FI105001B - Menetelmä odotusajan selvittämiseksi puhedekooderissa epäjatkuvassa lähetyksessä ja puhedekooderi sekä lähetin-vastaanotin - Google Patents

Description

105001

Menetelmä odotusajan selvittämiseksi puhedekooderissa epäjatkuvassa lähetyksessä ja puhedekooderi sekä lähetin-vastaanotin - Förfarande för utredning av väntetiden i en talavkodare i diskontinuerlig sändning och en talavkodare samt en sändare-mot-tagare 5

Keksintö koskee yleisesti digitaalisissa radiojärjestelmissä käytettävää puhekoo-dausta ja -dekoodausta ja erityisesti epäjatkuvassa lähetystavassa puhejaksojen jälkeen käytettävän odotusajan hyödyntämistä puhedekooderissa. Keksintö koskee 10 erityisesti menetelmää odotusajan selvittämiseksi puhedekooderissa epäjatkuvaa lähetystä lähettimen ja vastaanottimen välillä käyttävässä tietoliikennejärjestelmässä, joka epäjatkuva lähetys käsittää ajallisesti peräkkäin kehysaikoja, joissa osassa lähetetään kehys ja osassa ollaan lähettämättä, muodostaen ainakin yhden kehyksen käsittäviä informaatiolähetysjaksoja, jotka sisältävät käyttäjän mainitulle lähetinlait-15 teelle antamaa informaatiota, ja ainakin yhden kehysajan pituisia hiljaisuusjaksoja, jotka sisältävät muuta kuin käyttäjän antamaa informaatiota, ja käsittäen epäsäännöllisesti informaatiolähetysjakson ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson välissä ainakin yhden kehyksen käsittävä ajanjakso, joka muodostaa odotusajan hiljaisuusjaksoon liittyvän informaation määrittämiseksi. Keksintö koskee vastaavasti menetelmän to-20 teuttavaa puhedekooderia sekä lähetin-vastaanotinta.

Puhekoodauksen ja -dekoodauksen liittymistä matkapuhelimen toimintaan havainnollistetaan seuraavassa, jolloin keksinnön ymmärtämiseksi selostetaan solukkopoh-jaisen matkaviestinjärjestelmän lähetinvastaanottimentoimintaa. Esimerkin vuoksi 25 selostetaan aikajakomonikäyttöön perustuvan yhteiseurooppalaisen GSM-järjestel-män lähetin- ja vastaanotintoimintaa viittaamalla kuvaan 1, jossa on esitetty lohko-kaavio GSM-järjestelmän mukaisesta lähetin/vastaanottimesta matkapuhelimessa. Tukiaseman lähetin/vastaanotin eroaa matkapuhelimen lähetin/vastaanottimesta tavallisesti siinä, että se on monikanavainen eikä siinä ole mikrofonia ja kaiutinta, 30 muuten se on periaatteeltaan samankaltainen kuin matkapuhelimen lähetin/vastaanotin.

Lähetyssekvenssin ensimmäinen vaihe on analogisen puheen digitointi 1 ja koodaus 2. Näytteenotto A/D-muuntimella 1 tapahtuu 8 kHz taajuudella ja puheenkoodausal-35 goritmi olettaa sisääntulosignaalin olevan 13 bitin lineaarista PCM:ää. A/D-muunti-mesta saatavat näytteet segmentoidaan 160 näytteen puhekehyksiksi, jolloin kunkin puhekehyksen kesto on 20 ms. Puhekooderi 2 käsittelee 20 ms puhekehyksiä eli ennen koodauksen alkamista otetaan puskuriin 20 ms puhetta. Koodausoperaatiot teh- 105001 2 dään kehyskohtaisesti tai näiden alikehyksinä (40 näytteen lohkoina). Puhekooderin 2 koodauksen tuloksena yhdestä kehyksestä saadaan 260 bittiä.

Puheenkoodauksen 2 jälkeen suoritetaan kanavakoodaus 3 kahdessa vaiheessa, jol-5 loin ensin (260 bittiä) osa biteistä (50 tärkeintä) suojataan lohkokoodilla 3 a (= CRC, 3 bittiä) ja sen jälkeen nämä sekä seuraavaksi tärkeimmät bitit (132) suojataan edelleen konvoluutiokoodilla 3b (koodaussuhde 1/2) ((50+3+132+4)*2=378), ja osa biteistä otetaan suojaamattomina (78). Kuten kuvassa 1 on esitetty, tulevat signalointi-ja loogiset sanomat suoraan puhelimen lohkoja ohjaavalta ohjausyksiköltä 19 lohko- 10 koodauslohkolle 3a, eikä näille datasanomille siten luonnollisestikaan suoriteta puheenkoodausta. Vastaavasti vastaanotossa vastaanotetut signalointi- ja loogiset sanomat viedään kanavadekoodauslohkolta 15 ohjausyksikölle. Lohkokoodauksessa 3a puhekehyksen loppuun liitetään bittijono, jonka avulla vastaanotossa voidaan ilmaista siirtovirheitä. Konvoluutiokoodauksessa 3b kasvatetaan puhekehyksen re-15 dundanssia. Kaiken kaikkiaan lähetetään siis 456 bittiä per 20 ms kehys.

Nämä 456 bittiä lomitetaan 4 (interleaving) ja lomituskin 4 on kaksivaiheinen. Ensin 4a kehyksen bittien jäijestys sekoitetaan ja jaetaan sekoitetut bitit kahdeksaan yhtä suureen lohkoon. Nämä lohkot jaetaan 4b edelleen kahdeksaan peräkkäiseen 20 TDMA-kehykseen, jolloin lomitetut 456 bittiä lähetetään kahdeksassa radiotien ai-f kavälissä (57 bittiä kussakin). Lomituksella pyritään siirtovirheet, jotka yleensä esiintyvät virheryöppyinä, levittämään tasaisesti yli koko lähetettävän datan, jolloin kanavadekoodaus toimii tehokkaimmin. Lomituksen purkamisen jälkeen virheryöp-1 py muuttuu yksittäisiksi virhebiteiksi, jotka voidaan korjata kanavadekoodauksessa.

25 Seuraava vaihe lähetyssekvenssissä on datan salaus 5. Salaus 5 tehdään algoritmilla, joka on GSM:n tarkimmin varjeltuja salaisuuksia. Salauksella estetään puhelujen luvaton kuuntelu, joka analogisissa verkoissa on mahdollista.

Salatusta datasta muodostetaan 6 lähetettävä purske lisäämällä siihen opetusjakso, 30 häntäbitit ja suoja-aika. Lähetettävä purske viedään GMSK-modulaattoriin 7, joka : moduloi purskeen lähetystä varten. GMSK-modulaatiomenetelmä (Gaussian Mini mum Shift Keying) on vakioamplitudinen digitaalinen modulaatiomenetelmä, jossa informaatio sisältyy vaiheen muutoksiin. Lähetin 8 sekoittaa moduloidun purskeen yhden tai useamman välitaajuuden kautta 900 megahertsille ja lähettää sen antennin 35 kautta radiotielle. Lähetin 8 on yksi kolmesta radiotaajuuslohkosta RF. Vastaanotin 9 on vastaanottopuolen ensimmäinen lohkoja tekee lähettimelle 8 käänteiset toiminnat. Kolmas RF-lohko on syntetisaattori 10, joka huolehtii taajuuksien muodostamisesta. GSM-järjestelmässä on käytössä taajuushyppely, jossa lähetys- ja vastaanotto- 3 105001 taajuudet vaihtuvat jokaisessa TDMA-kehyksessä. Taajuushyppely parantaa yhteyden laatua, mutta asettaa syntetisaattorille 10 tiukkoja vaatimuksia. Syntetisaattorin 10 on pystyttävä siirtymään taajuudelta toiselle hyvin nopeasti, alle millisekunnissa.

5 Vastaanotossa tehdään lähetykselle käänteiset operaatiot. RF-vastaanottimen 9 ja demodulaattorin 11 jälkeen tehdään bittien ilmaisu 12 esim. kanavakorjaimella, jossa vastaanotetuista näytteistä ilmaistaan bitit eli koetetaan saada selville lähetetty bittisekvenssi. Ilmaisun jälkeen puretaan salaus 13 ja lomitus 14 sekä tehdään ilmaistuille biteille kanavadekoodaus 15 sekä tarkistetaan virhesumma syklisellä re-10 dundanssitarkistuksella (CRC, cyclic redundancy check). Kanavadekoodauksessa 15 pyritään korjaamaan purskeen siirrossa syntyneet bittivirheet. Kanavadekoodauksen 15 jälkeisessä 260 bitin mittaisessa puhekehyksessä ovat lähetetyt puhetta kuvaavat parametrit, joiden avulla puhedekooderi 16 muodostaa puhesignaalin digitaaliset näytteet. Näytteet D/A-muunnetaan 17 kaiuttimelle 18 toistoa varten.

15 Lähetin/vastaanottimessa on keskeisenä matkaviestimen ohjaavana yksikkönä ohjausyksikkö 19, joka ohjaa oleellisesti kaikkia lohkoja 1-18 ja koordinoi niiden toimintoja ja ohjaa ajoitusta. Ohjausyksikkö 19 käsittää tavallisesti esim. mikroprosessorin.

20 GSM-jäqestelmä perustuu aikajakomonikäyttöön (TDMA, Time-Division Multiple Access) ja sen radioliikennettä varten on varattu kaksi 25 MHz:n taajuuskaistaa, 890 - 915 MHz matkaviestimen lähetystä varten ja 935 - 960 MHz vastaanottoa varten. Nämä taajuusalueet on jaettu 124 taajuuskanavaan, joiden väli on 200 kHz.

25 TDMA-periaatteiden mukaisesti jokainen taajuuskanava on jaettu 8 aikaväliin. Jokaiselle matkapuhelimelle annetaan yksi aikaväli lähetystä ja vastaanottoa varten, joten yhdellä taajuuskanavalla voi olla kahdeksan puhelinta yhtäaikaa. Kommunikointi radiotiellä tapahtuu purskeina mainituissa aikaväleissä, jolloin kukin purske lähetetään omassa aikavälissä. GSM-järjestelmän siirtonopeudella 271 kbit/s saa-30 daan 156,25 bitin pituisen purskeen pituudeksi ajassa 577 ps, jolloin kahdeksan ai-kaväliä käsittävän TDMA-kehyksen pituus on 4,615 ms. Kuvassa 2 on esitetty lähetys ja vastaanotto yhden matkapuhelimen kannalta nähtynä, jolla on kutakin kahdeksan aikaväliä käsittävää TDMA-kehystä kohden yksi aikaväli RX2 vastaanottoa varten ja yksi aikaväli TX2 lähetystä varten. Matkapuhelimella on siten lähetystä 35 0,577 ms ajan jokaista 4,615 ms:n TDMA-kehystä kohden.

Digitaalisissa solukkoradiopuhelinjäijestehnissä, kuten GSM-järjestelmä (Groupe Speciale Mobile), käytetään yleisesti ns. epäjatkuvaa lähetystapaa (engl. Disconti- 4 105001 nuous Transmission, DTX) radiopuhelimen lähettimen kytkemiseksi pois päältä suurimmaksi osaksi siitä ajasta, jolloin käyttäjä ei puhu eli puhelimella ei ole mitään lähetettävää. Tällä pyritään pienentämään radiopuhelimen keskimääräistä tehonkulutusta ja parantamaan radiotaajuuksien hyötykäyttöä, koska pelkkää hiljaaoloa välit-5 tävän signaalin lähettäminen aiheuttaa turhia häiriöitä muihin samanaikaisiin radioyhteyksiin. Keksinnön taustan selvittämiseksi seuraavassa selostetaan suhteellisen yksityiskohtaisesti tekniikan tason mukaista menettelyä puheenkoodauksessa ja -dekoodauksessa epäjatkuvan lähetystavan käyttämiseksi. GSM-järjestelmää ja siihen kuuluvia nimityksiä ja standardeja on käytetty esimerkinomaisesti kuvaamaan kek-10 sinnön taustaa ja sovellettavuutta, mutta keksintö ei mitenkään rajoitu vain GSM- järjestelmän yhteyteen.

Kuvassa 3 on esitetty radiojärjestelmän Iähetinlaitteen lohkokaavio, johon kuuluu puheenkoodauslaite eli puhekooderi 102. Sen tuloporttiin 100 tuleva digitoitu pu-15 hesignaali 101 käsitellään puhekooderissa 102 jaksoina, joita nimitetään puheke-hyksiksi. Yhden puhekehyksen ajallinen pituus on tavallisesti noin 10 - 30 ms (GSM:ssä 20 ms) ja puhesignaalin 101 näytteistystaajuus, jolla se on muutettu analogisesta digitaaliseen muotoon, on tavallisesti noin 8 kHz. Puhekooderin 102 tuottamat kehykset käsittävät joukon parametreja 103, jotka lähetetään kyseisen digitaa-20 lisen solukkoverkon päätelaitteen radio-osaan vastaavan portin 111 kautta lähetettäviksi edelleen vastaanottimeen.

Kuvan 3 mukaiseen puhekooderiin kuuluu puheaktiivisuuden ilmaisulohko 104 (engl. Voice Activity Detection, VAD), joka epäsuorasti ohjaa lähetystoiminnan , : 25 epäjatkuvuutta. Se havaitsee lähetettävää tietoa kuten puhetta, eli ilmaisee milloin •« käsiteltävänä on sekä kohinaa että puhetta ja milloin pelkkää kohinaa. Se on koko ajan toiminnassa ja tutkii siis sitä, puhuuko käyttäjä puhelimeen vai ei. Puheen ha-vaitsemislohkon 104 toiminta perustuu puhekooderin sisäisiin muuttujiin 105 ja sen antama lähtösignaali 106 on edullisesti yksi bitti, jota nimitetään VAD-lipuksi (engl. 30 VAD flag). VAD-lipun arvo 1 vastaa tällöin tilannetta, jossa käsiteltävänä on puhet-' ta, ja arvo 0 tilannetta, jossa käyttäjä on hiljaa. Tietty VAD-lipun arvo liittyy aina tiettyyn puhekooderiosassa 102 muodostettuun kehykseen. Tyypillisen puheen ha-vaitsemislohkon 104 toiminta on kuvattu tarkasti GSM-standardissa GSM 06.32 ja patenttijulkaisussa WO 89/08910.

35

Tunnetun toimintaperiaatteen mukaisesti puhekooderi 102 lähettää jatkuvasti kehyk- * siä Iähetinlaitteen radio-osaan portin 111 kautta. Kuhunkin kehykseen sisältyy tietty bitti, ns. SP-lippu 107, joka kertoo, sisältääkö kyseinen kehys puhetta (SP-lipun arvo 5 105001 1) vai onko kyseinen kehys ns. hiljaisuusilmaisin eli SID-kehys (engl. Silence Descriptor, SID) (SP-lipun arvo 0). SID-kehyksen aikana, eli SID-kehyksen keston aikana (20 ms) voidaan lähettää määrättyjä parametreja, joita käsitellään jäljempänä, tai ei lähetetä mitään (jolloin ollaan epäjatkuvan lähetyksen hiljauisuusjaksolla, jol-5 loin ei ole varsinaista lähetystä). Radio-osassa kehysten käsitteleminen ja lähettäminen radiorajapinnan yli vastaanottimelle määräytyy SP-lipun arvon mukaan. Epäjatkuvan lähetyksen toteuttamista varten puhekooderissa on epäjatkuvan lähetystavan ohjausyksikkö 112, joka kontrolloi puhekooderin 102 toimintaa (asettaen mm. mainitun SP-lipun 107 arvon) ja SID-muistia 110, jota kuvataan jäljempänä. Ohjausyk-10 sikkö eli -lohko 112 on edullisesti toteutettu ohjelmallisesti ja on tunnettu GSM-standardeista. Tyypilliset toteutukset epäjatkuvan lähetystavan ohjausyksikölle 112 ja SID-muistille 110 on GSM-järjestelmän osalta kuvattu GSM-standardeissa GSM 06.31 ja GSM 06.41.

15 Epäjatkuvaan lähetystapaan liittyy perusongelma, joka johtuu lähetyksen taustame-lusta. Epäjatkuvuus tarkoittaa edellä esitetyn määrittelyn mukaisesti sitä, että kun mainittu VAD-lohko 104 havaitsee, että käyttäjä ei puhu, ja ilmoittaa tästä ohjaus-lohkolle 112, puhekehysten ohjaaminen lähettimen radio-osiin ja edelleen radiorajapinnan yli vastaanottajalle keskeytetään. Kun lähetys katkaistaan, myös puheen 20 taustalla kuulunut taustamelu katkeaa. Tällöin vastaanottaja havaitsee lähetyksen katkeamisen kuulokkeesta kuuluvan kohinan hiljenemisenä. Epäjatkuvassa lähetys-tavassa lähetyksen katkaiseminen voi tapahtua nopeasti ja epäsäännöllisin väliajoin, jolloin vastaanottaja kokee nopeasti vaihtelevan äänentason häiritsevänä. Erityisesti jos lähettäjä on meluisassa ympäristössä kuten autossa, vastaanottajan voi olla vai-25 kea saada hänen puheestaan selvää.

V

Yleisesti käytetty ratkaisu kuvattuun ongelmaan on tuottaa lähetyksessä esiintyvien katkojen aikana vastaanottimessa synteettistä kohinaa, joka muistuttaa lähettimen taustamelua ja jota kutsutaan mukavuuskohinaksi (engl. comfort noise). Lähetinhaa-30 ran puhekooderin mukavuuskohinan laskentalohkossa 108 lasketaan mukavuusko-f hinan tuottamisessa tarvittavat parametrit, jotka lähetetään vastaanottimelle puhejak- soa välittömästi seuraavassa hiljaisuusilmaisin- eli SID-kehyksessä ennen lähetyksen katkaisemista ja harvakseltaan mutta säännöllisesti sen jälkeen. Jatkamalla SID-kehysten lähettämistä harvakseltaan myös lähetyskatkon aikana varaudutaan lähe-35 tyspään taustamelun muutoksiin ja annetaan vastaanottimen kohinageneraattorille mahdollisuus sopeutua niihin.

105001 6

On havaittu, että vastaanottimessa voidaan tuottaa vastaanottajan kannalta hyvälaatuista mukavuuskohinaa, jos sen lähettimeltä saamat parametrit kuvaavat riittävän tarkasti lähetyspään taustamelun tasoa ja sen akustisen spektrin verhokäyrää. Nämä taustamelun ominaisuudet yleensä muuttuvat jonkin verran ajan kuluessa, joten 5 edustavan näytteen saamiseksi prosessissa täytyy keskiarvoistaa taustamelun tasoa ja spektrin verhokäyrän muotoa muutaman puhekehyksen keston ajan. GSM-stan-dardeissa GSM 06.31 ja GSM 06.41 on määritetty täyden nopeuden ja puolen nopeuden puhekooderin toiminta epäjatkuvassa lähetyksessä, ja niistä ensimmäisessä keskiarvoistus kestää 4 puhekehyksen ajan ja toisessa 8 puhekehyksen ajan, missä 10 yhden puhekehyksen kesto on 20 ms.

Jotta lähettimelle jäisi aikaa määrittää ensimmäinen mukavuuskohinan muodostamisessa tarvittavia parametreja sisältävä SID-kehys puhejakson 200 päättymisen jälkeen ja ennen lähetyksen katkaisemista, on määritelty ns. odotusajan (engl. hango-15 ver period) käsite. Sillä tarkoitetaan aikaa, jolloin VAD-lohko 104 on havainnut puheen päättyneen (VAD-lipun 106 arvo on 0), mutta puhekehysten lähettämistä vielä jatketaan (SP-lipun 107 arvo on 1). Tätä tilannetta on havainnollistettu kuvassa 4, jossa VAD-lipun 106 arvo laskee nollaan heti puheen päätyttyä, mutta SP-lippu vasta odotusajan T jälkeen. Odotusajan kuluessa voidaan olla varmoja, että näytteistetty 20 signaali käsittää pelkkää kohinaa, koska VAD-lohko on havainnut, että käyttäjä ei puhu. Niinpä odotusajan T kuluessa käsiteltävien puhekehysten 201 - 207 sisältämää informaatiota voidaan käyttää mukavuuskohinan generoimisessa tarvittavien parametrien määrittämiseen.

; 25 Odotusajan T pituus määräytyy kohinamittauksen keskiarvoistusajan mukaan. Sen • · täytyy olla riittävän pitkä, että koko keskiarvoistusprosessi voidaan tehdä loppuun, jotta vastaanottimelle voidaan lähettää oikeat parametrit mukavuuskohinan muodostamista varten. Täyden nopeuden GSM-puhekoodausta käytettäessä odotusajan pituus on sama kuin keskiarvoistusajan pituus eli 4 kehystä (puhekehystä), ja muka-30 vuuskohinaparametrit muodostetaan nimenomaan näiden kehysten perusteella. Puo-• Ien nopeuden GSM-puhekooderin yhteydessä odotusajan pituus on 7 kehystä (puhe- kehystä), koska keskiarvoistusjaksoon kuuluva kahdeksas kehys (puhekehys) saadaan puhekooderista sinä aikana, kun ensimmäistä SID-kehystä (208 kuvassa 4) käsitellään. Kuva 4 koskee nimenomaan jälkimmäistä tapausta eli siinä on esitetty 35 odotusajan T ja keskiarvoistusajan välinen yhteys, kun käytetään puolen nopeuden GSM-puhekoodausta. Ensimmäiseen SID-kehykseen 208 liittyvää keskiarvoistus-jaksoa on merkitty janalla 211 ja toiseen SID-kehykseen 209 liittyvää keskiarvois-tusjaksoa janalla 212.

7 105001

Kun odotusaika on päättynyt ja lähettimessä käsitellään SID-kehyksiä, mukavuusko-hinaparametrien muodostuslohkossa 108 toimiva algoritmi jatkaa taustamelun ominaisuuksien arvioimista. Kuten edellä on todettu, jokaista SID-kehystä ei lähetetä vastaanottajalle, jotta epäjatkuvasta lähetystavasta olisi ylipäänsä jotain hyötyä. Pu-5 hekooderi lähettää lähettimen radio-osalle 111 SID-kehyksen jokaisen sellaisen kehyksen aikana, jolla SP-lippu 107 saa arvon nolla. Ohjauslohko 112 antaa lohkolle 108 tiedon keskiarvoistusajan päättymisestä asettamalla lipun 109 arvoksi 1. Normaalisti tämän lipun arvo on 0, mutta sen arvoksi asetetaan 1, kun päivitetty SID-kehys lähetetään lähettimen radio-osalle 111. Kim lipun 109 arvoksi tulee 1, eli 10 keskiarvotusjakso on tullut täyteen, mukavuuskohinaparametrien muodostusalgo-ritmi suorittaa keskiarvoistuksen ja asettaa päivitetyn SID-kehyksen valmiiksi radio-osaan lähettämistä varten eli eteenpäin lähetyshaarassa (kanavakooderille 3 kuvassa 1). Jos tietyn kehyksen aikana on tullut uusi keskiarvotusjakso täyteen, puhekooderi laskee uuden SID-kehyksen ja lähettää sen radio-osalle 111, ja kirjoittaa näin saadut 15 uudet SID-parametrit talteen SID-muistilohkoon 110. Mikäli keskiarvotusjakso ei ole tullut täyteen (kuten lyhyen puhejakson jälkeen), luetaan SID-muistilohkolta sinne talletetut viimeisimmät lasketut SID-parametrit ja lähetetään ne radio-osalle 111. Jos puhejakso on ollut hyvin lyhyt eli sen loppuessa on kulunut vähemmän kuin 24 kehyksen pituinen aika siitä, kun viimeisin SID-kehys on muodostettuja lä-20 hetetty radio-osaan, viimeisin SID-kehys haetaan toistuvasti SID-muistista 110 seu-raavien kehysten aikana ja lähetetään radio-osaan, kunnes uusi, päivitetty SID-kehys on saatavilla eli kunnes yksi keskiarvoistusjakso on kulunut. Tämän toiminnan tarkoituksena on vähentää turhaa lähettämistä tapauksissa, joissa lyhyt taustamelupiik-ki tulkitaan vahingossa puheeksi, koska tällöin ei käytetä odota.iaikaa kyseisen ly-25 hyen puhejakson jälkeen uuden SID-kehyksen muodostamiseksi.

Lähettimen radio-osa 111 saa täten puhekooderilta SID-kehyksen aina kun SP-lippu 107 saa arvon nolla. Radio-osa lähettää aina vastaanottimelle puhejakson jälkeisen ensimmäisen SID-kehyksen. Sen jälkeen lähetys katkeaa ja radio-osa lähettää vas-30 taanottimelle SP-lipun ollessa jatkuvasti nolla päivitetyn SID-kehyksen harvaksel-• ' taan, tasaisin väliajoin (24 kehyksen välein täyden nopeuden koodauksella GSM- järjestelmässä). Täsmälliset päivitysajat synkronoidaan matkapuhelinjärjestelmän TDMA-multipleksauksen kanssa. Puhekooderilla ei ole tietoa siitä, mitkä sen radio-osalle 111 toimittamista SID-kehyksistä lähetetään vastaanottimelle.

Kuvassa 5 on esitetty pisin mahdollinen jakso, johon ei liity odotusaikaa. Se koostuu kuvan mukaisesti kahdesta erillisestä puhejaksosta 301 ja 302, joiden välisenä aikana 303 käytetään vanhaa SID-kehystä SID k. Jaksojen 301, 302 ja 303 yhteenlasket- 35 105001 8 tu pituus on kuvassa 22 jaksoa (kehystä) ja niiden jälkeen seuraa vielä 7 kehysajan pituinen jakso 304, jonka aikana käytetään vanhaa SID-kehystä SID k. Tiettyä bittiä eli lippua (113 kuvassa 3) käytetään tiedottamaan SID-muistille 110, että sen tulee tallentaa uusi, päivitetty SID-kehys tai että muistista on luettava viimeisin sinne tal-5 lennettu, päivitetty SID-kehys, joka lähetetään radio-osaan. SID-muisti tekee lipun 113 arvosta riippuvan tallennus- tai lukupäätöksensä joka kerran, kun SP-lipun 107 arvo on 0.

Puolen nopeuden GSM-puhekooderia käytettäessä tarvitaan myös lippua 114, joka 10 ilmaisee mukavuuskohinaparametrien muodostusalgoritmille ensimmäisen SID-ke-hyksen. Lipun arvo on normaalisti 0, mutta se asetetaan l:ksi yhden kehyksen ajaksi, kun lähetetään puhejaksoa seuraava ensimmäinen SID-kehys, riippumatta siitä, onko tämän puhejakson jälkeen käytetty odotusaikaa vai ei.

15 Kuvassa 6 on esitetty lohkokaavion muodossa puheentulkitsin eli puhedekooderi (lohko 16 kuvassa 1), joka on epäjatkuvaa lähetystapaa käyttävän järjestelmän vas-taanottimessa. Se saa vastaanottimen radio-osasta (eli vastaanotinhaarassa ennen puhedekooderia 16 sijaitsevilta lohkoilta, kuvassa 1 kanavadekooderilta 15) tulo-portin 400 kautta kehys kerrallaan parametreja 401, jotka käsitellään puhesignaalin 20 403 syntetoimiseksi puhedekooderissa 402 ja lähetetään D/A-muuntimelle käyttäjän korvaan toimittamista varten portin 404 kautta.

Vastaanottimen epäjatkuvaa lähetystä käsittelevä osa saa radio-osasta kuhunkin kehykseen liittyen mm. SP-lippubitin 405, joka vastaa toiminnallisesti lähetyspään SP-* , 25 lippua. Sen arvo on 1, kun vastaanotettu kehys on puhekehys eli sisältää puheinfor- maatiota, ja 0, kun vastaanotettu kehys on SID-kehys tai kun lähetys on katkaistu. Lippubitin 406 arvo, jonka vastaanottimen epäjatkuvaa lähetystä käsittelevä osa myös saa radio-osasta 400, kertoo puhedekooderin kohinanmnodostuslohkolle 407, että uusi SID-kehys (joita lähetetään harvoin, kuten puhekooderin yhdeydessä selos-30 tettiin) on saapunut lähettimen radio-osalta 111 vastaanottimelle. Tämän tiedon perusteella kohinanmuodostuslohko 407 alkaa interpoloimalla siirtymään aikaisemmin vastaanotetuista, tähän asti käytössä olleista mukavuuskohinaparametreistä kohti uusia, juuri vastaanotettuja parametrejä kehys kehykseltä. Lippubitin 406 arvo on normaalisti 0, mutta sen arvoksi asetetaan 1, kun SP-lipun arvo on Oja radio-osa on 35 vastaanottanut uuden SID-kehyksen.

Kun vastaanottimessa SP-lipun 405 arvo on 0 eli on havaittu, että se ei vastaanota puhekehyksiä, puhedekooderin mukavuuskohinan generointilohko 407 tuottaa mu- 105001 9 kavuuskohinaa, joka perustuu lähetyspään taustamelusta mitattuihin ja SID-kehysten välityksellä saatuihin mittaustietoihin.

Vastaanottimen epäjatkuvan vastaanoton ohjausyksikkö 408 saa syöttötietona SP-li-5 pun 405 ja antaa lähtönä lippubitin 409, jonka arvo on tavallisesti 0, mutta joka asetetaan 1 :ksi yhden kehyksen ajaksi, kun puhedekooderi vastaanottaa puhejaksoa seuraavan ensimmäisen SID-kehyksen. Lippubittiä 409 tarvitaan GSM-järjestelmän puolen nopeuden puhedekooderin käytön yhteydessä ilmoittamaan mukavuuskohi-nan generointialgoritmille, milloin ns. GS-parametrit pitää keskiarvoistaa. Näiden 10 parametrien merkitykseen palataan jäljempänä.

Epäjatkuvassa lähetystavassa ja GSM-järjestelmän täyden nopeuden puhekooderm tapauksessa uuden, päivitetyn SID-kehyksen laskeminen ja lähettäminen lähetinlait-teen radio-osaan merkitsee aina, että taustamelua kuvaavat parametrit (tasoja ver-15 hokäyrä) keskiarvoistetaan yhden keskiarvoistusjakson ajalta ja näytteistetään samalla skalaarimenetelmällä, jota käytetään tavallisen puhekoodauksen näytteistys-vaiheessa. Vastaavasti käytettäessä täyden nopeuden puhedekooderia vastaanotti-messa SID-kehykseen sisältyvät parametrit tulkitaan samalla menetelmällä, jota käytetään tavallisen puhedekoodauksen tulkintavaiheessa. Nämä menettelyt on ku-20 vattu tarkemmin GSM-standardissa GSM 06.12 ja GSM 06.10.

Epäjatkuvassa lähetystavassa ja GSM-järjestelmän puolen nopeuden puhekooderm tapauksessa taustamelun verhokäyrää kuvaavat parametrit keskiarvoistetaan yhden keskiarvoistusjakson ajalta aina, kun on laskettava uusi päivitetty SID-kehys. Ne .· 25 näytteistetään samalla vektorimenetelmällä, jota käytetään vastaavien parametrien « näytteistykseen tavallisen puhekoodauksen näytteistysvaiheessa. Vastaanottimessa SID-kehykseen sisältyvät parametrit tulkitaan vastaavalla menetelmällä, jota käytetään tavallisen puhedekoodauksen tulkintavaiheessa. Nämä menettelyt on kuvattu tarkemmin GSM-standardissa GSM 06.22 ja GSM 06.20.

. 30 GSM-järjestelmän puolen nopeuden puhekooderin tapauksessa taustamelun tasoa kuvaavaa parametriä käsitellään toisin. Näytteistysmenetelmä, jolla melutasoa käsitellään tavallisen puhekoodauksen yhteydessä, perustuu parametrien yhdistelmään, jotka näytteistetään ja lähetetään erikseen. SID-kehyksessä, joia käsitellään puhede-kooderissa, voidaan lähettää vain yksi melutasoa kuvaava parametri, joka on ener-35 gia-arvo RO. Tämä johtuu lähinnä siitä, että tietyt SID-kehyksen bitit on varattava , SID-koodisanalle. Nämä menettelyt on kuvattu tarkemmin GSM-standardissa GSM 06.22 ja GSM 06.20.

10 105001

Kuhunkin kehykseen liittyvä energia-arvo RO keskiarvoistetaan yhden keskiarvois-tusjakson ajalta ja näytteistetään samalla menetelmällä, jota käytetään tavallisen pu-hekoodauksen yhteydessä keskiarvoistamattoman RO-parametrin käsittelyyn.

5

Energian vaihtelua kuvaavia ns. GS-parametreja, joita tarvitaan RO-parametrin lisäksi lähetyspään taustamelun tason kuvaamiseksi, ei siis voi lähettää SID-kehyk-sissä. Ne voidaan kuitenkin laskea paikallisesti samalla tavalla sekä lähettimessä että vastaanottimessa. Tämä perustuu siihen, että seitsemän viimeisimmän puhekehyksen 10 näytteistetyt GS-parametrit tallennetaan sekä lähettimessä että vastaanottimessa muistiin. Ensimmäisen SID-kehyksen välityksen yhteydessä molemmat laitteet kes-kiarvoistavat tallennetut GS-parametrit, jolloin molempien keskiarvotetut GS-para-metrit saavat samat arvot, koska näytteistetyt GS-parametrit on välitetty puheke-hyksissä puhejakson aikana. Yhteysvirheet voivat luonnollisesti muuttaa arvoja. GS-15 parametrien laskeminen on alan ammattimiehen tuntemaa tekniikkaa ja tyypillinen menetelmä niiden laskemiseksi on esitetty GSM-spesifikaatioissa 06.20: "European digital cellular telecommunications system; Half rate speech Part 2: Half rate transcoding".

20 Keskiarvoistamalla saatuja GS-parametrien arvoja käytetään koko mukavuuskohina-vaiheen ajan aina siihen asti, kunnes vastaanotin vastaanottaa seuraavan puhejakson jälkeisen SID-kehyksen. Niitä käytetään melutason laskemiseksi sekä koodaus- että dekoodausvaiheessa todellisten GS-parametrien sijasta, jotka kuitenkin välitetään seuraavan puhejakson puhekehyksissä uutta keskiarvoistamista varten.

: 25

Edellä kuvatussa tekniikan tason mukaisessa menetelmässä on tietyt haittapuolet. Vastaanottimen puhedekooderin ohjausyksikkö 408 ei tiedä, seuraako puhejaksoa odotusaika vai ei. Kun käytetään GSM-järjestelmän puolen nopeuden puhekoo-dausta, GS-parametrit tallennetaan myös niiden puhejaksojen aikana, jotka ovat niin 30 lyhyitä, että niiden jälkeen ei seuraa odotusaikaa. On mahdollista, että nämä lyhyet jaksot sisältävät vain lyhyitä, voimakkaita taustamelun piikkejä, jolloin tallennetut ja keskiarvoistetut GS-parametrit lähettimessä ja vastaanottimessa kuvaavat itse asiassa paljon korkeampaa melutasoa kuin mikä lähetyspäässä keskimäärin vallitsee.

35 Seuraavaksi käsitellään lyhyesti ns. ennustaviin menetelmiin perustuvaa näytteis-tystä, joka on alan ammattimiehen tuntemaa signaalinkäsittelytekniikkaa ja jota selostetaan yksityiskohtaisesti esimerkiksi julkaisussa [ 1 ]: Allen Gersho ja Robert M. Gray, "Vector Quantisation and Signal Compression". Monissa nykyaikaisissa pu- m u 105001 hekoodausmenetelmissä puhekoodaukseen liittyvät parametrit näytteistetään ennustavia menetelmiä käyttäen. Tämä tarkoittaa, että näytteistyslohko yrittää etukäteen arvoida näytteistettävän kohteen arvon mahdollisimman tarkasti. Tällaisissa menetelmissä vastaanottimelle lähetetään tavallisesti vain ennustetun ja mitatun arvon 5 välinen erotus tai osamäärä. Vastaanottimessa on saman periaatteen mukaan toimiva ennustin, jolloin todellinen arvo saadaan lisäämällä tai kertomalla ennustettu arvoja lähetetty erosignaali keskenään.

Ennustavassa näytteistyksessä ennustusmenetelmä on tavallisesti oppiva, eli näyt-10 teistyksen tulosta käytetään ennustusmenetelmän päivitykseen. Sekä kooderin että dekooderin käyttämää ennustusmenetelmää päivitetään saman näytteistyksestä tulkitun parametriarvon perusteella, jotta ne toimisivat koko ajan samalla tavalla.

Ennustavien näytteistysmenetelmien oppivuuspiirre aiheuttaa sen, että niitä on vai-15 kea soveltaa SID-kehyksissä lähetettävien, mukavuuskohinan generointiin liittyvien parametrien näytteistykseen. Koska lähetys on katkaistuna puhejaksojen välillä, lähettimen ja vastaanottimen käyttämän ennustusmenetelmän ja siten puhekooderin ja -dekooderin pitäminen synkronoituna on mahdotonta.

20 Tämän keksinnön tavoitteena on esittää menetelmä, jolla vastaanotinlaite havaitsee, milloin puhejaksoa seuraa odotusaika. Keksinnön tavoitteena on myös esittää menetelmä, jolla lähettimen puhekooderi ja vastaanottimen puhedekooderi saadaan pidettyä odotusaikasynkronoituina epäjatkuvaa lähetystä käyttävässä tietoliikennejärjestelmässä.

25

Keksinnön tavoitteet saavutetaan ilmaisemalla vastaanottimessa, tarkemmin puhe-dekooderissa, onko mainitun informaatiolähetysjakson ja sitä seuraavan lähettämät-tömyysjakson välissä mainitunlainen odotusaika vai ei. Ilmaisun tulos ilmoitetaan edullisesti määrittelemällä tiettyjen lähetettävien kehysten ominaisuuksia kuvaavien 30 lippubittien käyttö uudella tavalla. Tällöin ei ilmoitusta varten tarvita uusia signaali-- : johtimia eikä -reittejä vaan käytetään jo olemassa olevaa signaalijohdinta ja -reittiä odotusajan olemassaolon tai puuttumisen ilmoittamiseksi.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että vastaanottimessa laske-35 taan kehysaikojen määrää ennalta määrättyyn ajankohtaan asti, ilmaistaan mainitun hiljaisuusjakson alkamisajankohta, ja päätellään mainitun lasketun kehysaikamäärän ; ja hiljaisuusjakson alkamisajankohdan perusteella onko mainitun informaatiolähe- tysjakson ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson välissä mainitunlainen odotusaika vai ei.

105001 12

Keksinnön mukaiselle puhedekooderille ja lähetin-vastaanottimelle on tunnusomaista, että se käsittää välineet kehysaikojen määrän laskemiseksi ennalta määrättyyn ajankohtaan asti, välineet, jotka ilmaisevat mainitun hiljaisuusjakson alkamisajan-5 kohdan, ja välineet, jotka mainitun lasketun kehysaikojen määrän ja hiljaisuusjakson alkamisajankohdan perusteella päättelevät onko mainitun informaatiolähetysjakson ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson välissä mainitunlainen odotusaika vai ei.

Jotta puhedekooderissa olevalle mukavuuskohinan generointialgoritmille saadaan 10 tieto odotusajan olemassaolosta, vastaanottimen epäjatkuvan vastaanoton ohjausyksikön ja odotusajan päättymiseen liittyvien lippujen määritelmiä on keksinnön mukaisessa menetelmässä uudistettu siitä, mitä on tunnettu tekniikan tasosta kuten edellä esitettiin. Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuva 1 esittää GSM-järjestelmän lähetinvastaanottimen lohkokaavion, kuva 2 esittää aikajakomonikäytön periaatetta, 20 kuva 3 esittää lohkokaaviona puhekooderia, kuva 4 esittää tunnettua menettelyä lippubittien käyttämiseksi odotusajan ja keskiarvoistusjakson määrittelyssä, : 25 kuva 5 esittää tunnettua menettelyä odotusajan käyttämiseen liittyen, kuva 6 esittää lohkokaaviona puhedekooderia, kuva 7 esittää vuokaaviona keksinnön mukaista menettelyä, ja 30 kuva 8 esittää lohkokaavion keksinnön mukaisen puhedekooderin ohjausyksikköä.

Keksinnön edullista suoritusmuotoa selostetaan seuraavassa viittaamalla lähinnä 35 kuviin 3-7. Keksinnön mukainen puhedekooderi voidaan toteuttaa muilta osin tekniikan tasosta tunnetun kaltaisena kuten on esitetty kuvassa 6, mutta sen ohjausyksikkö 408 järjestetään toteuttamaan keksinnön mukaiset toiminnot. Ohjausyksikkö 408 voi olla kuvan 8 mukainen. Vastaanottimen puhedekooderissa ohjausyksikkö 13 105001 408 (kuva 6) saa keksinnön mukaisessa menettelyssä edelleen syöttötietona SP-lipun 405, mutta lipun 409 asettaminen 1 :ksi tarkoittaa keksinnön mukaisen määrittelyn mukaan odotusajan päättymistä, eli se asetetaan 1 :ksi yhden kehyksen (nimenomaan odotusaikaa välittömästi seuraavan SID-kehyksen) ajaksi, kun odotusajan kesto on 5 päättynyt. Vastaavasti lähettimen epäjatkuvan lähetystavan ohjausyksikössä 112, joka on esitetty kuvassa 3, lipulla 114 ilmaistaan keksinnön mukaisessa menetelmässä odotusajan päättyminen (eikä ensimmäistä SID-kehystä kuten tekniikan tasossa), eli sekin asetetaan 1 :ksi yhden kehyksen (nimenomaan odotusaikaa välittömästi seuraavan SID-kehyksen) ajaksi.

10

Kuvassa 7 on esitetty vastaanottimen epäjatkuvan vastaanoton ohjausyksikön 408 toiminta vuokaaviona keksinnön mukaisessa menetelmässä, jota seuraavassa selostetaan viitaten myös kuvaan 8. Viite 500 kuvaa <WF_SP> -tilaa (engl. Wait For SP flag), jossa syöttötietona tarkastellaan kunkin saapuvan kehyksen SP-lippua (405 15 kuvassa 4). Algoritmi palaa aina tilaan 500 odottamaan seuraavan kehyksen SP-lippua. Vuokaavion vinoneliön muotoiset lohkot kuvaavat päätöksentekovaiheita ja niistä lähtevät vaihtoehtoiset siirtymät on merkitty kirjaimilla Y (kyllä, engl. Yes) ja N (ei, engl. No).

20 Laskuri <Nelapsed> 411 laskee kehysaikojen määrää siitä, kun lähettimen puhekoo-deri viimeksi lähetti päivitetyn SID-kehyksen ja aina seuraavaan päivitettyyn SID-kehykseen asti eli keskiarvotusjakson viimeiseen kehysaikaan asti. Sitä kasvatetaan yhdellä lohkossa 501 oletusarvoisesti aina, kun vastaanottimen epäjatkuvan vastaanoton ohjausyksikkö saa syöttötietona uuden kehyksen SP-lipun 405. Kohdassa 25 502 tehdään päätöslogiikalla 410 odotusaikaa koskeva päätös tarkasteltavaan kehyk seen sisältyvän SP-lipun 405 arvon perusteella (n viittaa tarkasteltavan kehyksen järjestysnumeroon). Jos SP-lipun 405 arvo on 1, odotusaika ei ole vielä päättynyt, joten HGOVR-lippu 409 asetetaan päätöslogiikalla 410 kohdassa 503 nollaksi ja laskuri <Aver_period> 412, joka ilmaisee jäljellä olevien keskiarvoistusjaksoon 30 kuuluvien kehysten määrän, asetetaan kohdassa 504 arvoon 7.

* · · ...

Jos tarkasteltavan kehyksen SP-lipun 405 arvo on 0, odotusaika voi olla päättynyt.

Seuraava tätä asiaa tutkiva päätös perustuu tarkasteltavaa kehystä välittömästi edeltäneen kehyksen SP-lippuun, joka saadaan yhden kehysajan mittaisen viivelohkon 35 413 lähdöstä, ja se tehdään kohdassa 505 päätöslogiikalla 410. Jos edellisen kehyk sen SP-lipun arvo oli 1, odotusaika voi olla päättynyt.

105001 14

Seuraavaksi tehdään päätös kohdassa 506 laskurin <Nelapsed> 411 arvon perusteella. Jos laskurin 411 arvo on suurempi kuin 30, odotusaika on päättynyt, koska tällöin laskurin <Nelapsed> 411 arvo on puhejakson (ks. kuva 3) aikana kasvanut suuremmaksi kuin 23 (jotta odotusaikaa yleensä käytettäisiin) ja sen jälkeen on seu-5 rannut 7 kehyksen pituinen odotusaika, eli laskurin <Nelapsed> 411 arvo on vähintään 31 (vrt. kuvat 4 ja 5). Edellä esitetyn mukaisesti HGOVR-lippu 409 asetetaan kohdassa 507 arvoon 1 yhden kehyksen ajaksi ja laskurit <Nelapsed> 411 ja <Aver_period> 412 asetetaan arvoon 0 kohdissa 508 ja 509, koska uusi SID-kehys on juuri laskettu ja keskiarvoistusjakso on päättynyt.

10

Jos laskurin <Nelapsed> 411 arvo on pienempi tai yhtäsuuri kuin 30, kun lohko 506 tekee päätöstä, odotusaika ei ole päättynyt. Tällöin HGOVR-lippu 409 asetetaan kohdassa 510 arvoon Oja laskurin <Aver_period> 412 arvoa vähennetään yhdellä kohdassa 511, koska tarkasteltavana oleva kehys kuuluu lähettimen epäjatkuvan lä-15 hetystavan ohjauslohkon ohjaamaan keskiarvoistusjaksoon. Keskiarvoistus voi päättyä kesken, jos jossakin seuraavassa kehyksessä SP-lipun 405 arvo on taas 1 ennen kuin keskiarvoistusjaksoa vastaava määrä kehyksiä on välitetty.

Jos kohdassa 505 havaitaan, että välittömästi aikaisemman kehyksen SP-lippu 405 20 on myös ollut 0, tarkasteltavana oleva kehys ei voi merkitä odotusajan päättymistä ja HGOVR-lippu 409 asetetaan arvoon 0 lohkossa 512.

Seuraavaksi kohdassa 513 tehdään päätös laskurin <Aver_period> 412 arvon perusteella. Jos sen arvo ei ole 0, keskiarvoistusjakso ei ole päättynyt, jolloin laskurin 412 - 25 arvoa vähennetään yhdellä kohdassa 514, koska tarkasteltavana oleva kehys kuuluu lähettimen epäjatkuvan lähetystavan ohjauslohkon ohjaamaan keskiarvoistusjaksoon. Keskiarvoistus voi nytkin päättyä kesken, jos jossakin seuraavassa kehyksessä SP-lipun 405 arvo on taas 1 ennen kuin keskiarvoistusjaksoa vastaava määrä kehyksiä on välitetty.

30

Jos kohdassa 513 havaitaan, että laskurin <Aver_period> 412 arvo on 0, keskiar-’ voistusjakso on päättynyt, jolloin lähettimen radio-osa 111 saa uuden SID-kehyksen, jolloin laskurin <Nelapsed> 411 arvo voidaan asettaa 0:ksi kohdassa 515 laskurin määritelmän perusteella.

35

Keksinnön ansiosta vastaanottimen puhedekooderin ohjausyksikkö 408 tietää, seu-; raako puhejaksoa odotusaika vai ei. Tätä tietoa voidaan käyttää tiettyjen näytteistys- ja tulkintamenetelmien yhteydessä ja se antaa mahdollisuuden synkronoida SID-ke- 105001 15 hyksiin liittyvä näytteistys lähetys- ja vastaanottopään välillä, Keksinnön mukaisen odotusaikasynkronoinnin ansiosta ennustavia näytteistysmenetelmiä voidaan käyttää mukavuuskohinan tuottamisessa tarvittavien parametrien näytteistyksessä, koska odotusajan aikana puhekooderissa ja -dekooderissa tallennetut näytteistetyt para-5 metrit sisältävät arvoja, jotka kuvaavat hyvin lähetyspään taustamelua. Tallennetut parametrien arvot voidaan keskiarvoistaa odotusajan päättymisen jälkeen, jolloin saadaan ennustusarvot sekä näytteistys- että tulkinta-algoritmin käyttöön. Keksinnön avulla saavutettava puhekooderin ja -dekooderin synkronoitumista voidaan käyttää hyväksi myös esim. mukavuuskohinageneraattorin alkuarvojen asettamisessa syn-10 kronisesti puhekooderissa ja -dekooderissa.

Keksinnön mukainen epäjatkuvan lähetystoiminnan parantaminen ei ole tiettyyn pu-hekooderi-tyyppiin rajoittuva parannus. Keksinnön mukaisesta koooderin ja dekooderin synkronoitumisesta saavutetaan erityistä hyötyä puhekoodereissa, joissa para-15 metrien kvantisointi ja koodaus tapahtuu ennustusmenetelmiä käyttäen. Seuraavassa tarkastellaan parametrien laskemista keksinnön mukaisessa pihekooderissa ja -dekooderissa.

Esimerkkitapauksena käsitellään yleisesti tunnettua CELP-tyyppistä (Code Excited Linear Prediction) koodiherätteiseen lineaariseen ennustukseen perustuvaa puhe-20 koodekkirakennetta sekä LSP parametriesitystä suodatinparametreille. CELP-tyyp-pisen puhekooderin ja -dekooderin toiminta perustuu ns. koodikirjaan tai koodikirjoihin tallennettuihin herätevektoreihin. Nämä herätevektorit suodatetaan pitkän- ja lyhyen aikavälin synteesisuodattimien läpi ja saatua syntesoitua signaalia verrataan alkuperäiseen puhesignaaliin. Koodikirjan herätevektoreista valitaan se, joka mini-25 moi virheen verrattuna alkuperäiseen puhesignaaliin.CELP-tyyppiselle dekooderille lähettettäviä parametreja tyypillisesti ovat koodivektorin heräte (tai indeksi tiettyyn herätevektoriin) ja sen vahvistustermi g, lyhytaikaisen ennustuksen LPC suodatinpa-rametrit sekä pitkäaikaisen ennustuksen LTP suodatinparametrit.

Mukavuuskohinan koodauksessa keksinnön mukaisessa järjestelmässä lähetetään 30 tieto koodausparametreista, esim. LPC-parametreistä a0..aM (LPC, Linear Prediction Coding) sekä vahvistuksesta g. LPC-parametrien koodaukseen voidaan käyttää mm. julkaisussa [2]: "F. Itakura: Line Spectral Representation of Linear Predictive Coefficients of Speech Signals, J. Acoust. Soc. Amer., Voi. 57, Suppl. No.l, S35, 1975" esitettyä menetelmää. Keksinnön mukaisen puhekooderin muodostamat mu-35 kavuuskohinaparametrit ovat esimerkiksi fTnean ja ginean Nämä parametrit kooda-- ‘ taan SID-kehykseen lähetettäväksi vastaanottopuolelle, jolloin niiden perusteella 105001 16 muodostetaan parametrit e (ennustusvirhe) ja γ (vahvistuksen korjaustermi), jotka varsinaisesti lähetetään SID-kehyksessä vastaanottimelle, jossa puhedekooderissa muodostetaan niiden vastaanotettujen parametrien e ja γ perusteella mukavuuskohi-naparametrit ovat esimerkiksi f1116311 ja gmean lähetyspään taustamelun tason ku-5 vaamiseksi ja siten synteettisen kohinan muodostamiseksi. Mukavuuskohinapara- metrien f11163!1 ja gmean koodauksen hyödynnetään parametreja fref ja gref, jotka pystytään määrittelemään puhedekooderissa keksinnön ansiosta, eli kun tiedetään odotusajan ajankohta.

Parametreista (LSP-parametreista) muodostetaan puhekooderissa vektoriesitys 10 fT =[fl £2..fM], edullisesti ns. LSF-vektoriesitys (Line Spectral Frequency). Tietylle puhekehykselle voidaan myös laskea useita parametrivektoreita. Parametrien koodaukseen voidaan käyttää ennustavaa koodausta. Keksinnön mukaisessa järjestel-mässä ennustusarvoina toimivat odotusajan aikana keskiarvoistetut parametrit, fre .

A

Ennustusvirheen laskennassa käytetään hyväksi vektoria fre , jonka laskenta on 15 mahdollista kun tiedetään odotusajan olemassaolo keksinnön mukaisesti. Keksinnön

A

ansiosta parametrivektorin, fre arvot voidaan laskea sekä kooderissa, että dekoode-rissa samalla tavalla, koska odotusajan aikana samat parametrivektorit ovat käytettävissä sekä kooderissa, että dekooderissa. Huomattavaa on kuitenkin se, että vektoreita fref ja gref voidaan käyttää hyödyksi mukavuuskohinaparametrien laskennassa 20 myös odotusajan ulkopuolellakin.

Kvantisoitava parametri, joka muodostetaan puhekooderilla ja lähetetään tietoliikennejärjestelmässä, on ennustusvirhe e, joka saadaan seuraavasti ja joka lähetetään : 25 e(i) = fmean (i) - fref (1) jossa f mean (j) on kehyksen i keskiarvoistettu LSF-parametrivektori, 30 f on kvantisoitu referenssi LSF-parametrivektori, i on kehyksen indeksi, e(i) on ennusteresiduaali kehykselle i.

a

Vertailuparametrivektorin fre laskenta tapahtuu kvantisoitujen parametrien perus-35 teella keskiarvoistamalla parametrit odotusajan aikana (eli 7 kehyksen yli) seuraavan yhtälön mukaisesti: „ 105001 ί"Γ=^ΣίτΣί<",('-η)') (2)

' n=1 V " m=] J

jossa f(m) (i-n) on m:s kvantisoitu kehyksen i LSF-parametrivektori odotusajan 5 aikana (n= 1-7), n on odotusajan kehyksen indeksi (n=l-7), m on LSF parametri-indeksi kehyksen sisällä (1 tai 2), i on kehyksen indeksi.

A

10 Vertailuparametrivektorin f pystytään siten laskemaan kun keksinnön mukaisesti tiedetään odotusajan ajankohta. Keskiarvoitettu parametrivektori fmean, j0ka on mukavuuskohinaparametri, lasketaan keskiarvotusjakson ajalta yhtälön (3) perusteella: = (3) O n=0 m=l ) 15 jossa f (m) (i-n) on m:s kvantisoitu kehyksen i LSF-parametrivektori keskiarvotusajan aikana (n=0-7), n on keskiarvotusajan kehyksen indeksi (n=0-7), 20 m on LSF parametri-indeksi kehyksen sisällä (1 tai 2), i on kehyksen indeksi.

Vahvistusarvojen koodauksessa hyödynnetään vastaavasti parnuetreja gmean ja grrf, joista jälkimmäinen eli kiinteän koodikirjan vertailuvahvistustermi g'ef voidaan 25 määritellä seuraavasti kun tiedetään odotusajan ajankohta: 'n=lV4 h y jossa 30 i on kehyksen indeksi, j on ali-kehyksen indeksi, n on odotusajan kehyksen indeksi (n= 1-7), gc(i-n)(j) on kvantisoitu kiinteän koodikirjan vahvistustermi odotusajan ·· kehyksessä i, ali-kehyksessä j.

35 105001 18

Kiinteän koodikirjan vahvistustermit g™*” (i), jotka ovat mukavuuskohinaparamet-reja, keskiarvoitetaan seuraavan yhtälön mukaisesti: 8Γω=ΪΣίΪΣ8,0-π)ϋ)] (5) 5 jossa i on kehyksen indeksi, j on ali-kehyksen indeksi, gc(i)G) on kiinteän koodikirjan vahvistustermi kehyksessä i (n=0), gc(i-n)(j) on kiinteän koodikirjan vahvistustermi alikehyksessä j jossakin 10 keskiarvotusajan kehyksistä n=0-7.

n on keskiarvotusajan kehyksen indeksi (n=0-7).

Kuten suodatinparametrivektorien koodauksessa, myös vahvistusarvojen koodauksessa hyödynnetään keksinnön mukaista ratkaisua, jossa samojen gref parametriarvo-15 jen laskenta on mahdollista sekä koooderissa että dekooderissa odotusajan havainnoinnin ansiosta, eli kun tiedetään sen ajankohta ja kesto. Kvantisoitavana terminä esimerkkimme tapauksessa on ns. vahvistuksen korjaustermi γ, joka varsinaisesti lähetetään tietoliikennejärjestelmässä ja jonka perusteella puhedekooderi saa muodostettua mukavuuskohinaparametrin g”“" muodostamalla ensin kiinteän koodikirjan 20 vertailuvahvistustermi g f (joka saadaan muodostettu puhedekooderissa kun tiedetään odotusajan ajankohta). Vahvistuksen koijaustermi γ saadaan puhekooderissa muodostettua seuraavasti: Y=g”ean(i)/g^f (6) 25 jossa g"“" (i) on keskiarvoitettu kiinteän koodikirjan vahvistustermi, g'ef on kiinteän koodikiijan vertailuvahvistustermi, jota lasketaan kvantisoi- tujen kiinteän koodikirjan vahvistustermien perusteella keskiarvostamalla parametri-: 30 arvot 7 kehyksisen odotusajan yli edellä esitetyn yhtälön (4) mukaisesti.

Vastaanottimen puhedekooderissa parametrien gmean ja fmean laskenta tapahtuu käänteisesti kaavoista (1) ja (6) kun ollaan vastaanotettu parametrit e (ennustusvirhe) ja γ (vahvistuksen korjaustermi) ja muodostettu puhedekooderissa 35 parametrit gref ja fref odotusajan perusteella, jonka ajankohdan puhedekooderi tietää keksinnön mukaisesti.

19 105001

Keksinnön mukaisella odotusaikasynkronoinnilla vältetään tekniikan tason mukaiseen GS-parametrien keskiarvoistamiseen liittyvät haitat, erityisesti se, että keskiar-voistetut parametrit sisältäisivät tyypillistä taustamelua kuvaavien arvojen sijasta ly-5 hyitä meluhuippuja kuvaavaa informaatiota. Keksintö edellyttää vastaanotinlaitteis-tolta, että viimeisimpien puhekehysten, GSM-järjestelmässä seitsemän viimeisimmän puhekehyksen sisältö täytyy tallentaa sen muistiin, koska keksinnön mukainen algoritmi odotusajan havaitsemiseksi havaitsee odotusajan olemassaolon vasta sen päättyessä, joten viimeisimpien puhekehysten sisältämän kohinainformaation tulee 10 olla joka hetki tallennettuna mahdollista keskiarvoistamistarvetta varten.

Keksinnön yhteydessä on ennustavaa näytteistysmenetelmää käytettäessä edullista käyttää mukavuuskohinan generointiin liittyvien parametrien näytteistyksessä samoja näytteistystaulukoita, joita ennustava näytteistysmenetelmä käyttää tavallisessa 15 puhekoodauksessa. Tällöin ennustamisen tulee toimia ei-oppivasti lähetyksen ollessa katkaistuna. Ennustusmenetelmissä tulee käyttää arvoja, jotka ovat mahdollisimman lähellä senhetkisen lähetyspään taustamelun keskiarvoa kuvaavia arvoja, jotta näytteistysosassa voitaisiin kuvata parametrien arvojen vaihtelu taustamelun vaihdellessa keskiarvotason ympärillä. Samojen ennustusarvojen tuiee luonnollisesti olla 20 käytössä sekä lähetin- että vastaanotinlaitteessa, jotta ennustava menetelmä toimisi oikein.

Eräs ratkaisu hyvien ennustusarvojen saamiseksi SID-kehyksissä lähetettävien mu-kavuuskohina-arvojen näytteistystä varten on tallentaa näytteistetyt parametrien ar-. 25 vot odotusajan kuluessa ja laskea tallennettujen ja näytteistettyjen arvojen keskiarvo, kun odotusaika on päättynyt. Nämä keskiarvoistetut ennustusarvot jäädytetään seu-raavan odotusajan esiintymiseen asti. Tämän menettelytapa toimii hyvin keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä, eli kun puhedekooderi tietää milloin puhejaksoa seuraa odotusaika ja milloin ei.

30 • Keksintö on sovellettavissa kaikkiin radiotietoliikennejärjestelmiin, joissa käytetään epäjatkuvaa lähetystapaa, erityisesti DCS 1900-ja GSM-matkapuhelinjärjestelmiin. Edellä esitetyt tarkat numerotiedot, kuten odotusajan ja keskiarvoistusjakson pituus kehyksinä, eivät ole keksinnön kannalta oleellisia, vaan niitä on käytetty havainnol-35 listamaan keksinnön sovellettavuutta. Keksinnön mukaista puhedekoodausta voidaan käyttää matkapuhelinjärjestelmän matkapuhelimessa ja tukiasemassa, eli ylei-.·. sesti ottaen lähetin-vastaanottimessa, on se sitten matkapuhelin tai tukiasema. Edul lisesti keksintöä sovelletaan lähetin-vastaanottimen vastaanotinhaarassa.

Claims (8)

105001 20

1. Menetelmä odotusajan selvittämiseksi puhedekooderissa (16) epäjatkuvaa lähetystä lähettimen ja vastaanottimen välillä käyttävässä tietoliikennejärjestelmässä, joka epäjatkuva lähetys käsittää ajallisesti peräkkäin kehysaikoja, joissa osassa lä- 5 hetetään kehys ja osassa ollaan lähettämättä, muodostaen - ainakin yhden kehyksen käsittäviä informaatiolähetysjaksoja (200; 301; 302), jotka sisältävät käyttäjän mainitulle lähetinlaitteelle antamaa informaatiota, ja - ainakin yhden kehysajan pituisia hiljaisuusjaksoja (208, 209; 303), jotka sisältävät muuta kuin käyttäjän antamaa informaatiota, 10 ja käsittäen - epäsäännöllisesti informaatiolähetysjakson (200) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209) välissä ainakin yhden kehyksen käsittävä ajanjakso (T), joka muodostaa odotusajan hiljaisuusjaksoon liittyvän informaation määrittämiseksi, tunnettu siitä, että 15. vastaanottimessa lasketaan (411) kehysaikojen määrää ennalta määrättyyn ajan kohtaan asti, - ilmaistaan mainitun hiljaisuusjakson (208, 209; 303) alkamisajankohta, ja - päätellään mainitun lasketun kehysaikamäärän ja hiljaisuusjakson (208, 209; 303) alkamisajankohdan perusteella onko mainitun informaatiolähetysjakson (200; 301; 20 302) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209; 303) välissä mainitunlainen odo tusaika (T) vai ei.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu epäjatkuva lähetys käsittää 25. keskiarvotusjakson (211,212), joka on ennalta määrätyn määrän kehysaikojen pi tuinen ja joista ainakin viimeinen kehysaika on hiljaisuusjaksoon (208, 209; 303) kuuluva kehysaika, jossa lähetyksessä - kutakin kehysaikaa kohden puhedekooderi saa informaatiomerkin (107, 405), jolla on ensimmäinen arvo mikäli kehysaika kuuluu informaatiolähetysjaksoon (200; 301; 30 302) tai odotusaikaan (T) ja toinen arvo mikäli kehysaika kuuluu hiljaisuusjaksoon ; (208, 209; 303), ja jossa menetelmässä - lasketaan (411) vastaanottimessa kehysaikojen määrää keskiarvotusjakson (211, 212) viimeiseen kehysaikaan (0) asti, ja - ilmaistaan kun mainitun informaatiomerkin (405) arvo muuttuu mainitusta ensim-35 mäisestä arvosta mainittuun toiseen arvoon, ja - päätellään mainitun lasketun kehysaikojen määrän perusteella ja mainitun ilmaisun perusteella onko mainitun informaatiolähetysjakson (200; 301; 302) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209; 303) välissä mainitunlainen odotusaika (T) vai ei. 21 105001

3. Puhedekooderi epäjatkuvassa lähetyksessä vastaanotettujen puhekehysten de-koodaamiseksi, joka käsittää - puhedekoodauksen suorittavan välineen (402) vastaanotetun puhekehyksen dekoo-5 daamiseksi toistoa varten, - kohinaa muodostavan välineen (407) synteettisen kohinan muodostamiseksi mainittuun toistoon, ja - puhedekoodausta ohjaavan välineen (408) puhedekoodauksen ohjaamiseksi, ja joka epäjatkuva lähetys käsittää ajallisesti peräkkäin kehysaikoja, joissa osassa 10 lähetetään kehys ja osassa ollaan lähettämättä, muodostaen - ainakin yhden kehyksen käsittäviä informaatiolähetysjaksoja (200; 301; 302), jotka sisältävät käyttäjän mainitulle lähetinlaitteelle antamaa informaatiota, ja - ainakin yhden kehysajan pituisia hiljaisuusjaksoja (208, 209; 303), jotka sisältävät muuta kuin käyttäjän antamaa informaatiota, ja 15. epäsäännöllisesti informaatiolähetysjakson (200) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209) välissä ainakin yhden kehyksen käsittävä ajanjakso (T), joka muodostaa odotusajan hiljaisuusjaksoon liittyvän informaation määrittämiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää - välineet (411) kehysaikojen määrän laskemiseksi ennalta määrättyyn ajankohtaan 20 asti, - välineet (410), jotka ilmaisevat mainitun hiljaisuusjakson (208, 209; 303) alkamisajankohdan, ja - välineet (410), jotka mainitun lasketun kehysaikojen määrän ja hiljaisuusjakson (208, 209; 303) alkamisajankohdan perusteella päättelevät onko mainitun informaa- , 25 tiolähetysjakson (200; 301; 302) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209; 303) välissä mainitunlainen odotusaika (T) vai ei.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen puhedekooderi, tunnettu siitä, että mainittu epäjatkuva lähetys käsittää 30. keskiarvotusjakson (211, 212), joka on ennalta määrätyn määrän kehysaikojen pi- ; tuinen ja joista ainakin viimeinen kehysaika on hiljaisuusjaksoon (208, 209; 303) : kuuluva kehysaika, jossa lähetyksessä - kutakin kehysaikaa kohden puhedekooderi saa informaatiomerkin (107, 405), jolla on ensimmäinen arvo mikäli kehysaika kuuluu informaatiolähetysjaksoon (200; 301; 35 302) tai odotusaikaan (T) ja toinen arvo mikäli kehysaika kuuluu hiljaisuusjaksoon (208, 209; 303), ja 105001 22 - mainitut laskentavälineet (411) käsittävät välineet kehysaikojen määrän laskemiseksi vastaanottimessa keskiarvotusjakson (211,212) viimeiseen kehykseen (0) asti, ja - mainitut ilmaisuvälineet (410) käsittävät välineet, jotka ilmaisevat mainitun infor-5 maatiomerkin (405) arvon muuttumisen mainitusta ensimmäisestä arvosta mainittuun toiseen arvoon, ja - mainitut päättelyvälineet (410) käsittävät välineet, jotka mainitun laskentavälinei-den (411) laskeman kehysaikojen määrän perusteella ja mainitun ilmaisuvälineiden (410) suorittaman ilmaisun perusteella päättelevät onko mainitun informaatiolähe- 10 tysjakson (200; 301; 302) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209; 303) välissä mainitunlainen odotusaika (T) vai ei.

5. Lähetin-vastaanotin epäjatkuvaa lähetystä käyttävää matkapuhelinjärjestelmää varten, joka käsittää lähetinhaaran sanomien lähettämiseksi ja vastaanotinhaaran sa-15 nomien vastaanottamiseksi, ja jossa vastaanotinhaarassa on puhedekoderi, joka kä sittää - puhedekoodauksen suorittavan välineen (402) vastaanotetun puhekehyksen dekoo-daamiseksi toistoa varten, - kohinaa muodostavan välineen (407) synteettisen kohinan muodostamiseksi mai-20 nittuun toistoon, ja - puhedekoodausta ohjaavan välineen (408) puhedekoodauksen ohjaamiseksi, ja joka epäjatkuva lähetys käsittää ajallisesti peräkkäin kehysaikoja, joissa osassa lähetetään kehys ja osassa ollaan lähettämättä, muodostaen - ainakin yhden kehyksen käsittäviä informaatiolähetysjaksoja (200; 301; 302), jotka 25 sisältävät käyttäjän mainitulle lähetinlaitteelle antamaa informaatiota, ja - ainakin yhden kehysajan pituisia hiljaisuusjaksoja (208, 209; 303), jotka sisältävät muuta kuin käyttäjän antamaa informaatiota, ja - epäsäännöllisesti informaatiolähetysjakson (200) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209) välissä ainakin yhden kehyksen käsittävä ajanjakso (T), joka muodostaa 30 odotusajan hiljaisuusjaksoon liittyvän informaation määrittämiseksi, tunnettu siitä, • että se käsittää 1. välineet (411) kehysaikojen määrän laskemiseksi ennalta määrättyyn ajankohtaan asti, 7 » - välineet (410), jotka ilmaisevat mainitun hiljaisuusjakson (208, 209; 303) alka-35 misajankohdan, ja - välineet (410), jotka mainitun lasketun kehysaikojen määrän ja hiljaisuusjakson (208, 209; 303) alkamisajankohdan perusteella päättelevät onko mainitun informaa- 105001 23 tiolähetysjakson (200; 301; 302) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209; 303) välissä mainitunlainen odotusaika (T) vai ei.

6. Patenttivaatimuksen 6 mukainen lähetin-vastaanotin, tunnettu siitä, että mai-5 nittu epäjatkuva lähetys käsittää - keskiarvotusjakson (211,212), joka on ennalta määrätyn määrän kehysaikojen pituinen ja joista ainakin viimeinen kehysaika on hiljaisuusjaksoon (208, 209; 303) kuuluva kehysaika, jossa lähetyksessä - kutakin kehysaikaa kohden puhedekooderi saa informaatiomerkin (107,405), jolla 10 on ensimmäinen arvo mikäli kehysaika kuuluu informaatiolähetysjaksoon (200; 301; 302. tai odotusaikaan (T) ja toinen arvo mikäli kehysaika kuuluu hiljaisuusjaksoon (208, 209; 303), ja - mainitut laskentavälineet (411) käsittävät välineet kehysaikojen määrän laskemiseksi vastaanottimessa keskiarvotusjakson (211,212) viimeiseen kehykseen (0) asti, 15 ja - mainitut ilmaisuvälineet (410) käsittävät välineet, jotka ilmaisevat mainitun informaatiomerkin (405) arvon muuttumisen mainitusta ensimmäisestä arvosta mainittuun toiseen arvoon, ja - mainitut päättelyvälineet (410) käsittävät välineet, jotka mainitun laskentavälinei-20 den (411) laskeman kehysaikojen määrän perusteella ja mainitun ilmaisuvälineiden (410) suorittaman ilmaisun perusteella päättelevät onko mainitun informaatiolähe-tysjakson (200; 301; 302) ja sitä seuraavan hiljaisuusjakson (208, 209; 303) välissä mainitunlainen odotusaika (T) vai ei.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen lähetin-vastaanotin, tunnettu siitä, että se on 9 matkapuhelin.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen lähetin-vastaanotin, tunnettu siitä, että se on tukiasema. * · < < 105001 24