WO2000018058A1

WO2000018058A1 - Verfahren und eine vorrichtung zur abschätzung der übertragungsqualität eines digitalen nachrichtensignals

Info

Publication number: WO2000018058A1
Application number: PCT/DE1999/002737
Authority: WO
Inventors: Maximilian Schmautz; Thomas Hindelang; Wen Xu
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2000-03-30
Also published as: JP2002525970A; KR20010088811A; EP1116355A1; AU1029900A; BR9913984A; CN1319293A

Abstract

Ein Verfahren zur Abschätzung der Übertragungsqualität eines digitalen Nachrichtensignals wird angegeben, bei dem für jedes von einem Sender übertragene Bit am Empfänger ein Maß für die Zuverlässigkeit seiner richtigen Erkennung ermittelt und einer Tiefpaßfilterung unterzogen wird. Eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens ist an einen Entzerrer (3) anschließbar und umfaßt einen Tiefpaßfilter (5), der durch Glätten des Wahrscheinlichkeitsmaßes ein für die Abschätzung der Übertragungsqualität repräsentatives Signal liefert.

Description

Beschreibung

Verfahren und eine Vorrichtung zur /Abschätzung der Übertragungsqualität eines digitalen Nachrichtensignals

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abschätzung der Ubertragungsqualitat eines digitalen Nachrichtensignals, bei dem für von einem Sender übertragene Bits am Empfänger ein Wert des Bits zugeordnet und ein Maß für die Zuverlässigkeit der Richtigkeit der Zuordnung ermittelt wird.

Ein solches Verfahren beziehungsweise eine solche Vorrichtung dienen insbesondere zur Abschätzung der Übertragungsqualität im Rahmen eines Mobilfunksystems und zur Anpassung einer ver- wendeten Übertragungsbetriebsart an die zur Verfügung stehende Übertragungsqualität.

Ein Sprachcoder/-decoder (Codec) , der eine solche Anpassung durchführen soll, wird gegenwärtig im Anschluß an die Stan- dardisierung des GSM Enhanced Fullrate (EFR) Sprachcodecs im Jahr 1996 unter der Bezeichnung Adaptive Multirate (AMR) Sprachcodec als nächste Generation bei ETSI SMG11 standardisiert. Hauptziele des AMR-Codecs sind, Festnetzqualität der Sprache bei unterschiedlichen Kanalbedingungen zu erzielen und optimale Verteilung der Kanalkapazität zu gewährleisten. Der Codec soll unter guten Kanalbedingungen und/oder in hochausgelasteten Zellen im Halfrate (HR) -Kanal arbeiten. Er soll unter schlechten Kanalbedingungen dynamisch mit Hilfe des GSM Intra-Cell Handover in den Fullrate (FR) Kanal wech- sein und umgekehrt. Innerhalb eines Kanalmodus (FR oder HR) stehen mehrere Codemodi (Code mode) für unterschiedliche Sprach- und Kanalcodierungsraten zur Verfügung, die ebenfalls gemäß der Kanalqualität variiert werden sollen (Ratenadaptation) . Somit soll unter Berücksichtigung der wechselnden Ka- nalbedingungen Übertragung mit der jeweils besten möglichen Qualität erreicht werden. Eine hinreichend genaue Schätzung der Kanalqualität spielt eine entscheidende Rolle bei der Auswahl der für eine Übertragung verwendeten Modi (das heißt beim Umschalten zwischen Kanalmodi FR und HR und/oder zwischen Codemodi) , daher auch beim ganzen AMR-Konzept. Idealerweise sollte die von einem Benutzer wahrgenommene Sprachqualität als Kriterium für die Auswahl eines Modus dienen. Es ist daher erforderlich, eine Metrik zu definieren, die es erlaubt, eine solche a priori subjektive Qualität objektiv zu messen. Möglichkeiten zur Herleitung einer solchen Metrik der Kanalqualität sind burst- weise RxLev, RxQual im GSM-System, DTX-Activation, Frequency Hopping Activation, bitweise oder burstweise Kanalzustandsin- forrαation CSI (Channel State Information) aus dem Entzerrer, eine Restfehlerrate (Residual Error Rate) des Kanaldecoders, Bad Frame Indicator (BFI) , Error Concealment im Kanal- oder Sprachdecoder etc.

Die vorliegende Erfindung basiert auf einer Abschätzung der Übertragungsqualität auf der Grundlage von Kanalzustandsin- formation (CSI), wie sie zum Beispiel in Form von Softbits von einem Entzerrer eines herkömmlichen Mobilfunkempfängers geliefert wird. Derartige Softbits entsprechen jeweils einem Bit des per Funk übertragenen Nachrichtensignals und umfassen eine gegebene Anzahl von Bits, zum Beispiel 8 oder 16. Das Softbit kann als vorzeichenbehaftete Ganzzahl mit Werten zwischen -2^1"1 und 2^1_1-l,i = zum Beispiel 8 oder 16, aufgefaßt werden und liefert ein Maß für die Sicherheit, mit der ein Bit des Nachrichtensignals im Entzerrer erkannt worden ist. So bezeichnet zum Beispiel ein Wert -2^1"1 des Softbits die si- chere Erkennung eines Bits „-1" des Nachrichtensignals, der Wert 2^1_1-1 die sichere Erkennung des Werts „+l^λ, wobei der Wert -1 logisch EINS und +1 logisch NULL zugeordnet ist. Dazwischenliegende Werte entsprechen jeweils unterschiedlich sicheren Erkennungen. Das Vorzeichen (MSB) des Softbits bein- haltet die Entscheidung des Entzerrers, ob das gesendete Bit des Nachrichtensignals +1 oder -1 war. Der Betrag des Softbits gibt an, wie sicher diese Entscheidung war, das heißt sie ist ein Maß für die Zuverlässigkeit, daß die Zuordnung des MSB zum gesendeten Bit richtig ist.

Diese Softbits werden in dem Empfänger herkömmlicherweise da- für genutzt, das gesendete Nachrichtensignal möglichst originalgetreu wiederherzustellen. Für eine Abschätzung der Übertragungsqualität eines Kanals sind die darin enthaltenen Zuverlässigkeitsmaße nicht geeignet. Der Grund dafür ist, daß die Übertragungsqualität von Mobilfunkkanälen durch Schwan- kungen der Übertragungsqualität bedingt ist, die auf unterschiedliche Ursachen zurückgehen. So wird zum Beispiel das sogenannte Short-Term-Fading, das heißt schnelle Änderungen der Empfangsleistung innerhalb von einigen Millisekunden, im allgemeinen durch Reflexion, Brechung und Interferenzen bei ansonsten unveränderter räumlicher Umgebung hervorgerufen.

Abschattung durch langsame Änderung der geographischen Umgebung, hervorgerufen durch die Bewegung der einzelnen Mobilfunkteilnehmer, führt zum Long Term Fading, bei dem sich die mittlere Empfangsleistung in Zeiträumen von einigen Sekunden ändert. Auswirkungen des Short Time Fading auf die Übertragungsqualität können in einfacher Weise durch zeitliche Verschachtelung (Interleaving) von Datenblöcken reduziert werden. Kurzfristige Verschlechterungen des Empfangssignals wirken sich auf die Erkennungssicherheit des Entzerrers stark aus, führen aber, solange sie durch Verschachtelung abgefangen werden können, noch nicht zwangsläufig zu einer Verschlechterung der übertragenen Sprachqualität und sollten deshalb bei deren Abschätzung unberücksichtigt bleiben.

Eine einfache Möglichkeit, das Ziel einer einfachen und schnellen Abschätzung der Übertragungsqualität zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tiefpaßfilterung von Zuverlässigkeitswerten einer übertragenen Folge von Bits,

Diese Zuverlässigkeitswerte werden vorzugsweise aus den Softbits gewonnen, indem der Betrag des als vorzeichenbehaftete ganze Zahl angenommenen Softbits gewonnen wird. Es ist ferner bevorzugt, daß der Tiefpaßfilterung eine Mittelwertbildung über die Zuverlässigkeitswerte einer gegebenen ersten Anzahl n von übertragenen Bits vorangeht, bei der aus einer gegebenen zweiten Anzahl N von Bits die n Bits mit der geringsten Zuverlässigkeit der Zuordnung ausgewählt werden und der Mittelwert über die Zuverlässigkeitswerte dieser n Bits gebildet wird. Der Grund für diese Maßnahme ist, daß auch bei einer schlechten Übertragungsqualität der Entzerrer häufig noch sehr viele Bits mit sehr hoher Zuverlässigkeit liefert beziehungsweise zuordnet, so daß bei Mittelung über die Zuverlässigkeitswerte sämtlicher übertragenen Bits der erhaltene Mittelwert nur ein recht unempfindliches Maß für die Übertragungsqualität darstellen würde.

Die Zahlen n, N stehen vorzugsweise in einem Verhältnis 5n<N<20n, vorzugsweise lOn≡N. Ein Burst eines nach AMR-Kon- vention übertragenen Nachrichtensignals umfaßt N=114 Bits. Aus diesen werden die n=10 unsichersten ausgewählt und für die Mittelwertbildung herangezogen.

Die Tiefpaßfilterung wird vorzugsweise mit unvollständiger Unterdrückung im Sperrbereich oberhalb von einigen wenigen Hz durchgeführt. Hierfür eignet sich zum Beispiel ein Equi- ripple-FIR-Filter . Die unvollständige Unterdrückung erlaubt es, auf abrupte, dauerhafte Änderungen der Übertragungsqualität schneller zu reagieren, als dies bei einer Filterung mit vollständiger Unterdrückung der Fall wäre.

Das tiefpaßgefilterte Signal wird vorzugsweise mit wenigstens einer Schwelle verglichen, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, das als Steuersignal zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Übertragungsmodi des Nachrichtensignals angewendet wird. Um ein schnelles Hin- und Herschalten zwischen Übertragungsmodi zu verhindern, wenn die Übertragungsqualität in einem Grenzbereich schwankt, ist es zweckmäßig, eine Hysterese bei der Umschaltung zwischen verschiedenen Übertra- gungsmodi einzuführen. Hierfür können zwei unterschiedlichen Übertragungsmodi zwei Schwellen dergestalt zugeordnet werden, daß von einem ersten der zwei Übertragungsmodi auf den zweiten umgeschaltet wird, wenn die niedrigere der zwei Schwellen unterschritten wird, und von dem zweiten auf den ersten Übertragungsmodus umgeschaltet wird, wenn die höhere der zwei Schwellen überschritten wird. Wenn die unterschiedlichen Übertragungsmodi unterschiedliche Datenraten aufweisen, ist ferner vorzugsweise die Anzahl N der Bits, aus denen die je- weils unzuverlässigsten Softbits ausgewählt werden, für jeden Übertragungsmodus proportional zu seiner Datenrate vorgegeben. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Geschwindigkeit, mit der auf eine Änderung der Übertragungsqualität reagiert werden kann, für die unterschiedlichen Übertragungsmodi unabhängig von ihrer Datenrate die gleiche ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Basisstation eines Telekommunikationssystems mit mobilen Endgeräten, die eine Vorrichtung zur Abschätzung der Übertragungsqualität gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt;

Figur 2 ein Blockschaltbild eines mobilen Endgeräts, das mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist und mit der Basisstation aus Figur 1 kommuniziert;

Figur 3 zeigt einen gemessenen Verlauf des Long Term Fading im Verlauf eines Nachrichtensignals;

Figur 4 zeigt das Ergebnis einer Abschätzung der Empfangsqualität für das gleiche Nachrichtensignal bei Mittelung über die zehn Bits mit niedrigstem Zuverlässigkeitswert innerhalb eines Burst; Figur 5 zeigt das Ergebnis bei Mittelung über sämtliche Bits eines Burst;

Figur 6 zeigt Impulsantwort und Frequenzgang eines Tiefpaß- filters einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Figur 7 veranschaulicht die Umsetzung eines Schätzwerts der Übertragungsqualität eines Nachrichtensignals in ein Steuersignal zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Übertra- gungsarten.

Figur 1 zeigt stark schematisiert einen Ausschnitt aus einer Basisstation für ein Telekommunikationssystem, das eine Vorrichtung 1 zur Abschätzung der Übertragungsqualität eines di- gitalen Nachrichtensignals verwendet. Die Basisstation empfängt das digitale Nachrichtensignal über eine Antenne 2. Ein an die Antenne 2 angeschlossener Entzerrer 3 liefert für jedes von der Antenne empfangene Bit ein Softbit, das eine Breite von zum Beispiel 8 Bit hat.

Das Ausgangssignal des Entzerrers wird Verarbeitungsschaltungen zum Rekonstruieren des übertragenen Nachrichtensignals zugeführt, die in der Figur nicht dargestellt sind. Der Ausgang des Entzerrers 3 ist ferner an einen Eingang eines CSI- Generators 4 der Abschätzungsvorrichtung 1 angeschlossen. Der CSI-Generator 4 schätzt das Short Term Fading des Übertragungskanals, wobei er die Übertragungsqualität jedes einzelnen Bursts des Nachrichtensignals ermittelt. Je nach Übertragungsmodus des Nachrichtensignals enthält dieses eine unter- schiedliche Anzahl von Bursts pro Sprachrahmen. Bei Fullrate- Ubertragung umfaßt ein Sprachrahmen vier Bursts, bei Half- rate-Übertragung zwei .

Die Verarbeitung jedes einzelnen Burst wird für einen Entzer- rer mit einer Auflösung von 8 Bit entsprechend dem nachfolgend angegebenen C-Programmcode durchgeführt. C Program code

Das Vorzeichen eines jeden Softbits stimmt immer mit dem vermutlichen Wert des empfangenen Bits überein, und der Betrag ist ein Zahlenwert zwischen 0 und 127, der ein Maß für die

Zuverlässigkeit der Entscheidung über das Vorzeichen beinhal- tet. Dabei steht ein Betrag von 0 für eine sehr unsichere und 127 für eine sehr sichere Entscheidung.

Für die 2⁷=128 möglichen verschiedenen Werte der Zuverlässig- keitsinformation wird ein temporäres Datenfeld „sort" der Größe 128 angelegt und mit 0 initialisiert. In einer ersten Schleife wird für die einzelnen Softbits „burst [n]", 0<n<114, zunächst durch Bildung des Betrages ein Maß für die Wahrscheinlichkeit gewonnen, daß das Vorzeichen des Softbits mit dem entsprechenden Bit des übertragenen Nachrichtensignals übereinstimmt, und die Anzahl der Bits innerhalb des Bursts mit einem bestimmten Zuverlässigkeitswert wird ermittelt und entsprechend diesem Wert in dem Feld „sort" abgelegt. Dabei repräsentiert der Index die Feldes die Zuverlässigkeit und der Inhalt des Feldes die Anzahl der in dem Burst vorhandenen Bits mit dieser Zuverlässigkeit. So bedeutet zum Beispiel „sort [10] =12", daß es 12 Bits mit einer Zuverlässigkeit von 10 gibt. In einer zweiten Schleife werden beginnend vom Index 0 mit der niedrigsten Zuverlässigkeit die Zuverlässigkeits- werte der 10 am wenigsten zuverlässigen Bits aufsummiert.

Division der erhaltenen Summe durch die Zahl der aufaddierten Bits liefert einen ersten Mittelwert.

Der CSI-Generator 4 führt ferner eine zweite Mittelwertbil- düng aus, bei der jeweils die oben erwähnten Mittelwerte über die 10 Bits mit dem niedrigsten Zuverlässigkeitswert eines Bursts für eine Zahl K von Bursts addiert und durch K dividiert werden. Die Zahl K ist gleich 2 bei einer Haibratenübertragung und gleich 4 bei einer Vollratenübertragung. Sie entspricht also der Zahl der Bursts pro Rahmen, das heißt sie ist proportional zur Datenrate des Übertragungsmodus. Durch die Abhängigkeit der Zahl der berücksichtigten Bursts vom Übertragungsmodus wird erreicht, daß Schätzwerte der Übertragungsqualität durch die zweite Mittelwertbildung mit einer festen, von der Übertragungsrate unabhängigen Wiederholrate zur Verfügung stehen. Das durch diese Mittelwertbildungen erhaltene Ausgangssignal des CSI-Generators 4 ist annähernd proportional zum Short Term Fading des Mobilfunkkanals, auf dem das Nachrichtensignal übertragen wird. Die sich daraus ergebenen starken Schwankungen des Ausgangssignals des CSI-Generators 4 werden mit Hilfe eines Tiefpaßfilters 5 unterdrückt. Der Grund für die Verwendung des Tiefpaßfilters 5 anstelle einer Mittelwertbildung über ein größeres Zeitintervall ist, daß eine einfache Mittelwertbildung über mehrere Rahmen hinweg zu kei- nem befriedigenden Ergebnis führen würde, da kurzfristige starke Störungen weiterhin zu einer erheblichen Abnahme der geschätzten Übertragungsqualität führen würden, die einen Wechsel des Übertragungsmodus als notwendig erscheinen lassen könnte, selbst wenn die Abnahme nur so kurze Zeit dauert, daß sie durch Interleaving kompensiert werden kann. Eine unge- wichtete Mittelwertbildung stellt also ein schlechtes Tiefpaßfilter dar. Deshalb ist bei der Abschätzungsvorrichtung 1 an den Ausgang des CSI-Generators 4 das Tiefpaßfilter 5 mit folgenden Spezifikationen angeschlossen: -Filtertyp: FIR Equiripple Tiefpaßfilter (konstanter Sperrbereich)

-Filterordnung: 28 -Abtastrate: 50 Hz -Durchlaßbereich: 0,2 Hz -Sperrbereich: 1,8 Hz bei 20 db Dämpfung

Figur 6 zeigt in Teil A die Übertragungsfunktion h(t) eines solchen Filters, Teil B zeigt den Frequenzgang 201og(|H(2πf) | in Dezibel als Funktion der Frequenz f in Hz. Prinzipiell sind auch andere Möglichkeiten einer Tiefpaßfilterung denkbar, wie zum Beispiel Butterworth-, Tschebyscheff- , IIR-Filter etc. oder eine gewichtete Mittelwertbildung, wobei das Gewicht eines Softbits mit zunehmendem Alter abnimmt.

Figur 3 zeigt einen exemplarisch gemessenen Verlauf des Long Term Fading eines realen Nachrichtensignals über 2000 Rahmen, entsprechend einer Zeitspanne von 40 Sekunden (Übertragungs- rate 50 Rahmen pro Sekunde) . An der Abszisse ist das Signal- Rausch-Verhältnis C/(I+N) in Dezibel aufgetragen.

Figur 4 zeigt die vom Tiefpaßfilter 5 gelieferte Abschätzung der Empfangsqualität des Nachrichtensignals mit dem in Figur 3 dargestellen Fading-Verhalten. An der Abszisse sind die numerischen Werte des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 5 aufgetragen, die zwischen 0 und 127 (für 8 Bit breite Softbits) liegen können. Wie man sieht, stimmen die Zeitpunkte des Auf- tretens der Extrema der Signalqualität aus Figur 3 und der Abschätzung aus Figur 4 bei ca. 700, 1070 und 1490 Rahmen ausgezeichnet überein. Auch die Amplitude der Ausschläge der Abschätzung aus Figur 4 stimmt gut mit dem in Figur 3 gezeigten Verlauf überein.

Figur 5 zeigt zum Vergleich das Ergebnis einer Abschätzung, bei der sämtliche 114 Softbits eines Bursts berücksichtigt wurden, und nicht nur die zehn mit dem geringstem Zuverlässigkeitswert, wie im Fall von Figur 4. Zwar stimmt die Lage der Extrema weiterhin gut mit der der Extrema in Figur 3 überein, doch ist die Amplitude der Ausschläge auf etwa die Hälfte reduziert. Bei 760 Rahmen zeigt die Abschätzung ein Minimum, dem kein Minimum der gemessenen Fading-Kurve aus Figur 3 entspricht. Die Zuverlässigkeit der Abschätzung ist da- her insgesamt geringer als im Fall der Figur 4.

Wie man sieht, läßt sich durch Auswählen und Mitteln der n=10 Bits mit dem niedrigsten Zuverlässigkeitswert aus einem Burst von N=114 Bits der Verlauf der Meßkurve aus Figur 3 gut re- produzieren. Es liegt auf der Hand, daß je nach Einsatzbedingungen, Qualität des Entzerrers 3 oder anderen Faktoren ein anderer Wert für die Zahl n der ausgewählten Bits eine bessere Übereinstimmung der Abschätzung mit einem gemessenen Qualitätsverlauf ergeben kann. Es wird angenommen, daß in den praktisch relevanten Fällen ein Verhältnis von 5n<N<20n erfüllt sein wird. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 5 liegt am Eingang eines sogenannten Metrikgenerators 6 an. Bei diesem Metrikgenerator 6 handelt es sich um einen weiterentwickelten Kompara- tor, der das Filter-Ausgangssignal mit einer Mehrzahl von Schwellen vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Steuersignal von 2 Bit Breite erzeugt. Den Schwellen entsprechende horizontale Linien A, B,C sind in Figur 7 über einer Kurve gezeigt, die der Kurve aus Figur 3 entspricht. Wenn das Ausgangssignal L_filt des Tiefpaßfilters 5 größer ist als die Schwelle B, die Übertragungsqualität also sehr gut ist, hat das Steuersignal den binären Wert 10. Bei einer guten Kanalqualität mit B>L_filt>A hat es den binären Wert 11, bei einer schlechten Kanalqualität mit A>L_filt>C den Wert 01 und bei einer sehr schlechten Kanalqualität L_fiι_t>10 den Wert 00. Wie man sieht, ändert sich jeweils nur ein Bit des Steuersignals, wenn das Filterausgangssignal L_fiι_t eine der Schwellen überquert; das heißt das Steuersignal ist Gray-co- diert .

Die Schwellen A, B,C sind frei wählbar und geben jeweils die Grenzen an, an denen der Übertragungsmodus umgeschaltet werden soll. Sie haben folgende Bedeutung:

-Schwelle A: Umschaltung vom Übertragungsmodus mit der höch- sten Sprachrate zu einem Übertragungsmodus mit mittlerer Sprachrate bei Unterschreitung der Schwelle,

-Schwelle B: Umschaltung von dem Übertragungsmodus mit mittlerer Sprachrate zu dem mit der höchsten Sprachrate bei Überschreitung der Schwelle; und -Schwelle C: Umschaltung von der mittleren Sprachrate zum Übertragungsmodus mit der niedrigsten Sprachrate und umge^¬ kehrt .

Indem für die Schwelle B ein höherer Wert gewählt wird als für die Schwelle A, wird für den Umschaltvorgang eine Hysterese herbeigeführt, das heißt die Kanalqualität muß für die Umschaltung von der mittleren zur höchsten Rate besser sein als bei der Umschaltung von der höchsten zur mittleren Rate. Dadurch wird ein ständiges Umschalten zwischen diesen zwei Übertragungsmodi verhindert, wenn die Kanalqualität im Bereich der Schwellen A, B schwankt.

Das Steuersignal liegt an einem ersten Eingang einer Steuereinheit 7 an. Die Steuereinheit 7 wertet das Steuersignal aus und bewirkt die Ratenanpassung für die Übertragung von dem mobilen Endgerät zu der Basisstation (Uplink) . Hierfür über- trägt sie eine angeforderte Uplinkrate (UL_REQ_Rate) inband, das heißt zusammen mit den Sprachbits, an das mobile Endgerät. Das mobile Endgerät dagegen überträgt die gesendete Uplinkrate als UL_RATE und das Steuersignal an die Basisstation.

Figur 2 zeigt ein stark schematisiertes Blockschaltbild eines mobilen Endgeräts, das mit der Basisstation aus Figur 1 zusammenarbeiten kann. Es umfaßt wie die Basisstation einen Entzerrer 3, der anhand von über eine Antenne 2 empfangenen Nachrichtensignalen Softbits an eine Abschätzungsvorrichtung 1 liefert, die genau wie die aus Figur 1 einen CSI-Generator 4, einen Tiefpaßfilter 5 und einen Metrikgenerator 6 umfaßt. Das vom Metrik-Generator 6 erzeugte Steuersignal wird über eine Antenne 8 an die Steuereinheit 7 der Basisstation über- tragen, die wie oben angegeben den Downlink-Übertragungsmodus in Abhängigkeit vom von dem mobilen Endgerät gelieferten Steuersignal anpaßt.

Die Steuereinheit 7 wertet das über die Antenne 2 von dem mobilen Endgerät empfangene Steuersignal in der gleichen Weise aus-, wie das vom Metrikgenerator 6 der Basisstation gelieferte.

Die Umwandlung des Signals L_£iιt in ein Steuersignal von 2 Bit Breite ist nötig, da die Steuereinheit 7,. um die Ratenanpassung des Downlinks von der Basisstation zu dem mobilen Endgerät zu steuern, ständig eine Information über die Qualität des Downlinks benötigt, die ihr vom mobilen Endgerät geliefert werden muß. Zur Übertragung dieser Information stehen aber nur sehr wenige Bits zur Verfügung. Eine Übertragung nur der signifikantesten'Bits des Filterausgangssignals L_fiι_t würde deshalb zu grobe Quantisierung ergeben. Eine Übertragung eines feiner quantisierten oder vollständigen Filterausgangssignals hingegen müßte auf mehrere Rahmen aufgeteilt werden, was allerdings zu einer deutlichen Erhöhung der Umschaltverzögerung führen würde. Das zwei Bit breite Steuersi- gnal des Metrikgenerators 6 hingegen kann in jedem

Sprachrahmen an die Basisstation übertragen werden, so daß diese nach jedem Sprachrahmen den Übertragungsmodus neu festlegen kann.

Diese Auswertung des Steuersignals in der Steuereinheit 7 erfolgt für Uplink- und Downlink-Übertragung in gleicher Weise wie folgt: Den Steuersignalwerten dual 10,11,01 und 00 werden jeweils Zahlenwerte 3,2,1 beziehungsweise 0 zugeordnet, die sich monoton mit der Übertragungsqualität ändern. Der aktu- eile Zahlenwert und die letzten sieben Zahlenwerte (das heißt die Ergebnisse der Abschätzung der Übertragungsqualität für die letzten acht Rahmen) werden aufsummiert, und abhängig von der Summe wird ein Übertragungsmodus gewählt, der eine Sprachübertragungsrate festlegt. Diese wird im Fall des Down- links zum Senden verwendet und im Falle des Uplink als Befehl zum Einstellen einer Uplinkrate an das mobile Endgerät gesendet.

Aufeinanderfolgende Zahlenwerte dürfen sich jeweils nur um eine Stufe ändern, das heißt zum Beispiel auf einen Zahlenwert von 3 kann nur wieder erneut der Zahlenwert 3 oder 2 folgen. Dementsprechend kann auch die in Abhängigkeit davon festgelegte Übertragungsrate sich zwischen zwei Rahmen nur um eine Stufe ändern. Dies kann als a priori Information ausge- nützt werden, um Übertragungsfehler und damit sehr störende Sprachmodulsfehler zu minimieren. Anstelle der hier beschriebenen zentralisierten Entscheidung über die zu verwendenden Übertragungsmodi für Up- und Downlink durch die Steuereinheit der Basisstation ist auch eine Abwandlung denkbar, bei' der das mobile Endgerät selbstständig* über den für Uplink und/oder Downlink zu verwendenden Uber- tragungsmodus entscheidet und dementsprechende Einstellbefehle an die Basisstation sendet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abschätzung der Übertragungsqualität eines digitalen Nachrichtensignals, bei dem für von einem Sender übertragene Bit am Empfänger ein Wert des Bits zugeordnet und ein Maß für die Zuverlässigkeit der Zuordnung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maß für die Übertragungsqualität durch eine Tiefpaßfilterung der Zuverlässigkeitswerte einer übertragenen Folge von Bits gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert und das Maß für seine Zuverlässigkeit bitweise ermittelt und zu einem einheitlichen Datenwort (Softbit) zusammengefaßt werden und die Tiefpaßfilterung über die Beträge der Softbits ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaßfilterung eine Mittelwertbildung über die Wahrscheinlichkeitswerte einer gegebenen ersten Anzahl n von übertragenen Bits vorangeht, und die Tiefpaßfilterung über die erhaltenen Mittelwerte vorgenommen wird

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- net , daß aus einer gegebenen zweiten Anzahl N von Bits die n Bits mit der geringsten Wahrscheinlichkeit der Richtigkeit der Zuordnung ausgewählt werden und der Mittelwert über die Wahrscheinlichkeiten dieser n Bits gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden möglichen Wert der Wahrscheinlichkeit die Zahl derjenigen Bits unter den N Bits ermittelt wird, die den Wert aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d.u r c h gekennzeichnet, daß 5n<N<20n und vorzugsweise lOn≡N ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die N Bits jeweils eine Organisationseinheit des zwischen Sender und Empfänger übertragenen Nachrichtensignals bilden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßfilterung mit unvollständiger Unterdrückung im Sperrbereich durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefpaßgefilterte Maß mit wenigstens einer Schwelle (A, B,C) verglichen wird, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, das als Steuersignal zum Um- schalten zwischen unterschiedlichen Übertragungsmodi des Nachrichtensignals angewendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedlichen Ubertragungsmodi zwei Schwellen (A, B) dergestalt zugeordnet sind, daß von einem ersten der zwei Übertragungsmodi auf den zweiten umgeschaltet wird, wenn die niedrigere der zwei Schwellen (A) unterschritten wird, und von dem zweiten auf den ersten Übertragungsmodus umgeschaltet wird, wenn die höhere (B) der zwei Schwellen überschritten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, soweit auf Anspruch 4 zurückbezogen, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Übertragungsmodi unterschiedliche Datenraten aufweisen, und daß die zweite Anzahl N für jeden Übertragungsmodus proportional zur Datenrate vorgegeben ist.

12. Vorrichtung zur Abschätzung der Übertragungsqualität eines digitalen Nachrichtensignals, zum Anschließen an den Aus- gang eines Entzerrers (3) eines Empfängers für das Nachrichtensignal, wobei die Vorrichtung (1) vom Entzerrer (3) für von einem Sender übertragene Bits diesen Bits vom Entzerrer (3) zugeordnete Bitwerte und ein Maß für die Zuverlässigkeit der Zuordnung der übertragenen Bits empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen Tiefpaß (5) umfaßt, der durch Glätten von schnellen Schwankungen des Zuverlässigkeitsmaßes einer übertragenen Folge von Bits ein für die Abschätzung der Übertragungsqualität repräsentatives Signal liefert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, daß sie eine Rechenschaltung (4) zum Berechnen des Mittelwerts der Zuverlässigkeitsmaße einer gegebenen Anzahl n von übertragenen Bits umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Rechenschaltung (4) Mittel zum Auswählen der n Bits mit dem niedrigsten Zuverlässigkeitsmaß aus einer Menge von N Bits (N>n) umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Maß für die Zuverlässigkeit ein digitaler Wert von i Bit Breite ist, und daß die Mittel zum Auswählen (4) 2¹ Speicherplätze zum Abspeichern von Zählwerten der Häufigkeiten des Auftretens der darstellbaren Wahrscheinlichkeitswerte umfassen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die N Bits eine Organisationseinheit des zwischen einem Sender und dem Empfänger übertragenen Nachrichtensignals bilden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (5) eine unvollständige Unterdrückung im Sperrbereich aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (5) ein Equiripple-FIR-Tiefpaßfilter ist .

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch einen Metrikgenerator (6), der das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (5) empfängt, es mit wenig- stens einer Schwelle (A, B,C) vergleicht und ein Ausgangssignal liefert, das in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs einen zu verwendenden Übertragungsmodus festlegt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Metrik-Generator (6) das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (5) mit zwei Schwellen (A, B) vergleicht und das Steuersignal von einem ersten Zustand in einen zweiten umschaltet, wenn die niedrigere (A) der zwei Schwellen unterschritten wird, und von dem zweiten Zustand in den er- sten umschaltet, wenn die höhere (B) der zwei Schwellen überschritten wird.

21. Mobiles Endgerät für ein Mobilfunksystem, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 20 umfaßt, und daß das Endgerät eingerichtet ist, um ein von der Vorrichtung (1) geliefertes, für die Abschätzung der Übertragungsqualität repräsentatives Steuersignal an eine Basisstation zu übertragen.

22. Endgerät nach Anspruch 21, soweit auf Anspruch 19 oder 20 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, daß das an die Basisstation übertragene Steuersignal das Ausgangssignal des Metrikgenerators (6) ist.

23. Basisstation für ein Mobilfunksystem, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 20 umfaßt und eine Steuereinheit (7) umfaßt, die in Abhängigkeit von einem für die Abschätzung der Übertragungsqualität repräsentative Steuersignal den für die Übertragung zwischen der Basisstation und zugeordneten mobilen Endgeräten verwendeten Übertragungsmodus bestimmt.

24. Basisstation nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (7) eingerichtet ist, den verwendeten Übertragungsmodus anhand eines von dem mobilen Endgerät übertragenen Steuersignals zu bestimmen.