음성 신호를 분리하는 윈도우(1)와, 상기 윈도우(1)로 입력되는 신호가 유성음인지 무성음인지 확인하고, 포락선을 검출하는 피치 및 인벨로프 추출부(2)와, 피치 및 인벨로프 추출부(2)로부터 추출된 것이 음성인지 비음성인지 검출하는 음성/비음성 검출부(3)와, 상기 피치 및 인벨로프 추출부(2)로부터 유성음 주파수를 출력하는 유성음 주파수 출력부(4)와, 상기 피치 및 인벨로프 추출부(2)로부터 음성/비음성 정보를 출력하는 음성/비음성 정보출력부(5)와, 상기 피치 및 인벨로프 추출부(2)로부터 스펙트럼 포락선을 출력하는 스펙트럼 포락선 출력부(6)와, 파라메터값을 샘플링하고 양자화 할 때 무선링크의 상태에 따라서 양자화 비트수를 가감하는 가변 양자화부(7-9)와, 상기 가변 양자화부(7-9)의 출력을 인코딩하는 인코더(10)와, 신호대 잡음비를 검출하여 출력하는 SNR검출부(11)와, 상기 SNR검출부(11)에 의해 검출된 신호대 잡음비를 입력받으며 내장되어 있는 압축 가변율 정보와 비교하여 압축율을 결정한 후 그 값을 가변 양자화부(7-9)로 보내는 기지국 제어기(12)로 구성된 것이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 기지국 제어기(12)의 제어를 받는 가변 양자화부(7-9) 및 인코더(10)와 SNR검출부(11)를 제외한 다른 부분은 IMBE 알고리즘이다.

IMBE 음성모델에 사용되는 파라미터는 성대의 진동에 의한 유성음 진동수, 음성 및 비음성 정보, 스펙트럼 포락선이다.

이러한 파라미터는 IMBE 알고리즘을 통하여 추정하며, 추정된 파라미터는 코딩하여 채널로 전송한다.

여기서, 본 발명은 기지국 제어기(12)의 실시간 제어를 받아서 IMBE 파라메터를 추출할 때 양자화 비트수를 가변하는 것이다.

즉, 유성음 진동수, 음성 및 비음성 정보, 스펙트럼 포락선의 정보를 샘플링(Sampling)한 후 양자화 할 때 비트수를 가변하는 것이다.

기지국 제어기(12)가 양자화 비트수를 결정하는 근거는 단말기가 통화를 하기 위해 접속채널(ACH:Access Channel)을 사용하여 기지국에 접속할 때 접속되는 전파의 S/N비를 SNR검출부(11)를 통하여 측정하고 그 값을 기준으로 한다.

예를들어, 접속되는 접속채널의 S/N비가 높을 경우를 설명한다.

이때에는 전파환경이 양호하고, 정보가 무선 링크상에서 손상을 받을 확률은 적다.

따라서, 18.45kbps중에서 CRC(Cyclic Redundancy Check)비트(7비트)와 데이터 반복 비트(20비트)수를 줄일 수가 있으며, 이 기능을 수행하던 비트가 차지하던 자리수만큼 IMBE 파라메터들(유성음 진동수, 음성 및 비음성 정보, 스펙트럼 포락선)의 양자화 비트수를 늘려서 18.45kbps로 만든 후 송신한다.

CRC인코더, 콘버루션 인코더, 부분 반복 인코더, 차동 비트, 가이드 비트등은 데이터가 손상되는 것을 방지하거나 또는 손상된 데이터가 있을 때 원래의 데이터로 복원할 수 있는 기능을 제공하는 역할을 수행한다.

한편, 접속되는 접속채널의 S/N비가 적을 경우를 설명한다.

이때에는, 전파환경이 좋지 않으며, 정보가 무선 링크상에서 손상을 받을 수가 있다.

따라서, 데이터 복원력을 증가시키는 CRC비트 및 데이터 반복 비트수를 상황에 따라 증가시키고, IMBE 파라메터 양자화 비트수를 최소한으로 한다.

기지국 제어기(12)에는 미리 실험을 통하여 전파의 신호대 잡음비와 최적의 양자화 비트수 관계를 결정하여, 그 값을 저장하여 두며 단말기가 접속채널을 보낼 때 마다 참조하도록 한다.

이하, 전반적인 동작을 도 2를 참고로 하여 설명한다.

단말기가 통화를 하고자 할 때 먼저 접속채널을 사용하여 기지국 수신부의 Rx RF보드에 접속을 시도하며, 이때 Rx RF보드는 수신된 800MHz대의 신호를 베이스 밴드 대역 신호로 변환한다(S1단계).

여기서, 상기 기지국 수신부에는 Rx RF보드와 DSB(Dual Slot Board)가 있으며 DSB보드는 Rx RF보드를 제어하는 기능을 수행한다.

따라서, DSB는 Rx RF보드에 접속된 접속채널의 S/N비를 측정하여 기지국 제어기(12)에 보고한다(S2단계).

그러면 기지국 제어기(12)는 DSB로부터 수신된 접속채널의 S/N비를 근거로 무선링크 상태를 분석하여 자신이 저장하고 있던 압축율 변경 정보와 비교한다(S3단계).

즉, 무선링크 상태가 양호한가를 판단하여 양호하면 CRC비트와 부분 반복 비트수를 줄이고 IMBE양자화 비트수를 늘린다(S4,S5단계).

이때, 기지국 제어기(12)에는 미리 시험을 통하여 RF의 S/N비를 측정하고 그 환경에서 가장 적당한 보코더 압축율과 CRC 및 부분 복사값을 계산하여 저장하며, 단말기가 접속채널을 보낼 때마다 이를 참조한다.

상기에서 무선링크상태가 불량하면, CRC비트와 부분 반복 비트수를 늘리고 IMBE양자화 비트수를 줄인다(S6단계).

또한, 기지국 제어기(12)는 결정한 값을 프레임 처리기의 QFB(Quad Frame Board)와 송신부의 DSB에 동시에 보내게 되는데(S7단계), DSB에 보낼 경우에는 DSB에서 제어채널을 사용하여 단말기에 압축율을 통보하면 단말기에서 압축통보를 받아 SC(Sector Controller)에 보고하고 압축을 시작한다(S8,S9단계).

그리고 QFB에 보낼 경우에는 QFB에서 압축율을 통보받아 SC에 보고하고 압축을 시작한다(S10단계).

상기 QFB에는 4개의 보코더가 있어 모든 데이터의 처리(압축과 신장, CRC계산, 디코딩, 인코딩)를 담당하고, 송신부의 DSB는 송신부 RF보드를 제어하며, 상기 QFB와 단말기는 압출율을 통보 받았음을 기지국 제어기(12)에 보고하게 된다.

이때, QFB는 수신된 제어 정보(압축율)에 따라 64kbps의 지령통화(Dispatch) 및 텔레폰의 데이터를 압축하여 송신하며, 단말기도 수신된 압축율에 따라 지령통화(Dispatch) 및 텔레폰 데이터를 가변 압축하여 무선으로 보내서 시스템과 접속한 후 통신한다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명은 기지국마다 서로 다른 보코딩율 적용이 가능함은 물론, 각 기지국의 현재 전파환경에 가장 적합한 보코딩율을 제공하여 항상 최적의 음성품질을 제공할 수 있다.

또한, 안정된 데이터 전송상태를 제공하므로 시스템 사용시간이 단축되어 많은 가입자 수용이 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 매 소정주기로 입력되는 음성 신호를 분리하는 분리수단과,

   상기 분리수단으로부터 입력되는 신호가 유성음인지 무성음인지 확인하고, 포락선을 검출하는 피치 및 인벨로프 추출수단과,

   피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 추출된 것이 음성인지 비음성인지 검출하는 음성/비음성 검출수단과,

   상기 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 유성음 주파수를 출력하는 유성음 주파수 출력수단과,

   상기 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 음성/비음성 정보를 출력하는 음성/비음성 정보출력수단과,

   상기 피치 및 인벨로프 추출수단으로부터 스펙트럼 포락선을 출력하는 스펙트럼 포락선 출력수단과,

   상기 각 출력수단들로부터 데이터를 입력받으며, 파라메터값을 샘플링하고 양자화 할 때 무선링크의 상태에 따라서 양자화 비트수를 가감하는 가변 양자화수단과,

   상기 가변 양자화수단의 출력을 인코딩하는 인코딩 수단과,

   신호대 잡음비를 검출하여 출력하는 SNR검출수단과,

   상기 SNR검출수단에 의해 검출된 신호대 잡음비를 입력받으며 내장되어 있는 압축 가변율 정보와 비교하여 압축율을 결정한 후 그 값을 상기 가변 양자화수단으 로 보내는 기지국 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 장치.
2. 단말기가 ACH로 TRS시스템에 접속을 시도하는 제1단계와,

   상기 ACH가 Rx RF 보드에 접속하는 제2단계와,

   DSB에서 단말기 ACH의 S/N비를 측정하여 그 값을 기지국 제어기로 보내는 제3단계와,

   상기 기지국 제어기에서 내장되어 있는 압축 가변율 정보와 비교하여 압축율을 결정하고 그 값을 QFB 와 Tx DSB로 보내는 제4단계와,

   상기 Tx DSB가 Tx RF보드와 CCH를 사용하여 그 값을 단말기로 보내는 제5단계와,

   수신된 가변 압축율을 적용하여 상기 단말기에서 음성을 압축하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가변압축은, 기지국 제어기의 실시간 제어를 받아서 IMBE파라메터를 추출할 때 양자화 비트수를 가변하는 것을 특징으로 하는 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 방법.
4. 제 3항에 있어서, 양자화 비트수 결정시, 접속채널을 사용하여 기지국에 접속할 때 접속되는 전파의 S/N 비를 측정하고 그 값을 기준으로 한 것을 특징으로 하는 무선링크 상태에 따라 가변 압축을 수행하는 보코딩 방법.