УКАЗАТЕЛЬ ПЛОХИХ КАДРОВ В СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ GSM
BAD DATA FRAMES INDICATOR IN GSM MOBILE COMMUNICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в целом, относится к беспроводной цифровой связи с использованием кодирования речи и, в частности, к системе и способу обнаружения плохих кадров данных при приеме речевых передач.
Предшествующий уровень техники
Глобальная система мобильной связи (GSM) - это система мобильной связи, в которой сети GSM действуют в нескольких странах мира. Система GSM, работающая на частоте 900 мегагерц (МГц), и родственные ей системы, работающие на частоте 1,8 гигагерц (ГГц) (именуемые DCS1800) и 1,9 ГГц (именуемые GSM1900 или PCS1900 и действующие в Северной Америке), специфицированы в соответствии со стандартом GSM, опубликованным Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI). Основной услугой связи, поддерживаемой GSM, является телефония. Как и в других типах связи, речь подвергается цифровому кодированию и передаче по сети GSM в виде цифрового потока.
На фиг.1 показана характерная архитектура обобщенной сети 100 GSM. Сеть 100 GSM состоит из нескольких функциональных объектов, функции и интерфейсы которых специфицированы, например, согласно стандартам, опубликованным ETSI. Сеть 100 GSM можно разделить на три подсистемы. Мобильная станция или подсистема 102 переносится абонентом, например, лицом, использующим мобильную станцию 102 в качестве телефона. Подсистема 104 базовой станции (ПБС; BSS) управляет линией 106 радиосвязи с мобильной станцией 102. Сетевая подсистема 108, главной частью которой является центр 110 коммутации мобильных услуг (ЦКМ; MSC), осуществляет коммутацию вызовов между мобильными пользователями, например, лицом, использующим мобильную станцию 102, и между мобильными пользователями и пользователями стационарной сети. ЦКМ 110 также осуществляет операции управления мобильностью. Мобильная станция 102 и подсистема 104 базовой станции осуществляют связь по интерфейсу 112 Um, также известному как радиоинтерфейс или радиоканал 112. Подсистема 104 базовой станции осуществляет связь с центром 110 коммутации мобильных услуг по интерфейсу 114 А.
Мобильная станция 102 включает в себя мобильное оборудование 116 (терминал) и смарт-карту, именуемую модулем 118 идентификации абонента (SIM). SIM 118 обеспечивает персональную мобильность, что позволяет пользователю осуществлять доступ к абонированным услугам независимо от конкретного терминала, т.е. мобильного оборудования 116. Вставив SIM 118 в другой терминал GSM (не показан), пользователь может принимать вызовы на этом терминале, делать вызовы с этого терминала и получать другие абонированные услуги.
Подсистема 104 базовой станции включает в себя две части, базовую приемопередающую станцию (БПС, BTS) 120 и контроллер 122 базовой станции (КБС; BSC) 122. Одна или несколько базовых приемопередающих станций 120 осуществляют связь с контроллером 122 базовой станции по стандартному интерфейсу 124 Abis, что позволяет проводить операции между компонентами от различных производителей. Базовая приемопередающая станция 120 вмещает в себя приемопередатчики радиосвязи, которые определяют соту и обрабатывают протоколы линий радиосвязи с мобильными станциями, например, мобильной станцией 102. В большом городском районе предположительно развернуто большое количество базовых приемопередающих станций 120. Контроллер 122 базовой станции управляет радиоресурсами одной или нескольких базовых приемопередающих станций 120. Контроллер 122 базовой станции управляет, например, настройкой радиоканала, скачкообразной перестройкой частоты и передачей обслуживания. Контроллер 122 базовой станции соединяет мобильную станцию 102 и ЦКМ 110.
Центральным компонентом сетевой подсистемы 108 является ЦКМ 110. ЦКМ 110 действует наподобие обычного узла коммутации телефонной сети общего пользования (ТСОП; PSTN) или цифровой сети с комплексными услугами (ISDN), и дополнительно обеспечивает функциональные возможности, необходимые для управления мобильным абонентом, например, регистрацией, аутентификацией, обновлением местоположения, передачей обслуживания и маршрутизацией вызовов для абонента, находящегося в роуминге. Эти услуги обеспечиваются совместно с несколькими функциональными объектами, которые совместно образуют сетевую подсистему 108. ЦКМ 110 обеспечивает соединение со стационарными сетями 126 (например, ТСОП, ISDN, сетями передачи данных общего пользования с коммутацией пакетов (PSPDN) и сетями передачи данных общего пользования с коммутацией каналов (CSPDN)). Для сигнализации между функциональными объектами в сетевой подсистеме 108 - например, ЦКМ 110 и собственным реестром местоположения (HLR) 128 - используется система сигнализации номер 7 (SS7), применяемая для магистральной сигнализации в ISDN и широко используемая в современных сетях общего пользования. Например, HLR 128 и гостевой реестр местоположения (VLR) 130, совместно с ЦКМ 110, обеспечивают маршрутизацию вызовов и возможности роуминга в GSM. Реестр идентификации оборудования (EIR) 132 - это база данных, которая содержит список всего пригодного мобильного оборудования в сети. Центр 134 аутентификации (AuC) - это защищенная база данных, где хранится копия секретного ключа, хранящегося в каждой SIM-карте 118 абонента, которая используется для аутентификации и шифрования на радиоканале 112.
В GSM используется комбинация множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР; TDMA) и множественного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР; FDMA) для совместного использования ограниченной полосы пропускания радиоканала 112 множеством пользователей, т.е. для связи между множеством мобильных станций 102 и базовой приемопередающей станцией 120. МДЧР, применяемый в GSM, предусматривает деление по частоте полосы пропускания шириной максимум 25 мегагерц (МГц) радиоканала 112 на 124 несущих частот, отстоящих друг от друга на 200 килогерц (кГц). Каждой базовой приемопередающей станции 120 назначается одна или несколько несущих частот. Затем каждая из этих несущих частот делится по времени с использованием схемы МДВР, например, схемы МДВР 200, показанной на фиг.2.
На фиг.2 показана структура хронирования иллюстративной схемы 200 МДВР, используемой в GSM. Основная единица времени в схеме 200 МДВР называется период пакета (BP), показанные на фиг.2 как периоды 202 пакета. Период 202 пакета длится 15/26 миллисекунд (мс) или приблизительно 0,577 мс. Восемь периодов 202 пакета объединяются в кадр 204 МДВР (120/26 мс или приблизительно 4,615 мс). Кадр 204 МДВР образует основную единицу для задания логических каналов. Например, канал можно задать как один из периодов 202 пакета на кадр 204 МДВР. Каналы задаются количеством и позицией их соответствующих периодов 202 пакета.
Канал 206 трафика (TCH) используется для переноса трафика речи и данных. Каналы 206 трафика задаются с использованием 26-кадрового мультикадра 208, который является группой из 26 кадров 204 МДВР. Длина 26-кадрового мультикадра 208 равна 120 мс, которая равна заданной длительности периода 202 пакета (120 мс, деленные на 26 кадров МДВР, деленные на 8 периодов пакета на кадр). Из 26 кадров 204 МДВР двадцать четыре используются для каналов 206 трафика, один используется для медленно ассоциированного канала управления (SACCH) 210 и один в настоящее время является неиспользуемым кадром 212 МДВР, как показано на фиг.2. Каналы 206 трафика для восходящей линии связи и нисходящей линии связи делятся по времени на 3 периода пакета, вследствие чего мобильной станции 102 не требуется передавать и принимать одновременно, что позволяет упростить электронику.
Существует четыре разных типа пакета, т.е. данных, занимающих период 202 пакета, которые используются для передачи в системе GSM. Нормальный пакет, например, пакет 214, используется для переноса данных и большей части сигнализации. Нормальный пакет 214 имеет полную длину 156,25 битов и состоит из двух 57-битовых информационных блоков или битов 216 данных, 26-битовой обучающей последовательности 218, используемой для выравнивания, одного бита 220 захвата для каждого информационного блока, т.е. битов 216 данных, используемого для быстро ассоциированного канала управления (FACCH), трех концевых битов 222 на каждом конце и 8,25-битовой защитной последовательности 224, как показано на фиг.2. 156,25 битов нормального пакета 214 передаются за 0,577 мс, обеспечивая суммарную битовую скорость 270,833 кбит/с.
GSM является цифровой системой, поэтому речевой сигнал, который, по природе своей, является аналоговым, нуждается в оцифровке. Речевой кодер/декодер (также именуемый «кодеком» или "вокодером") GSM использует технику оцифровки, именуемую кодированием с линейным прогнозированием с регулярным импульсным возбуждением (RPE-LPC) с долговременным циклом прогнозирования. В основном, информация из предыдущих речевых выборок, которая не очень быстро изменяется, используется для прогнозирования текущей речевой выборки. Речевой сигнал делится на 20-миллисекундные выборки, каждая из которых кодируется вокодером в 260 битов, с обеспечением полной битовой скорости 13 кбит/с, так называемого полноскоростного речевого кодирования.
По причине естественных и искусственных электромагнитных помех, кодированный сигнал речи или данных, передаваемый по радиоинтерфейсу, радиоканалу 112, должен быть защищен от ошибок. В GSM используется сверточное кодирование и блочное перемежение для достижения этой защиты. Для речи и данных используются разные алгоритмы. Для речи, вокодер формирует 260-битовый блок, именуемый речевым кадром, для каждой 20-мс речевой выборки. Некоторые биты этого 260-битового блока или речевого кадра важнее для воспринимаемого качества речи, чем другие. Таким образом, биты делятся на три класса:
Класс Ia - 50 битов - наиболее чувствительные к битовым ошибкам;
Класс Ib - 132 бита - умеренно чувствительные к битовым ошибкам;
Класс II - 78 битов - наименее чувствительные к битовым ошибкам.
Биты класса Ia имеют 3-битовый циклический избыточный код (CRC), добавленный для обнаружения ошибок. При обнаружении ошибки принимается решение, что речевой кадр, содержащий 260-битовый блок, слишком поврежден, чтобы его можно было понять, т.е. является «плохим речевым кадром» или "плохим кадром" и отбрасывается. Отброшенный речевой кадр заменяется ослабленной версией предыдущего правильно принятого речевого кадра. 53 бита класса Ia совместно с 132 битами класса Ib и 4-битовой конечной последовательностью (всего 189 битов) вводятся в полускоростной сверточный кодер с ограничением длины 4. Каждый введенный бит кодируется в два выходных бита на основании комбинации 4 предыдущих входных битов. Таким образом, сверточный кодер выводит 378 битов, к которым добавляются 78 оставшихся битов класса II, которые являются незащищенными. Таким образом, каждая 20-мс речевая выборка кодируется в 456 битов, обеспечивая битовую скорость 22,8 кбит/с.
Для дальнейшей защиты от пакетных ошибок, обычных для радиоинтерфейса, радиоканала 112, каждая речевая выборка подвергается перемежению. 456 битов, выведенные сверточным кодером, делятся на 8 блоков по 57 битов, и эти блоки передаются в восьми последовательных пакетах 214 временных интервалов, т.е. периодов 202 пакета. Поскольку каждый пакет 214 временных интервалов может переносить два 57-битовых информационных блока битов 216 данных, каждый пакет 214 переносит трафик из двух разных речевых выборок.
Прерывистая передача (DTX) - это метод, который пользуется преимуществом того факта, что, при нормальном разговоре, человек говорит менее 40 процентов времени, выключая передатчик в течение периодов молчания, тем самым сберегая энергию. Наиболее важным компонентом DTX является обнаружение речевой активности. Обнаружение речевой активности DTX различает вводы голоса и шума несмотря на наличие фонового шума. Если речевой сигнал ошибочно интерпретируется как шум, передатчик отключается, и на приемном конце ощущается очень неприятный эффект, именуемый срезанием. Если же шум слишком часто ошибочно интерпретируется как речь, эффективность DTX резко снижается. Кроме того, когда передатчик отключается, на приемном конце ощущается полная тишина, вследствие цифровой природы GSM. Чтобы абонент мог быть уверен, что соединение не прервалось, на приемном конце создается приятный шум, совпадающий по характеристикам с фоновым шумом передающего конца.
Согласно стандарту GSM, опубликованному ETSI, например, European Standard Telecommunication Series (ESTS) 11.10 выпуск 1999 г. в разделе 14.1 и, в частности, в разделах 14.1.1.1 и 14.1.1.2, требуется, чтобы мобильная станция, например, мобильная станция 102, отвечала определенному уровню производительности в режиме DTX в отношении плохих речевых кадров, поступающих на вокодер. Если телефон, т.е. мобильная станция 102, обеспечивает множество типов обслуживания, например, GSM и PCS 1900 в одном и том же телефоне, мобильная станция 102 должна отвечать критериям производительности на каждой рабочей частоте, например, 900 МГц для GSM и 1,9 ГГц для PCS1900. Согласно стандарту GSM тестируемая производительность называется указанием плохого кадра (BFI), и плохой речевой кадр, поступающий на вокодер, называется «необнаруженным плохим кадром». Стандарт GSM требует, например, чтобы менее 0,041% кадров, поступающих на вокодер, были необнаруженными плохими кадрами, что соответствует меньше, чем одному необнаруженному плохому кадру за 60 секунд. Например, в режиме DTX, кадры, содержащие тишину или только фоновый шум, могут приводить к плохим речевым кадрам, передаче которых на вокодер следует препятствовать.
3
На полноскоростном речевом канале трафика (TCH/F или TCH/FS), например, канале трафика 206, тот факт, что для обнаружения ошибок CRC используются только 3 бита, означает что существует значительная вероятность того, что контроль ошибок с помощью CRC пропустит плохой кадр на вокодер в качестве правильно принятого речевого кадра, т.е. хорошего кадра. Например, когда на мобильную станцию 102 вводится исключительно белый шум или случайно модулированные данные, каждый бит 3-битовго CRC имеет шансы 50:50 или вероятность 1/2 правильного совпадения случайных данных, поэтому CRC будет передавать 1/2 = 12,5% случайных данных, когда ничего передавать не нужно. Ввиду различных технических рассмотрений, например, что половину кадров можно интерпретировать как кадры FACCH, которые не проходят 40-битовый CRC для FACCH, можно предположить, что только 6,25% случайных данных пройдет CRC, что неприемлемо по сравнению с 0,041%, которого требует стандарт GSM.
Можно видеть, что нет необходимости в указании плохого кадра для мобильных станций GSM, которое преодолевает ограничения контроля ошибок с помощью 3-битового CRC для речевых кадров, обнаруживая плохие кадры, прошедшие CRC. Необходимо только указание плохого кадра для мобильных станций GSM, которое препятствует прохождению на вокодер тех кадров, для которых отсутствует входной сигнал, но которые, тем не менее, проходят CRC. Кроме того, существует потребность в указании плохого кадра, которое блокирует пренебрежимо малое количество хороших речевых кадров, когда принимается хороший сигнал.
Сущность изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения способ указания плохого кадра для речевого кадра включает в себя этапы, на которых: оценивают отношение сигнал/шум речевого кадра; проверяют значение циклического избыточного кода, которое указывает, проходит ли успешно или нет речевой кадр контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода; проверяют текущую метрику качества приемного сигнала речевого кадра, когда речевой кадр успешно проходит контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода, и отношение сигнал/шум выше заранее указанного значения; проверяют предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога; и задают текущий флаг BFI для указания, является ли речевой кадр плохим кадром согласно отношению сигнал/шум, значению циклического избыточного кода, текущей метрике качества приемного сигнала, предыдущему флагу BFI и предыдущей метрике качества приемного сигнала.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ указания плохого кадра для речевого кадра для мобильных станций GSM включает в себя этапы, на которых: оценивают отношение сигнал/шум речевого кадра; проверяют значение циклического избыточного кода, которое указывает, проходит ли успешно или нет речевой кадр контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода; задают текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда речевой кадр не проходит успешно контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода; задают текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда отношение сигнал/шум ниже заранее указанного значения отношения сигнал/шум; проверяют текущую метрику качества приемного сигнала речевого кадра, когда речевой кадр проходит успешно контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода, и отношение сигнал/шум выше заранее указанного значения; задают текущий флаг BFI для указания хорошего кадра, когда текущая метрика качества приемного сигнала выше верхнего порога; задают текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше нижнего порога; проверяют предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога; задают текущий флаг BFI для указания хорошего кадра, когда предыдущий флаг BFI указывает хороший кадр и/или предыдущая метрика качества приемного сигнала выше верхнего порога; и задают текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда предыдущий флаг BFI указывает плохой кадр, и предыдущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения способ указания плохого кадра для речевого кадра в мобильной станции GSM включает в себя: этап, на котором предоставляют отношение сигнал/шум речевого кадра; этап, на котором оценивают контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода для речевого кадра и обеспечивают значение циклического избыточного кода, которое указывает, проходит ли успешно или нет речевой кадр контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода; этап, на котором декодируют речевой кадр в декодированный кадр; этап, на котором повторно кодируют декодированный кадр в повторно закодированный кадр; этап, на котором коррелируют речевой кадр с повторно закодированным кадром для обеспечения корреляции; этап, на котором используют корреляцию для обеспечения текущей метрики качества приемного сигнала; этап, на котором сохраняют предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала; этап, на котором обеспечивают сравнение отношения сигнал/шум с заранее указанным значением; этап, на котором сравнивают текущую метрику качества приемного сигнала с верхним порогом, когда речевой кадр успешно проходит контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода и отношение сигнал/шум выше заранее указанного значения; этап, на котором сравнивают текущую метрику качества приемного сигнала с нижним порогом, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога; этап, на котором проверяют предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога; и этап, на котором задают текущий флаг BFI для указания, является ли речевой кадр плохим кадром или хорошим кадром, согласно сравнению отношения сигнал/шум, значению циклического избыточного кода, текущей метрике качества приемного сигнала, предыдущей метрике качества приемного сигнала и предыдущему флагу BFI.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения мобильная станция GSM, которая принимает речевой кадр, включает в себя: средство для оценивания отношения сигнал/шум речевого кадра; средство для проверки значения циклического избыточного кода, которое указывает, проходит ли успешно или нет речевой кадр контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода; средство для проверки текущей метрики качества приемного сигнала речевого кадра, когда речевой кадр успешно проходит контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода, и отношение сигнал/шум выше заранее указанного значения; средство для проверки предыдущего флага BFI и предыдущей метрики качества приемного сигнала, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога; и средство для задания текущего флага BFI для указания, является ли речевой кадр плохим кадром согласно отношению сигнал/шум, значению циклического избыточного кода, текущей метрике качества приемного сигнала, предыдущей метрике качества приемного сигнала и предыдущему флагу BFI.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения мобильная станция GSM, которая принимает речевой кадр, включает в себя: модуль DSP, который обеспечивает отношение сигнал/шум речевого кадра, оценивает контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода для речевого кадра, обеспечивает значение циклического избыточного кода, которое указывает, проходит ли успешно или нет речевой кадр контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода, и декодирует речевой кадр в декодированный кадр; кодер, соединенный с модулем DSP, который принимает декодированный кадр и повторно кодирует декодированный кадр в повторно закодированный кадр; коррелятор, соединенный с кодером, который коррелирует речевой кадр с повторно закодированным кадром для обеспечения корреляции и который использует корреляцию для обеспечения текущей метрики качества приемного сигнала; и модуль BFI, соединенный с модулем DSP и с коррелятором. В ходе работы модуль BFI: сохраняет предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала; принимает отношение сигнал/шум и обеспечивает сравнение отношения сигнал/шум с заранее указанным значением; принимает значение циклического избыточного кода; принимает текущую метрику качества приемного сигнала и сравнивает текущую метрику качества приемного сигнала с верхним порогом, когда речевой кадр успешно проходит контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода, и отношение сигнал/шум выше заранее указанного значения; сравнивает текущую метрику качества приемного сигнала с нижним порогом, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога; проверяет предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога; и задает текущий флаг BFI для указания, является ли речевой кадр плохим кадром или хорошим кадром, согласно сравнению отношения сигнал/шум, значению циклического избыточного кода, текущей метрике качества приемного сигнала, предыдущей метрике качества приемного сигнала и предыдущему флагу BFI.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения система GSM включает в себя мобильную станцию, которая принимает речевой кадр. Мобильная станция включает в себя: приемник, который демодулирует сигнал радиочастоты для обеспечения речевого кадра, принятого мобильной станцией; модуль DSP, который обеспечивает отношение сигнал/шум речевого кадра, оценивает контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода для речевого кадра и обеспечивает значение циклического избыточного кода, которое указывает, проходит ли успешно или нет речевой кадр контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода, и декодирует речевой кадр в декодированный кадр с использованием декодера Витерби; кодер, соединенный с модулем DSP, который принимает декодированный кадр и повторно кодирует декодированный кадр в повторно закодированный кадр; коррелятор, соединенный с кодером, который коррелирует речевой кадр с повторно закодированным кадром для обеспечения корреляции и который использует корреляцию для обеспечения текущей метрики качества приемного сигнала; и модуль BFI, соединенный с модулем DSP и с коррелятором. В ходе работы модуль BFI: сохраняет предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала; принимает отношение сигнал/шум и обеспечивает сравнение отношения сигнал/шум с заранее указанным значением; принимает значение циклического избыточного кода; задает текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда значение циклического избыточного кода указывает, что речевой кадр не проходит успешно контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода; задает текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда отношение сигнал/шум ниже заранее указанного значения; принимает текущую метрику качества приемного сигнала и, когда речевой кадр успешно проходит контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода и отношение сигнал/шум выше заранее указанного значения, сравнивает текущую метрику качества приемного сигнала с верхним порогом, соответствующим первому заранее определенному значению корреляции; задает текущий флаг BFI для указания хорошего кадра, когда текущая метрика качества приемного сигнала выше верхнего порога; сравнивает, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога, текущую метрику качества приемного сигнала с нижним порогом, соответствующим второму заранее определенному значению корреляции; задает текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше нижнего порога; проверяет предыдущий флаг BFI и предыдущую метрику качества приемного сигнала, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога; задает текущий флаг BFI для указания хорошего кадра, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога и когда предыдущий флаг BFI указывает хороший кадр и/или предыдущая метрика качества приемного сигнала выше верхнего порога; и задает текущий флаг BFI для указания плохого кадра, когда текущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога и выше нижнего порога и когда предыдущий флаг BFI указывает плохой кадр, и предыдущая метрика качества приемного сигнала не выше верхнего порога.
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными при обращении к нижеследующим чертежам, описанию и формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая общую архитектуру сети GSM согласно предшествующему уровню техники;
Фиг.2 - схема хронирования, иллюстрирующая структуру кадров данных в сети GSM согласно предшествующему уровню техники;
Фиг.3 - блок-схема иллюстративной мобильной станции для GSM согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.4 - блок-схема алгоритма способа указания плохого кадра в мобильной станции для системы GSM, например, показанной на фиг.3, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Нижеследующее подробное описание посвящено наиболее предпочтительным в настоящее время вариантам осуществления изобретения. Описание не следует понимать в ограничительном смысле, поскольку оно приведено исключительно в целях иллюстрации основных принципов изобретения, и объем изобретения полностью задан в прилагаемой формуле изобретения.
В широком смысле, один вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает способ указания плохого кадра для мобильных станций GSM, который, благодаря обнаружению плохих кадров, которые успешно прошли контроль ошибок с помощью CRC, преодолевает ограничения обнаружения ошибок с помощью 3-битового CRC для речевых кадров, специфицированного в стандарте GSM. Хотя стандарт GSM обеспечивает спецификацию уровня производительности для указания плохого кадра, стандарт не обеспечивает руководящих принципов по удовлетворению критерия уровня производительности, поэтому способы и системы для удовлетворения критерия уровня производительности обычно являются собственническими. Например, один вариант осуществления настоящего изобретения может обеспечивать новую метрику качества приемного сигнала, которую можно использовать в помощь обнаружению плохих речевых кадров и для блокировки, т.е. препятствования в поступлении на вокодер плохих речевых кадров. Кроме того, например, один вариант осуществления может использовать оценку отношения сигнал/шум (SNR) входного сигнала в помощь обнаружению плохих речевых кадров и для блокировки плохих речевых кадров. Таким образом, согласно одному варианту осуществления можно обеспечить указание плохого кадра для мобильных станций GSM, которое не позволяет кадрам, которые успешно прошли CRC, но для которых нет входного сигнала, т.е. с плохим SNR, проходить на вокодер. Аналогично, согласно одному варианту осуществления указание плохого кадра может блокировать пренебрежимо малое количество кадров при приеме сигнала с хорошим SNR.
На фиг.3 показана иллюстративная мобильная станция 300 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Мобильная станция 300 может использоваться, например, совместно с системой GSM, например, сетью 100 GSM (фиг.1), где мобильная станция 300 может использоваться совместно или вместо мобильной станции 102. Мобильная станция 300 может включать в себя приемник 302, который может принимать передачи данных, таких как 26-кадровый мультикадр 208, переданный по линии 106 радиосвязи через интерфейс 112 Um, также именуемый радиоканалом 112. Передача может приниматься как сигнал радиочастоты, который приемник 302 может демодулировать. Приемник 302 также может осуществлять такие известные в технике функции, как дешифрование, разборка пакетов и обратное перемежение, и может обеспечивать цифровые данные 304 на модуль 306 DSP для обработки цифрового сигнала (DSP) и декодирования. Данные 304 могут быть в виде закодированных речевых кадров 305.
Модуль 306 DSP может оценивать отношение 307 сигнал/шум (SNR) для цифровых данных 304 с использованием методов DSP, известных в технике, и предоставлять SNR 307 для закодированного речевого кадра 305 модулю 308 указания плохого кадра (BFI). Модуль 306 DSP также оценивает контроль ошибок с помощью циклического избыточного кода (CRC) для закодированного речевого кадра 305, тем самым обеспечивая модулю 308 BFI значение 303 CRC, равное 1, например, для указания того, что закодированный речевой кадр 305 успешно проходит контроль ошибок с помощью CRC, т.е. контроль ошибок с помощью CRC не обнаруживает ошибок в закодированном речевом кадре 305. Альтернативно, модуль 306 DSP может предоставлять модулю 308 BFI значение 303 CRC, равное 0, например, для указания того, что закодированный речевой кадр 305 не проходит успешно контроль ошибок с помощью CRC, т.е. контроль ошибок с помощью CRC обнаруживает ошибку в закодированном речевом кадре 305.
Модуль 306 DSP может декодировать закодированные речевые кадры 305 цифровых данных 304, например, с использованием декодера Витерби для предоставления декодированных речевых кадров 309 модулю 308 BFI. SNR 307 и значение 303 CRC декодированного речевого кадра 309 могут быть значениями SNR 307 и значением 303 CRC для закодированного речевого кадра 305, из которого декодируется декодированный речевой кадр 309.
Модуль 306 DSP может передавать вход и выход 310 Витерби декодированного речевого кадра 309 кодеру 312 для его повторного кодирования кодером 312 в повторно закодированные речевые кадры 315. Повторно закодированные речевые кадры 315 могут передаваться на коррелятор 316.
Коррелятор 316 может статистически коррелировать повторно закодированные речевые кадры 315 со входными речевыми кадрами 305. Статистическая корреляция независимых источников данных, например, может принимать значения от -1,0 до +1,0. Однако повторно закодированные речевые кадры 315 зависят от входных речевых кадров 305. Таким образом, корреляция повторно закодированных речевых кадров 315 со входными речевыми кадрами 305 может, скорее всего, принимать значения, например, приблизительно от 0,3 до 1,0. Высокая корреляция, например, от 0,854 до 1,0, может указывать хорошее совпадение в данных между повторно закодированными речевыми кадрами 315 и входными речевыми кадрами 305, и поэтому может свидетельствовать о меньшем количестве ошибок на выходе 310 декодера Витерби. Напротив, низкая корреляция, например, от 0,3 до 0,824, например, может указывать плохое совпадение в данных между повторно закодированными речевыми кадрами 315 и входными речевыми кадрами 305, и поэтому может свидетельствовать о большем количестве ошибок на выходе 310 декодера Витерби. Таким образом, коррелятор 316 может использовать корреляцию повторно закодированных речевых кадров 315 и входных речевых кадров 305 для обеспечения метрики 317 «качества приемного сигнала» (RSQ), которая может измерять, насколько свободным от ошибок можно ожидать декодированный речевой кадр 309. Метрику 317 RSQ можно выражать, например, как 16-битовое число, соответствующее значению корреляции между повторно закодированными речевыми кадрами 315 и входными речевыми кадрами 305. Метрика 317 RSQ может передаваться на модуль 308 BFI.
Модуль 308 BFI может использовать SNR 307 декодированного речевого кадра 309, метрику 317 RSQ декодированного речевого кадра 309 и значение 303 CRC декодированного речевого кадра 309, для принятия решения, пропускать ли декодированный речевой кадр 309 на вокодер 318. Вокодер 318 может быть, например, кодером линейного прогнозирования с регулярным импульсным возбуждением (RPE-LPC) с долговременным циклом прогнозирования, как описано выше.
В ходе работы модуль 308 BFI может сначала проверить значение 303 CRC и SNR 307 декодированного речевого кадра 309, рассматриваемого в настоящее время, именуемого текущим речевым кадром 309. Если значение 303 CRC равно 0 (CRC обнаружил ошибку) и/или SNR 307 ниже заранее указанного значения, которое можно измерять, например, в децибелах (дБ), то текущий речевой кадр 309 может быть указан как плохой кадр. Заранее указанное значение SNR также можно называть «порогом SNR», как показано на фиг.4. Заранее указанное значение может быть выбрано на основании тестирования (например, тестирование показывает, что заранее указанное значение 0,5 дБ может обеспечивать уровень производительности, соответствующий стандарту GSM). Заранее указанное значение, большее чем 0,5 дБ, может быть выбрано для снижения надежности указания плохого кадра на метрике 317 RSQ и, напротив, заранее указанное значение, меньшее чем 0,5 дБ, например, от 0,0 до 0,5 дБ, может быть выбрано для увеличения надежности указания плохого кадра на метрике 317 RSQ. Когда текущий кадр 309 указан как плохой кадр, текущий флаг BFI, например, реестр или бит в реестре модуля 308 BFI, может быть задан для указания плохого кадра, т.е., что текущий речевой кадр 309 является плохим кадром, и текущий речевой кадр 309 может быть отброшен и не передан на вокодер 318. Когда текущий речевой кадр 309 отбрасывается, вместо него вокодеру 318 может быть передан последний предыдущий речевой кадр 309, который был указан как хороший кадр.
Альтернативно, если никакое условие не выполнено, т.е., если значение 303 CRC равно 1 (CRC не обнаружил ошибку) и SNR 307 выше заранее указанного значения, то модуль 308 BFI может затем проверить метрику 317 RSQ текущего речевого кадра 309.
Если метрика 317 RSQ выше заранее определенного верхнего порога, который может быть выбран на основании тестирования (например, тестирование показывает, что заранее определенный верхний порог, соответствующий корреляции 0,854, может обеспечивать уровень производительности, соответствующий стандарту GSM), то текущий речевой кадр 309 может быть указан как хороший кадр. Например, текущий флаг BFI модуля 308 BFI может быть задан для указания хорошего кадра, после чего текущий речевой кадр 309 может быть пропущен на вокодер 318.
Если же метрика 317 RSQ не выше заранее определенного нижнего порога, который может быть выбран на основании тестирования (например, тестирование показывает, что заранее определенный нижний порог, соответствующий корреляции 0,824, может обеспечивать уровень производительности, соответствующий стандарту GSM), то текущий речевой кадр 309 может быть указан как плохой кадр. Текущий флаг BFI модуля 308 BFI может быть задан для указания плохого кадра и текущий речевой кадр 309 может быть отброшен и не пропущен на вокодер 318.
Если, напротив, метрика 317 RSQ не выше заранее определенного верхнего порога, но выше заранее определенного нижнего порога (например, между значениями корреляции от 0,854 до 0,824), модуль 308 BFI может проверить предыдущий речевой кадр 309, т.е. речевой кадр 309, соответствующий 20-мс речевой выборке, непосредственно предшествующей (во времени) 20-мс речевой выборке, соответствующей текущему речевому кадру 309.
Если предыдущий флаг BFI для предыдущего речевого кадра 309 указывает хороший кадр или предыдущую метрику 317 RSQ, т.е. метрика 317 RSQ, оцененная для предыдущего речевого кадра 309, была выше заранее определенного верхнего порога, то текущий речевой кадр 309 может быть указан как хороший кадр. Затем текущий флаг BFI модуля 308 BFI может быть задан для указания хорошего кадра и текущий речевой кадр 309 может быть пропущен на вокодер 318. Если предыдущий флаг BFI для предыдущего речевого кадра 309 указывает плохой кадр и предыдущая метрика 317 RSQ была не выше заранее определенного верхнего порога, то текущий речевой кадр 309 может быть указан как плохой кадр. Затем текущий флаг BFI модуля 308 BFI может быть задан для указания плохого кадра и текущий речевой кадр 309 может быть отброшен и не пропущен на вокодер 318.
На фиг.4 показан иллюстративный вариант осуществления способа 400 для указания плохого кадра в мобильной станции для системы GSM, например, мобильной станции 300, показанной на фиг.3. Способ 400 может быть реализован, например, в аппаратном обеспечении, таком как процессор мобильной станции 300. Способ 400 также может быть реализован, например, в программном обеспечении, загружаемом в память мобильной станции 300.
Иллюстративный способ 400 может включать в себя этапы 402, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411 и 412, которые описывают способ 400 в целях удобной иллюстрации, согласно одному варианту осуществления. Иллюстративный способ 400 продемонстрирован со ссылкой на мобильную станцию 300, показанную на фиг.3.
Способ 400 может начинаться с этапа 402, на котором может оцениваться контроль ошибок с помощью CRC для входного речевого кадра, может оцениваться SNR для входного речевого кадра и может вычисляться метрика качества приемного сигнала для входного речевого кадра. Например, значение 303 CRC и SNR 307 может предоставляться модулем 306 DSP и метрика 317 RSQ может предоставляться коррелятором 316 для текущего речевого кадра 309, как описано выше.
Способ 400 может продолжаться на этапе 404, где может приниматься решение на основании контроля ошибок с помощью CRC и SNR входного речевого кадра. Например, процессор может сначала проверить значение 303 CRC и SNR 307 текущего речевого кадра 309. Если значение 303 CRC равно 0 или SNR 307 ниже заранее указанного значения, именуемого "порогом SNR" (например, 0,5 дБ), то текущий речевой кадр 309 может быть указан как плохой кадр. Таким образом, текущий флаг BFI может быть задан процессором на этапе 405 для указания плохого кадра и текущий речевой кадр 309 может быть отброшен и не пропущен на вокодер 318. Если значение 303 CRC равно 1 и SNR 307 выше заранее указанного значения порога SNR (например, 0,5 децибел), то способ 400 может продолжиться на этапе 406.
На этапе 406 может быть проверена метрика качества приемного сигнала до принятия решения, является ли входной речевой кадр хорошим или плохим. Например, процессор может проверить метрику 317 RSQ текущего речевого кадра 309. Если метрика 317 RSQ выше заранее определенного верхнего порога (например, соответствующего корреляции 0,854), то текущий речевой кадр 309 может быть указан как хороший кадр. Таким образом, текущий флаг BFI может быть задан процессором на этапе 407 для указания хорошего кадра, и текущий речевой кадр 309 может быть пропущен на вокодер 318. Если метрика 317 RSQ не выше заранее определенного верхнего порога (например, соответствующего корреляции 0,854), то способ 400 может перейти к этапу 408.
На этапе 408 метрика качества приемного сигнала может быть проверена относительно дополнительных критериев до принятия решения, является ли речевой кадр хорошим или плохим. Например, если метрика 317 RSQ не выше заранее определенного нижнего порога (например, соответствующего корреляции 0,824), то текущий речевой кадр 309 может быть указан как плохой кадр. Таким образом, текущий флаг BFI может быть задан процессором на этапе 409 для указания плохого кадра и текущий речевой кадр 309 может быть отброшен и не пропущен на вокодер 318. Напротив, если метрика 317 RSQ выше заранее определенного нижнего порога, так что, например, метрика 317 RSQ соответствует корреляции между 0,824 и 0,854, то способ 400 может перейти к этапу 410.
На этапе 410 предыдущий речевой кадр, например, предыдущий речевой кадр 309, может быть проверен до принятия решения, является ли текущий входной речевой кадр хорошим или плохим. Если предыдущий флаг BFI для предыдущего кадра 309 указывает хороший кадр или предыдущая метрика 317 RSQ для предыдущего кадра 309 была выше заранее определенного верхнего порогового значения, то текущий речевой кадр 309 может быть указан как хороший кадр. Затем текущий флаг BFI может быть задан процессором на этапе 411 для указания хорошего кадра и текущий речевой кадр 309 может быть пропущен к вокодеру 318. Если предыдущий флаг BFI для предыдущего кадра 309 указывает плохой кадр и предыдущая метрика 317 RSQ не была выше заранее определенного верхнего порога, то текущий речевой кадр 309 может быть указан как плохой кадр. Текущий флаг BFI может быть задан процессором на этапе 412 для указания плохого кадра и текущий речевой кадр 309 может быть отброшен и не пропущен на вокодер 318.
Конечно, следует понимать, что вышеизложенное относится к предпочтительным вариантам осуществления изобретения и что возможны модификации, не выходящие за рамки сущности и объема изобретения, определенного нижеследующей формулой изобретения.