TW515164B - Methods and systems for robust frame type protection in systems employing variable bit rates - Google Patents
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Description
515164 五、發明說明（1) 一 -- 發明背景 更特 被傳 本發明有關在通訊系統範疇中可變位元率的信號 別的說’揭示有關已經使用複數個不同編碼速率之 送的可變位元率信號的解碼。 、商業通訊系統的成長，特別是細胞無線電話系統的爆炸 式成長’已強迫系統設計員來找尋增加系統容量，而不降 低通訊品質（至消費者可容忍門檻）的方法。一個達到這些 目標的技術牵涉到系統的改變，從將資料印在載波上的類 比調變系統，變至將資料印在載波上的數位調變系統。 在無線數位通訊系統中，標準化之空氣介面規定大部分 的系統參數，包括調變型式、叢發格式、通訊協定等等。 例如，歐洲遠程通訊標準局（ETS丨）已規定了行動通訊全球 系統（Global System for Mobile Communications) (GSM)標準，其使用時間分割多路接達（time divisi〇n multiple access)(TDMA)經由射頻（radio frequency) (RF )之有形（phy s i ca 1 )頻道或是鏈路，使用高斯最小移位 鍵控（Gaussian Minimum Shift Keying)(GMSK)調變方 « 案’以一符號速率為271 ksps的速率來通訊訊控制、聲音 以及數據資訊。在美國，遠程通訊工業聯盟 (丁elecommunication Industry Association) (TIA)已出 版了數個過渡仏準（Interim Standards)，如IS-54及 IS-136，其定義數位進階行動電話服務（D_AMPS)的不同版 本’為一 T D Μ A系統，使用一差分正交相位移位鍵控 (DQPSK)調變方案經射頻1^鏈路來通訊訊數據。
第4頁 515164 五、發明說明（2) T D Μ A糸統將可用之頻率頻器 ， 頻道。該等RF頻道進一步被八::叙—個或一個以上的RF 舰訊框中的時間插隔數個有形f道’對應在 個散據基地台的通訊，i以；：些：統中，行動台與複數 傳送及接收數位資訊叢發的=了鍵路及下行鍵路RF頻道 現今使用的行動台成長的數1 通訊系統中更多聲音及數據；i的4產胞遠程 的間隔更近，使得在鄰近或是2而求。其、，·。果為基地台 同頻率上刼作之行動台間干擾的增加。事實上，—此 a^c^ss)(CDMA)，一其為使用—頻譜擴展調變的形式， ^號特意地共享相同時間及率。供、 =頻譜較多可利用的頻道，仍然有‘需；：：：；：； 在可接受的水準，或是更特定地說，來監視及控制載ί ! 號強度對干擾的比值（即載波對干擾比C/I)。 載波、 另一個對提供不同通訊服務來說，漸 接傳送數據所需要/要求之使用者= =哲對聲日及/或數據服務，*用者位元率相當於^ 或數據，量，較高之使用者位元率產生較二· ::的^立或k南之數據輸出量。總使用者位元率是由 i:\rr、調變、以及資源配置技術 ，，，〇來決疋的。例如，對—TDMA系統而言，豆後者 可以指每一連接可以指派之時間插格數；對一議系統而
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j後者技術可以指每一連接可以指派之代碼數。 ^ 5吾音編碼（或是更一般稱為、、根源編碼〃）技術，被使用 ^將輸入資訊壓縮成為一使用可以接受頻寬量的格式，但 是其可以再生出一可瞭解之輸出信號。現在語音編碼演算 法存在有許多不同的型式，例如殘留激發線性預測 - residual excited linear predictive (RELP)，規則脈， 動激發regular-pulse excitation (RPE)，等等，其細節 並不特別地與本發明相關。在此環境中比較重要的是，不 同的^音編碼器有不同的輸出位元率（在此指的是編碼速 率）\而如吾人預計，語音編碼器，其有較高輸出位元率你 者’較之較低輸出位元率者，較能提供消費者再生音質較 大的接党度。舉例來說，比較傳統式、有線的電話系統使 用PCM語音編碼，其速率為64 kbps，而GSM系統使用一RPE 語音編碼方案，其速率為13 kbps。 除了語音編碼，數位通訊系統也使用不同的技術來處理 錯，接收到的資訊。一般來說，這些技術包括那些輔助接· 收器來修正錯誤接收到資訊的技術，例如，向前錯誤修正 (FEC)技術，以及那些可使該錯誤接收到的資訊再傳送到 接收器的技術，例如自動再傳送要求（ARQ)技術。FEC技術 包括 '舉例來說，在調變之前對數據捲積或是區塊編碼 y (在此a稱為頻道編瑪”）。頻道編碼牽涉到代表某些數據 1凡其使用某些編碼位元。因此，譬如說，以編螞速率來 指捲積編碼是非常普通的，如1 / 2以及1 / 3，其中以一給定 頻運位το率而言，較低的編碼速率提供較大的錯誤保護$
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五、發明說明（4) 使用者位元率較低 傳統來說 人、， …&用者你- 線通訊系統所提供之給定服務凡率的技術， 通訊系統所設立的連接時段而二固、定，或至少7何無 系統設立的連接，以一種型 °為固定）。也4 3 無線 道編碼、一種型式的調變以;=根源編—種=’、每一 來，這些技術的動態適應已成種資源配置操作，f的頻 這些快速隨時間改變的數字個流行的方法： 如，無線通訊頻道之無線傳播=統性能的最佳化上: 的位元率需求等等。 系統的負載、使用i 吾人看到這些處理技術的許夕 地，用在由一無線通訊系統所組合，可以有選擇性 在早一連接的整個壽命中。然而更的不同連接之間，以及 ί器使用之處理的型式’才能將資：ί收器必須要知道傳 馬。一般來說，有兩類技術用画，在一收到時適當地解 ，的處理技術：（ι)顯式資訊，艮通^二接收器有關與信號關 貧訊中，其有一模態值用來扑—1 矾息攔，在該傳送的 貧訊，有時被指為”盲，，解螞f : σ亥處理型式，及（2 )隱式 信號來決定由傳送器處理（型接收器處以分析所接收的 中，根據丁1 A/El A IS〜95掉準' 。後者是使用於CDMA系統 為較佳，因為其減低在接哭喿作的。顯式資訊有時被認 為除了使用者數據外，，^處處理的延遲，但是其代價 元。 、二員要包括額外的經常經常位 515164 五、發明說明（5) 的目前所使用的根源（語音）編碼。如以上所提，一個訊框 型式的指示器可以被傳送至接收器（不論是在無線通訊系 統的基地或是行動台的接收器，或是非無線通訊系統的任 何接收器），使得其可使用合適的語音解碼技術。通常此 訊框型式指示ϋ可能只包括與數據攔—起運輸的幾個位 兀。、因此’吾人把了解對接收器而言，能夠精確地將訊框 型式指示器解碼是特別重I沾 - 可能無法被復原。這種對模二=一整個數據訊框 切，使得設計員極力= =接收的求好心 來改善使用精確地決定正護這樣的指示器， 模態指示器搁來說，冗餘度，其意味對 技術與系統，而同時又备,^ t不了牝破適當地解碼的 經常位元數目，是最好了。 /、有效負载數據一起傳送的 、_ 發明概述 通訊資訊傳統方法及系統的缺點與 了，在本發明令將訊框型式指示器：被本發明克服 力7訊=做速率適應之用的未使用位元内因：非先前被 式扣不器可以相當長， … 口此，訊框型 框型式指示器可以有不二誤。而且，不同的訊 *明：具體實施範例，-接收器將兮錯“ 長度-框莫式(如偽隨機數順序或是::錯型^ 515164 五、發明說明（6) 序，其只要至少部分正交），與一接收之訊框相關，來識 別一訊框型式，例如編碼速率。一足夠高的相關性提供一 跨步，使得該接收器識別該接收的訊框為有一對應該訊框 型式指示器的速率。 根據一範例的方法，進行以下的步驟：提供至少兩個不 同的編碼速率，用來處理傳送器中的資訊，其中該訊框型， 式資訊與該等至少兩個不同的編碼速率相關；在傳送器 處，以至少兩個不同的編碼速率中所選擇之一的速率將資 訊編碼；包括一訊框型式指示器，其在一訊框中有編碼的 資訊，該訊框型式指示器為從至少兩個訊框型式指示器中$ 選出，視所選出至少兩個不同的編碼速率那一個而定，其 中該等至少兩個訊框型式指示器有不同之位元長度；以及 傳送該訊框，包括該訊框型式指示器及該編碼的資訊。 圖式簡單說明 ， 本發明的這些以及其他的目標、特性及好處將在研讀以 下詳細說明時昭然若揭，同時也要參考所附之圖式，其 ' 中·· 圖1為一無線通訊系統之一般示意圖，圖示可以如何根 據本發明來執行之訊框型式指示器； 圖2為一示意圖，為一可變有效負載位元率傳送方案，_ 其有一固定的總傳送速率； 圖3為一表，說明可以如何執行根據本發明之不同編碼 速率及位元型式； 圖4為圖3之編碼速率之位元型式至訊框的範例變換
第9頁 DID 丄 五、發明說明（7) (mapping 圖5闡明一用來_ 4 . 圖6閣明根據本發明之具體實施範例來；二：型式； P 0日α拍从”、員式識別一訊框型式的傳統技術； 及 圖7說明一根據太恭日日> 2 Β ^ 框型式指示器。& 另一 “肢實施範例所提供的訊 發明之詳細說明 在接下來的說明φ ，么Ύ ^ ^ ^ 牲—1月中為了棱供對本發明完全的了解，用 特疋的細卽，如牲拓丨从+枚 ^ f別的电路、電路零件、技術等等來做說 二之：：=疋限制本發明。然而，對熟知此項技藝之人❿ 而° &月復明顯可以實施在脫離該等特定細節其他 :具體實施例+。在其他的例子中，對眾所熟知的方法、 裝置、及電路的詳細說明被省略，免得使本發明的說明焦 點模糊了。 江以下做範例之用的具體實施例，用於無線通訊系統的環 i兄中。然而’沾知此項技藝之人士會了解，本發明可以應‘ 用於任何通訊系統，包括有線與無線。而且，本發明中， 應用於空氣介面信號傳送之系統及方法，同樣可以應用於 使用任何接達方法，如包括頻分多路接達^⑽八）、TDMa、 碼分割多路接達（C DM A )以及其混合。 _ 而且’根據GSM通訊系統的範例無線通訊系統，說明於 歐洲遠程通訊標準局（ETSI)文獻ETS 3 0 0 573，ETS 300 574及ETS 300 578中，其於此以提及的方式併入本文中。 因此’ GSM系統的操作在此只做必須之說明，以了解本發
第10頁 515164 五、發明說明（8) 月雖Λ、;、本發明用的具體實施範例是G S Μ系統，然熟知此 項技藝之人士會了解，本發明可以廣泛地使用於其他使用 可變位元率編碼方案的數位式通訊系統。 參考圖1 ’其闡明本發明具體實施範例的通訊系統丨〇可 以被執行’以提供本發明一些環境。在其中，系統丨〇被設 計為一分層網路，其有多路位準，用來處理呼叫。行動台-1 2使用一組上行鏈路及下行鏈路頻率，在系統丨〇内操作， 使用在該等頻率上所配置之時間插格參與呼叫。在一較上 之層么’一群行動交換中心（M s c s ) 1 4負責將呼叫從一發信 方引至一收信方。這些實體特別負責設定、控制及結束呼· 叫。MSCs 14之一 ’稱為MSC閘道器（gateway)，處理與公 共父換包活網（P S T N ) 1 8間，或是與其他公共及私人網路間 的通訊。 在較低之層次，MSCs 14的每一個交換中心與一群基地 台控制器（BSCs)16連接。在GSM的標準之下，該bsc 16與 一個MSC 14在一標準的介面（熟知為a介面）通訊，其以 CC I TT發#系統第7號的行動應用部分為主。 在更低之層次，每一個BSCs 16控制一群基地收發信機 (BTSs)20。每一個BTS 20包括數個丁 RXs(圖未示），其使用 上行鍵路與下行鏈路r F頻道來服伺一特別之共同地理區， 如一個或一個以上的通訊細胞21。該等BTSs 2〇主要提供 RF鏈路，用做傳送及接收數據叢發，至及從其所指定的^田 胞内的行動台12。在一具體實施範例中，數個BTSs 2〇人 併入一無線基地台（RBS)22 QRBS 22可能，舉例來說，^
515164 五、發明說明（9) 據RBS- 20 0 0家族產品的配置，該等產品由本發明的受讓人 · Telefonaktiebolaget L M Ericsson 推出。細節請參考用 做範例用之行動台12及RBS 22的執行，有興趣的讀者請參 考美國專利申請序號08/ 92 1，319，題目是''A Link Adaptation Method For Links using Modulation Schemes That Have Different Symbol Rates” ，中請人，· 為Magnus Frodigh等，在1997年8月29曰申請，其發明在 此以提及的方式併入本文中。 根據本發明的具體實施範例，傳送於BTS 20與一行動台 1 2之間的資訊可以使用不同的根源（如語音）編碼模式處儀| 理’然後該資訊通常被在該無線通訊系統的固定部分，經 由可變鏈路向前送（forwarded)。如果連接的另一個部分 (Party )為另一個行動台丨2，則該資訊在一空氣介面中再 被傳送一次。 為了更進一步了解範例，其訊框型式指示器可以被傳送 碑的模態，考慮圖2中闡明之做範例用的系統，其中， I f:兀率框型被變換至一固定之速率頻道。在其中，由 所產*位元率編碼器3 0 (舉例來說，配置於一行動台1 2中） …生的可變長度Nr的訊框，以一固定速率被變換至一頻 定，/、，果為訊框長度Μ。該編碼速率Γ由一控制單位3 2決響 士 &且被向前送至編碼器3 0 ’其輸出由每一訊框N r編碼位 理，、、，的語音訊框。該等編碼位元然後被更進一步處 旦由f經—空氣介面傳送至一基地台（在此圖中未示）。一 、罔路中的固定部分接收到，補充數據，如同步化以及—
第12頁 515164 五、發明說明（10) " 一 ^ --- :2二^之/ Λ，可以在區塊34中相加，該區塊34可以配 ; ^ MSC接之轉碼（transcoding)單位（traU，圖未 不）。然後，進行速率適應於區塊36處（舉例來說，也配 置於該TRAU中），來有撰煜w#夕认y j木况也配 ψ # 不有選擇性地將更多的位元加與區塊34 38 赤’杯、/為將長度肘的固定速率訊框傳送於數位線 η固定Λ 之數位頻道），其可以與無線通訊系統不 同固疋即點中的TRAUs鏈接。 圖3 盆及圖4提供一系統的例子’指派四個不同的編碼速 应所貧訊傳送。該等編碼速率及訊框格式，已 热接（tandem-free)操作（TF0)系統開發 聯合提議。tf〇系統是用來降低或是去除盥在 ::二：間數據塊的向前送相關的多路轉碼。例如，不從 了：的i ί空氣介面接收之語音訊框解碼，或翻譯該等解 曰訊框成脈碼調制（PCM)語音取樣，^在通訊 用來傳ΐ Ϊ錢路！，，然後再將該語音取樣再次編碼， ^ 达；另一個空虱介面中給一特定的接收者，TF〇夺 ΪΠ為Γ/發方與一接收器的向前傳送資訊結點 /、以一編碼/解碼步驟傳送數據區塊。 及Γ:Λν rr:門明/有效負載數據Nr ’補充數據Dr =用之位兀仳之間的關係，其提供固定訊框大 牛例來兒，3 20位元（包括CRC位元）。在此指定逹 Γ與一最大輸出位元率有關。哕耸 _ 、馬t羊 換成每1框，對每一編碼速;4位二；以：:可方式被變 ^手 圖4舉一個例說明。兮 寺編項技藝之人士將會看出-些特定爛的位置，如有 515164 五、發明說明（11) 效負載、補充數據及未使用之位元，可以任意調整，實際 上’該等攔位可以在每一訊框中被打破（b r 〇 k e n u p )。在 參考圖3與4時可以了解，當編碼速率降低時，該未使用位 元的數目、填充位元增加，來維持一固定的傳送率。 如以上所提及，一訊框形式指示器可以在每一訊框中被 傳送，來通知接收器的解碼器來切換至一合適的模態（如 在範例中之1、1 /2、1/4、1 /8)來適切地將每一訊框解 碼。根據一先前之提議，該等補充位元D Γ可以被減少一固 定的位元數量F，來允許在該固定的位元數量ρ中該訊框型 式指示器的傳送。這觀念用圖5來說明。然而，此提議的4 缺點為其減低了做經常用（如同步化）之可用的補充位元數 目i其可能因而導致在同步化性能（進而影響到系統性能） 的嚴重降級。 根據本發 用未使用位 同之訊框型 1/4及1 /8速 位元，該等 每一個訊框 舉例來說， 訊框型式指 型式指示器 示器最多可 以，舉例來 明之具體實際範例，一訊框型式指示器是以利 元Ur而產生的。更特定地說，如圖6所示，不 式模式被插入本範例系統之每一訊框的丨/2、 率机框中。因為速率1訊框不包括任何未使用 讯框不須要有一顯式訊框型式指示器。因此， 型式指示器模式可以有一個不同數目的位元。 在此，純粹用來做示範之數字，一速率1 /2的 =二最夕可以有1 4 2個位元，一速率1 / 4的訊框 取f可以有2 2 1個位元，速率1 /8的訊框型式指 二，2 5一個、位7^。該訊框型式指示器模式可 偽&機數目（PN )序列產生器來產生，
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第15頁 515164 五、發明說明（13) 視在所要求識別的工作中，與被使用之處理資源的精確程 · 度而。 、 s玄框指示器攔當然可能有錯誤。於速率等於1 / 2、 1/4 1 / 8机框型式的指示器，在一個實際上編碼速率是1 的訊框中無意被傳送或偵測，是有可能的。在一個全無錯’] 誤的案子中，該訊框型式指示器偵測錯誤的機率視該訊框' 指不器的長度而定，如以上所討論，其可能因四個不同編 碼速率而變化’因為該未使用的位元被使用來運輸該訊框 型式的指示。假設當一模式被接收時，最多有2個位元的 錯誤是為可以接受的話，以下的公式可得一錯誤偵測模式你 的或然率，位元（〇，丨）為平均分布而且統計上彼此獨立·· pE(r^l) =(l+Fr^F2rj j/2^ 該^式指出，對訊框型式指示器為丨42位元或更高時，該 錯誤地識別一接收的訊框編碼速率的或然率可以忽略。然 意’將有效負載及補充數據在傳送之前先行過渡，-來決疋該訊框型式指示器模式已隨機發生了。在辨識到一 訊才匡型式指示器模式被包含在有效負載及/或補充數據位 ^總&該傳迗器可以改變一個、兩個或是更多那些位元， 來避免在接收器端對編碼速率錯誤的識別。 鬱 ί ί發明之另一具體實施範例，一旦某一數字1^的位 時可用，可變速率根源解碼器可以立即開始解 •二:忒位兀數目視該編碼速率而定，如= 9 0位元 ' Γ Μ2 —5〇 位 ，Lu = 45 位元（r=l/4)及 Li8 = 20 —
第16胃 515164 五、發明說明（14) 位元等。然後，如果在訊樞指示器模式中的位元數μ定 = 9 0-Lr的話’該可變位元率根源解碼器可以決定該&編碼 =率，然後在90位元之後開始解碼，不論任何特別訊框所 使用之編碼速率為何。 7L· 該，念以圖7中的例子說明，在其中—訊框的前9〇個位 -示範訊框以每一個不同編瑪速率編；δ馬。因此，編碼速 =1者，該前90位元只包含有效負載數據，而無訊框型'離' 才曰不器。對編碼速率Γ = 1/2者，該前90位元包含4〇位一二 ^者，§亥則90位元包含45位元的訊框 迄 釦以45位元有效負載數據。最後， 生心柘不器， 該前90位元包含70位元的訊框型”扁碼速率r = l/8者， 效負載數據。對熟知此項技蓺之不j，繼以20位元有 例中所用的數字僅只做為示^ , 士而言，會了解在此範 不同的位元數，視其可變編碼 =框型態指示器可以有 雖然本發明已以參考一些且 # :=定。 知此項技藝之人會了解，雖^不^施範例詳細地說明，熟 的範圍。雖然在以上的說明中 ^修改仍不脫離本發明 效負載、補充數據及訊框指示器欄匡=示範用的是有 等’然而所有欄等都可以在訊框：以位(::叫攔 中，訊框型式指示器櫊的部分 二 在母一訊框 交叉，如此，本發明只有以的部分 且應包括所有與之相當者。 親圍疋義，而
Claims (1)
- 515164 六、申請專利範圍 1 · 一種在通訊系統中傳送訊框型式資訊的方法，包含以 下步驟： 提供用來在該傳送器中處理該資訊的至少兩個不同編 碼速率，其中該訊框型式資訊與該至少兩個不同的編碼速 率相關， 在該傳送器處，以所選擇的該至少兩個不同的編碼速 -率之一的速率來對資訊編碼； 將訊框型式指示器與該編碼的資訊包括在一訊框中， 該訊框型式指示器是從至少兩個訊框型式指示器中選出， 視該所選之至少兩個不同的編碼速率之一而定，其中該至4 少兩個訊框型式指示器有不同的位元長度；以及 傳送該訊框包括該訊框型式指示器及該編碼資訊的訊 框。 2. 如申請專利範圍第1項中之方法，其中與較低編碼速 率相關的訊框型式指示器位元長度，大於與較高編碼速率 相關的訊框型式指不器位元長度。 3. 如申請專利範圍第1項中之方法，其中該編碼為語音 編碼。 4 ·如申請專利範圍第1項中之方法，其中至少兩個不同 的編碼速率為速率1及速率1 / 2。 @ 5. 如申請專利範圍第4項中之方法，其中與速率1相關的 該訊框型式指示器有一位元長度為零，而與速率1 / 2相關 的該訊框型式指示器有一位元長度為4 0。 6. —種決定所接收的資訊訊框的訊框型式的方法，包含第18頁 515164 六、申請專利範圍 以下步驟： · 接收該訊框； _ 將該接收的訊框與一第一訊框指示器模式做相關； 如果該相關結果超過一門檻，識別該接收的訊框為有_ 與該第一訊框指示器模式相關的第一型式； < 如果該接收的訊框不被識別為有第一型式，將該接收、 的訊框與一第二訊框指示器模式做相關； 如果該相關結果超過一門檻，識別該接收的訊框為有 與該第二訊框指示器模式相關的第二型式，其中該第一及 第二訊框指示器模式的位元長度不同；以及 4 識別該接收的訊框為有第三型式。 7 ·如申請專利範圍第6項中之方法，其中該第一、第二 與第三型式為不同語音編碼速率。 8 · —種接收器，包含： _ 接收處理電路，用來接收訊框資訊； 一記憶體，用來儲存複數個訊框指示器模式，包括複_ 數個不同編碼速率的每一個都有一不同的訊框指示器模 式，該等不同訊框指示器模式中至少有兩個有不同的位元 長度；以及 一處理器，用來將該資訊訊框與該複數個儲存的訊框· 指示器模式作相關，直到找到匹配為止，以識別一與該資 訊訊框相關的編碼速率。 9.如申請專利範圍第8項中之接收器，其中該複數個儲 存的訊框指示器模式每一個長度都不同。 —第19頁 515164 六、申請專利範圍 I 0 ·如申請專利範圍第8項中之接收器，其中與較低編碼 速率相關的至少兩個訊框型式指示器之一的位元長度，大 於與較高編碼速率相關的至少兩個訊框型式指示器的另一 個位元長度。 II ·如申請專利範圍第8項中之接收器，其中該編碼為語 音編碼。 1 2 ·如申請專利範圍第8項中之接收器，其中該至少兩個 編碼速率為速率1與速率1 / 2。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項中之接收器，其中與速率1相 關的該訊框型式指示器有一位元長度為零，而與速率1 / 2 4 相關的該訊框型式指示器有一位元長度為4 0。 1 4 · 一種決定所接收資訊訊框的訊框型式方法，包含以 下步驟： 接收該訊框； 、 將該接收的訊框與複數個訊框指示器模式做相關； 將由該相關步驟所產生之最大相關值與一門檻做比 _ 較； 如果該最大相關值超過該門檻，識別該接收的訊框為 有與產生該最大相關值的訊框指示器模式相關的第一型 式；以及 若非以上所識別，則識別該接收的訊框為一預設型 式。 1 5.如申請專利範圍第1 4項中之方法，其中該第一與預 設型式為不同的編碼速率。第20頁
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