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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Decodierungsleistung
in einem Telekommunikationssystem.
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In
der drahtlosen digitalen Telekommunikation müssen die analogen Sprachinformationen
in Digitalform codiert und dann vor der Übertragung durch eine Kanalcodierung
geschützt
werden, um eine angemessene Sprachqualität zu gewährleisten, wenn das Signal
empfangen wird. Zum Beispiel wiesen Sprachcodecs in der herkömmlichen
GSM-Sprachcodierung
eine feste Rate auf. Es gab zwei Vollratensprachcodecs und einen
Halbratensprachcodec in Verwendung im GSM-System. Die Vollratensprachcodecs
weisen entweder die Ausgangsbitrate von 13 oder von 12,2 kbit/s
auf, wohingegen der Halbratensprachcodec die Ausgangsbitrate von
5,6 kbit/s liefert. Diese Ausgangsbits, welche die codierten Sprachparameter
darstellen, werden in den Kanalcodierer eingegeben. Die Kanalcodierung
ist der Funktionssatz, der für
das Hinzufügen
von Redundanz zur Informationsfolge verantwortlich ist. Die Codierung
wird üblicherweise
an einer festen Anzahl von Eingangsbits durchgeführt. Die Ausgangsbitrate des
Kanalcodierers wird auf 22,8 kbit/s im Vollratenverkehrskanal beziehungsweise
auf 11,4 kbit/s im Halbratenverkehrskanal eingestellt.
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Demnach
arbeiten alle herkömmlichen
GSM-Codecs ungeachtet der Qualität
des Kanals mit einer festen Aufteilung zwischen Sprach- und Kanalcodierungsbitraten.
Diese Bitraten ändern
sich nie, solange keine Verkehrskanaländerung stattfindet, was außerdem ein
langsamer Prozess ist. Folglich führte dieser ziemlich inflexible
Ansatz im Hinblick auf eine gewünschte
Sprachqualität
einerseits und eine Systemkapazitätsoptimierung andererseits
zur Entwicklung des AMR-Codecs (Adaptive Multi-Rate).
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Ein
AMR-Codec passt die Aufteilung zwischen Sprach- und Kanalcodierungsbitraten
gemäß der Qualität des Kanals
an, um die bestmögliche
Gesamtsprachqualität
zu liefern. Der AMR-Sprachcodierer besteht aus dem Mehrratensprachcodierer,
einem quellengesteuerten Ratenschema, das einen Sprachaktivitätsdetektor
und ein Komfortgeräuscherzeugungssystem
umfasst, und einem Fehlerverschleierungsmechanismus, um die Auswirkungen
von Übertragungsfehlern
und verlorenen Paketen auszugleichen. Der Mehrratensprachcodierer
ist ein einzelner integrierter Sprachcodec mit acht Quellraten von
4,75 kbit/s bis 12,2 kbit/s und einem niedrigratigen Hintergrundgeräuschcodierungsmodus.
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Es
gibt mehrere Leistungskriterien, die für die Codecs eingestellt werden,
die zum Beispiel im GSM-System verwendet werden, wobei die Leistung
z.B. durch das Rahmenlöschverhältnis (FER
für engl.
frame erasure ratio), das Bitfehlerverhältnis (BER für eng. bit
error ratio) oder das Restbitfehlerverhältnis (RBER für engl.
residual bit error ratio) der empfangenen Daten auf jedem Verkehrskanal
TCH gemessen werden kann. Um außerdem
die Messung der Leistung automatisieren zu können, wurde ein Satz von Prüfschleifen entwickelt.
Ein Satz von vordefinierten Prüfschleifen
wird in die Mobilstation implementiert, die mit einem Systemsimulator
verbunden ist. Der Systemsimulator aktiviert eine spezifische Prüfschleife
und beginnt, entweder zufällige
oder vordefinierte Prüfdaten
in den Codec einzugeben. Die Mobilstation führt die Daten, die nach dem Durchführen einer
Kanalcodierung erhalten werden, zum Systemsimulator zurück. Der
Systemsimulator ist dann imstande, die rückgeführten Daten mit gesendeten
Daten zu vergleichen. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Leistung
des Kanaldecodiererteils des Codecs bezüglich mehrerer Kriterien gemessen
werden.
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Das
Problem, das die zuvor beschriebene Anordnung mit sich bringt, ist,
dass die Prüfschleifen
so ausgelegt sind, dass sie insbesondere für die früheren GSM-Codecs geeignet sind.
Der AMR-Codec umfasst jedoch Merkmale, welche in die früheren Codecs
nicht enthalten sind, weshalb durch Verwenden der bekannten Prüfschleifen
nicht alle Merkmale des AMR-Codecs geprüft werden können.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein verbessertes
Verfahren und ein verbessertes Gerät zum Implementieren des Verfahrens
bereitzustellen, um wenigstens einige der zuvor erwähnten Probleme
zu vermeiden. Die Aufgaben der Erfindung werden durch ein Verfahren
und ein Gerät
erreicht, welche durch das gekennzeichnet sind, was in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt
wird. Die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung werden in den abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Die
Erfindung basiert auf der Idee, dass, wenn die Decodierungsleistung
in einem Telekommunikationssystem bestimmt wird, welches einen Decodierer
und ein Prüfgerät zum Eingeben
von Prüfdaten
in den Decodierer umfasst, die Messung durch Erzeugen von Prüfdaten im
Prüfgerät gestartet
wird, wobei die Prüfdaten
Sprachparameter und ein Inband-Datenfeld umfassen, welche in einem
Rahmenformat, vorzugsweise Sprachrahmenformat, kanalcodiert werden,
welches dann zum Decodieren an den Decodierer gesendet wird. Der
Decodierer extrahiert wenigstens einen Teil des Inband-Datenfelds
aus den decodierten Prüfdaten
und sendet wenigstens den Teil des Inband-Datenfelds zum Prüfgerät zurück, wodurch
keine Sprachparameter oder irgendwelche anderen Daten gesendet werden.
Dann wird durch Vergleichen der gesendeten Inband-Datenfelds und
des empfangenen Inband-Datenfelds im Prüfgerät die Decodierungsleistung
bestimmt.
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Ein
Vorteil des Verfahrens und des Geräts gemäß der Erfindung ist, dass auch
die Leistung des Inband-Decodierers
gemessen werden kann. Ein anderer Vorteil der Erfindung st, dass,
da nur Inband-Daten vom Decodierer rückgeführt werden, Implementierungsprobleme
in Bezug auf verschiedene Sprachcodecbitraten in der Aufwärtsverbindung
und in der Abwärtsverbindung
verringert werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das bestehende Prüfgerät mit nur
geringfügigen
Modifikationen verwendet werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben,
wobei:
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1 ein
Funksystem darstellt, welches das Verfahren der Erfindung verwendet;
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2 die
allgemeine Struktur der Kanalcodierungskette im Codierer darstellt;
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3 die
Bildung von TCH/AFS-Rahmen für
verschiedene Codecmodi veranschaulicht;
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4 die
Bildung von TCH/AHS-Rahmen für
verschiedene Codecmodi veranschaulicht;
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5 ein
Flussdiagramm darstellt, welches das neue Prüfverfahren gemäß der Erfindung
veranschaulicht; und
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6 ein
Blockdiagramm darstellt, welches das Prüfgerät veranschaulicht, das das
Verfahren gemäß der Erfindung
implementiert.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Verwendung des GSM-Systems als der bevorzugten
Plattform für
die Ausführungsformen
der Erfindung ausführlicher
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf das GSM-System
beschränkt,
sondern kann in jedem entsprechenden System verwendet werden, in
welchem die Implementierung von Prüfschleifen auf ähnliche
Probleme stößt. Daher
kann die Erfindung zum Beispiel auf Breitband-Codemultiplexzugriffs-
oder WCDMA-Systeme (für
engl. Wideband Code Division Multiple Access) angewendet werden,
in welchen der AMR- oder adaptive Mehrratencodec ebenfalls unterstützt wird.
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1 stellt
ein Beispiel eines drahtlosen Funksystems dar, von welchem einige
Teile das Verfahren der Erfindung verwenden. Das dargestellte zellulare
Funksystem umfasst eine Basisstationssteuerung 120, Basissendeempfängerstationen 110 und
einen Satz von Teilnehmerendgeräten 100, 101.
Die Basissendeempfängerstationen 110 und
die Teilnehmerendgeräte
agieren als Sendeempfänger
in dem zellularen Funksystem. Die Teilnehmerendgeräte stellen
mithilfe von Signalen, die durch die Basissendeempfängerstation 110 fortgepflanzt
werden, eine Verbindung miteinander her. Ein Teilnehmerendgerät 100 kann
zum Beispiel ein Mobiltelefon sein. Das Funksystem, das in 1 dargestellt
ist, kann zum Beispiel ein GSM-System sein, und es kann zum Beispiel
das TDMA-Vielfachzugriffsverfahren
im Funksystem verwendet werden.
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Im
GSM-System gibt es mehrere logische Kanäle, welche auf dem Gitter der
physikalischen Kanäle transportiert
werden. Jeder logische Kanal führt
eine spezifische Aufgabe aus. Logische Kanäle können in zwei Kategorien unterteilt
werden: die Verkehrskanäle
(TCHs für
engl. traffic channels) und die Steuerkanäle (CCHs für engl. control channels).
GSM-Sprachverkehrskanäle
sind der TCH/FS (Vollratensprachkanal), der TCH/HS (Halbratensprachkanal),
der TCH/EFS (EFR-Sprachkanal), TCH/AFS (AMR-Sprach- auf FR-Kanal)
und TCH/AHS (AMR-Sprach-
auf HR-Kanal). Außerdem
gibt es mehrere Steuerkanäle,
die im GSM definiert sind, von welchen die meisten von ihnen zum
Aufbau einer Rufverbindung und zur Synchronisierung verwendet werden.
Es sind jedoch SACCH (Slow Associated Control Channel), der FACCH
(Fast Associated Control Channel) und der RATSCCH (Robust AMR Traffic
Synchronized Control Channel) beteiligt, während ein AMR-Ruf aktiv ist.
Sowohl der SACCH als auch der FACCH werden zur Übertragung von Signalisierungsdaten
während einer
Verbindung verwendet, aber es gibt einen SACCH-Zeitschlitz, der
jedem 26. TDMA-Rahmen zugewiesen wird, wohingegen der FACCH-Kanal
nur verwendet wird, wenn nötig.
Auch der RATSCCH, welcher zum Modifizieren der AMR-Konfigurationen
auf der Funkschnittstelle während
einer Verbindung verwendet wird, wird nur verwendet, wenn nötig. Wenn
ein FACCH oder ein RATSCCH benötigt
werden, werden ihnen die notwendigen Zeitschlitze zugewiesen, indem
sie von den TCH-Sprachrahmen „gestohlen" werden.
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In
der herkömmlichen
GSM-Sprachcodierung hatten Sprachcodecs eine feste Rate. Es gab
drei Sprachcodecs in Verwendung im GSM-System: den Vollraten- oder
FR-Sprachcodec (für engl.
full-rate), der auf dem RPE-LTP-Verfahren
(für eng.
Regular Pulse Excited – Long
Term Prediction) basiert, den Halbraten- oder HR-Sprachcodec (für engl.
half-rate), der auf dem CELP/VCELP-Verfahren (für engl. Codebook Excited Linear
Prediction) basiert, und den verbesserten Vollraten- oder EFR-Sprachcodec
(für engl.
enhanced full-rate), der auf dem ACELP-Verfahren (für engl.
Algebraic Codebook Excited Linear Prediction) basiert. Sprachcodecs
liefern alle 20 ms Sprachparameter zum Kanalcodec. Da die Abbildung
auf den logischen Kanal beim aktiven Ruf 120 ms dauert, enthält er 6
Sprachrahmen. Sowohl im Vollratenverkehrskanal (TCH/FS) als auch im
Vollratenverkehrskanal, der eine verbesserte Codierung verwendet
(TCH/EFS), wird ein neuer Sprachrahmen jeden 4. Burst gesendet,
der TCH-Informationen
enthält.
Für jeden
20-ms-Sprachrahmen liefert der Vollratensprachcodec FR 260 Bits,
und der verbesserte Vollratensprachcodec EFR liefert 244 Bits, welche
codierte Sprachparameter darstellen, was die Ausgangsbitrate von
13 kbit/s beziehungsweise 12,2 kbit/s ergibt. Im Halbratenverkehrskanal
(TCH/HS) wird ein neuer Sprachrahmen jeden 2. Burst gesendet, der
TCH-Informationen
enthält.
Für jeden
20-ms-Sprachrahmen liefert der Halbratensprachcodec HR 112 Bits,
welche codierte Sprachparameter darstellen, was die Ausgangsbitrate
von 5,6 kbit/s ergibt.
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Die
Ausgangsbits, welche die codierten Sprachparameter darstellen, werden
in den Kanalcodierer eingegeben. Die Kanalcodierung ist der Funktionssatz,
der für
das Hinzufügen
von Redundanz zur Informationsfolge verantwortlich ist. Die Codierung
wird üblicherweise
an einer festen Anzahl von Eingangsbits durchgeführt. Höhere Codierungsgewinne werden
durch Erhöhen
der Komplexität
der Codierung erreicht. Die Übertragungsverzögerung und
begrenzte Hardwareeinrichtungen schränken jedoch die Komplexität ein, die
in einer Echtzeitumgebung verwendet werden kann.
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Im
Folgenden wird auf 2 Bezug genommen, welche die
Kanalcodierungskette im Codierer veranschaulicht. Die Kanalcodierung
von Sprachparametern besteht aus mehreren Blöcken. Es wird eine Bitumordnung
(200) an den Bits der Sprachparameter gemäß der subjektiven
Wichtigkeit durchgeführt,
wobei die Bits in Kategorien 1A, 1B und 2 eingeteilt werden. Für die wichtigsten
Bits, d.h. Bits der Klasse 1A, wird eine zyklische Redundanzprüfung oder
CRC (für
engl. Cyclic Redundancy Check, 202) durchgeführt. Die
CRC-Technik sendet einige Zusatzbits, die durch den Empfänger zur
Erfassung von Fehlern im gesendeten Rahmen verwendet werden können. Die
Bits der Klasse 1B werden nicht durch die CRC geschützt. Die
beiden Klassen 1A und 1B werden durch eine Faltungscodierung (204)
geschützt,
die ein Verfahren zur Hinzufügung
von Redundanz zu den im Kanal gesendeten Bits ist. Der Faltungscodierer
erzeugt mehr Ausgangsbits als Eingangsbits. Die Art der Hinzufügung von
Redundanz ermöglicht
es dem Empfänger,
einen Algorithmus der größten Wahrscheinlichkeit
an den faltungscodierten Bits durchzuführen, um die Korrektur von
Signalfehlern zu ermöglichen,
die während
der Übertragung
eingeführt
wurden. Die Anzahl von Bits, die im Kanal gesendet werden kann,
ist begrenzt. Punktieren (206) ist ein Verfahren, um die
Anzahl von Bits, die auf dem Kanal gesendet werden, durch Löschen von
Bits aus den faltungscodierten Daten zu verringern. Der Decodierer
weiß,
welche Bits punktiert sind und fügt
Platzhalter dafür
hinzu. Im FR- Kanal
können
456 Bits je 20 ms gesendet werden, was die Bruttorate von 22,8 kbit/s
im Vollratenverkehrskanal ergibt. Entsprechend können im HR-Kanal 228 Bits je
20 ms gesendet werden, was die Bruttorate von 11,4 kbit/s ergibt,
die genau die Hälfte
der im Vollratenverkehrskanal verwendeten Bruttorate ist.
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Wie
bereits erwähnt,
arbeiten alle früheren
GSM-Codecs ungeachtet der Qualität
des Kanals mit einer festen Aufteilung zwischen Sprach- und Kanalcodierungsbitraten.
Diese Bitraten ändern
sich nie, solange keine Verkehrskanaländerung (von FR zu HR oder
umgekehrt) stattfindet, was außerdem
ein langsamer Prozess ist, der eine Schicht-3- oder L3-Signalisierung
erfordert. Diese feste Aufteilung verwendet die Tatsache nicht, dass
der Schutz, die durch die Kanalcodierung bereitgestellt wird, stark
von den Kanalbedingungen abhängt. Wenn
die Kanalbedingungen gut sind, könnte
eine niedrigere Kanalcodierungsbitrate verwendet werden, was eine
höhere
Bitrate für
den Sprachcodec ermöglicht.
Daher würde
ein Ermöglichen
einer dynamischen Aufteilung zwischen der Sprach- und der Kanalcodierungsbitrate
die Gesamtsprachqualität
verbessern. Die Entwicklung dieser Idee führte zur Standardisierung des
AMR-Codecs.
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Der
AMR-Codec passt die Fehlerschutzstufe an die Funkkanal- und Verkehrsbedingungen
an, so dass er stets darauf bedacht ist, den optimalen Kanal- und
Codecmodus (Sprach- und Kanalbitraten) auszuwählen, um die beste Gesamtsprachqualität zu erreichen.
Der AMR-Codec arbeitet entweder im GSM-FR- oder -HR-Kanal, und er
versieht den Benutzer mit einer Sprachqualität, die für den Halbratenkanal bei guten
Kanalbedingungen mit einer Drahtleitung vergleichbar ist.
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Der
AMR-Sprachcodierer besteht aus dem Mehrratensprachcodierer, einem
quellengesteuerten Ratenschema, das einen Sprachaktivitätsdetektor
und ein Komfortgeräuscherzeugungssystem
umfasst, und einem Fehlerverschleierungsmechanismus, um die Auswirkungen
von Übertragungsfehlern
und verlorenen Paketen auszugleichen.
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Der
Mehrratensprachcodierer ist ein einzelne integrierter Sprachcodec
mit acht Quellraten von 4,75 kbit/s bis 12,2 kbit/s und einem niedrigratigen
Hintergrundgeräuschcodierungsmodus.
Der Sprachcodierer ist imstande, seine Bitrate jeden 20-ms-Sprachrahmen
auf Befehl zu ändern.
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Der
AMR-Codec enthält
acht Sprachcodecs mit Bitraten von 12,2; 10,2; 7,95; 7,4; 6,7; 5,9;
5,15 und 4,75 kbit/s.
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Alle
Sprachcodecs sind für
den Vollratenkanal definiert, während
die sechs untersten für
den Halbratenkanal definiert sind, wie in der folgenden Tabelle
dargestellt.
| | 12,2 | 10,2 | 7,95 | 7,4 | 6,7 | 5,9 | 5,15 | 4,75 |
| TCH/AFS | X | X | X | X | X | X | X | X |
| TCH/AHS | | | X | X | X | X | X | X |
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Eine
Mobilstation muss alle Codecmodi implementieren. Das Netz kann jedoch
jede Kombination davon unterstützen.
Für AMR
erfolgt die Codecmodusauswahl aus einem Satz von Codecmodi (ACS,
Aktivcodecsatz), wobei der Satz 1 bis 4 AMR-Codecmodi umfassen kann.
Dieser Satz kann bei der Rufverbindungsaufbauphase, einer Weiterschaltungssituation
oder durch eine RATSCCH-Signalisierung
neu konfiguriert werden. Jeder Codecmodus stellt durch eine unterschiedliche
Verteilung zwischen der Sprach- und der Kanalcodierung eine andere Fehlerschutzstufe
bereit. Alle Sprachcodecmodi können
sich ohne die Vermittlung einer L3-Signalisierung ändern, was
einen schnellen Übergang
zwischen den Modi ermöglicht,
wenn die Kanalbedingungen sich ändern.
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3 veranschaulicht
die Bildung von TCH/AFS-Rahmen für
verschiedene Codecmodi. Bei Verwenden zum Beispiel des 12,2-kbit/s-Falles
wird der Rahmen ausgehend von den 244 Bits gebildet, die durch den Sprachcodec
ausgegeben werden. Die Sprachrahmenbits werden umgeordnet und in
Klasse 1A (81 Bits) und 13 (163 Bits) geteilt. Für den Schutz der 81 Bits der
Klasse 1A wird eine 6-Bit-CRC errechnet. 4 Flankenformungsbits werden
zu dem Block von 250 Bits hinzugefügt, wobei die Flankenformungsbits
zur Beendigung des Kanalcodierers verwendet werden. Eine Halbraten-Faltungscodierung
wird über
den Block von 254 Bits (244 + 6 + 4) durchgeführt, was einen Block von 508
Bits ergibt. Der Block von 508 Bits wird dann punktiert, wodurch die
Anzahl von Bits auf 448 Bits verringert wird. Schließlich werden
8 Bits hinzugefügt,
die Inband-Daten enthalten. Der Endblock von Daten ist 456 Bits
lang.
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Wie
in 3 dargestellt, weisen alle TCH/AFS-Kanalcodierten
Rahmen dieselbe Länge
(456 Bits) auf, auch wenn die Anzahl von Bits im Eingang (die Sprachparameter)
von Modus zu Modus verschieden ist. Die unterschiedliche Anzahl
von Eingangsbits wird durch Ändern
der Faltungscodierungsrate und der Punktierungsrate für jeden
Modus in genau 456 Ausgangsbits codiert. 456 Bits, die alle 20 ms
gesendet werden, was die Bruttorate von 22,8 kbit/s ergibt, machen
Gebrauch von allen Bits, die vom Vollratenverkehrskanal des GSM-Systems
verfügbar
sind.
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Entsprechend
zeigt 4 die Bildung von TCH/AHS-Rahmen für die sechs
verschiedenen Codecmodi. Das Prinzip der Rahmenbildung ist mit ein
paar Ausnahmen ähnlich
dem Fall der TCH/AFS-Rahmen. Bei der Bitumordnung werden die Bits
in die Klassen 1A, 1B und 2 Bits geteilt, während die TCH/AFS-Rahmen nur die
Klassen 1A und 1B verwendeten. Diese Klasse 2 Bits wird nicht faltungscodiert.
Außerdem
werden nur 4 Inband-Datenbits zum faltungscodierten Rahmen hinzugefügt. In allen
TCH/AHS-Codecmodi sind die kanalcodierten Rahmen 228 Bits lang.
228 Bits, die alle 20 ms gesendet werden, was die Bruttorate von
11,4 kbit/s ergibt, erfüllen
die Anforderungen des GSM-Systems für den Halbratenverkehrskanal.
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Wie
bereits erwähnt,
gibt es 8 Sprachcodecmodi, die für
AMR definiert sind, und der AMR-Codec kann auf beiden bestehenden
FR- und HF-Kanälen
verwendet werden. Daher gibt es 14 verschiedene Codecmodi, die für AMR definiert
sind (8 für
den TCH/AFS-Kanal, 6 für
den TCH/AHS-Kanal).
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Der
Verbindungsanpassungsprozess trägt
die Verantwortung für
die Messung der Kanalqualität.
In Abhängigkeit
von der Qualität
und möglichen
Netzbedingungen (z.B. Netzlast) wählt die Modusanpassung die
optimalen Sprach- und
Kanalcodecs aus. Die Mobilstation (MS) und die Basissendeempfängerstation
(BTS) führen
beide eine Kanalqualitätsschätzung für ihren
eigenen Empfangsweg durch. Auf der Basis der Kanalqualitätsmessungen
sendet die BTS einen Codecmodusbefehl oder Codec Mode Command (CMC,
der Modus, der durch die MS in der Aufwärtsverbindung verwendet wird)
an die MS, und die MS sendet eine Codecmodusanforderung oder Codec
Modus Request (CMR, der Modus, der in der Abwärtsverbindung verwendet werden muss)
an die BTS. Diese Signalisierung wird zusammen mit den Sprachdaten
inband-gesendet. Der Codecmodus in der Aufwärtsverbindung kann verschieden
sein von dem, der in der Abwärtsverbindung
verwendet wird, aber der Kanalmodus (Vollrate oder Halbrate) muss
derselbe sein. Die Inband-Signalisierung wurde entwickelt, um eine
schnelle Anpassung an rasche Kanaländerungen zu ermöglichen.
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Das
Netz steuert die Codecmodi und Kanalmodi in der Aufwärtsverbindung
und in der Abwärtsverbindung.
Die Mobilstation muss den Codec Mode Command vom Netz befolgen,
während
das Netz jede ergänzende
Information verwenden kann, um den Codecmodus in der Abwärtsverbindung
und in der Aufwärtsverbindung
zu bestimmen.
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Im
GSM-System zum Beispiel sind Kanalcodierungsalgorithmen genau spezifiziert.
Statt den Kanaldecodiereralgorithmus zu spezifizieren, werden Leistungskriterien
definiert, die von der MS erfüllt
werden müssen.
Es gibt mehrere Leistungskriterien, die für die Kanalcodecs festgelegt
sind, die im GSM-System verwendet werden, wobei die Leistung z.B.
durch das Rahmenlöschverhältnis (FER),
das Bitfehlerverhältnis
(BER) oder das Restbitfehlerverhältnis
(RBER) der empfangenen Daten auf irgendeinem Verkehrskanal TCH gemessen
werden kann. Für
das GSM-System sind die Kriterien zum Beispiel in dem Dokument „3GPP TS
05.05 V8.7.1, Digital cellular telecommunications system (Phase
2+); Radio transmission and reception" genauer definiert. Um die Entwicklung
und Implementierung der Kanalcodecs zu ermöglichen und die Leistung des
Empfängers
zu messen, wurde ein spezifisches Gerät, genannt Systemsimulator
(SS) definiert, welcher zum Beispiel zu Typzulassungszwecken verwendet
werden kann. Es wurde ein Satz von Prüfschleifen zum Messen der Leistung
des Kanaldecodierers entwickelt. Eine vordefinierte Prüfschleife
wird in einer Mobilstation aktiviert, die mit dem Systemsimulator
verbunden ist, und die Leistung wird hinsichtlich mehrerer Kriterien
gemessen. Für
das GSM-System sind diese Prüfschleifen
in dem Dokument „GSM
04.14 ETSI TS 101 293 V8.1.0, Digital cellular telecommunications
system (Phase 2+); Individual equipment type requirements and interworking;
Special conformance testing function" genauer definiert.
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Diese
Prüfschleifen
sind so ausgelegt, dass sie insbesondere für die früheren GSM-Codecs geeignet sind.
Der AMR-Codec umfasst jedoch Merkmale, welche in den früheren Codecs
nicht enthalten sind, weshalb nicht alle AMR-Merkmale durch Verwenden
der bekannten Prüfschleifen
geprüft
werden können.
Die vorliegende Erfindung löst
wenigstens einige der Probleme, die mit der AMR-Prüfung verbunden
sind.
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Ein
Problem steht mit dem Bestimmen der Leistung der Inband-Signalisierundsdecodierung
in Zusammenhang. Wie zuvor in 3 und 4 beschrieben,
umfasst der AMR-codierte
Verkehrskanalrahmen stets einige Steuerbits, die zusammen mit den
Sprachbits übertragen
werden. Diese Bits werden Inband-Signalisierungsbits genannt. Der
Zweck dieser Bits ist es, die Codecmodusänderung ohne jeglichen weiteren
Signalisierungsrahmen zu ermöglichen.
Da es in einem Modussatz höchstens
vier Modi gibt, werden nur zwei Bits benötigt, um die Inband-Informationen
zu codieren. Zur Unterstützung
der Decodierung bei schwierigen Kanalbedingungen werden diese Bits
auf ein längeres
Bitmuster abgebildet: 8 Bits auf TCH/AFS und 4 Bits auf TCH/AHS.
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Die
Informationen, die inband-gesendet werden, hängen von der Richtung ab. In
der Abwärtsverbindungsrichtung
(von der BTS zur MS) werden zwei verschiedene Informationen in zwei
aufeinander folgenden Rahmen zeitlich gemultiplext. Im ersten Rahmen
wird ein Modusbefehl MC (mode command) von der BTS an die MS gesendet,
wodurch die BTS den Modus anordnet, den die MS in der Aufwärtsverbindung
verwenden muss. Im zweiten Rahmen wird eine Modusangabe MI (mode
indication) von der BTS an die MS gesendet, wodurch die BTS die
MS über
den Modus informiert, den sie in der Abwärtsverbindung verwendet. Auch
in der Aufwärtsverbindungsrichtung
(von der MS zur BTS) werden zwei verschiedene Informationen in zwei
aufeinander folgenden Sprachrahmen zeitlich gemultiplext. Im ersten
Rahmen wird eine Modusanforderung MR von der MS an die BTS gesendet,
wodurch die MS die NTS auffordert, einen bestimmten Modus in der
Abwärtsverbindung
zu verwenden. Im zweiten Rahmen wird von der MS eine Modusangabe
MI an die BTS gesendet, wodurch die MS die BTS über den Modus informiert, den
sie in der Aufwärtsverbindung
verwendet. Die Informationen, die inband-gesendet werden, werden
stets zeitlich gemultiplext, d.h. jeder zweite Rahmen enthält den aktuellen
Modus und jeder andere Rahmen enthält den befohlenen/angeforderten
Modus.
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Wenn
ein 20-ms-Rahmen durch die MS empfangen wurde, wird er durch den
Kanaldecodierer verarbeitet. Die Ausgabe des Kanalcodecs sind die
kanalcodierten Parameter zusammen mit den Informationen, die inband-gesendet
wurden. Wenn diese Informationen ein Modusbefehl (MC) waren, modifiziert
die MS den Sprachmodus, den sie in der Aufwärtsverbindung verwendet, gemäß dem Befehl,
da die MS dem befohlenen Modus (MC) von der BTS immer Folge leisten
muss. Dieser verwendete Aufwärtsverbindungsmodus
wird über die
inband-gesendete Aufwärtsverbindungsmodusangabe
an die BTS signalisiert.
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Da
die früheren
Verkehrskanalrahmen der Festratenkanalcodecs keinerlei Inband–Daten umfassen, gibt
es keine bestehenden Prüfverfahren,
um die Leistung des Inband-Decodierers in allen Situationen zu messen.
Wenn versucht werden würde,
die Inband-Decodiererleistung mit derzeitigen Prüfschleifen und Prüfgeräten (Systemsimulator
SS) zu messen, würde
die MS dem empfangenen Modusbefehl (MC) folgen und ihre Aufwärtsverbindungsmodusangabe
(MI) entsprechend ändern.
Es ist dann für
das Prüfgerät SS möglich, die
empfangene MI mit dem zuvor gesendeten MC zu vergleichen. Wenn beide ähnlich sind,
kann daraus geschlossen werden, dass der Inband-Decodierer korrekt
gearbeitet hat. Wenn sie verschiedenen sind, besagt dies, dass die
MS den MC, der von der BTS kam, nicht korrekt decodiert hat. Aus
diesen Beobachtungen kann das SS die Leistung des Inband-Decodierers berechnen.
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Ein
Problem tritt auf, wenn versucht wird, die Leistung des MI-Inband-Decodierers
zu schätzen.
Die Abwärtsverbindungs-MI
hat keinen direkten Einfluss auf irgendwelche inband-signalisierte
Aufwärtsverbindungsinformationen.
Wie bereits erwähnt,
wird die Aufwärtsverbindungs-MI
direkt durch den Abwärtsverbindungs-MC
beeinflusst. Von den zwei zeitlich gemultiplexten Inband-Informationen
bleibt die Modusanforderung (MR). Die Modusanforderung wird durch
den Verbindungsanpassungsalgorithmus der Mobilstation erzeugt und
nicht direkt durch die Abwärtsverbindungs-MI
modifiziert. Aus diesem Grund kann das SS die Leistung des MI-Inband-Decodierers
nicht berechnen.
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Aus
einer inkorrekten Decodierung der Abwärtsverbindungs-MI folgt eine inkorrekte
Decodierung von Sprachparametern, die CRC-Prüfung schlägt fehl, und der Rahmen wird
dann als fehlerhaft erklärt.
Wenn die frühere
Prüfschleife
aktiviert wird, werden die falsch decodierten Sprachparameter zum
Prüfgerät SS rückgeführt. Es
wäre für das SS
möglich,
gesendete Sprachparameter mit den rückgeführten Sprachparametern zu vergleichen,
um die Leistung des MI-Inband-Decodierers zu bestimmen. Die Kanalcodierung
der Inband-Bits ist jedoch viel stärker als die Kanalcodierung
der Sprachparameter, weshalb die Decodierung von Sprachparametern
eher als die Decodierung von Inband-Parametern fehlschlägt. Folglich
wäre die
gemessene Leistung die des Decodierers von Sprachparametern, nicht
die des Inband-Decodierers.
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Es
wurde eine neue interne Prüfschleife
entwickelt, um dieses Problem zu überwinden. In der neuen Prüfschleife
wird der Verbindungsanpassungsalgorithmus umgangen und durch eine
Funktion ersetzt, welche die empfangenen Inband-Daten rückführt. Dies
erfolgt ungeachtet der Inband–Signalisierungsphase.
Dies führt
zu zwei möglichen
Situationen: der empfangene MC kann in der Aufwärtsverbindung als MI gesendet werden,
und die empfangene MI wird dann als MR rückgeführt. In der anderen möglichen
Situation kann der empfangene MC in der Aufwärtsverbindung als MR gesendet
werden, und die empfangene MI wird als MI rückgeführt. Da das Ziel der Schleife
ist, die Inband-Decodierungsleistung zu berechnen, werden die Sprachparameter,
die durch das SS gesendet werden, von der MS nicht rückgeführt, sondern
sie werden als Nullen codiert. Vorteilhafterweise verringert dies
Implementierungsprobleme in Zusammenhang mit verschiedenen Sprachcodecbitraten
in der Aufwärtsverbindung
und in der Abwärtsverbindung.
Es wird nur das Inband-Signalisierungsmuster, d.h. nur Inband-Bits, keine Sprachparameter,
zum SS zurückgesendet,
und die Leistung des Inband-Decodierers kann vorteilhafterweise
gemessen werden. Aus dem empfangenen Inband–Signalisierungsmuster kann
zum Beispiel die Rahmenfehlerrate für den Inband-Kanal (TCH/AxS-INB
FER) bestimmt werden.
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Das
Verfahren gemäß der neuen
Prüfschleife
wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 5 veranschaulicht.
Um eine transparente Prüfschleife
für TCH-Rahmen
herzustellen, muss zwischen dem SS und der MS ein TCH aktiv sein.
Der TCH kann ein AMR-Sprach- über
Voliratenkanal oder Halbratenkanal jeder anderen Rate, die im GSM-System
spezifiziert ist, sein. Die Prüfschleife
wird in einer MS durch Senden einer geeigneten Befehlsmeldung an
die MS aktiviert, welcher Befehl zum Beispiel eine CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung
(TCH-Schleife-Schließen-Befehl)
gemäß dem GSM-System
sein kann. Das SS weist die MS an, ihre TCH-Schleife zu schließen, indem
es eine CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung (500) sendet, die spezifiziert,
dass der TCH eine Schleife bilden soll und dass decodierte Inband-Signalisierungsinformationen
durch die MS rückgeführt werden
sollen. Das SS startet dann den Zeitgeber TTO1 (502), welcher
ein Zeitlimit für
die MS, um zu antworten, einstellt. Wenn kein TCH aktiv ist oder
bereits irgendeine Prüfschleife
geschlossen ist (504), ignoriert die MS jegliche CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung
(506). Wenn ein TCH aktiv ist, schließt die MS ihre TCH-Schleife
für den
spezifizierten TCH und sendet eine CLOSE_TCH_LOOP_ACK (TCH-Schleife-Schließen-Bestätigung)
an das SS zurück
(510).
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Nachdem
die MS ihre TCH-Schleife geschlossen hat, wird jede Inband-Signalentscheidung
vom Ausgang des Kanaldecodierers genommen (512) und in
den Kanalcodierer eingegeben (514). Gesendete Sprachparameter
werden dadurch, dass der eingegebene Rahmen in den Kanalcodierer
auf Nullengesetzt wird (516), keine Schleife bilden gelassen.
Die Inband-Signalentscheidungen, die in den Kanalcodierer eingegeben
werden, werden auf derselben TCH-Aufwärtsverbindung zum SS gesendet
(518). Dies geschieht vorteilhafterweise ungeachtet der
Verbindungsanpassung, wodurch die decodierten Inband-Informationen direkt
zum SS rückgeführt werden.
Das SS misst die Leistung des Inband-Decodierers aus dem empfangenen
Inband-Signalisierungsmuster (520) zum Beispiel durch Bestimmen
der Rahmenfehlerrate für
den Inband-Kanal (TCH/AxS-INB FER).
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Der
Inhalt der CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung wird in dem zuvor erwähnten Dokument
GSM 04.14 genauer definiert. Diese Meldung wird nur in der Richtung
SS zu MS gesendet. Die CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung umfasst vier Informationselemente:
ein Protokolldiskriminatorfeld und ein Sprungindikatorfeld, welche
beide eine Länge
von vier Bits aufweisen und im Dokument „GSM 04.07, v.7.3.0, sect.
11.1.1 and 11.1.2" genauer
definiert werden, ein Meldungstypfeld mit einer Länge von
acht Bits, die alle als Nullen definiert sind, und ein Unterkanalfeld
ebenfalls mit einer Länge
von acht Bits. Von den Unterkanalfeldbits haben fünf Bits
eine spezifische Bedeutung beim Definieren des Meldungsinhalts,
und sie werden X-, Y-, Z-, A- und B-Bts genannt. Drei Bits sind
unbelegte Bits, die auf null gesetzt werden.
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Die
Aktivierung der Prüfschleife
gemäß der Erfindung
kann mithilfe der CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung implementiert werden,
wenn auch einem der unbelegten Bits vorteilhafterweise eine spezifische
Bedeutung beim Definieren des Meldungsinhalts zugewiesen wird. Dieses neue
Bit kann zum Beispiel C-Bit genannt werden. Wenn das C-Bit mit einem
Wert eins definiert wird, kann dann ein neuer Meldungsinhalt durch
eine bestimmte Bitkombination definiert werden. Zum Beispiel könnte die
folgende Bitkombination definiert werden: A = 1, B = 0 und C = 1,
was bedeutet, dass, wenn der schleifenbildende TCH ein TCH/AxS ist,
dann decodierte Inband-Signalisierungsinformationen
rückgeführt werden
sollen. Der Wert von X-Bit zeigt an, ob nur ein Vollratenkanal aktiv
ist oder welcher von den möglicherweise
verfügbaren
Unterkanälen
verwendet wird. Die Werte von Y- und Z-Bits können verworfen werden.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird die Prüffolge
der Inband-Datenmodi, welche das SS verwendet, an die MS geliefert.
Die Lieferung kann entweder vor der Aktivierung der Prüfschleife oder
während
des Prüfungsaufbaus
stattfinden. Das SS aktiviert die Prüfschleife in der MS zum Beispiel
durch Senden der CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung und beginnt, die Prüffolge zu
senden. In der MS ist ein Zähler
implementiert, welcher jedes Mal inkrementiert wird, wenn die decodierten
Inband-Daten nicht dem erwarteten Ergebnis entsprechen. Wenn die
Prüffolge
die Schleife vollständig
ausführt,
kann der Wert des Zählers entweder
von der MS überprüft werden
oder er kann an das SS gesendet werden, von welchem Wert die Leistung
des Inband-Decodierers hergeleitet werden kann.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung bleibt der Verbindungsanpassungsalgorithmus in einem
aktiven Zustand, und die MS befolgt die Modusbefehle MC, die durch
das SS gesendet werden. Dann werden nur die Modusangaben MI gemäß dem befohlenen
Modus MC zum SS zurückgesendet.
Die Sprachparameter, die durch das SS gesendet werden, werden von
der MS nicht rückgeführt, sondern
sie werden als Nullen codiert. Das SS vergleicht die empfangene
Modusangabe MI mit dem gesendeten Modusbefehl MC, und wenn sie einander
entsprechen, kann die Decodierung des Modusbefehls MC vorteilhafterweise
gemessen werden. Da jedoch nur jeder zweite Rahmen durch das SS
geprüft
wird, muss die Leistung der Decodierung der Modusangabe MI durch
eine getrennte Prüfschleife
gemessen werden.
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Das
Blockdiagramm von 6 veranschaulicht ein Gerät, welches
in der Prüfungskonfiguration
gemäß der Erfindung
angewendet werden kann. Der Systemsimulator 600 umfasst
einen Generator 602 zum Erzeugen von zufälligen/konstanten
Sprachparametermustern, welche dann in einen Kanalcodierer 604 zum
Codieren eingegeben werden. Die kanalcodierten Sprachrahmen werden
dann in ein Sendemittel 606 zum Weitersenden über einen.
Kanalsimulator 608 an die Mobilstation 610 eingegeben.
Die Mobilstation 610 umfasst ein Empfangsmittel 612 zum
Empfangen der Sendung, von welchem die kanalcodierten Sprachrahmen
in den Kanaldecodierer 614 eingegeben werden. Die Mobilstation 610 umfasst
Mittel 616 zum Implementieren von Prüfschleifen und zum Ausführen einer
spezifischen Prüfschleife
gemäß den Anweisungen,
die durch den Systemsimulator 600 gegeben werden. Die zu
verwendende Prüfschleife
kann zum Beispiel durch die CLOSE_TCH_LOOP_CMD-Meldung definiert
werden, wie zuvor beschrieben. Die Ausgabe der Prüfschleife wird
in den Kanalcodierer 618 zum Codieren eingegeben. Die kanalcodierten
Daten werden dann dem Sendemittel 620 zum Weitersenden
an den Systemsimulator 600 zugeführt. Der Systemsimulator 600 umfasst ebenfalls
ein Empfangsmittel 622 zum Empfangen der Sendung, von welchem
die kanalcodierten Daten in den Kanaldecodierer 624 eingegeben
werden. Der Systemsimulator 600 umfasst Vergleichsmittel 626 zum
Vergleichen der empfangenen Daten mit dem gesendeten Muster, und
als Ergebnis des Vergleichs kann die Leistung der Decodierung gemessen
werden.
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Für einen
Fachmann ist zu erkennen, dass im Zuge des technischen Fortschritts
die Grundidee der Erfindung auf zahlreiche Arten und Weisen ausgeführt werden
kann. Demnach sind die Erfindung und ihre Ausführungsformen durch die zuvor
dargelegten Beispiele nicht beschränkt, sondern sie können im
Rahmen der angehängten
Ansprüche
variieren.