SE504396C2 - Detektering av felaktigt mottagna dataramar i ett kommunikationssystem - Google Patents

Description

504 396 2 trösklarna på korrekt sätt. Om trösklarna sätts alltför lågt kommer en hög frekvens av falsklarm att inträffa (acceptabla ramar behandlas såsom dåliga ramar).

Ett syftemàl för föreliggande uppfinning är en anordning och ett förfarande där dåliga ramar detekteras mera tillförlitligt, i och för möjliggörande av döljande åtgärder för dåliga ramar i I enlighet med de ovan nämnda modifierade metoderna.

SUMMERING AV UPPFINNINGEN I enlighet med föreliggande uppfinning löses detta syftemàl genom ett förfarande i enlighet med krav 1.

I enlighet med uppfinningen löses vidare syftemålet även av en anordning i enlighet med krav ll.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning, ytterligare syftemàl och fördelar med denna, förstås bäst genom hänvisning till nedanstående be- skrivning och de bifogade ritningarna, i vilka Fig. 1 är ett schematiskt blockschema av de relevanta delarna av en mottagare i ett radiokommunikationssystem innehållande en anordning i enlighet med föreliggande uppfinning; Fig. 2 är ett tidsdiagram av en mottagen signalstyrka och motsvarande tidsluckor; och Fig. 3 är ett flödesschema av förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning.

Cfl CD $> (N \O O\ DETALJERAD BESKRIVNING AV DE FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMERNA För att förstå funktionen av uppfinningen är det ändamålsenligt att kort rekapitulera funktionen av en typisk digital cellulär radioförbindelse och typiska metoder för döljande av dåliga ramar .

I en kommunikationslänk i ett digitalt cellulärt telefonsystem digitaliseras först audiosignalen, och sedan appliceras en talkodningsalgoritm (se exempelvis "Applications of voice processing to telecommunications", Lawrence R. Rabiner, Proc.

IEEE, vol. 82, nr. 2, sid. 199-228). Denna algoritm komprimerar talsignalen och omvandlar den till ett antal kvantiserade parametrar (vanligen pà ett rambaserat sätt). De resulterande bitarna skyddas därefter genom addering av kodningsredundans genom användning av kanalkodningsmetoder (se exempelvis G.C.

Clark och J.B. Cain, "Error Correction Coding for Digital Communication", Plenum Press, 1981). Vissa bitar i en ram som skall sändas sammanlagras dessutom över flera tidsluckor. En tidslucka kommer därför att innehálla bitar från flera ramar. Den resulterande bitströmmen moduleras sedan (se exempelvis J.G.

Proakis, "Digital Communication", 2:a uppl., McGraw-Hill, 1989) och sänds, t.ex. genom användande av TDMA (TDMA = Time Division Multiple Access) metoder. Vid mottagaren demoduleras signalen.

Eventuell tids- eller flervägsdispersion kan motverkas genom olika utjämningsmetoder, t.ex. Viterbi-utjämning eller be- slutsàterkopplad utjämning (se exempelvis referensen av J.G.

Proakis ovan). Efter isärtagning (de-interleaving) används kanalavkodning (se exempelvis referensen av G.C. Clark och J.B.

Cain ovan) i syfte att avkoda de mottagna bitarna. De bitar som bildar de kvantiserade parametrarna för en ram som talavkodaren behöver för att rekonstruera den sända talsignalen erhàlls därför genom isärtagning av information frán flera tidsluckor. Av ovanstående diskussion är det uppenbart att störningar pà transmissionskanalen kan påverka den rekonstruerade talsignalen och därigenom reducera kvaliteten av denna signal. 504 396 4 Fastän kanalkodning/avkodningsmetoder väsentligt kan reducera känsligheten för störningar är det vanligen ej tillräckligt att enbart tillämpa kanalkodning i ett digitalt cellulärt system. I själva verket är det tämligen vanligt att dessutom använda så kallade feldöljande metoder för att ytterligare maskera de förnimbara effekterna av bitfel som återstår vid ingången till talavkodaren. Dessa metoder baseras mestadels på information avseende transmissionskanalens kvalitet, såsom information som är tillgänglig eller estimeras på mottagarsidan. När sådan information indikerar att transmissionskanalens kvalitet är dålig påbörjar de feldöljande metoderna speciella åtgärder i talavkoda- ren med syfte att reducera de negativa effekterna av bitfel på den rekonstruerade talsignalen. Sofistikationsgraden för de feldöljande metoderna beror av typen av information om transmiss- ionskanalens kvalitet. Några sätt att erhålla sådan information kommer nu att beskrivas.

Direkt information avseende kanalkvaliteten kan erhållas genom mätning av signalstyrkan. Ett lågt värde skulle då indikera ett lågt signal-till-brusförhàllande, vilket innebär att kanalkvali- teten kan förväntas vara dålig. Kanalkodningsmetoder erbjuder en ytterligare sofistikationsnivà. En metodtyp är att använda redundantzkanalkodning, t.ex. cyklisk redundanskontroll (CRC) (se exempelvis referensen av' G.C. Clark och J.B. Cain. ovan), i synnerhet när koden används för feldetektering. Vidare kan "mjuk" (ej binärt kvantiserad) information erhållas från faltningsav- kodaren (om en faltningskod används), demodulatorn, utjämnaren och/eller blockkodavkodaren (se exempelvis referensen av J.G.

Proakis ovan). En metod som ofta tillämpas är att dela in informationsbitarna från talkodaren i olika klasser, var och en med olika felkorrigerings/detekteringsscheman, i enlighet med de olika bitarnas betydelse (se exempelvis EIA/TIA IS-54B). Delar av informationen med feldetekterings/korrigeringskoder kan användas såsom indikatorer på eventuella bitfel som förekommer i talramen.

Qn CD 45 cd vb O\ Vissa metoder för införande av feldöljning i konventionella talavkodare med syfte att maskera ramar som betraktas innehålla bitfel kommer nu att kort beskrivas. När en dålig ram detekteras är det vanligt att använda informationen från den föregående, accepterade ramen. Ofta kombineras denna metod med dämpning av utsignalnivån i det fall att situationen med dåliga ramar skulle kvarstå under flera ramar (se exempelvis EIA/TIA IS-54B). Denna situation är ej ovanlig i mobiltelefonsystem, där fädningsdalar kan kvarstå under tämligen långa tidsperioder i det fall att mobilhastigheten är låg. Resultatet av dämpningen är att störningarna maskeras i den rekonstruerade signalen. I synnerhet undviks starka "klickljud". Om mera detaljerad information är tillgänglig' vad gäller kvaliteten av varje mottagen. del av inkommande bitar, är det möjligt att spåra eventuella transmiss- ionsfel till vissa av talavkodarens parametrar. Eftersom dessa parametrar utgör en modell av olika fenomen i talet, kan feldöljande metoder utvecklas som är optimerade för den fysika- liska betydelsen av varje enskild parameter. Ett exempel är den så kallade "pitch gain"-parametern (se exempelvis T.B. Minde et al., "Techniques for low bit rate speech coding using long analysis frames", ICASSP, Minneapolis, USA, 1993). Ett "pitch gain"-värde större än ett erfordras ibland för denna parameter under transienta talperioder. Ett sådant värde svarar dock mot en instabil filtermodell, vilket innebär att det kan vara något riskfyllt att använda ett sådant. I synnerhet är det lämpligt att introducera feldöljande metoder som begränsar "pitch gain" till värden som är mindre än ett i det fall ett eventuellt bitfel detekteras i denna parameter. Ytterligare ett exempel är den spektrala filtermodell som ofta används i moderna talkodnings- algoritmer (se exempelvis referensen av T.B. Minde et al. ovan).

I detta fall kan feldöljande metoder användas för att förhindra användning av instabila filter då bitfel indikeras i motsvarande spektrala information. Omvändningen är också relevant; då ett instabilt filter detekteras kan en dålig ram indikeras och feldöljande metoder påläggas. 504 396 6 I t.ex. amerikanska digitala cellulära system i enlighet med standarden IS-54B skulle en stulen ram för FACCH resultera i en förlorad talram vid talavkodaren innottagaren. Talavkodaren löser detta problem genom att "fylla i" lämplig information. Vanligen används motsvarande information från den föregående ramen i stället för från den förlorade ramen.

Om avkodaren tillhandahåller så kallad anti-porlande verkan (anti-swirling) för bakgrundsljud kan den resulterande audiosig- nalens kvalitet vara oacceptabel om de ovan nämnda döljande metoderna för tal används. Såsom beskrivs i svenska patentansökan 93 00290-5 kan denna anti-porlande verkan utföras på flera sätt.

En möjlig åtgärd är en bandbreddsexpansion av filtret. Detta innebär att filtrets poler flyttas mot origo i det komplexa planet. En annan möjlig modifiering är làgpassfiltrering av filterparametrarna i tidsdomänen. Dvs., snabba variationer från ram till ram av filterparametrarna, eller av representationer därav, utjämnas genom lågpassfiltrering av åtminstone vissa av dessa parametrar. Ett specialfall av denna metod är medelvärdes- bildning av en representation av filterparametrarna över flera ramar .

Med hjälp av' denna bakgrundsinformation kommer föreliggande uppfinning nu att beskrivas under hänvisning till fig. 1. Fig. 1 visar de delar av en mottagare i ett mobilradiokommunikations- system som är nödvändiga för att beskriva en föredragen utför- ingsform av föreliggande uppfinning. En antenn mottager in- formationen från den överförda signalen och leder denna över en insignalledning 10 till en nedkonverterare 12. Nedkonverteraren 12 konverterar den mottagna signalen till basbandet och leder den över en ledning 14 till en datadetekteringskrets, vilken i den visade utföringsformen representeras av en utjämnare 16, t.ex. en Viterbi-utjämnare, som konverterar den mottagna och nedkon- verterade signalen till en bitström, som :L sin tur över en ledning 18 leds till en isärtagningskrets (de-interleaver) 20.

Om den mottagna ramen innehåller bitar från en trafikkanal leds bitströmmen över en ledning 22 till en kanalavkodare 24. 5s4 396 7 Kanalavkodaren 24 omvandlar bitströmmen till en filterparameter- ström och en excitationsparameterström för talavkodning.

Utjämnaren 16 matar också "mjuk" information avseende mottagna bitar eller symboler till ett beslutsorgan 28 över ledningen 52.

Såsom nämnts ovan omvandlar kanalavkodaren bitströmmen till en filterparameterström och en excitationsparameterström för talavkodning i en talavkodare 40, som utmatar en audiosignal på en utgångsledning 42. Vidare utför kanalavkodaren 24 avkodning med cyklisk redundanskontroll (CRC) på åtminstone delar av varje mottagen ram. Resultaten av' dessa kontroller leds till be- slutsorganet 28 över en ledning 26. Ett döljande organ 32 anslutet till beslutsorganet 28 styr behandlingen av filter- och excitationsparametrar i talavkodaren 40 via en ledning 46. Det döljande organet 32 kan implementeras såsom en tillståndsmaskin av en mikroprocessor.

I en föredragen utföringsform innehåller mottagaren också en taldetektor (ej visad). En lämplig taldetektor beskrivs i WO 89/08910 i namnet British Telecom PLC. Denna taldetektor bestämmer ur filter- och excitationsparametrarna huruvida den mottagna ramen innehåller primärt tal eller bakgrundsljud.

Taldetektorns beslut matas till en. parametermodifierare för modifiering av de mottagna filterparametrarna (om så önskas kan ej signaldiskriminator för bestämning av huruvida mottagna signaler representerande bakgrundsljud är stationära eller ej vara inkluderad mellan taldetektorn och parametermodifieraren).

Denna modifiering beskrivs :i detalj i. svenska patentansökan 93 00290-5, vilken härmed införlivas genom hänvisning. De eventuelltmodifieradefilterparametrarnaochexcitationsparamet- rarna leds till talavkodaren 40.

Den cykliska redundanskontrollen från kanalavkodaren 24 bildas ram för ram och ej tidslucka för tidslucka. Det skulle dock vara önskvärt att ha en indikation på en dålig ram tidslucka för tidslucka. Det skulle sålunda vara önskvärt att utföra feldetek- tering, t.ex. en cyklisk redundanskontroll, tidslucka för 504 396 8 tidslucka. Sådan detektering skulle ge en tidig varning om en inkommande dålig ram. I exempelvis den amerikanska standarden IS- 54B finns en signal i varje tidslucka som identifierar varje kanal, nämligen CDVCC (CDVCC = Coded Digital Verification Color Code). Detta är en tolv bitar lång, kodad, icke sammanlagrad version av den åtta bitar långa digitala verifikationsfärgkoden och sänds i varje lucka i både fram- och returlänken. Den använda koden är en enkel (15, 11) kod som kortats av till en (12, 8) Hamming-kod och är därför en kod som korrigerar enkelfel. I mottagaren, t.ex. i kanalavkodaren 24, är det därför möjligt att konstruera en flagga DvccError som är sann om åtminstone ett fel har inträffat i den avkodade DVCC. Därför kan DvccError användas såsom en indikation på en dålig ram. Denna indikation sänds till beslutsorganet 28 på ledningen 26. Där kan den kombineras med övrig information som mottagits av beslutsorganet 28. Denna process kommer ytterligare att beskrivas under hänvisning till fig. 3.

Fig. 2 illustrerar signalstyrkan S för en mottagen signal såsom funktion av tiden T. Fig. 2 illustrerar också motsvarande tidsluckor A, ..., F. Varje tidslucka innehåller sammanlagrad information från två talramar (såsom IS-548). Till exempel innehåller tidslucka B information från ram k-2 och k-1, medan tidslucka C innehåller den återstående informationen från ram k-1 och information från ram k. Gapen mellan de illustrerade tidsluckorna representerar de andra kanalerna (motsvarande tidsluckor har utelämnats) som upptager samma frekvens.

När en ram har plockats ihop efter "urflätning" (de-interleaving) utförs en CRC. Exempelvis utförs CRC(k-2) när ram k-2 har sammansatts efter urflätning av tidsluckorna A och B. I figuren innehåller tidsluckorna, C och. D dålig information, eftersom signalstyrkan är alltför låg under dessa luckor. CRC(k) kommer därför att misslyckas (CRC(k)=EJ OK). Ram k-1 betraktas dock såsom acceptabel, eftersom CRC(k-1) ej misslyckades (CRC(k-1)=0K) trots att tidslucka C mottagits med en mycket låg signalstyrka och kan innehålla fel. Resultatet är att ram k-1 accepteras såsom 5Û4 396 9 den senast korrekt mottagna ramen trots att den kan innehålla fel.

Enligt föreliggande uppfinning utförs feldetektering också på DVCC-fältet i varje tidslucka. Denna feldetektering (DVCC=EJ OK) på DVCC-fältet kommer att detektera en dålig tidslucka i lucka C och ge en indikation på att ram k-1 kan innehålla fel, eftersom delar av denna ram mottagits i tidslucka C. Därför kan ram k-1 förklaras oacceptabel och ram k-2 betraktas såsom den senaste acceptabla ramen. Detta kommer att ge en mera tillförlitlig insignal till en feldöljande algoritm.

En föredragen utföringsform av förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas under hänvisning till flödesschemat i fig. 3. Endast de steg som är väsentliga för förståelse av föreliggande uppfinning visas. I steg 100 testar rutinen huruvida ordinarie CRC för en ram har misslyckats. Om detta är fallet fortsätter rutinen till en feldöljande rutin i steg 120. I annat fall testas DvccError-flaggan i steg 110. Om flaggan är sann testas också huruvida SoftQual är mindre än en tröskel THl. Om båda dessa villkor är sanna fortsätter rutinen till den feldöljande rutinen i steg 120. I annat fall testar steg 130 huruvida SoftQual är mindre än en andra tröskel TH2. Om detta är fallet utförs den feldöljande rutinen i steg 120. I annat fall slutar rutinen 1 steg 140. Utan föreliggande uppfinning skulle det ej ha funnits något steg 110. På grund av steg 110 kan tröskeln THl sättas mera aggressivt (högre), eftersom testet kombineras med testet av DvccError-flaggan. Om en tidslucka sålunda har både en tämligen làg "mjuk information" kvalitet och en sann DvccError-flagga, erfordras feldöljande åtgärder. Om DvccError-flaggan ej är sann kan SoftQual-parametern fortfarande utlösa den feldöljande algoritmen i steg 120, men i detta fall måste den vara lägre än en andra tröskel TH2, som är mera konservativ (lägre) än den första tröskeln TH1. I detta fall måste sålunda den mjuka informationen starkare indikera en dålig tidslucka för att utlösa den feldöljande algoritmen i steg 120. 504 396 Uppfinningen har beskrivits under hänvisning till den digitala verifikationsfärgkoden. Ur ovanstående beskrivning är det dock uppenbart att andra kanalkodade parametrar som förekommer i varje tidslucka skulle kunna användas i stället för eller i kombination med den digitala verifikationsfärgkoden. Det är ett väsentligt särdrag hos uppfinningen att en vald parameter bör innehålla redundans (t.ex. kanalkodas) för att medge enkel feldetektering.

Vidare har uppfinningen beskrivits under hänvisning till digitala radiokommunikationssystem av TDMA-typ. Samma principer kan dock även tillämpas vid varje system i vilket information sänds i signalskurar. T.ex. är det ej nödvändigt att flera kanaler delar samma frekvens eller att skurarna sänds i regelbundna tidsin- tervall. Uppfinningen kan även användas i t.ex. tràdbundna kommunikationssystem.

Det är även möjligt att generalisera de ovan beskrivna idéerna genom att observera att det i själva verket ej är nödvändigt att kräva att den testade, redundans innehållande parametern måste vara icke sammanflätad (non-interleaved). Liknande förbättringar kan erhållas om parametern har ett sammanflätningsdjup som är mindre än sammanflätningsdjupet för en talram (här definieras sammanflätningsdj upet såsom antalet skurar över vilka informatio- nen sammanflätas eller sammanlagras). En tidigare indikation på en dålig ram erhålls fortfarande, eftersom parametern urflätas (de-interleaved) tidigare än de fullständiga talramen.

Fackmannen inser att olika modifieringar och förändringar kan utföras vid uppfinningen utan avvikelse från dess grundtanke och ram, som definieras i de bifogade patentkraven.

Claims (20)

504 396 ll PATENTKRAV

1. Förfarande för detektering av dåliga ramar mottagna i en mottagare i ett digitalt kommunikationssystem, i vilket: informationsbitar sänds i signalskurar, en första del av informationsbitarna tillhör ramar och har ett första skursammanflätningsdjup, och en andra del av informationsbitarna ej tillhör ramarna samt har ett andra, mindre skursammanflätningsdjup, k ä n n e - t e c k n a t av: detektering av eventuella bitfel i en förutbestämd, redundans innehållande bitsekvens med det andra sammanflätnings- djupet; och indikering av en dålig mottagen ram om bitfel har detekte- rats i denna bitsekvens.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att bitsekvensen har ett sammanflätningsdjup på l, dvs. bitsekvensen ingår i varje signalskur.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att bitsekvensen är kanalkodad.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att det digitala kommunikationssystemet är ett digitalt radiokommuni- kationssystem.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att det digitala radiokommunikationssystemet är ett TDMA-system.

6. Förfarande enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att indikationen på en dålig mottagen ram kombineras med andra indikationer på en dålig mottagen ram.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att indikationen på en dålig mottagen ram logiskt kombineras med andra indikationer på en dålig mottagen ram. 504 396 12

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att de andra indikationerna baseras pà mjuk information avseende mottagna bitar.

9. Förfarande enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att bitsekvensen även används för annat syfte än feldetekte- ring.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att det digitala kommunikationssystemet arbetar i enlighet med den amerikanska standarden IS-54B och att bitsekvensen utgörs av den kodade digitala verifikationsfärgkoden (CDVCC) i denna standard.

11. ll. Anordning för detektering av dåliga ramar mottagna i en mottagare i ett digitalt kommunikationssystem, i vilket: informationsbitar sänds i signalskurar, en första del av informationsbitarna tillhör ramar och har ett första skursammanflätningsdjup, och en andra del av informationsbitarna ej tillhör ramarna samt har ett andra, mindre skursammanflätningsdjup, k ä n n e - t e c k n a t av: organ (24) för detektering av eventuella bitfel i en förutbestämd, redundans innehållande bitsekvens med det andra sammanflätningsdjupet; och organ (24) för indikering av en dålig ram om bitfel har detekterats i bitsekvensen.

12. Anordning enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att bitsekvensen har ett sammanflätningsdjup på 1, dvs. bitsekvensen ingår i varje signalskur.

13. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att bitsekvensen är kanalkodad.

14. Anordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d av att det digitala kommunikationssystemet är ett digitalt radiokommuni- kationssystem. 504 396 13

15. Anordning enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att det digitala radiokommunikationssystemet är ett TDMA-system.

16. Anordning enligt krav 12 eller 15, k ä n n e t e c k n a d av organ (28) för kombinering av indikationen av en dålig mottagen ram med andra indikationer av en dålig mottagen ram.

17. Anordning enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av organ (28) för logisk kombinering av indikationen av en dálig mottagen ram med andra indikationer av en dålig mottagen ram.

18. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av organ (12, 16) för bildande av nämnda andra indikationer pá basis av mjuk information avseende mottagna bitar.

19. Anordning enligt krav 12 eller 15, k ä n n e t e c k n a d av att bitsekvensen även används för andra syftemàl än feldetek- tering.

20. Anordning enligt krav 19, k ä n n e t e c k n a d av att det digitala kommunikationssystemet arbetar i enlighet med den amerikanska standarden IS-54B och.att bitsekvensen innefattar den kodade digitala verifikationsfärgkoden (CDVCC) i denna standard.