DE19612715A1

DE19612715A1 - Dekoder und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE19612715A1
Application number: DE19612715A
Authority: DE
Inventors: Joseph M Nowack; Bruce D Mueller
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1996-10-10
Also published as: ES2117560B1; MX9601206A; CA2171922C; US6215831B1; GB9606236D0; ES2117560A1; GB2299491B; GB2299491A; CA2171922A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunika tionssysteme und insbesondere auf die Übertragung von digita len Signalen.

Hintergrund der Erfindung

Kodierer und Dekodierer werden von Sendern und Empfän gern verwendet, die Information über Signalkanäle übertragen. Beispielsweise umfassen Funktelefone, MODEMs und Videosysteme langsame oder schnelle Kodierer zur Erzeugung von Signalen für die Übertragung über einen Signalkanal und Dekodierer zur Dekodierung von vom Signalkanal empfangenen Signalen. Beim Signalkanal handelt es sich um ein verdrilltes Leitungspaar, ein Kabel, Luft oder dergleichen.

Beispielsweise werden in langsamen Sprach- oder Videosy stemen analoge Signale in eine digitale Datensequenz umgewan delt. Diese ursprüngliche Datensequenz wird vor der Übertra gung unter Verwendung eines fehlerkorrigierenden Kodes, wie beispielsweise eines Faltungskodes kodiert, um eine Nachricht zu bilden. Das kodierte Signal wird durch den Signalkanal übertragen. Um die ursprüngliche Datensequenz zu detektieren, enthält der Empfänger einen Dekoder, der eine Maximal-Wahr scheinlichkeitsdekodierung oder eine ähnliche Dekodierung durchführt. Der Maximal-Wahrscheinlichkeitsdekodierer verwen det die folgende Gleichung:

P{m_i}p_n(ρ-s_i), (1)

wobei
P{m_i} eine a priori Wahrscheinlichkeit der gesamten übertra genen Nachricht m_i ist;
p_i( ) die mehrdimensionale Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion eines zusätzlichen Rauschens des Kanals ist,
ρ die empfangene Signalsequenz ist, und
s_i eine mögliche übertragene Signalsequenz ist. Der Dekoder wählt die Nachricht m_i aus, die den maximalen Wert der Glei chung 1 ergibt (das heißt, die die höchste Wahrscheinlichkeit aufweist).

Es ist weiterhin bekannt, daß im Falle eines zusätzli chen weißen Rauschens mit einer Varianz σ² der Empfänger die Nachricht finden sollte, die folgendes minimiert:

(ρ-s_i)²-2σ²lnP{m_i} (2).

Der erste Term (ρ-s_i)² ist das Quadrat der Euklidischen Di stanz in der Signalkonstellation zwischen der empfangenen Si gnalsequenz ρ und einer möglichen Signalsequenz s_i. Der zwei te Term, 2σ²lnP{m_i}, berücksichtigt eine a priori Wahrschein lichkeit der übertragenen Nachricht. Empfänger, die die Nach richt m_i auswählen, die die Gleichung 2 minimiert werden Ma ximum im nachhinein (MAP) Empfänger genannt.

Obwohl diese beiden Gleichungen häufig verwendet werden, bestehen bei beiden Schwierigkeiten, sie zu implementieren. Die a priori Kodewort-Wahrscheinlichkeiten sind am Dekoder nicht präzise bekannt, was eine optimale Dekodierung unmög lich macht. Darüberhinaus hat, wenn die Nachrichten gleich wahrscheinlich sind, der zweite Term in Gleichung 2 kein Ge wicht bei der Entscheidung und kann somit weggelassen werden, was einen Maximale-Wahrscheinlichkeits (ML) Empfänger ergibt, bei dem die Varianz des Rauschens und die a priori Wahr scheinlichkeiten der Nachrichten nicht berücksichtigt werden.

In der Praxis wird üblicherweise eine ML-Dekodierung im plementiert, beispielsweise eine Viterbi-Dekodierung bei Fal tungskodes. Viterbi-Dekodierer von Faltungskodes führen eine Fehlerkorrektur der demodulierten Daten durch ein Suchen nach dem besten Weg durch ein "Gitter" durch. Ein Abschnitt eines Gitters ist in Fig. 11 gezeigt. In Fig. 11 wählt der Gitter- Dekodierer Weg 00 oder 10 an Punkt A, basierend auf einem "Maß", das aus der quadrierten Euklidischen Distanz zwischen der empfangenen Datensequenz und einer möglichen kodierten Sequenz, die an Punkt A endet, erzeugt wird, bei dem die letzten kodierten Bits entweder 00 oder 10 sind. Das Maß wird berechnet als eine Funktion der Summe der quadrierten Eukli dischen Distanzen für vorhergehende Zweige oder funktionsfä hige Wege durch das Gitter plus einem Maß für den Weg, der an diesem Punkt aufhört. Der Weg (00 oder 10), der das beste Maß aufweist, wird ausgewählt und das Maß für den besten Weg wird gespeichert. Der Gitter-Dekodierer wählt auch an Punkt B aus den Wegen 11 und 01 aus, unter Verwendung der Euklidischen Distanzen und der Maße für die Wege, die an Punkt B enden. Der Gitter-Dekodierer eliminiert die Wege, die die schlechte sten Maße aufweisen und speichert die Maße der besten Wege. Der Gitter-Dekodierer wiederholt dann die Wegeauswahl für je den der Punkte C und D im Gitter. Die Maße für jeden ausge wählten Weg zu diesen Punkten werden gespeichert. Der Viter bi-Dekodierer führt auf diese Weise eine zusätzliche Ver gleichs-Auswahl (ACS) Funktion an jedem Punkt des Gitters aus. Das Verfahren wird wiederholt bis alle Punkte des Git terrahmens bearbeitet sind und bis der beste Weg durch den Gitterrahmen aus den gespeicherten Maßen ausgewählt ist.

Im Stand der Technik wurde ein Dekodierer vorgeschlagen, der eine Rahmen-zu-Rahmen Korrelation von Sprachkodeparame tern verwendet, um Sprachsignale zu dekodieren. Dieser Deko dierer schaut nach einem Multi-Bit-Parameter und führt eine einzige Wegeauswahlentscheidung nach Auswertung der Beziehung zwischen einem möglichen Parameterwert X in einem aktuellen Rahmen und jedem der Werte Y durch, die der Parameter in ei nem vorhergehnden Rahmen haben kann. Somit wählt für einen Parameter, der fünf binäre Bits aufweist, der Dekodierer ei nen von 32 möglichen Wegen zwischen den 32 möglichen Werten in einem vorhergehenden Rahmen und einem möglichen Wert X im aktuellen Rahmen. Ein einziger Pfad zu einem möglichen Wert X wird ausgewählt, indem die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt wird, daß der Parameter diesen aktuellen Wert X annimmt, wenn der vorherige Wert Y für Y einen der 32 möglichen vorherigen Werte Y annimmt. Dieser Dekodierer verwendet einen Korrela tionsspeicher, der die zweiunddreißig Wahrscheinlichkeitswerte P{X/Y} für diesen aktuellen Wert X speichert, um die Auswahl zu treffen. Jeder Wahrscheinlichkeitswert P{X/Y} ist die Wahrscheinlichkeit, daß der Parameter den Wert X in einem ak tuellen Rahmen annimmt, wenn der Parameter den Wert Y in ei nem vorherigen Rahmen hatte. Da es 32 mögliche Werte X für die fünf binären Bitparameter gibt und 32 mögliche Werte Y für jeden möglichen Wert X, muß der Korrelationsspeicher eine 32 mal 32 Korrelationsmaßmatrix für diesen einen Parameter speichern. Andere Parameter erfordern zusätzliche jeweils große Maßespeicher. Der sich ergebende parameterweise Deko dierer, der Rahmen-zu-Rahmen Parameterkorrelationswerte ver wendet, ist somit bei der Implementierung sehr komplex.

Somit ist es wünschenswert, eine Dekodierer zu schaffen, der eine verbesserte Betriebscharakteristik aufweist und der keinen hochkomplexen Dekodierbetrieb erfordert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltschema eines Kommunikationssystems in Blockdiagrammform.

Fig. 2 ist ein Schaltschema eines anderen Kommunika tionssystems in Blockdiagrammform.

Fig. 3 ist ein Schaltschema eines digital kodierten Kom munikationssystems in Blockdiagrammform.

Fig. 4 ist ein Schaltschema eines Dekodierers nach Fig. 3 in Blockdiagrammform.

Fig. 5 ist ein Schaltschema eines Dekodierers nach Fig. 4 in Blockdiagrammform.

Fig. 6 ist ein Schaltschema eines Dekodierers nach Fig. 5 in Blockdiagrammform.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die dekodierte Bitfehler rate (BER) als Funktion der Bitposition des Ausgangssignals des Dekodierers zeigt.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die Neupositionierung der Bits eines Rahmens in einem Kodierer zeigt.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die Dekodierung des Rahmens zeigt.

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das die Neupositionierung der Bits in einem Rahmen in einem Dekodierer zeigt.

Fig. 11 zeigt einen Abschnitt eines Gitterrahmens.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Ein Kommunikationssystem umfaßt einen Dekodierer, der Korrelationswerte auf einer Bit-zu-Bit-Basis speichert. Ein Verzweigungsmaß wird mindestens für vorherbestimmte Bitposi tionen erzeugt, das Vorteile zieht aus der hohen Rahmen-zu- Rahmen Korrelation einiger Bits, um die dekodierte Bitfehler rate zu verbessern. Das System gestattet es auch, daß die Bits eines Rahmens unabhängig von anderen Bits in einem Para meter angeordnet werden können. Dies ist insbesondere vor teilhaft, wenn der Anwender die Rahmenbits in einer Weise ge ordnet hat, die die Sprachqualität maximiert, Vorteile zieht aus der Korrelation zwischen Bitrahmen und einen Echtzeitem pfang des Sprachsignals gestattet ohne eine hochkomplexe Ver zweigungsmaßerzeugungsberechnung.

Ein Kommunikationssystem 100, in welchem die Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 1 gezeigt. Das System um faßt einen Transceiver 114, der mit einem Transceiver 116 über einen Signalkanal 106 kommuniziert. Der Transceiver 116 verwendet einen Sender 105 und einen Empfänger 111. Der Sen der 105 konditioniert Signale für die Übertragung über den Signalkanal 106. Der Empfänger konditioniert Signale, die vom Signalkanal 106 für die Verwendung einer stromabwärtigen Schaltung, wie beispielsweise einen Kodierer/Dekodierer (CODEC) 110 empfangen werden. CODEC 110 dekodiert Signale, die durch den Transceiver 116 übertragen werden sollen, und dekodiert Signale, die vom Empfänger 111 empfangen werden. Der Transceiver 114 umfaßt in ähnlicher Weise einen Sender 117 und einem Empfänger 121. Ein CODEC 108 ist mit dem Trans ceiver 114 verbunden. Der Transceiver kann einen Modula tor/Demodulator (MODEM) umfassen und kann von einem Computer oder eine anderen Vorrichtung für Datenkommunikation, einem Radio, einem Funktelefon, einem landgebundenen Telefon oder irgend einer anderen Kommunikationsvorrichtung verwendet wer den. Das Übertragungsmedium besteht aus einem oder mehreren verdrillten Leiterpaaren, einem oder mehreren Koaxialkabeln, optischen Fasern, Luft oder irgend einem anderen konventio nellen Kommunikationsmedium.

Ein Funkkommunikationssystem ist in Fig. 2 gezeigt. Das Funkkommunikationssystem umfaßt mindestens zwei Vorrichtungen 200, 201 und 213, wie beispielsweise Zweiwegeradios, zellu lare Telefone, schnurlose Telefone, Basisstationen oder der gleichen. Im Falle von zellularen Funktelefonen handelt es sich bei den Vorrichtungen 201 und 213 um Funktelefone und bei der Vorrichtung 200 um einen festen Standort oder eine Basisstation. Alternativ dazu besteht bei einem schnurlosen Telefon die Vorrichtung 200 aus einer Basis und die Vorrich tung 201 aus einem zugehörigen schnurlosen Handapparat. Bei Zweiwegeradios kommunizieren die Vorrichtungen 201 und 213 direkt.

Unabhängig von der Umgebung umfaßt die Vorrichtung 201 (eine entfernte Kommunikationsvorrichtung) ein Mikrofon 202 und eine Kodierschaltung 207, die als Sprachkodierer darge stellt ist, um das vom Mikrofon ausgegebene analoge Signal in ein digitales Signal zu wandeln, das an den Sender 105 gelegt wird. Der Sender 105 moduliert das kodierte Signal und lie fert es an die Antenne 203.

Signale, die von der Kommunikationsvorrichtung 201 em pfangen werden, werden durch die Antenne 203 detektiert und dem Empfänger 111 zugeführt, der die Signale demoduliert und das demodulierte Signal an eine Dekodierschaltung 209 gibt, die als Sprachdekodierer dargestellt ist. Die Dekodierschal tung 209 wandelt das Signal in ein analoges Signal um, das auf den Lautsprecher 204 gegeben wird.

Das Signal, das zur Vorrichtung 200 (einem festen Stand ort) von der Vorrichtung 201 (einer entfernten Kommunika tionsvorrichtung) übertragen wird, wird von der Antenne 206 detektiert, durch den Empfänger 212 demoduliert, durch die Dekodierschaltung 214 dekodiert und in eine Hybridschaltung 216 eingegeben. Die Hybridschaltung 216 trennt die Empfangs- und Sendewege der Vorrichtung 200 und liefert das vom Deko dierer aus gegebenen dekodierte Signal an die landgebundene Leitung 225 zur Übertragung an ein (nicht gezeigtes) lokales Vermittlungsamt. Signale, die von der landgebundenen Leitung 225 empfangen werden, werden mit dem Kodierer 226 über die Hybridschaltung 216 verbunden. Kodierte Signale, die von der Kodierschaltung 226 ausgegeben werden, die als Sprachkodierer dargestellt ist, werden in den Sender 228 gegeben, der die Antenne 206 ansteuert.

Die Vorrichtung 213 (eine entfernte Kommunikationsvor richtung) umfaßt eine Antenne 215, einen Sender 117 und eine Kodierschaltung 219, die als mit einem Mikrofon 220 verbunde ner Sprachkodierer dargestellt ist. Die Vorrichtung umfaßt auch einem Empfänger 121, eine Dekodierschaltung 223 und ei nen Lautsprecher 224. Die zweite Vorrichtung arbeitet im we sentlichen in der gleichen Art wie die Vorrichtung 201. Fach leute werden erkennen, daß die Vorrichtungen 201 und 213 im Falle eines Zweiwegeradios direkt miteinander kommunizieren, ohne die Vorrichtung 200.

Die Kodierschaltung 207 (Fig. 3) umfaßt einen Ana log/Digital (A/D) Wandler 303, der mit dem Mikrofon 202 ver bunden ist, um die analogen Signale, die von ihm ausgegeben werden, in digitale Signale umzuwandeln. Die Kodierschaltung umfaßt ferner einen digitalen Quellenkodierer 316, eine Rah menschaltung 305, einen Vorwärts-Fehler-Korrektur (FEC) Ko dierer 318 und einen Verschachteler 320. Der digitale Quell kodierer 316 erzeugt Datensequenzen für die Übertragung durch den Sender. Die Rahmenschaltung 305 ist mit dem Kodierer 316 verbunden, um das vom digitalen Quellkodierer ausgegebenen digitale Signal neu zu rahmen. Der FEC-Kodierer 318 kodiert die Daten, die von der Neurahmungsschaltung ausgegeben wer den. Der Verschachtelter 320 verschachtelt die Daten, die vom FEC Kodierer ausgegeben werden mit anderen Datenbits für eine Übertragung über den Signalkanal 106. Obwohl es vorteilhaft ist, den Verschachteler 320 zu verwenden, kann der Verschach teler in der Kodierschaltung 207 auch weggelassen werden, da der Verschachteler bei der vorliegenden Erfindung nicht not wendig ist. Die Kodierschaltungen 219 und 226 sind im wesent lichen von gleicher Konstruktion wie die Kodierschaltung 207. Die Kodierschaltung 207 kann in einem oder mehreren Mikropro zessoren, einem digitalen Signalprozessor, MODEMs, Kombina tionen davon oder in diskreten Schaltungskomponenten imple mentiert werden.

Der Sender 105 moduliert und verstärkt die kodierten Si gnale, die von der Kodierschaltung 207 ausgegeben werden, für die Übertragung über den Signalkanal 106.

Die Dekodierschaltung 223 umfaßt eine sanfte Entschei dungsschaltung 322 (Fig. 3), einen Entschachteler 324, einen FEC-Dekodierer 326, eine Neurahmungsschaltung 330, einen Quelldekodierer 328 und einen D/A Wandler 332. Die sanfte Entscheidungsschaltung 322 wandelt die Signale, die vom Si gnalkanal 106 eingegeben werden, in vorbestimmte digitale Pe gel um. Obwohl eine sanfte Entscheidungsschaltung dargestellt ist, werden Fachleute erkennen, daß statt dessen auch eine harte Entscheidungsschaltung verwendet werden kann. Ein Ent schachteler 324 ist mit dem Ausgang der sanften Entschei dungsschaltung verbunden, um die vom Verschachteler 320 ver schachtelten Daten zu entfernen. Wenn der Verschachteler 320 bei der Kodierschaltung weggelassen wird, so wird der Ent schachteler 324 in der Dekodierschaltung 223 nicht verwendet. Der FEC-Dekodierer 326 ist mit dem Ausgang des Entschachte lers 324 verbunden, um die durch diesen ausgegebenen Daten zu dekodieren. Das dekodierte Signal wird in der Neurahmungs schaltung 330 neu gerahmt und in den Quelldekodierer 328 ein gegeben. Der Quelldekodierer 328 dekodiert die Daten, die vom FEC-Dekodierer 326 ausgegeben werden. Die Ausgabe des Quell dekodierers wird im Digital/Analog (D/A) Wandler 332 in ein digitales Signal umgewandelt, durch einen (nicht gezeigten) Verstärker verstärkt und an einen Lautsprecher 224 an einem Leiter 329 ausgegeben. Die Dekodierschaltungen 209 und 214, die im wesentlichen gleich sind zur Dekodierschaltung 223, sind als Sprachdekodierer gezeigt. Der Dekodierer 223 kann in einem oder mehreren Mikroprozessoren, einem digitalen Signal prozessor, MODEMs, einer Kombination davon oder in diskreten Schaltungselementen implementiert sein.

Der Vorwärts-Fehler-Korrektur Dekodierer 326 umfaßt eine Wahrscheinlichkeitsschaltung 432 (Fig. 4) und einen Gitter- Dekodierer 434. Die Wahrscheinlichkeitsschaltung empfängt entschachtelte Datenrahmen auf dem Leiter 325 am Eingang 425. Der Eingang 425 ist mit einer Quelle von Datensignalen (über die Antenne 215 der Fig. 2 und den Empfänger 121) verbunden.

Die Wahrscheinlichkeitsschaltung 432, die ein Verzweigungs maßgenerator darstellt, liefert ein Verzweigungsmaß für den Gitterdekodierer 434 an einem Ausgang, der mit dem Signalbus 436 verbunden ist. Die Wahrscheinlichkeitsschaltung erzeugt ein Verzweigungsmaß als eine Funktion einer bitweisen Wahr scheinlichkeit mindestens für vorbestimmten Bitpositionen, wie das nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Der Git ter-Dekodierer gibt in Erwiderung auf die Verzweigungsmaße einen Datenstrom auf dem Leiter 327 aus.

Die Wahrscheinlichkeitsschaltung 432 umfaßt einen Ver zweigungsmaßgenerator 540 (Fig. 5), eine Speicherschaltung 542, die einen Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsmaßspeicher dar stellt, und eine vorherige Rahmenspeicherschaltung 545. Die vorherige Rahmenspeicherschaltung 545 hält die vorherige Rah menausgabe des Gitter-Dekodierers 434 fest und ist unter Ver wendung eines Schieberegisters, eines Speichers mit wahl freiem Zugriff (RAM) oder dergleichen implementiert. Die Speicherschaltung 524 speichert eine 2 auf 2 Wahrscheinlich keitsmatrix für jedes Bit in einem Rahmen. Der Speicher kann unter Verwendung eines Nur-Lese-Speichers (ROM), wie bei spielsweise eines elektronisch löschbaren und programmierba ren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), eines Speichers mit wahl freiem Zugriff (RAM) mit Batteriepufferung, um eine Lei stungsausfall zu vermeiden, oder dergleichen implementiert werden. Das Ausgangssignal des Speichers wird auf Bit-zu-Bit Basis für jedes Bit des vorhergehenden Rahmens erzeugt.

Die im Speicher gespeicherten Werte werden empirisch durch Speicherung von digitalisierter Sprache erzeugt, in Form von Rahmendatenwerten von Sprachsignalen über der Zeit. Die Anzahl der Zeiten, in denen ein Bit in zwei aufeinander folgenden Rahmen 0 oder 1 bleibt und die Zahl der Zeiten, bei denen ein Bitwert über zwei aufeinanderfolgende Rahmen sich ändert, werden auf Basis der Bit-Position gemessen. Aus die sen Zählwerten werden Wahrscheinlichkeiten erzeugt.

Die vom Speicher ausgegebenen Wahrscheinlichkeiten wer den über einen Signalbus 558 an einen Verzweigungsmaßgenera tor geliefert. Das Verzweigungsmaß wird über den Signalbus 436 dem Gitter-Dekodierer 434 zugeführt. Die möglichen ko dierten Signale werden auf dem Bus 528 an den Verzweigungs maßgenerator ausgegeben. Der Gitter-Dekodierer wählt eine Verzweigung gemäß dem Wert des Verzweigungsmaßes. Wenn der Wert des Verzweigungsmaßes für einen Weg am besten ist, so wählt der Gitter-Dekodierer diesen Weg. Wenn der Wert für beide Wege der gleiche ist, so wählt der Gitter-Dekodierer zufällig einen Weg. Der Bitwert für jede Bitposition wird von dem Weg durch das bitter gewählt, der ausgewählt wurde. Die dekodierten Bits des Gitter-Dekodierers werden auf dem Leiter 327 ausgegeben.

Eine neue Schaltung, die vorteilhafterweise verwendet werden kann, um das Verzweigungsmaß zu erzeugen, ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Schaltung umfaßt eine Schaltung 650 der qua drierten Euklidischen Distanz, die folgende Summe bildet:

wobei ρ_i das Eingabedatenbit, s_i eine mögliche Verzweigungs symbol (Konstellation) Ausgabe des Gitter-Dekodierers 434 und n die Zahl der Symbole je Gitterverzweigung ist. Die durch den Generator der quadrierten Euklidischen Distanz ausgege bene Summe, wird dem Addierer 552 eingegeben.

Die dekodierten Ausgangsdaten des Gitter-Dekodierers 434 auf dem Leiter 327 werden in die vorherige Rahmen-Speicher- Schaltung 545 eingegeben. Die L Bits in der vorhergehenden Rahmen-Speicher-Schaltung 545 werden in die Speicherschaltung 542 über den Leiter 557 auf einer Bit-zu-Bit Basis eingege ben. Für jedes Bit werden zwei Wahrscheinlichkeiten, die mit jeweils einem Bit in einem aktuellen Rahmen verbunden sind, durch die Speicherschaltung 542 auf dem Signalbus 558 ausge geben. Eine Wahrscheinlichkeit ist die Wahrscheinlichkeit, daß sich der Bit-Wert von Rahmen zu Rahmen ändert, im Hin blick auf die Position des Bits und den Wert des Bits im vor hergehenden Rahmen. Der andere Wert ist die Wahrscheinlich keit, daß sich der Bitwert geändert hat im Hinblick auf die Bit-Position und den Bit-Wert im vorhergehenden Rahmen. Der Speicher empfängt somit die vorhergehenden Bit-Werte an einem Eingang und gibt die Wahrscheinlichkeit aus, daß sich dieses Bit ändert und die Wahrscheinlichkeit, daß es gleich bleiben wird. Das Ausgangssignal der Speicherschaltung ist im wesent lichen eine Sequenz von bitweisen Rahmenkorrelationswerten, die mit mindestens ausgewählten Bitpositionen in den Daten rahmen verbunden sind.

Die vom Speicher ausgegebenen Wahrscheinlichkeiten oder die Rahmen-zu-Rahmen Korrelationswerte werden in eine a prio ri Vorwertschaltung 660 gegeben. Die Vorwertschaltung kombi niert eine Schätzung der Rauschvarianz σ² auf einem Bus 562 mit den zwei Wahrscheinlichkeiten, die von der Speicherschal tung 542 ausgegeben werden und erzeugt zwei jeweilige Aus gangswerte, 2σ²lnP{j/k}, wobei ein Wert eine Funktion der Wahrscheinlichkeit für einen Wechsel des Bits und der andere Wert eine Funktion der Wahrscheinlichkeit ist, daß das Bit gleich bleibt. Diese beiden Werte werden mit der Euklidisch quadrierten Distanzsummation im Addierer 552 kombiniert, um zwei Verzweigungsmaße zu erzeugen, die auf dem Bus 436 mit dem Gitter verbunden sind.

Ein auf die Praxis verminderte Version der Erfindung in einem konventionellen GSM-System wird nun in Form eines Bei spiels beschrieben. Der digitale Quellkodierer 316 ist ein digitaler GSM Sprachkodierer, der eine Sequenz von Daten blöcken oder Rahmen ausgibt, wobei jeder Rahmen 20 ms Sprache entspricht, 18 Parameter enthält und insgesamt 112 Bit be trägt. Die Rahmenschaltung 305 erzeugt die Parameter in einer einzigen Sequenz und einem Format. Die Tabellen 1 und 2 zei gen die Sequenz der Parameter und die Zahl der Bit, die für jeden Parameter angeordnet sind. Tabelle 1 zeigt die Sequenz für einen sprachlosen Rahmen (MODE = 0).

Tabelle 1

Kodiererausgangsparameter in der Reihenfolge des Echtzeitauftretens und Bitanordnung für sprachlose Sprachrah men (MODE 0)

Tabelle 2 zeigt die Sequenz für einen sprachgefüllten Rahmen (MODE = 1, 2 oder 3)

Tabelle 2

Kodiererausgangsparameter in der Reihenfolge des Echtzeitauftretens und Bitanordnung für sprachgefüllte Rahmen (MODE 1, 2, 3)

Die Bits werden im Rahmen nach ihrer Wichtigkeit ange ordnet. Die Erfinder der vorliegenden Anwendung haben den Be trieb der Vorrichtungen, die Sprachkodierer verwenden, sorg fältig ausgewertet und die relative Wichtigkeit der Bits in einem Sprachrahmen identifiziert, wie dies in den Tabellen 3 und 4 aufgeführt ist.

Tabelle 3

Wichtigkeit der kodierten Bits für sprachlose Sprachrahmen (MODE 0)

Tabelle 4

Wichtigkeit der kodierten Bits für sprachgefüllte Sprachrahmen (MODE 1, 2 oder 3)

Somit sieht man, daß die Reihenfolge der kodierten Sprachbits im FEC-Kodierer vom MODE abhängt.

Tabelle 5 führt die neugeordnete Sequenz von Bits für sprachlose Rahmen auf, die von der Rahmungsschaltung 305 aus gegeben werden, wobei der b Wert (beispielsweise b0) die Bit zahl vor der Neuordnung ist und die Nummer direkt rechts des b Wertes (beispielsweise 94) die Bitposition ist. Somit ist Bit 0 (b0) des ursprünglichen Rahmens in Position 94 (das 95. Bit) im neugeordneten Rahmen. Solche Bits, die nicht zugeord net sind, sind mit einem vorangestellten "u" gekennzeichnet.

Tabelle 5

Sprachbit Neuordnung vor der FEC-Kodierung für sprachlose Sprachrahmen (MODE = 0) und danach

Tabelle 6 führt die Bitsequenz von Sprachrahmen auf, die von der Rahmungsschaltung 305 für Sprachrahmen ausgegeben werden.

Tabelle 6

Sprachbit Neuordnung vor der FEC-Kodierung für sprachgefüllte Sprachrahmen (MODE = 1, 2 oder 3)

Die Rahmenschaltung 305 positioniert somit die Bits, die die größte Wichtigkeit haben so, daß sie als letztes in den FEC-Kodierer eintreten.

Fig. 7 zeigt die Gitter-Bit-Position über der Bit-Feh ler-Rate für einen dekodierten Sprachrahmen in einem GSM-Sy stem. Wie man sieht, ist die Bitfehlerrate am geringsten für Bits, die nahe dem vorderen und dem hinteren Teil des Gitters angeordnet sind. Die Anwender haben deswegen bestimmt, daß für höchste Sprachqualität die Bits mit der höchsten Priori tät im vorderen und hinteren Teil des Gitters positioniert werden sollten, nachdem sie in der Rahmenschaltung neu ange ordnet wurden.

Die Funktion des Kodiersystems wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 8-10 beschrieben. Vor dem Kodieren im FEC- Kodierer 318 der Fig. 3 wird ein Rahmen in der Rahmenschal tung 305 kodiert, wie das in Block 800 (Fig. 8) gezeigt ist. Es wird am Anfang im Entscheidungsblock 802 bestimmt, ob der Rahmen ein sprachloser Rahmen oder ein mit Sprache gefüllter Sprachrahmen ist. Wenn der Rahmen ein sprachloser Sprachrah men ist (Mode 0, Tabelle 1) werden die Bits wieder aufgenom men oder wieder angeordneten an den Positionen, die in Tabel le 5 angegeben sind, wie das in Block 806 gezeigt ist. In dieser Tabelle zeigt die b-Zahl links die ursprüngliche Rah menposition an und die Zahl direkt rechts des b-Wertes ist die neue Bitposition. Somit wird nach Aufzeichnung der Bits, Bit 0 (b0) an Position 94 bewegt; Bit 1 (b1) wird an Position 93 bewegt und Bit 28 (b28) wird an Position 12 bewegt. Wenn es sich beim Wort um einen sprachgefüllten Sprachrahmen han delt (Mode 1, 2 und 3), wie das im Entscheidungsblock 802 be stimmt wird, werden die Bits gemäß Tabelle 6, wie das in Block 808 gezeigt ist, neu angeordnet. Die b-Werte und die Zahlen rechts davon zeigen die ursprüngliche Bitposition und die neugeordnete Bitsposition in Tabelle 6. Die neugeordneten Bits werden an den FEC-Kodierer (218 in Fig. 2) ausgegeben, wie das in Block 810 gezeigt ist. Der FEC-Kodierer 318, der Verschachteler 320 und der Sender 105 konditionieren das ko dierte Signal für eine Übertragung durch den Signalkanal 106 (siehe Fig. 3).

Der Empfänger 121 (Fig. 3) demoduliert das empfangene Signal. Eine sanfte Entscheidung über die Datenbitpegel wird unter Verwendung der sanften Entscheidungsschaltung 322 durchgeführt. Die verschachtelten Daten werden im Entschach teler 324, der komplementär ist zum Verschachteler 320, neu gespeichert. Der FEC-Dekodierer 326 empfängt entschachtelte Bits vom Entschachteler 324, wie das in Block 900 (Fig. 9) gezeigt ist. Die eingegebenen Bits werden seriell in den Eu klidischen Distanzgenerator 550 eingegeben, der eine Summe (von 1 bis n) der quadrierten Euklidischen Distanz (ρ_i,s_i)² ausgibt, wie das in Block 902 gezeigt ist, wobei ρ_i das Ein gabedatenbit vom Entschachteler und s_i ein vorhergesagter Bitwert im Gitter-Dekodierer ist. Der Summationswert wird an den Addierer 552 ausgegeben.

Eine Wahrscheinlichkeit wird erzeugt aus den Bits des vorhergehenden Rahmens, der in einer vorhergehenden Rahmen speicherschaltung 545 gespeichert ist, wie das in Block 904 angezeigt ist. Diese Bits werden individuell in die Speicher schaltung 542 eingegeben. Die Speicherschaltung 542 speichert Wahrscheinlichkeiten P{k/j}, die in Tabelle 7 gezeigt sind.

Tabelle 7 zeigt die Wahrscheinlichkeiten P{k/j} für je des der 95 Bits, die in den FEC-Kodierer 318 (der Fig. 3) einlaufen, wobei P{k/j} die Wahrscheinlichkeit ist, daß die Bits im aktuellen Rahmen den Wert j haben, wenn der Wert des Bits in der gleichen Bit Position des vorhergehenden Rahmens den Wert k hat. Ein Wert von 1.0 bedeutet, daß die Bits immer den gleichen Wert wie im vorhergehenden Rahmen haben (ein ho hes Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsverhältnis) und ein Wert von 0,5 bedeutet, daß der Wert des Bits völlig unabhängig ist vom Wert im vorhergehenden Rahmen (ein niedriges Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsverhältnis).

Tabelle 7

Bedingte Wahrscheinlichkeiten des Sprachbitwertes, konditioniert auf den Bitwert des vorherigen Sprachrahmens

Wenn beispielsweise Bit b0 in der Bitposition 94 (neugeordnet) im vorhergehenden Rahmen 0 war, ist die Wahr scheinlichkeit, daß es im aktuellen Rahmen 0 ist 0,886; wenn das vorhergehende Bit b0 in Bitposition 94 im vorhergehenden Rahmen 0 war, ist die Wahrscheinlichkeit, daß das Bit in der gleichen Bitposition des aktuellen Rahmens 1 ist 0,114; wenn der Wert des Bits b0 (Position 94) im vorhergehenden Rahmen 1 war, ist die Wahrscheinlichkeit, daß es im nächsten Rahmen 0 sein wird 0,176; wenn das vorhergehende Bit b0 (Position 94) 1 war, so ist die Wahrscheinlichkeit, daß das nächste Bit 1 ist 0,824. Das Gitter enthält 95 Datenbits, 3 Zyklusredund anzprüfbits (CRC) und 6 Anhangbits, die 104 Zeiteinheiten er fordern. Jede Zeiteinheit hat wiederum 64 ACS. Jedes ACS schließt zwei Verzweigungsmaße ein. Jedes Verzweigungsmaß hat einen Korrelationswert. Somit gibt der Verzweigungsmaßgenera tor 540 zwei Werte für jeden Punkt des Gitters aus. Bei spielsweise betragen die vom Speicher 442 ausgegebenen Korre lationswerte 0,886 und 0,114, wenn das Eingangssignal für den Speicher für den vorhergehenden Rahmen an der Bitposition 94 0 beträgt. Die vom Speicher 442 ausgegebenen Korrelations werte betragen 0,176 und 0,824, wenn das Eingangssignal für den Speicher für Bitposition 94 1 ist. Jedes der Bits des vorhergehenden Rahmens wird sequentiell in die Speicherschal tung 542 eingegeben, und der Wert des Bits in der gleichen Bitposition, wie die des Bits, das im Gitter-Dekodierer 434 für den aktuellen Rahmen dekodiert wurde, wird verwendet um die jeweiligen Verzweigungsmaße für diesen Rahmen zu berech nen.

Der a priori Vorwert für jede Verzweigung wird in einer a priori Vorwertschaltung 660 (in Fig. 6 gezeigt) aus der Wahrscheinlichkeit, die vom Speicher ausgegeben wird, er zeugt, wie das in Block 906 (Fig. 9) gezeigt ist. Die jewei ligen Ausgabewerte der a priori Vorwertschaltung sind das Produkt einer dc Vorwertschätzung (2σ²) am Eingang 662 und einer jeweiligen des natürlichen Logarithmuses der zwei Wahr scheinlichkeiten (lnP{k/j}), die von der Speicherschaltung 542 für jedes Bit in der vorherigen Rahmenspeicherschaltung 545 ausgegeben werden. Es ist erkennbar, daß die Speicher schaltung 542 vorteilhafterweise die Werte lnP{k/j} spei chert, so daß die Werte, die vom Speicher ausgegeben und in eine a priori Vorwertschaltung eingegeben werden, den natür lichen Logarithmus der Wahrscheinlichkeit darstellen. Da das Produkt 2σ² lnP{k/j} einen negativen Wert hat, so stellt die Subtraktion dieses negativen Wertes von der quadrierten Eu klidischen Distanz tatsächlich eine Addition dar. Das Produkt auf dem Leiter 664 wird dann zur Summe der quadrierten Eukli dischen Distanz im Addierer 552 addiert. Der Addierer 552 ad diert die quadrierte Euklidische Distanz zu den a priori Wer ten, wie das in Block 908 gezeigt ist.

Der Gitter-Dekodierer 434 führt Addier-Vergleich-Auswahl Funktionen für alle Bits in einem Rahmen durch, wie das in Block 910 (Fig. 9) gezeigt ist. Der Gitter-Dekodierer kann ein vorwärtsversorgter Faltungskodedekodierer oder ein rück wärtsversorgter Faltungskodedekodierer sein. In beiden Fällen verwendet der Gitter-Dekodierer die zwei Maße, die vom Addie rer 552 ausgegeben werden und die mit einem möglichen Bitwert verbunden sind, um einen besten Weg zu den Punkten im Gitter (beispielsweise A, B, C, D) als eine Funktion des letzten zu verlässigen Rahmens auszuwählen.

In beispielhafter Weise wird die Funktion eines vor wärtsversorgten Dekodierers beschrieben, aus Gründen der An schaulichkeit basierend auf den folgenden Erwägungen: die Punkte C und D in Fig. 11 sind mit der Bitposition 94 ver knüpft, der Wert in Bitposition 94 des letzten zuverlässig dekodierten Rahmens war 0, die Punkte A und C entsprechen ei nem Wert 0 und die Punkte B und D entsprechen einem Wert 1. Die Wahrscheinlichkeit 0,886 (die Wahrscheinlichkeit P{(0/0}) wird verwendet, um eine a priori Vorwertschaltungsausgabe 2a²lnP{j/k} zu erzeugen, wenn das Verzweigungsmaß für Weg 00 zu Punkt C erzeugt wird, da dies die Wahrscheinlichkeit ist, daß die Bitposition einen Wert von 0 (am Punkt C) haben wird, wenn die Bitposition 94 im letzten zuverlässigen Rahmen einen Wert von 0 hat. Für den Weg 10 zum Punkt C wird diese Wahr scheinlichkeit 0,886 verwendet, um die a priori Vorwertschal tungsausgabe zu erzeugen.

Das Maß, das für den Weg 00 zum Punkt C verwendet wird, ist eine Funktion eines gespeicherten historischen Wertes (Wegmaß) zur Erreichung des Punktes A plus dem Verzweigungs maß, das für den Weg 00 vom Addierer 552 ausgegeben wird (das aus der quadrierten Euklidischen Distanz, die mit Punkt C verknüpft ist, und dem a priori Vorwert, der mit Punkt C ver knüpft ist, der eine Funktion von 0,886 ist, besteht). Das Maß, das für den Weg 10 zum Punkt C verwendet wird, ist eine Funktion eines historischen Wertes (Wegmaß), der für Punkt B gespeichert ist, plus einer a priori Vorwertschaltungsausgabe für Weg 01 (der die Summe ist aus der quadrierten Euklidi schen Distanz, die mit Punkt C verknüpft ist, und der a prio ri Vorwertschaltungsausgabe für Punkt C, die eine Funktion von 0,886 ist). Für Punkt C wird das Maß der zwei Wege zu Punkt C ausgewählt, das den besseren Wert aufweist. Der Git ter-Dekodierer 434 führt ähnliche Berechnungen für die Wege 01 zu Punkt D und 11 zu Punkt D durch. Der erzeugte a priori Vorwertschaltungsausgabewert ist eine Funktion 0,114 (die Wahrscheinlichkeit P{1/0}) für beide Wege 01 und 11.

Das sich ergebende Maß, das mit dem ausgewählten Weg zu Punkt C verknüpft ist, wird als Wegemaß zu Punkt C gespei chert. Das sich ergebende Maß, das mit dem ausgewählten Weg zu Punkt D verknüpft ist, wird als Wegemaß zu Punkt D gespei chert. Der Rahmen-zu-Rahmen Bitkorrelationswert 0,886 wird das Maß für den Weg zu Punkt C schwerer belasten, als das 0,114 mit dem Maß für die Wege zu Punkt D in diesem Beispiel tut, wegen der hohen Wahrscheinlichkeit, die mit dem Rahmen zu-Rahmen Korrelationsverhältnis dieser Bitposition verbunden ist. Somit wird der Weg über Punkt C bevorzugt gegenüber dem Weg zu Punkt D, wenn der beste Weg durch das Gitter ausge wählt wird. Dies erleichtert die Auswahl des besten Weges durch den Gitter-Dekodierer im Hinblick auf die Rahmen-zu- Rahmen Korrelation dieser Bitposition.

Fachleute werden erkennen, daß die Dekodierschaltung 326 ähnliche Berechnungen für alle Punkte auf einem Gitter inner halb eines Rahmens durchführt. Die Datenpunkte, die für den besten Weg durch das Gitter für den gesamten Rahmen ausge wählt wurden, werden durch den Gitter-Dekodierer ausgegeben.

Es wird dann eine Bestimmung durchgeführt, ob der Rahmen zu verlässig oder unzuverlässig ist. Wenn es sich um einen zu verlässigen Rahmen handelt, wird er in der vorherigen Rahmen speicherschaltung gespeichert. Somit handelt es sich beim Rahmen, der in der vorherigen Rahmenspeicherschaltung gespei chert ist, immer um einen guten Rahmen, und die Wahrschein lichkeitsberechnung basiert immer auf dem letzten zuverlässi gen Rahmen.

Fachleute werden auch erkennen, daß wenn der Wert der Bitposition 94, der im vorherigen Rahmen gespeichert wurde, im obigen Beispiel 1 gewesen ist, die Verzweigungsmaße für die Wege 00 und 01 zu Punkt C eine Funktion einer Wahrschein lichkeit 0,176 sind und die Verzweigungsmaße für die Wege 10 und 11 zu Punkt D eine Funktion der Wahrscheinlichkeit 0,824 sind. Diese Wahrscheinlichkeiten stellen die jeweilige Rah men-zu-Rahmen-Wahrscheinlichkeit P{1/0} für Bitposition 94 und die Wahrscheinlichkeit P{1/1} für Bitposition 94 dar.

In beispielhafter Weise wird die Funktion eines rück wärtsversorgten Faltungskode-Gitter-Dekodierers beschrieben, aus Gründen der Anschaulichkeit basierend auf den folgenden Erwägungen: die Punkte A und B in Fig. 11 entsprechen der Bitposition 94, die Punkte A und C entsprechen einem Bitwert 0 und die Punkte B und D stellen einem Wert 1 dar, und im letzten zuverlässig dekodierten Rahmen hat die Bitposition 94 einen Wert von 0. Die Wahrscheinlichkeit 0,886 (die Wahr scheinlichkeit P{0/0}) wird verwendet, um eine a priori Vor wertschaltungsausgabe 2σ²lnP{j/k} zu erzeugen, wenn das Ver zweigungsmaß für Weg 00 zwischen den Punkten A und C erzeugt wird, da dies die Wahrscheinlichkeit ist, daß die Bitposition 94 einen Wert von 0 (Punkt A) haben wird, wenn der vorherge hende Rahmen einen Wert von 0 hat. Für den Weg 10 zwischen den Punkten B und C wird diese Wahrscheinlichkeit 0,114 ver wendet, um die a priori Vorwertschaltungsausgabe zu erzeugen, da dies die Wahrscheinlichkeit ist, das Bit 94 1 (Punkt B) ist, wenn der vorhergehende Rahmen 0 war.

Das Maß, das für den Weg 00 verwendet wird, ist eine Funktion eines gespeicherten historischen Wertes (Wegmaß) zur Erreichung des Punktes A plus dem Verzweigungsmaß, das für den Weg 00 vom Addierer 552 ausgegeben wird (das aus der qua drierten Euklidischen Distanz, die mit Punkt A verknüpft ist, und dem a priori Vorwert, der mit Punkt A verknüpft ist, der eine Funktion von 0,886 ist, besteht). Das Maß, das für den Weg 10 zum Punkt C verwendet wird, ist eine Funktion eines historischen Wertes (Wegmaß), der für Punkt B gespeichert ist, plus einer a priori Vorwertschaltungsausgabe für Weg 01 (der die Summe ist aus der quadrierten Euklidischen Distanz, die mit Punkt C verknüpft ist, und der a priori Vorwertschal tungsausgabe für Punkt C, die eine Funktion von 0,114 ist). Der Weg zu Punkt C, der das bessere Maß hat, wird für Punkt C ausgewählt und gespeichert.

Der Gitter-Dekodierer 434 führt ähnliche Berechnungen für Weg 01 zwischen den Punkten A und D und dem Weg 11 zwi schen den Punkten B und D durch. Die erzeugte a priori Vor wertschaltungsausgabe ist eine Funktion 0,886 (die Wahr scheinlichkeit P{1/0} verknüpft mit Punkt A) für Weg 01 und eine Funktion 0,114 (die Wahrscheinlichkeit P{1/0} verknüpft mit Punkt B) für Weg 11. Das beste Maß für Punkt D wird aus gewählt und gespeichert als Wegmaß zu Punkt D.

Aus diesen Maßen wird der beste Weg zu Punkt D ausge wählt. Da der Weg durch Punkt A stärker gewichtet wird, um einen Wert 0 für die Position 94 zu favorisieren, wenn die Wege zu beiden Punkten ausgewählt werden, profitiert der Git ter-Dekodierer von der hohen Rahmen-zu-Rahmen Korrelation, die mit dieser Bitposition verknüpft ist, um den Wert für die Bitposition 94 genauer auszuwählen.

Das gespeicherte historische Maß (Wegmaß) für den ausge wählten Weg zu den Punkten C und D kann den a priori Vorwert schaltungsausgabewert enthalten oder die a priori Vorwert schaltungsausgabe wird entfernt (subtrahiert) vom gespeicher ten historischen Wert zu diesen Punkten im rückwärts schauen den Gitter-Dekodierer.

Die Dekodierschaltung 326 führt ähnliche Berechnungen für alle Punkte im Gitter innerhalb des Rahmens durch. Die Datenpunkte, die als bester Weg durch das Gitter für den ge samten Rahmen ausgewählt wurden, werden vom Gitter-Dekodierer ausgegeben. Es wird dann eine Bestimmung durchgeführt, ob der Rahmen zuverlässig oder unzuverlässig ist. Wenn es ein zuver lässiger Rahmen ist, so wird er in der vorhergehenden Rahmen speicherschaltung gespeichert. Wenn es ein unzuverlässiger Rahmen ist, wird er nicht in der vorhergehenden Rahmenspei cherschaltung gespeichert. Somit ist der Rahmen, der in der vorhergehenden Rahmenspeicherschaltung gespeichert ist, immer ein guter Rahmen und die Wahrscheinlichkeitsberechnung ba siert immer auf dem letzten zuverlässigen Rahmen.

Die Neurahmungsschaltung 330 (Fig. 3) antwortet auf das Ausgangssignal des Gitter-Dekodierers 434 im FEC-Dekodierer 326, um das Ausgangssignal zurück an seine ursprüngliche Po sition zu bewegen, wie dies durch das Flußdiagramm der Fig. 10 dargestellt ist. Als erste gibt die Neurahmungsschaltung den Rahmen vom Gitter-Dekodierer ein, wie das in Block 1000 gezeigt ist. Der Dekodierer bestimmt im Entscheidungsblock 1002, ob der Rahmen ein sprachloser Sprachrahmen ist oder ein mit Sprache gefüllter Sprachrahmen. Wenn der Rahmen ein sprachloser Sprachrahmen ist (Mode 0, Tabelle 1), werden die Bits neu geordnet oder neu angeordnet an die Positionen, die in Tabelle 5 gezeigt sind, wie das in Block 1006 gezeigt ist. Im Dekodierer werden die Bits von der empfangenen Position aus, die rechts der Bit b Zahl steht neu angeordnet auf die ursprüngliche Position des Quellkodierers, die die b-Zahl ist. Somit wird nach Neuanordnung das Bit in Position 94 zum Bit 0 (b0) bewegt; das Bit in Position 93 wird zum Bit 1 (b1) bewegt; und das Bit in Position 12 wird zum Bit 28 (b28) be wegt. Wenn das Wort ein mit Sprache gefüllter Sprachrahmen ist (Mode 1, 2 und 3), wie das im Entscheidungsblock 1002 be stimmt wird, werden die Bits nach Tabelle 6 neu angeordnet, wie das in Block 1008 gezeigt ist. Die neu angeordneten Bits werden im Quelldekodierer 328 verarbeitet, wie das in Block 1010 gezeigt ist. Die Signale, die vom Quelldekodierer ausge geben werden, werden im D/A Wandler 332 (Fig. 3) in ein ana loges Signal umgewandelt, in einem (nicht gezeigten) Verstär ker verstärkt und in den Lautsprechertreiber 224 eingegeben.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung be steht darin, daß die Parameterbits für die Übertragung neu positioniert werden können, so daß sie in einem Rahmen ent sprechend ihrer Bedeutung angeordnet sind. Dies ist möglich, da die Erfindung die bitweise Wahrscheinlichkeit verwendet, die es gestattet alle Bits individuell zu betrachten. Be trachtet man beispielsweise den "Sprachmodus" Parameter der Tabellen 1 und 2, so ist er immer der erste Parameter, der aus dem Sprachkodierer kommt (unabhängig vom Modus) und er besteht immer aus zweit Bits b0 und b1. Aus den Tabellen 3 und 4 kann man sehen, daß die b0 und b1 Bits immer als Bits angesehen werden, die in der wichtigsten Klasse stehen und für eine hohe Sprachqualität wesentlich sind. Die Tabellen 5 und 6 zeigen, daß die b0 und b1 Bits in den FEC-Kodierer als Bits 94 beziehungsweise 93 einlaufen. Tabelle 7 zeigt, daß Bit 94 die Rahmen-zu-Rahmen Bitwahrscheinlichkeiten P{0/0}=0,886, P{1/0}=0,114, P{0/1}=0,176 und P{1/1]=0,824 aufweist. Es ist wahrscheinlich, daß Bitposition 94 (a.k.a., b0) denselben Wert hat wie im vorhergehenden Rahmen (das heißt, es ist unwahrscheinlich, daß es sich ändert). Die vor liegende Erfindung zieht aus diesen Kennzeichnungen Vorteile, um das Bit an einem Ort zu positionieren, an dem die Bitfeh lerrate niedrig ist und es verwendet die hohe Korrelationsra te um zu gewährleisten, daß der korrekte Modus von Rahmen-zu- Rahmen identifiziert wird. Zusätzlich erlaubt die Tatsache, daß die Bits individuell anstatt zusammen verarbeitet werden, die Verwendung von 2 auf 2 Maßmatritzen anstatt von 4 auf 4 Maßmatritzen für die Parameter. Dies reduziert die möglichen Wegemaße von 16 auf 8, was die Wegeauswahl im Vorwärtsfehler korrekturdekodierer stark vereinfacht.

Insgesamt besteht die Ausgabe des Sprachkodierers aus einem Bitstrom, bei dem gewisse Bits eine hohe Korrelation mit den Bits des vorhergehenden Rahmens aufweisen. Die Bits mit der höchsten Korrelation neigen dazu, die wichtigsten Bits im Sprachrahmen zu sein. Diesen Bits kann durch den FEC- Kodierer, der die Erfindung verwendet, der höchste Schutz zu gewiesen werden.

Es ist ersichtlich, daß im Betrieb, wenn der letzte de kodierte Sprachrahmen als unzuverlässig betrachtet wird (das heißt, gekennzeichnet als schlechter Rahmen durch ein CRC oder ein anderes übliches Fehlererkennungsverfahren), der ak tuelle Rahmen dekodiert werden kann unter Verwendung einer üblichen Dekodierung. Zusätzlich kann, wenn ein Rahmen von N- Sprachbits nur L Sprachkodiererdatenbits (L<N) enthält, die eine starke Rahmen-zu-Rahmen Bitkorrelation zeigen, das neue Verzweigungsmaß nur bei solchen L Bits verwendet werden und ein konventionelles ML Dekodiermaß kann bei den verbleibenden N-L Bits verwendet werden. Somit kann die quadrierte Euklidi sche Distanz beim Viterbi-Dekodierer verwendet werden, ohne den Rahmen-zu-Rahmen Korrelationswert zu verwenden, bis ein Rahmen als unzuverlässig angesehen wird. Wenn der aktuelle Rahmen als unzuverlässig angesehen wird (das heißt der Rah menwert ist unwahrscheinlich), wird der letzte dekodierte Rahmen, der als zuverlässig angesehen wird (das heißt nicht als schlechter Rahmen gekennzeichnet durch ein CRC oder ein anderes Fehlererkennungsverfahren), verwendet, um den aktuel len Rahmen zu dekodieren unter Verwendung des neuen Verzwei gungsmaßes:

wobei: ρ_i ein empfangenes Signalbit ist;
s_i ein möglicher Signalwert ist (Konstellationspunkt), der von einem Gitter-Kodierer ausgegeben wird;
ρ² eine Schätzung der Varianz des weißen Gauschen Rauschens ist; und lnP{j/k} ein gespeichert Wert ist, der eine Korrela tion zwischen einem möglichen Bitwert k auf einer Gitterver zweigung eines aktuellen Rahmens ist und j der dekodierte Wert des gleichen Bits in einem vorangehenden Rahmen ist. Die verbleibenden N-L im Rahmen kodierten Bits werden einer kon ventionellen Viterbi-Dekodierung unterzogen.

Alternativ werden das neue Maß (Gleichung 4), das bit weise Rahmen-zu-Rahmen Korrelationswerte und die quadrierte Euklidische Distanz verwendet, um solche Bits zu dekodieren, die eine hohe Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsbeziehung aufwei sen, und die quadrierte Euklidische Distanz des ML-Dekodie rers (Gleichung 3) ohne den Rahmen-zu-Rahmen Korrelationswert verwendet für solche Bits, die eine niedrige Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsbeziehung aufweisen. Beispielsweise weisen Bits, die eine niedrige Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsbeziehung auf weisen, Wahrscheinlichkeiten im Bereich von 0,451 bis 0,550 auf. Bits, die eine Wahrscheinlichkeit im Bereich von 0 bis 0,450 und 0,551 bis 1,00 aufweisen, werden als Bits mit einer hohen Rahmen-zu-Rahmen Beziehung angesehen. In dieser Ausfüh rungsform ist der Speicher 442 kleiner, da solche Bits, die eine niedrige Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsbeziehung aufwei sen keine im Speicher gespeicherte Wahrscheinlichkeitsmaßma trix haben.

Es ist auch zu beachten, daß das Rahmen-zu-Rahmen Korre lationsmaß für alle Bits im Gitterrahmen verwendet werden kann, ohne Berücksichtigung der Rahmen-zu-Rahmen Beziehung der Bits.

Die Ergebnisse, die man für einen VSELP Digitalsprachko dierer auf einem rauschhaltigen Kanal (definiert als Kanal BER von 8,6%), der einen konventionellen ML Viterbi-Dekodie rer verwendet, erhält, haben ein dekodiertes BER von 1,98% bei einem 100 Sekunden Sprachfile. Bei einem Dekodierer, der die neue Verzweigungsmaßgleichung 4 für jeden Zweig im Gitter verwendet, erniedrigt sich das BER auf 1,85%. Die Erfindung liefert somit eine mittlere Verbesserung von 7%. Dies stellt eine vom Menschen wahrnehmbare Verbesserung der Sprachquali tät dar. Die Leistung wird weiter verbessert, da die deko dierten Bits, die die stärkste bitweise Korrelation aufwei sen, an die Stellen bewegt werden, die die geringste Bitfeh lerrate aufweisen. Die Auswirkungen auf diese Bits stellen die am stärksten wahrnehmbaren Sprachkodierbits dar. Der Ein schluß der bitweisen Rahmen-zu-Rahmen Korrelation in das Maß kommt diesen Bits durch ihre hohe Rahmen-zu-Rahmen Korrela tion insbesondere zugute. Die sich ergebende Sprachqualitäts verbesserung beträgt somit effektiv mehr als 7%.

Es besteht ein anderer signifikanter Vorteil bei der vorliegenden Erfindung. In vielen digitalen Sprachkodiersy stemen wird eine "Schlechtrahmen" Strategie verwendet, um die Auswirkung von Dekodierfehlern auf die Ausgangssprachqualität zu mildern. Bei dieser Strategie werden die signifikantesten Sprachbits am Ausgang des Kanaldekodierers überwacht. Wenn ein Fehler in einem dieser Bits vermutet wird, wird der Sprachrahmen ausgeschieden. Wenn eine solche Schlechtrahmen strategie in einem System verwendet wird, das die vorliegende Erfindung verwendet, reduziert die Erfindung die Zahl der ausgeschiedenen Rahmen, weil die meisten wichtigen Bits eine hohe Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsbeziehung haben und spürbar weniger Fehler in diesen Bits auftreten, verglichen mit kon ventionellen Dekodierverfahren.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Implementierung der Dekodierschaltung keine wesentli che zusätzlichen Schaltungen benötigt. Viele konventionellen Dekodierer halten den vorausgehenden Rahmen für die Situation fest, in der der nächste Rahmen ausgeschieden wird. Somit ist der vorhergehende Rahmen verfügbar für die Bearbeitung ohne daß eine spürbare Schaltungsmenge zum existierenden System hinzugefügt werden muß.

Die vorliegende Erfindung ist in einem zellularen GSM Funktelefon gezeigt, worin sie besonders vorteilhaft ist. Die Erfindung kann jedoch auch vorteilhafterweise verwendet wer den, um Signale zu dekodieren, die von langsamen Sprachkodie rern und langsamen Videokodierern übertragen werden, bei de nen eine Rahmen-zu-Rahmen Korrelation von Bits vorhanden ist. Die Erfindung hat somit eine Anwendung beim Viterbi Dekodie ren von gefalteten Kodes, von durchgeschlagenen (punctured) gefalteten Kodes, Gitter-kodierter Modulation, kontinuierli cher Phasenmodulation, teilweisen Antwortsignalisiersystemen, maximalen Wahrscheinlichkeitsfrequenzschätzungen, Blockkode und bei blockkodierter Modulation. Zusätzlich zu diesen spe zifischen Viterbi-Anwendungen, kann die Anwendung bei einem M-Algorithmus und bei verallgemeinerten Viterbi-Algorithmen erfolgen.

Obwohl die Erfindung beschrieben wurde, wie sie eine bitweise Wahrscheinlichkeit aus einem Bit in einem einzigen vorangehenden Rahmen erzeugt, kann die bitweise Wahrschein lichkeit aus Bitwerten der gleichen Position in einer Viel zahl von vorhergehenden Rahmen erzeugt werden. Die Werte, die im Speicher gespeichert sind, sind bei dieser Ausführungsform P{j/k,h} anstelle von P{j/k}. Der Wert von P{j/k,h} ist die Wahrscheinlichkeit, daß das Bit den Wert j hat, wenn der Bit wert an derselben Position in einem vorhergehenden Rahmen ei nen Wert k hat und der Bitwert an derselben Position im Rah men davor, den Wert h hat. Somit wird die Tabelle größer und die Wahrscheinlichkeit hängt ab von den vorausgehenden zwei Rahmen.

Die Erfindung, die mit Sprachdekodierern gezeigt ist, kann alternativ dazu auch vorteilhaft mit irgend einem belie bigen System verwendet werden, bei dem Signale eine hohe Rah men-zu-Rahmen Korrelation aufweisen.

Somit sieht man, daß ein verbesserter Dekodierer be schrieben wurde. Der Dekodierer verwendet die hohe Rahmen-zu- Rahmen Korrelation einiger Bits, um die Leistungsfähigkeit des Dekodierers zu verbessern. Zusätzliche Verbesserungen werden erreicht durch Positionierung der wichtigsten Bits an solche Positionen, die die geringste Bitfehlerrate aufweisen.

Claims

1. Dekodierschaltung (223) mit:
einem Eingang (325) zur Eingabe von Datenbits;
einer Wahrscheinlichkeitsschaltung (432), die jeweils Wahrscheinlichkeiten erzeugt, die mit den Bits in mindestens vorbestimmten Bitpositionen der Eingabedatenrahmen verbunden sind, wobei die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten auf einer Bit-zu-Bit Basis als eine Funktion eines Wertes eines Bits an derselben Bitposition in einem früheren Datenrahmen erzeugt werden; und
einem Dekodierer (434), der mit dem Eingang und der Wahrscheinlichkeitsschaltung verbunden ist, wobei der Deko dierer Datenbits empfängt und eine Ausgangsdatensequenz er zeugt durch Auswahl von Bitwerten gemäß den Eingabedaten und den jeweiligen von der Wahrscheinlichkeitsschaltung erzeugten Wahrscheinlichkeiten.

2. Dekodierschaltung nach Anspruch 1, wobei die Wahr scheinlichkeitsschaltung eine Speicherschaltung (542) umfaßt, die die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten für jede der minde stens vorherbestimmten Bitpositionen speichert.

3. Dekodierschaltung nach Anspruch 2, wobei die Spei cherschaltung eine Vielzahl von Wahrscheinlichkeitswerten, die mit jeder der mindestens vorherbestimmten Bitpositionen verbunden ist, speichert, worin eine der Vielzahl von Wahr scheinlichkeitswerten, die mit jedem der mindestens vorherbe stimmten Bitpositionen verbunden ist, eine Wahrscheinlichkeit ist, daß ein Bitwert wiederholt werden wird und eine andere der Vielzahl von Wahrscheinlichkeitswerten, die mit jedem der mindestens vorherbestimmten Bitpositionen verbunden ist, die Wahrscheinlichkeit ist, daß der Bitwert sich ändern wird.

4. Dekodierschaltung nach Anspruch 3, weiterhin enthal tend eine vorherige Rahmenspeicherschaltung (545), die zwi schen dem Ausgang des Dekodierers und dem Eingang der Spei cherschaltung geschaltet ist.

5. Dekodierschaltung nach Anspruch 4, weiterhin enthal tend einen Verzweigungsmaßgenerator (540), der mit einem Aus gang der Wahrscheinlichkeitsschaltung und einem Eingang des Dekodierers verbunden ist, wobei der Verzweigungsmaßgenerator einen Verzweigungsmaßwert an den Dekodierer ausgibt.

6. Dekodierschaltung nach Anspruch 5, wobei der Dekodie rer (434) ein Gitter-Dekodierer ist.

7. Dekodierschaltung nach Anspruch 6, wobei der Verzwei gungsmaßgenerator weiterhin einen Addierer (552) und eine quadrierte Euklidische Distanzschaltung (650) umfaßt, wobei die quadrierte Euklidische Distanzschaltung mit dem Addierer verbunden ist.

8. Dekodierschaltung nach Anspruch 7, wobei der Verzwei gungsmaßgenerator weiter eine a priori Schaltung (660) um faßt, die mit der Speicherschaltung und dem Addierer verbun den ist, wobei der Addierer einen Ausgangswert der a priori Schaltung und einen Ausgangswert der quadrierten Euklidischen Distanzschaltung addiert, um eine Verzweigungsmaß zu erzeu gen.

9. Dekodierschaltung nach Anspruch 1, wobei die jeweili gen Wahrscheinlichkeiten als Funktion von Bitwerten in der selben Bitposition von mehr als einem vorhergehenden Daten rahmen erzeugt werden.

10. Dekodierschaltung nach Anspruch 1, wobei der Deko dierer eine quadrierte Euklidische Distanz und einen Wahr scheinlichkeitswert verwendet, um einen Weg für Bits auszu wählen, die eine hohe Rahmen-zu-Rahmen Korrelation aufweisen, und wobei der Dekodierer eine quadrierte Euklidische Distanz verwendet, um einen Weg für Bits auszuwählen, die eine nied rige Rahmen-zu-Rahmen Korrelationsbeziehung aufweisen.