DE60032571T2

DE60032571T2 - Verfahren und Gerät zur Übertragung von Echtzeitdaten in einem Mehrfachzugangssystem

Info

Publication number: DE60032571T2
Application number: DE60032571T
Authority: DE
Inventors: Intranil B. Nepean Tapadar; Karl D. Nepean Mann; Pierre P. Laval Gendron
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: EP1111588A3; EP1111588B1; US7027989B1; EP1111588A2; DE60032571D1; CA2325122A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Übertragung von Daten in Mehrfachzugangs-Systemen und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Echtzeit-Datendaten in Mehrfachzugangs-Systemen.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren wurden verschiedene Mehrfachzugangs-Systeme als Antwort auf Benutzer-Anforderungen für Systeme entwickelt, die einen einfachen Zugang an eine große Vielzahl von Echtzeit- oder verzögerungskritischen paketvermittelten Netzwerkdiensten bieten können. Beispiele dieser Dienste schließen das Sprache-über-Internet-Protokoll (VoIP), Kabelfernseh- oder Telefonie-Dienste ein.
In der größten Vielzahl konventioneller Mehrfachzugangs-Systeme, die diese Arten von Dienste bieten, werden die Übertragungs-Ressourcen typischerweise Benutzern während der Perioden zugeteilt, zu denen sie tatsächlich Information zu übertragen haben. Beispielsweise werden bei zeitzugeordneten Sprachinterpolations-(TASI-)Systemen, bei denen zu irgendeiner vorgegebenen Zeit mehrfache Benutzer, die an unterschiedlichen Audio-Konversationen beteiligt sind, eine begrenzte Anzahl von Übertragungskanälen gemeinsam nutzen, Kanäle jedem Benutzer nur während der aktiven Sprachsegmente oder Bursts zugeteilt.
Wenn ein Benutzer ein Sprachsegement in diesen Systemen einleitet, so wird das Sprachsegment an einen statistischen Multiplexer empfangen, der so arbeitet, dass er Kanäle zur Übertragung des Sprachsegementes zuteilt. Wenn der Benutzer in eine Stille- oder Inaktivitäts-Periode eintritt, so werden die zugeteilten Kanäle im Wesentlichen verringert und typischerweise anderen Benutzern neu zugeteilt oder für Steuerübertragungen bereitgestellt. Diese dynamische Zuteilung der verfügbaren Übertragungs-Ressourcen ist auch als statistische Multiplexierung bekannt und wird häufig in Mehrfachzugangs-Systemen verwendet, um die Verkehrskapazität zu vergrößern, und, was noch wichtiger ist, die Nutzung der Übertragungs-Ressourcen, die in vielen Fällen beschränkt sind, zu einem Maximum zu machen.
Wenn ein Benutzer ein neues Sprachsegment einleitet und von einem Zustand der Inaktivität auf einen Zustand der Aktivität übergeht, ergibt sich üblicher Weise eine gewisse Verzögerung, bevor die erforderlichen Übertragungs-Ressourcen zugeteilt werden können. Diese Verzögerung kann zu Situationen führen, bei denen zu Beginn jedes Sprachsegmentes die Information an einen Konzentrator oder Multiplexer gesandt wird und zur Übertragung bereit ist, jedoch die für ihre Übertragung erforderlichen Kanalressourcen noch nicht zur Verfügung stehen. In konventionellen Systemen wird die Information, die zur Übertragung bereit ist, bevor Kanalressourcen verfügbar werden, typischerweise verworfen.
Weil jedoch Information verworfen wird, wird der Anfang von Sprachsegmenten abgeschnitten, was dazu führt, das darin enthaltene Information verloren geht. Bei manchen Systemen wurde gezeigt, dass Segmente für bis zu 40 Millisekunden abgeschnitten werden können. Ein derartiges Abschneiden kann in schwerwiegender Weise Benutzer-Konversationen unterbrechen, insbesondere dann, wenn häufige Pausen und Stilleperioden auftreten.
Dieses Problem kann auch in drahtlosen Mehrfachzugangs-Systemen auftreten, die die gleichen oder andere Arten von Echtzeit-Diensten bereitstellen. In einem drahtlosen Mehrfachzugangs-System, das beispielsweise Audio-Dienste bereitstellt, sind Verzögerungen bei der Zuteilung der geeigneten Funk-Ressourcen unvermeidbar. Aufgrund dieser Verzögerungen können Video-Segmente oder Bursts abgeschnitten werden. Dieses Abschneiden kann wiederum als Ergebnis die gesamten Übertragungen erheblich schädigen oder verzerren.
Um ein Abschneiden zu vermeiden, verzögern manche Mehrfachzugangs-Systeme die Übertragung, bis Kanalressourcen verfügbar werden. Leider kann die Hinzufügung von Verzögerungen zur Vermeidung eines Abschneidens ungeeignet sein. Beispielsweise beeinflusst die Hinzufügung von Verzögerungen während einer Audio-Konversation die gesamte Dynamik der Konversation. In drahtlosen Systemen unterbrechen diese Verzögerungen erheblich die Sprachübertragungen und verringern die Qualität, in manchen Fällen in einem Ausmaß, das als nicht annehmbar angesehen wird.
Die Veröffentlichung „ENHANCING THE QUALITY OF LOW BIT-RATE REAL-TIME INTERNET COMMUNICATION SERVICES" INTERNET RESEARCH: ELECTRONIC NETWORKING APPLICATIONS AND POLICY, Band 9, Nummer 3, 1999, Seiten 212–224, XP000901290 ISSN: 1066-2243 beschreibt ein System zur Behandlung der Verzögerungsänderungen in eine niedrige Bit-Rate aufweisenden Echtzeit-Internet-Kommunikations-Diensten. An dem Sender werden verschiedene Techniken, wie zum Beispiel eine dynamische Ratensteuerung verwendet, um die Auswirkung von Audio-/Video-Paketverlusten zu beseitigen. An dem Empfänger wird ein Puffermechanismus verwendet, um Verzögerungs-Jitter zu einem Minimum zu machen. Diese Lösung berücksichtigt nicht die Probleme eines Mehrfachzugangs-Systems, bei dem die Übertragung nicht erfolgen kann, bevor nicht Übertragungs-Ressourcen zugeteilt wurden.
Daher würde es bei der Zuteilung von Funkressourcen in Mehrfachzugangs-Systemen für die Übertragung von Echtzeit- oder verzögerungskritischen Daten, wie zum Beispiel Audio- oder Video-Information, wünschenswert sein, Verzögerungen zu verringern und das Abschneiden zu beseitigen, um Übertragungsunterbrechungen zu verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit diesen Problemen und ergibt zu diesem Zweck eine Verfahrensweise und eine Vorrichtung zur Milderung einer oder mehrerer der derzeitigen Beschränkungen auf diesem Gebiet.
Die Erfindung ergibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Echtzeit-Daten in einem Mehrfachzugangs-System, das bzw. die im Wesentlichen das Abschneiden des Anfanges der Daten, die übertragen werden, beseitigt, während gleichzeitig Übertragungsverzögerungen verringert werden. Allgemein kann die Erfindung in einem Mehrfachzugangs-System enthalten sein, bei dem Übertragungs-Ressourcen nur dann zugeteilt werden, wenn es zu übertragende Information gibt.
Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung in einem Mehrfachzugangs-System gemäß Anspruch 1. Die Erfindung ergibt weiterhin eine Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Mehrfachzugangs-System nach Anspruch 29.
Das Übertragungsverfahren schließt die Feststellung des Beginns eines in Echtzeit erzeugten Informations-Segmentes, das Editieren oder Aufbereiten und Puffern des Informations-Segmentes oder einer ersten Darstellung hiervon zur Erzeugung einer zweiten Darstellung, und nachdem Übertragungs-Ressourcen zugeteilt wurden, den Beginn der Übertragung der zweiten Darstellung, wodurch das Aufbereiten und Puffern so durchgeführt wird, dass Übertragungs-Ressourcen-Zuteilungs-Verzögerungen kompensiert werden.
Hinsichtlich dieses speziellen Gesichtspunktes kann das Aufbereiten oder Editieren und Puffern des Informations-Segmentes mit oder ohne weitere Verarbeitungsschritte in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden, unter Einschluss insbesondere einer anfänglichen Aufbereitung und nachfolgenden Pufferung oder alternativ einer Pufferung als erstes und einer nachfolgenden Aufbereitung. Weiterhin kann die Aufbereitung und Pufferung jeweils an unterschiedlichen Darstellungen des Informations-Segmentes durchgeführt werden, unter Einschluß des Informations-Segmentes, wie es erfasst wird, oder wie es nachfolgend in Rahmen codiert wird.
Die Aufbereitung kann in einer Vielzahl von Arten erfolgen, unter Einschluss einer zeitlichen Komprimierung des Segmentes oder der Entfernung redundanter Rahmen hiervon, wenn das Segment als erstes in Rahmen kodiert wird, bevor irgendeine Aufbereitung erfolgt. Gemäß der Erfindung besteht die zeitliche Komprimierung des Informations-Segmentes vorzugsweise in der Beseitigung von Wiederholungen und/oder kurzen Pausen, die in dem Segment vorhanden sind. Andererseits sind, wenn die Aufbereitung in der Beseitigung redundanter Rahmen besteht, die redundanten Rahmen, die entfernt werden, vorzugsweise diejenigen, die Wiederholungen und/oder kurze Pausen enthalten.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Gesichtspunkt ergibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Übertragung von Information, die einen Informations-Detektor, der zur Feststellung ankommender, zu übertragender Informations-Segmente betreibbar ist, eine Informations-Aufbereitungseinrichtung, die betreibbar ist, um jedes festgestellte Informations-Segment aufzubereiten, um ein jeweiliges verkürztes Informations-Segment zu erzeugen, einen Puffer, der betreibbar ist, um jedes verkürztes Informations-Segment zu puffern, bis Übertragungs-Ressourcen zugeteilt werden, um ein gepuffertes Informations-Segment zu erzeugen, und einen Sender einschließt, der betreibbar ist, um jedes gepufferte Informations-Segment zu übertragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung Teil eines drahtlosen Mehrfachzugangs-Systems für die Netzaufwärts-Übertragung von Sprache von einer mobilen Station zu einer Basisstation. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden an der mobilen Station empfangene Sprachdaten aufbereitet, um für die Wahrnehmung unbedeutende Teile des Sprachsegmentes zu verwerfen, während sie empfangen werden. Die aufbereitete Sprache wird dann gepuffert, um auf die Übertragung zu warten, während die Medienzugangs-Steuer-(MAC-)Protokoll-Schicht die Zuteilung von Übertragungs-Ressourcen anfordert. Durch Aufbereiten und Puffern von Sprachdaten, während sie empfangen werden, kann das Abschneiden von Sprachsegmenten beseitigt werden, während Übertragungsverzögerungen verringert werden.
Eine Vielzahl von Techniken kann verwendet werden, um die Sprachdaten aufzubereiten und zu puffern, während sie empfangen werden, um ein Abschneiden ihres Anfanges zu verhindern und um Übertragungsverzögerungen zu verringern. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die empfangenen Sprachdaten zeitlich mit einer Sprache-/Pausen-Aufbereitungseinrichtung komprimiert, um sich wiederholende Segmente zu entfernen und um Pausen zu verkürzen. Die zeitlich komprimierte Sprache wird dann in Rahmen kodiert, und die Rahmen werden in einen Puffer gebracht, um auf die Übertragung zu warten. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die empfangenen Sprachdaten als erstes in Rahmen kodiert. Eine Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung überprüft die Sprach-Rahmen, um Rahmen zu verwerfen, die als redundant betrachtet werden. Die Rahmen, die von der Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung oder dem Sprach-Rahmen-Editor nicht verworfen werden, werden dann in einen Puffer gebracht, bis sie zur Übertragung bereit sind.
In vorteilhafter Weise geht durch das Puffern der empfangenen Sprachdaten bis zur Zuteilung der erforderlichen Übertragungs-Ressourcen keine bedeutsame Sprachinformation verloren, und Sprachsegmente können ohne irgendein Abschneiden ihres Anfangs übertragen werden. Ein weiter Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch anfängliches Aufbereiten und Entfernen von hinsichtlich der Wahrnehmung unbedeutender Teile der Sprachdaten, während diese empfangen werden, die Segmente in einer kürzeren Zeitperiode übertragen werden können, um die Sprach-Detektions- und Ressourcen-Zuteilungs-Verzögerungen zu kompensieren und um Übertragungsverzögerungen zu verringern.
Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise für sehr unterschiedliche Sprachdienste verwendet werden, wie zum Beispiel beschleunigte Funk-Datenübertragungsraten-(EDGE-), Sprache-über-Internet-Protokoll-(VoIP-)Dienste und Audio-Konferenzen. Zusätzlich kann die Erfindung auch für viele andere Echtzeit-Dienste wie zum Beispiel für Video-Konferenzen verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild eines typischen drahtlosen Mehrfachzugangs-Systems;
2 ist ein Blockschaltbild einer mobilen Station des drahtlosen Mehrfachzugangs-Systems nach 1;
3 ist ein Blockschaltbild des digitalen Signalprozessor-(DSP-)Blockes nach 2, das insbesondere einen Sprach-Codierer zeigt, der Sprachdaten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufbereitet und puffert;
4 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das die Aufbereitung und das Puffern eines Sprachsegmentes durch den Sprach-Codierer nach 3 zeigt;
5 ist ein weiteres Blockschaltbild des DSP-Blockes nach 2, das insbesondere einen Sprach-Codierer zeigt, der Sprachdaten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufbereitet und puffert;
6 ist ein Zeitsteuerdiagramm, das das Aufbereiten und Puffern eines Sprachsegmentes durch den Sprach-Codierer nach 5 zeigt; und
7 ist ein Blockschaltbild eines Protokollstapels, wie er für die Übertragung von Sprachdaten in den drahtlosen Mehrfachzugangs-System nach 1 verwendet wird.
AUSFÜHRUNGLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der Erfindung ergeben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Echtzeit-Daten in einem Mehrfachzugangs-System, das bzw. die das Abschneiden des Anfangs der Daten, die übertragen werden, beseitigt, während gleichzeitig Übertragungsverzögerungen verringert werden. Die Erfindung kann in irgendein Mehrfachzugangs-System eingefügt werden, in dem Übertragungs-Ressourcen nur dann zugeteilt werden, wenn es zu übertragende Information gibt. Beispielsweise kann die Erfindung in drahtlosen Mehrfachzugangs-Systemen verwendet werden, bei denen Funk-Ressourcen, die zur Übertragung verwendet werden, dem Benutzer lediglich während aktiver Sprachperioden zugeteilt werden.
Ein Beispiel eines drahtlosen Mehrfachzugangs-Systems, das Funk-Ressourcen lediglich während aktiver Sprachsegmente zuteilt, ist in 1 allgemein bei 10 gezeigt. Bei dem gezeigten drahtlosen System 10 ist die Funküberdeckung in Zellen 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 (von denen lediglich 7 gezeigt ist) unterteilt, wobei jeder Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 eine Anzahl von verfügbaren Funkfrequenz-(RF-)Übertragungs-Ressourcen zugeordnet ist. Diese Ressourcen können beispielsweise Grund- oder Zusatz-Kanäle beim Codemultiplex-Vielfachzugriff (CMDA) oder Zeitschlitze beim Zeitmultiplex-Zugang (TDMA) sein. Im allgemeinen hängt die Art dieser Ressourcen von der Art der drahtlosen Funkfrequenz-Modulationstechnik ab, die verwendet wird. Aus Gründen der Klarheit und Verallgemeinerung werden die zur Übertragung in jeder Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 des Netzwerkes 10 verfügbaren Ressourcen nachfolgend als Übertragungs-Ressourcen oder einfach als Ressourcen bezeichnet.
Jede Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 wird von einer jeweiligen Basisstation 32,34, 36, 38, 40, 42, 44 mit Diensten versorgt, die ihrerseits durch eine Funkvermittlungsstelle (MSC) 46 gesteuert wird. Die MSC ergibt die Verbindungsmöglichkeit nach außen zu anderen Netzwerken und Systemen, wie zum Beispiel dem Internet oder einem öffentlichen Fernsprech-Wählnetz (PSTN). Mobile Stationen 26, 28 (von denen lediglich zwei gezeigt sind) kommunizieren über drahtlose Verbindung mit der Basisstation oder den Basistationen der Zellen, in denen sich die mobilen Stationen befinden, den Basisstation 34 und 42 in dem dargestellten Beispiel. Mit diesen Verbindungen können Benutzer des Netzwerkes einen Zugang an Standard-Telefonie-Dienste oder andere Audio-Dienste haben, wie zum Beispiel beschleunigte Funk-Datenübertragungsraten-(EDGE-) oder Sprache-über-Internet-Protokoll-(VoIP-)Dienste.
In jeder Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 des Netzwerkes 10 werden Netzaufwärts- und Netzabwärts-Kommunikationen durch die residente Basisstation 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 koordiniert. Jede Basisstation 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 steuert den Zugang an die Übertragungs-Ressourcen, die in ihrer jeweiligen Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 verfügbar sind. Mit dieser Steuerung können die Basisstationen 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 ihre eigenen Netzabwärts-Übertragungen verwalten und Ressourcen den mobilen Stationen 26, 28 in ihren Zellen 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 für die Übertragung von Netzaufwärts-Daten mit der Unterstützung der MSC 46 zuteilen, wie dies passend ist.
Allgemein müssen zur Übertragung von Netzaufwärts-Daten die mobilen Stationen 26, 28 eine Zuteilung von Übertragungs-Ressourcen anfordern, die in ihrer jeweiligen Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 verfügbar sind. Wenn beispielsweise Netzaufwärts-Kommunikationen in der Zelle 14 betrachtet werden, so sendet die mobile Station 26 im allgemeinen keine Netzaufwärts-Daten an die Basisstation 34, bevor nicht die Basisstation 34 Übertragungs-Ressourcen der mobilen Station 26 zugeteilt hat. Um die Nutzung der Übertragungs-Ressourcen, die in der Zelle 14 verfügbar sind, zu einem Maximum zu machen, werden Ressourcen der mobilen Station 26 auf einer Informations-Basis zugeteilt, das heißt nur dann, wenn die mobile Station 26 aktive Informationen zu übertragen hat, oder während aktiver Sprachperioden.
Wenn ein Benutzer ein Sprachsegment zu Beginn eines Anrufs einleitet, so muß die mobile Station 26 eine Ressourcen-Zuteilung von der Basisstation 34 erhalten, bevor sie mit der Aussendung des Segmentes beginnen kann. Die mobile Station 26 behält die Zuteilung jedoch nicht für die gesamte Dauer des Anrufs bei. Während Perioden einer Inaktivität oder Stille teilt die Basisstation 34 die Ressourcen anderen Benutzern innerhalb der Zelle 14 oder für andere Zwecke zu. Diese dynamische Zuteilung ist auch als statistisches Multiplexieren bekannt und wird für Netzaufwärts-Kommunikationen in dem drahtlosen Netzwerk 10 verwendet, um die Verkehrskapazität zu vergrößern und die Nutzung der Übertragungs-Ressourcen, die für Netzaufwärts-Daten in der Zelle 14 verfügbar sind, zu einem Maximum zu machen.
Im Folgenden beschreiben wir nunmehr die Erfindung mit weiteren Einzelheiten lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die Netzaufwärts-Übertragung von Sprache von der mobilen Station 26 an die Basisstation 34. Es sollte verständlich sein, dass diese Beschreibung auch für Netzaufwärts-Übertragungen zwischen anderen mobilen Stationen und Basisstationen gilt, die in dem Netzwerk 10 vorhanden sind.
2 zeigt die mobile Station 26 mit weiteren Einzelheiten. Wie dies üblich ist, schließt die mobile Station 26 mehrfache Elemente und Einrichtungen ein, die verschiedene Funktionen ausführen, unter Einschluss von Netzaufwärts-Kommunikationen, Netzabwärts-Kommunikationen, der Steuerung, der Benutzer-Schnittstellenverbindung und des Verbindungsaufbaus. Für Netzaufwärts-Kommunikationen weist die mobile Station 26 ein Mikrofon 50, einen Analog-/Digital-Wandler (ADC) 52, einen Sprach-Codierer 55, der in einer digitalen Signalprozessor-(DSP-)Einheit mit einem Modulator 59 implementiert ist, einen Sender 56, einen Leistungsverstärker 58, einen Duplexer 60 und eine Funkantenne 62 auf, die alle in Serie miteinander verbunden sind. Für Netzabwärts-Kommunikationen verwendet die mobile Station 26 die Antenne 62 und den Duplexer 60, die in Serie mit einem Empfänger 64, einem in der DSP-Einheit mit einem Sprach-Decodierer 57 implementierten Demodulator 65, einem Digital-/Analog-Wandler 66 und einem Lautsprecher 68 geschaltet sind. Die Übertragungssteuerung wird durch eine Mikrocontroller-Einheit 70 geliefert, die mit dem Sprach-Codierer 55 und dem Sprach-Decodierer 57 der DSP-Einheit 54 verbunden ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform können der Sprach-Codierer 55, der Modulator 59, der Sprachdecodierer 57 und der Demodulator 65 in anderer Weise als innerhalb der DSP-Einheit 54 implementiert werden. Beispielsweise könnten diese Komponenten alternativ mit einer kundenspezifischen Hardware implementiert werden, ohne das eine DSP-Einheit 54 erforderlich ist.
Zusätzlich hat die mobile Station 26 auch eine Anzahl von Standard-Benutzer-Schnittstellen- und Verbindungsaufbau-Elementen, die alle durch die Mikrocontroller-Einheit 70 gesteuert werden, und die eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 72, eine Tastatur 74 und eine Anzeigeeinheit 76 einschließen, die alle in einer üblichen Weise miteinander verbunden sind. Diese Einrichtungen sind in der Technik gut bekannt und werden hier nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben.
Wenn ein Benutzer ein Sprachsegment an der mobilen Station 26 während einer Audio-Verbindung erzeugt, wird die Sprache in dem Mikrofon 50 aufgefangen und in dem ADC 52 mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit (beispielsweise 8000 8-Bit-Abtastproben pro Sekunde) digitalisiert, um das gesamte Benutzer-Sprachspektrum zu digitalisieren. Bei Feststellung der digitalisierten Sprache codiert der Sprach-Codierer 55 der DSP-Einheit 54 die digitalisierten Sprachdaten, die erfasst wurden, und bringt die codierte Sprache in Pakete zur Übertragung (weitere Einzelheiten folgen). Typischerweise verringert die DSP-Einheit 54 hierbei die Bitrate auf eine wesentlich niedrigere Rate zur Funkübertragung.
Zur gleichen Zeit sendet der Sprach-Codierer 55 eine Mitteilung an die Basisstation 34 (über den Sender 56, den Leistungsverstärker 58, den Duplexer 60 und die Antenne 62), mit der Übertragungs-Ressourcen zur Übertragung des empfangenen Sprachsegmentes angefordert werden. Als Antwort hierauf teilt die Basisstation 34 ausreichende Ressourcen der mobilen Station 26 zu. Vorzugsweise werden diese Mitteilungen zwischen der mobilen Station 26 und der Basisstation 34 unter Verwendung des Medienzugangs-Steuer-(MAC-)Protokolls ausgetauscht. In drahtlosen Mehrfachzugangs-Netzwerken, wie zum Beispiel dem Netzwerk 10, wird das MAC-Protokoll allgemein verwendet, um den Zugang an gemeinsam genutzte Übertragungs-Ressourcen durch mehrere Benutzer zu koordinieren und zu multiplexieren.
Wenn eine Antwort, die Übertragungs-Ressourcen der mobilen Station 26 zuteilt, empfangen wird (was nachfolgend auch als die MAC-Antwort oder der MAC-Zugang bezeichnet wird) beginnt der Sprach-Codierer 55 die Verarbeitung der erfassten Sprachinformation in einer Weise, bei der im Wesentlichen ein Abschneiden der Sprache (weitere Einzelheiten folgen) vermieden wird. Der Sprach-Codierer 55 leitet die verarbeitete Sprachinformation in Form von Paketen an den Modulator 56 zur Modulation weiter. In dem Modulator 56 werden die paketisierten Daten moduliert und dann an den Sender 26 zur Aussendung an die Basisstation 34 weitergeleitet. Wenn der Benutzer eine Periode der Stille oder Inaktivität nach dem Sprachsegment beginnt, so werden die für das Segment zugeteilten Ressourcen beträchtlich verringert und anderen Benutzern innerhalb der Zelle 14 neu zugeteilt.
In dem drahtlosen System 10 werden wie in den meisten anderen drahtlosen Systemen die Ressourcen, die für die Übertragung eines bestimmten Sprachsegmentes zugeteilt werden, nicht unmittelbar nach dem Ende des Segmentes freigegeben. Typischerweise werden die Ressourcen für eine bestimmte Zeit nach der Übertragung eines Sprachsegmentes „gehalten". Diese Haltezeit kann bis zu einigen Sekunden lang sein.
Wenn der Benutzer ein neues Sprachsegment beginnt und von einem Zustand der Inaktivität auf einen Zustand der Aktivität umschaltet, so ergibt sich üblicherweise eine gewisse Verzögerung, bevor der Sprach-Codierer 55 die Sprache detektieren und auf die Anforderung von Übertragungs-Ressourcen für deren Übertragung übergehen kann. Insbesondere kann, wenn der Sprach-Codierer 55 eine Zuteilungs-Anforderung bei der Feststellung des Beginns eines Sprachsegementes sendet, sich eine erhebliche Verzögerung ergeben, bevor der Sprach-Codierer 55 eine MAC-Adresse erhalten und die Übertragung des Segmentes beginnen kann. Diese Verzögerungen können zu Fällen führen, bei denen zu Beginn jedes Sprachsegmentes Sprach-Rahmen zur Übertragung bereit sind, jedoch die für ihre Übertragung erforderlichen Ressourcen noch nicht verfügbar sind.
In konventionellen drahtlosen Systemen werden die Rahmen, die vor dem MAC-Zugang zur Übertragung bereit sind, typischerweise verworfen. Weil diese Rahmen jedoch verworfen werden, werden Sprachsegmente an ihrem Anfang abgeschnitten, was dazu führt, das darin enthaltene Information verloren ist. In einigen konventionellen Systemen wurde gezeigt, dass Segmente für bis zu 40 Millisekunden abgeschnitten werden können. Ein derartiges Abschneiden kann in schwerwiegender Weise Benutzer-Konversationen unterbrechen, insbesondere dann, wenn häufige Pausen und Stilleperioden auftreten.
Gemäß der Erfindung geht, wenn ein Sprachsegment festgestellt wird, der Sprach-Codierer 55 auf die Aufbereitung oder das Editieren der digitalisierten Sprachdaten über, während diese von dem ADC 52 empfangen werden, um von der Wahrnehmung her unbedeutende Teile zu entfernen. Der Sprach-Codierer 55 bringt die aufbereitete Sprache dann in einen Puffer, um auf die Übertragung zu warten, bis die geeigneten Übertragungs-Ressourcen zugeteilt wurden und die aufbereiteten Sprachdaten übertragen werden können. Im Gegensatz zu konventionellen Übertragungsverfahren, die den Anfang der Segmente abschneiden und die als Ergebnis dazu führen können, das wichtige Information, die darin enthalten ist, verloren geht, entfernt die vorliegende Erfindung von der Wahrnehmung her unbedeutende Sprachabschnitte, statt die Verzögerungen aufzufangen, die bei der Übertragung der Information hervorgerufen werden, die anderenfalls abgeschnitten würden. Gemäß der Erfindung wird die Aufbereitung nur dann deaktiviert, wenn eine ausreichende Zeiteinsparung erzielt wurde, um die zusätzliche Zeit zu kompensieren, die erforderlich ist, um die Information, die anderenfalls verworfen worden wäre, zu puffern und zu übertragen. Wie dies nachfolgend mit weiteren Einzelheiten erläutert wird, kann durch die Aufbereitung und das Puffern der digitalisierten Sprachdaten in dem Sprach-Codierer 55 ein Abschneiden der Sprachsegmente beseitigt werden, während gleichzeitig Segment-Übertragungsverzögerungen verringert werden.
Es kann eine Vielzahl von Techniken verwendet werden, um von der Wahrnehmung her unbedeutende Sprachabschnitte zu verwerfen und die aufbereiteten Sprachdaten zu puffern, um ein Abschneiden zu verhindern, während Segment-Übertragungsverzögerungen verringert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die empfangenen Sprachdaten zeitlich mit einer Sprache-/Pausen-Aufbereitungseinrichtung komprimiert, um sich wiederholende Abschnitte zu entfernen und Pausen abzukürzen. Dann wird die zeitlich komprimierte Sprache in Rahmen mit einem Sprach-Codierer codiert und in einen Puffer gebracht, um auf die Übertragung zu warten.
3 zeigt mit weiteren Einzelheiten die DSP-Einheit 54 nach 2, insbesondere unter Einschluss einer bevorzugten Ausführungsform für den Sprach-Codierer 55, der zur zeitlichen Komprimierung und Pufferung von digitalisierten Sprachdaten verwendet werden kann, während diese von dem ADC-52 empfangen werden. Bei dieser speziellen Ausführungsform weist der Sprach-Codierer 55 eine zusätzliche Störunterdrückungseinheit 100 ein, die zum Empfang des Ausgangssignals des ADC 52 angeschlossen ist. Die Störunterdrückungsschaltung 100 ist ihrerseits mit einem Sprachaktivitäts-Detektor (VAB) 102 verbunden. Der VAB 102 ist direkt mit dem Sender 56 (oder einem diesen steuernden Prozessor) über eine Leitung 101 verbunden, und er ist weiterhin in Serie mit einer Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104, einem Sprach-Codierer 106, einem Puffer 108, einer wahlweisen Rahmenlösch-Verdeckungs-(FEC-)Einheit 110 und einer Protokoll-Abwicklungseinheit 112 verbunden. Zusätzlich zu diesen Verbindungen ist der Puffer 108 außerdem so angeschaltet, dass er ein Signal 103 zurück an den VAD 102 und die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 erzeugt, während die Protokoll-Handhabungseinrichtung 112 ihren Ausgang extern an den Sender 56 liefert.
3 zeigt weiterhin eine typische Ausführungsform für den Sprach-Decodierer 57. Bei dieser Ausführungsform weist der Sprach-Decodierer 57 eine mit dem Demodulator 65 verbundene Protokoll-Abwicklungseinrichtung 114 auf, die in Serie mit einem Jitter-Puffer 116, einer optionalen FEC-Einheit 110, einem Sprach-Decodierer 120 und einem Wiedergabe-Puffer 122 verbunden ist. Der Wiedergabe-Puffer 122 ist seinerseits extern mit dem DAC 66 verbunden.
Diese spezielle Ausführungsform stellt lediglich ein Beispiel dar, das zeigt, wie der Sprach-Decodierer 57 implementiert werden kann, um Netzabwärts-Kommunikationen mit der Basisstation 34 (siehe 1) zu unterstützen. Es ist verständlich, dass andere Implementierungen möglich sind. Die in 3 gezeigte Implementierung oder irgendeine andere Implementierung muss hier jedoch nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben werden, weil die spezielle Art, in der der Sprach-Decodierer 57 arbeitet, für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist.
Unter erneuter Betrachtung des Sprach-Codierers 55 ist zu erkennen, dass wenn digitalisierte Sprachdaten von dem ADC 52 erzeugt werden, die digitalisierten Daten von dem VAD 102 festgestellt oder erfasst werden, der als Ergebnis ein VAD-Signal an einer Leitung 101 erzeugt, die das Vorhandensein eines Sprachsegmentes bezeichnet. Auf der Grundlage dieses VAD-Signals sendet der Sender 56 eine Zuteilungs-Anforderung an die Basisstation 34, um eine MAC-Adresse zu gewinnen. Die digitalisierten Sprachdaten, die von dem VAD 102 festgestellt oder erfasst werden, werden unmittelbar an die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 weitergeleitet. Nach dem Aussenden der Zuteilungs-Anforderung und vor dem Empfang einer Antwort von der Basisstation 34 geht die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 dazu über, die empfangenen Sprachdaten beispielsweise dadurch zu komprimieren, dass darin enthaltene sich wiederholende Abschnitte entfernt und Pausen abgekürzt werden. Die zeitlich komprimierten Daten werden dann an den Sprach-Codierer 106 weitergeleitet, in dem sie im Rahmen codiert werden, um die Sprach-Bit-Rate (beispielsweise 64 kbs) auf eine wesentlich niedrigere Rate zur Funkübertragung zu verringern, beispielsweise auf die beschleunigte volle Codec-Rate (ERFC) bei 8 kbs. Die Rahmen werden dann vorübergehend in dem Puffer 108 bis zur Übertragung gespeichert.
Wenn eine Antwort, die Übertragungs-Ressourcen an die mobile Station 26 zuteilt, von der Basisstation 34 empfangen wird, beginnt die DSP-Einheit 54, den Puffer 108 zu leeren und die darin gespeicherten Rahmen zu übertragen. Im einzelnen werden nach einer Ressourcen-Zuteilung die Rahmen in einer Sequenz durch die FEC-Einheit 110 weitergeleitet, um einen Schutz gegen eine Verfälschung zu erzielen. Die Rahmen werden dann an die Protokoll-Handhabungseinrichtung 112 weitergeleitet, in der sie in Paketen gebracht werden, wobei ein oder mehrere Rahmen in jedem Paket angeordnet werden. Die Pakete werden jeweils mit einem geeigneten Paket-Kopffeld zusammengefügt und an den Sender 56 zur Aussendung an die Basisstation 34 gesandt.
Gemäß der Erfindung bleibt der Sender 56 in Betrieb, um Sprachpakete zu übertragen, bis der VAD 102 das Ende des Sprachsegmentes feststellt. Wenn dies eintritt, sendet der VAD 102 ein weiteres VAD-Signal über die Leitung 101, das das Ende des Sprachsegmentes anzeigt, um die Freigabe der zugeteilten Übertragungs-Ressourcen einzuleiten. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der VAD mit einem hohen Empfindlichkeits-Schwellenwert derart ausgelegt, dass er nicht irgendwelche kurzen Pausen oder Stilleperioden zwischen Sprachsilben feststellt. Ein hoher Empfindlichkeitspegel verringert die Gefahr, dass der VAD 102 in fehlerhafter Weise das Ende eines Sprachsegmentes signalisiert, das noch nicht beendet ist.
Die Ressourcen werden jedoch lediglich dann freigegeben, wenn die Übertragung des Segmentes abgeschlossen ist. Im einzelnen leitet nach der Feststellung des Endes eines Sprachsegmentes der VAD 102 nur dann eine Freigabe ein, nachdem er über die Leitung 103 benachrichtigt wurde, dass der Puffer 108 leer ist, und dass die Übertragung des Sprachsegmentes beendet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform leitet der VAD 102 die Freigaben nicht unmittelbar ein, wenn der Puffer 108 leer wird, sondern lediglich nachdem eine Halteperiode abgelaufen ist.
Gemäß der Erfindung kann die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 betrieben werden, um die empfangenen Sprachdaten mehr oder weniger aggressiv zu komprimieren, in Abhängigkeit davon, wieviel Zeit gespart werden muss. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sollte die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 ausreichend aggressiv betrieben werden, um zu verhindern, dass der Puffer 108 überläuft und daher Sprachinformation verloren geht. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 den Zustand des Puffers 108 über die Leitung 103 überwachen und ihre Kompressions-Operationen entsprechend einstellen, sodass der Puffer 108 nicht überläuft.
Weiterhin sollte die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 auch so betrieben werden, dass sie ausreichende Zeiteinsparungen ergibt, um die zusätzliche Zeit zu kompensieren, die erforderlich ist, um Rahmen, die anderenfalls verworfen würden, wenn keine Pufferung verwendet würde, zu puffern und zu übertragen. Es kann gezeigt werden, das die zusätzliche Zeit, die zur Übertragung dieser Rahmen erforderlich ist, gleich der Zeit ist, die an der mobilen Station 56 benötigt wird, um Ressourcen für die Übertragung zu gewinnen. Für jedes Sprachsegment sollte die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 daher zumindest daher lange genug betrieben werden, um die Ressourcen-Zuteilungszeit an der mobilen Station 26 zu kompensieren. Um Übertragungs-Verzögerungen weiter zu verringern, sollte die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 auch lange genug betrieben werden, um Spracherkennungs-Verzögerungen in dem VAD 102 zu kompensieren.
Dies heißt mit anderen Worten, dass die zeitliche Kompression lediglich dann deaktiviert werden sollte, wenn die von der Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 eingesparte Zeit gleich oder größer als die VAD-Erfassungszeit und die Zeit ist, die benötigt wird, damit die mobile Station 26 den MAC-Zugang erhält. Dies kann auch in Form einer Gleichung wie folgt ausgedrückt werden: Tsaved ≥ Tavd + Tacq worin T_saved die gesamte von der Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 eingesparte Zeit ist, T_vad die Sprach-Detektions-Zeit des VAD 102 ist, und T_acq die Zeit ist, die erforderlich ist, damit die mobile Station 26 den MAC-Zugang für eine Übertragung erhält.
Um dies weiter zu erläutern, wird auf die 4 Bezug genommen, in der ein Zeitsteuerdiagramm ein Beispiel der Detektion, der Aufbereitung und des Pufferns eines Sprachsegmentes in dem Sprach-Codierer 55 nach 3 vor und nach seiner Übertragung zeigt. Aus Gründen der Klarheit wurden Verarbeitungs-Verzögerungen fortgelassen.
Das Diagramm zeigt mit der Bezeichnung „Spracheingang" das Sprachsegment, dass von dem Sprach-Codierer 55 empfangen wird. Das Diagramm zeigt dann mit der Bezeichnung „VAD" die Spracherfassung in dem VAD 102, die nach einer Sprach-Detektionszeit T_vad erfolgt. Als nächstes zeigt das Diagramm mit der Bezeichnung „MAC-Zugriff" den nachfolgenden MAC-Zugriff durch die mobile Station 26 nach einer MAC-Zugriffszeit T_acq. Zum Zweck des Vergleichs zeigt das Diagramm weiterhin unter der Bezeichnung „Anfangs-Abschneiden" das Sprachsegment, das für eine Periode T_clip abgeschnitten ist, um das Anfangs-Abschneiden zu erläutern, das vor dem MAC-Zugriff auftreten würde, wenn der Spracheingang entsprechend konventioneller Verfahren übertragen würde.
Das Diagramm zeigt dann mit der Bezeichnung „aufbereitete Sprache" das durch die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 komprimierte Sprachsegement. Als nächstes zeigt das Diagramm mit der Bezeichnung „Codierte und gepufferte Sprache" das Sprachsegment, das vor seiner Übertragung codiert und gepuffert wurde. Schließlich zeigt das Diagramm mit der Bezeichnung „Übertragene Sprache" das Sprachsegment, wie es von dem Sender 56 übertragen wird.
Vor irgendeiner Aufbereitung, Codierung oder Pufferung ist das Sprachsegment (siehe der Spracheingang) aus drei aktiven Sprachabschnitten S₁, S₂, und S₃ gebildet, die durch kurze Pausen P₁ und P₂ getrennt sind. Zum Zeitpunkt to wird das Segment in dem Sprach-Codierer 55 empfangen. Kurz danach, zur Zeit t₁, erfasst der VAD 102 das Segment, er erzeugt ein VAD-Signal, um eine Ressourcen-Zuteilungs-Anforderung einzuleiten, und er leitet die erfassten Sprachdaten an die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 für eine zeitliche Komprimierung weiter.
Nachdem der VAD 102 das Sprachsegment erfasst (zum Zeitpunkt t₁), und für eine bestimmte Periode danach, komprimiert die Sprach-Pausen-/Aufbereitungs-Einheit 104 die Sprachdaten durch Beseitigung von Wiederholungen in den Sprachabschnitten S₁, S₂ und S₃ und reduziert die Pausen P₁, P₂ (siehe aufbereitete Sprache). Das zeitlich komprimierte Sprachsegment wird in Rahmen codiert, die jeweils mit 1–11 nummeriert sind, und vorübergehend in dem Puffer 108 gespeichert werden (siehe Codierte und gepufferte Sprache), bis ein MAC-Zugriff erreicht wurde und der Sender 56 mit der Übertragung beginnen kann.
Die Übertragung der Rahmen beginnt zum Zeitpunkt t₂, wenn der MAC-Zugriff gewonnen wurde. Zu dieser bestimmten Zeit werden die in dem Puffer 108 enthaltenen Rahmen in einer Folge an den Sender 56 weitergeleitet, an dem sie in Pakete zur Übertragung an die Basisstation 34 weitergeleitet werden.
Aus dieser Figur ist zu erkennen, das durch Komprimieren der Sprachdaten für eine ausreichend lange Periode der Sprach-Codierer 55 die Verzögerungen t_vad und t_acq auffangen kann, die durch die Sprach-Detektion und den MAC-Zugriff eingeführt wurden (siehe übertragene Sprache). Im Vergleich mit konventionellen Übertragungsverfahren können bei der vorliegenden Erfindung gemäß 4 übertragene Sprachsegmente übertragen werden, ohne das irgendein Abschneiden ihres Anfangs eingeführt wird, während gleichzeitig Übertragungsverzögerungen verringert werden.
Vorstehend wurde ein spezielles Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwerfen von hinsichtlich der Wahrnehmung unbedeutender Teile in einem Sprachsegment und zum Puffern der aufbereiteten Sprache beschrieben, um ein Abschneiden zu verhindern und um Übertragungsverzögerungen zu verringern. Gemäß der Erfindung können andere Techniken verwendet werden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die empfangenen Sprachdaten zuerst in Rahmen codiert und dann von einer Rahmen-Aufbereitungseinrichtung verarbeitet, die die Sprach-Rahmen überprüft und Rahmen verwirft, die als redundant betrachtet werden. Die Rahmen, die von der Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung nicht verworfen werden, werden in einen Puffer gebracht, bis die mobile Station 26 einen MAC-Zugriff erreicht und zu senden beginnt.
5 zeigt ein weiteres ausführliches Blockschaltbild der DSP-Einheit 54 nach 2, die insbesondere einen anderen Sprach-Codierer 132 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ähnlich wie der Sprach-Codierer 55 der ersten Ausführungsform weist der Sprach-Codierer 132 dieser Ausführungsform ebenfalls eine optionale Störverringerungseinheit 140, einen VAD 150, einen Puffer 148, eine optionale FEC-Einheit 150 und eine Protokoll-Handhabungseinrichtung 152 auf. Diese Elemente sind zwischen dem ADC 52 und dem Sender 56 in der gleichen Weise eingeschaltet, wie die optionale Störverringerungseinheit 100, der VAD 102, der Puffer 108, die FEC-Einheit 110 und die Protokoll-Handhabungseinrichtung 112 des Sprach-Codierers 55. Im Gegensatz zu dem Sprach-Codierer 55 hat der Sprach-Codierer 132 jedoch zwischen dem VAD 150 und dem Puffer 148 einen Sprach-Codierer 144, der in Serie mit einer Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 verbunden ist.
Bei dieser speziellen Ausführungsform werden, wenn ein Benutzer ein Sprachsegment einleitet, die digitalisierten Sprachdaten, die von dem ADC 32 erzeugt und durch die optionale Störverringerungseinheit 140 weitergeleitet werden, von dem VAD 142 detektiert. Ähnlich wie der VAD 102 ist der VAD 142 ebenfalls mit einem hohen Empfindlichkeits-Schwellenwert ausgelegt, um die Gefahr einer fehlerhaften Signalisierung des Endes von Sprachsegmenten zu beseitigen.
Nach der Erfassung der digitalisierten Sprache sendet der VAD 142 ein VAD-Signal direkt an den Sender 56 über eine Leitung 141, das das Vorhandensein eines Sprachsegmentes angibt. Auf der Grundlage dieses VAD-Signals sendet der Sender 56 eine Ressourcen-Zuteilungs-Anforderung an die Basisstation 34, um einen MAC-Zugriff zu erhalten. Die digitalen Sprachdaten, die von dem VAD 102 erfasst werden, werden an den Sprach-Codierer 144 gesandt, um in Rahmen codiert zu werden, und die Rahmen werden dann an die Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 zur Aufbereitung gesandt.
Nachdem die Ressourcen-Zuteilungs-Anforderung abgesandt wurde und bevor eine Antwort von der Basisstation 34 empfangen wurde, macht die Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 weiter, um von der Wahrnehmung her unbedeutende Teile in der codierten Sprache dadurch zu beseitigen, das sie Rahmen verwirft, die sie als redundant betrachtet. Dies könnten beispielsweise Rahmen sein, die sich wiederholende Sprachabschnitte oder kurze Pausen enthalten. Die Rahmen, die nicht von der Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 verworfen werden, werden dann in den Puffer 148 gebracht, bis die mobile Station 26 eine Ressourcen-Zuteilung erhält und mit der Übertragung des Segmentes beginnen kann.
Wenn eine Übertragungs-Ressourcen der mobilen Station 26 zuteilende Antwort empfangen wird, so werden die in dem Puffer 148 gespeicherten Rahmen über die FEC-Einheit 150 weitergeleitet, um sie gegen eine Verfälschung zu schützen. Nach dem Durchlaufen der FEC-Einheit 150 werden die Rahmen dann an die Protokoll-Handhabungseinrichtung 152 in einer Folge weitergeleitet, wo sie in Paketen angeordnet und an den Sender 56 zur Übertragung an die Basisstation 34 gesandt werden.
Bei dieser speziellen Ausführungsform sollte die Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 ebenfalls so betrieben werden, dass sie ausreichende Zeiteinsparung ergibt, um die Sprach-Detektions- und Ressourcenzuteilungs-Verzögerungen zu kompensieren. Insbesondere sollte die Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 nur dann unwirksam gemacht werden, wenn die eingesparte Zeit T_saved gleich oder größer als die VAD- Detektions-Zeit t_vad und die MAC-Zugriffs-Erfassungszeit t_acq ist (siehe die vorstehende Gleichung für T_saved).
Dies ist weiter in 6 erläutert, in der ein Zeitsteuerdiagramm als ein Beispiel das Sprachsegment nach 5 zeigt, wie es durch den Sprach-Codierer 132 erfasst, hinsichtlich der Rahmen aufbereitet und gepuffert wird, und zwar vor und nach seiner Übertragung (wobei Verarbeitungsverzögerungen fortgelassen wurden). Aus Gründen der Klarheit gibt dieses Diagramm das Sprachsegment wieder, wie es von dem Sprach-Codierer 132 empfangen wird, zusammen mit der VAD-Zeitsteuerung des VAD 142 und dem MAC-Zugriff durch die mobile Station 26 nach der Detektion des Spracheingangs. Zusätzlich und zu Vergleichszwecken zeigt das Diagramm mit der Bezeichnung „Anfangs-Abschneiden" das für eine Periode T_clip abgeschnittene Sprachsegment, um das Anfangs-Abschneiden zu erläutern, das auftreten würde, wenn der Spracheingang in diesem speziellen Beispiel gemäß konventioneller Verfahren übertragen wurde.
Das Diagramm zeigt dann mit der Bezeichnung „Codierte Sprache" das Sprachsegment, das durch den Sprach-Codierer 144 in Rahmen codiert wurde. Als nächstes zeigt das vorstehende Diagramm mit der Bezeichnung „Aufbereitete und gepufferte Sprache" das aufbereitete und gepufferte Sprachsegment vor seiner Übertragung. Schließlich zeigt das Diagramm mit der Bezeichnung „Übertragene Sprache" das Sprachsegment, wie es von dem Sender 56 übertragen wird.
Wie in 4 hat das hier gezeigte Sprachsegment drei aktive Sprachabschnitte S₁, S₂ und S₃, die durch Pausen P₁ und P₂ getrennt sind. Zum Zeitpunkt t₀ wird das Segment wiederum in dem Sprach-Codierer 132 empfangen. Zum Zeitpunkt t, erfasst der VAD 142 das Segment, er erzeugt ein VAD-Signal zur Einleitung einer Zuteilungs-Anforderung an die Basisstation 34, und er leitet die erfassten Sprachdaten an den Sprach-Codierer 144 weiter. In diesem wird die Sprache in Rahmen codiert. Bei diesem speziellen Beispiel wird das Sprachsegment in Form von elf Rahmen codiert, die jeweils mit 1 bis 13 bezeichnet sind.
Die von dem Sprach-Codierer 144 erzeugten Rahmen werden durch die Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 geleitet, die betrieben wird, um redundante Rahmen in dem Segment zu verwerfen, die beispielsweise sich wiederholende Sprachabschnitte oder kurze Pausen enthalten können. In dem gezeigten Beispiel werden die Rahmen 6 und 10 verworfen, weil sie kurze Pausen enthalten. Die Rahmen, die von der Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 nicht verworfen werden, werden in dem Puffer 148 gebracht, bis die mobile Station 26 eine Ressourcen-Zuteilung erhält und mit der Übertragung des Segmentes beginnen kann. Die Übertragung der Rahmen beginnt wiederum zum Zeitpunkt t₂, zu dem ein MAC-Zugriff gewonnen wurde. Zu dieser bestimmten Zeit werden die in dem Puffer 148 enthaltenen Rahmen in einer Folge an den Sender 56 weitergeleitet, in dem sie in Paket für die Übertragung an die Basisstation 34 gebracht werden.
Aus dieser Figur ist zu erkennen, dass durch Verwerfen redundanter Rahmen für eine ausreichend lange Periode und durch die Bereitstellung einer ausreichenden Pufferung der Sprach-Codierer 132 ebenfalls die Sprachverfassungs- und Ressourcenzuteilungs-Verzögerungen t_vad, t_acq auffangen und Segmente ohne die Einführung irgendeines Anfangs-Abschneidens senden kann.
7 zeigt ein Beispiel eines Protokoll-Stapels, der in dem Netzwerk 10 nach 1 verwendet werden kann, um Sprachsegmente gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu übertragen, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Der in dieser Figur gezeigte Protokoll-Stapel besteht aus einer Anwendungs-Schicht, einer Transport-Protokoll-Schicht, einer Netzwerk-Protokoll-Schicht, einer Verbindungsschicht und einer physikalischen Schicht. In dem gut bekannten Verbindungs-Bezugs-(OSI-)Modell für offene Systeme werden diese Schichten jeweils als Schichten 7, 4, 3, 2 und 1 bezeichnet.
In diesem speziellen Stapel-Beispiel wird die Sprach-Detektion und die Codierung, die von dem Sprach-Codierer 55, 132 ausgeführt wird, in der Anwendungs-Schicht-Ebene (Schicht 7) implementiert. In der Transport-Protokoll-Schicht (Schicht 4) verwendet das Netzwerk 10 ein Echtzeit-Transport-Protokoll (RTP) und ein Benutzer-Datagramm-Protokoll (UDP). Das RTP-Protokoll ist ein Paketformat-Protokoll, wie es in dem Netzwerk 10 verwendet wird, um Multimedien-Ströme zu übertragen. Dieses spezielle Protokoll verwendet vorhandene Transport-Schichten für Daten, wie zum Beispiel Sprache, die Echtzeit-Eigenschaften und Zeitbeschränkungen aufweisen. Das Netzwerk 10 verwendet weiterhin ein UDP- Protokoll in der Transport-Schicht, die unterhalb des RTP läuft. UDP ist ein Transport-Schicht-Protokoll, das als ein Protokoll besten Bemühens ohne Garantie der Zustellung funktioniert.
In der Netzwerk-Protokoll-Schicht (Schicht 3) verwendet das Netzwerk 10 ein Internet-Protokoll (IP) für die Routenführung von Benutzer-Daten und der Steuer-Signalisierung. In der Verbindungs-Schicht (Schicht 2) verwendet das Netzwerk 10 ein Teilnetzwerk-abhängiges Konvergenz-Protokoll (SNDCP) um die Übertragung von Dateneinheiten eines höheren Netzwerk-Schicht-Protokolls in einer transparenten Weise zu ermöglichen. Das SNDCP-Protokoll führt eine Multiplexierung dieser Dateneinheiten zur Übertragung unter Verwendung des Dienstes aus, der durch das logische Verbindungsstrecken-Steuer-(LLC-)Protokoll bereitgestellt wird. Das LLC-Protokoll überträgt Information zwischen Schicht-3-Einheiten in den mobilen Stationen 26 und 28 und an anderen Stellen in dem Netzwerk. Unterhalb des LLC-Protokolls verwendet das Netzwerk 10 ein Funkstrecken-Steuer-(RLC-)Protokoll, das die Prozedur zur Segmentierung und Neuzusammenfügung der Schicht-2-Paket-Dateneinheiten definiert. Weiterhin wird in der Verbindungsstrecken-Schicht ein MAC-Protokoll verwendet, das Benutzer auf ein gemeinsam genutztes Übertragungsmedium multiplexiert. In jeder Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 des Netzwerkes 10 besteht dieses gemeinsam genutzte Übertragungsmedium aus Übertragungs-Ressourcen. In der physikalischen Schicht (unterhalb des MAC-Protokolls) hat das Netzwerk 10 alle die physikalischen Elemente definiert, die von den Kommunikationen in jeder Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 zwischen Mobilstationen 26, 28 und Basisstationen 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 verwendet werden. Dies schließt Sender, Empfänger und die Übertragungs-Ressourcen ein, die in jeder Zelle 12, 14, 16, 18, 20, 22, und 24 verwendet werden.
Im allgemeinen tauschen Netzwerk-Geräte und Elemente, die sich in einer bestimmten Schicht befinden, lediglich Mitteilungen mit Geräten oder Elementen aus, die sich in der gleichen oder einer benachbarten Schicht befinden. Wie dies üblich ist, schließt die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einer Ausnahme hiervon bezüglich der Sprach-Detektion durch den VAD 102 (oder dem VAD 142) und insbesondere hinsichtlich der Erzeugung eines VAD-Signals durch den VAD 102 ein. Es sei daran erinnert, dass der VAD 102 ein VAD-Signal 101 an den Sender 56 erzeugt, um Ressourcen-Zuteilungs-Anforderungen einzuleiten, wenn Sprache erfasst wird. Weil der VAD 102 dieses VAD-Signal direkt an den Sender 56 erzeugen muss, ist die Anwendungs-Schicht in diesem Protokoll-Stapel-Beispiel so gezeigt, als ob sie in der Lage ist, direkt mit der physikalischen Schicht zu kommunizieren.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bestimmtes Mehrfachzugangs-System beschrieben wurde, sind weitere Modifikationen und Verbesserungen zur Anwendung der Erfindung auf andere Arten von Mehrfachzugangs-Systemen für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich, und sie können innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche durchgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung in ihrem breiteren Gesichtspunkt abzuweichen.
Weiterhin wurde die Erfindung vorstehend bezüglich der Netzaufwärts-Übertragung von Sprache von einer mobilen Station zu einer Basisstation beschrieben. Es ist verständlich, dass die Erfindung auch für die Netzabwärts-Übertragung von Sprache von der Basisstation an die mobile Station verwendet werden könnte.
In allgemeinerer Form kann die Erfindung in unterschiedlichen Mehrfachzugangs-Systemen für eine Vielzahl von Audio-Diensten verwendet werden, wie zum Beispiel für beschleunigte Funk-Datenübertragungs-(EDGE-) und Sprache-über-Internet-Protokoll-(VoIP-)Dienste. Zusätzlich kann die Erfindung auch für andere Echtzeit-Dienste verwendet werden, wie zum Beispiel Video-Konferenz-Dienste. Wenn die Erfindung jedoch für die Übertragung von anderer Information als Sprache verwendet wird, so ist zu erkennen, das es Elemente von den vorstehend beschriebenen Elementen gibt, die umkonfiguriert oder durch Komponenten ersetzt werden, die zur Handhabung des Typs der Information geeignet sind, die übertragen werden soll.
Beispielsweise sind der VAD 102, die Sprach-Pausen-/Aufbereitungseinheit 104 und der Sprach-Codierer 106 nach 3 Komponenten, die in Verbindung mit der Übertragung von Sprache verwendet werden. Für andere Arten von Information (andere als Sprache) würden unterschiedliche Komponenten, die die gleichen Funktionen ausführen, jedoch an die spezielle Art von zu übertragender Information angepasst sind, zu verwenden sein. Es ist verständlich, dass die Komponenten allgemeiner als ein Informations-Detektor, eine Informations-Aufbereitungs einrichtung bzw. ein Codierer beschrieben werden könnten. In ähnlicher Weise könnten der VAD 142, der Sprach-Codierer 144 und die Sprach-Rahmen-Aufbereitungseinrichtung 146 nach 5 auch allgemeiner als ein Informations-Aktivitätsdetektor, ein Codierer und eine Informations-Aufbereitungseinrichtung beschrieben werden.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf das Beispiel des speziellen vorstehend beschriebenen Protokoll-Stapels beschränkt. Es ist verständlich, dass andere Protokoll-Stapel verwendet werden könnten. Ein unterschiedlicher Protokoll-Stapel könnte verwendet werden, wenn beispielsweise unterschiedliche Protokolle für Kommunikationen in dem Netzwerk 10 verwendet werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines speziellen Ressourcen-Zuteilungs-Schemas beschrieben, bei dem Übertragungs-Ressourcen lediglich für aktive Sprachsegmente zugeteilt werden. Es ist verständlich, das die Erfindung auch in Mehrfachzugangs-Systemen mit anderen Arten von Ressourcen-Zuteilungs-Mechanismen verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Erfindung auch in Systemen verwendet werden, bei denen preemtive Mechanismen verwendet werden, bei denen die Übertragungs-Ressourcen auf Anforderung zugeteilt werden, jedoch ohne eine Notwendigkeit einer Antwort.
Gemäß der Erfindung sollten die vorstehend beschriebenen Schritte hinsichtlich der Verarbeitung jedes Sprachsegmentes in dem Sprach-Codierer nicht in strikter Anwendung in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge verstanden werden. Beispielsweise kann hinsichtlich der Schritte der Aufbereitung und Pufferung das Sprachsegment zuerst aufbereitet und dann gepuffert werden, bevor es übertragen wird. Umgekehrt könnten die Segmente zunächst gepuffert und dann vor der Übertragung aufbereitet werden. Weiterhin sollte verständlich sein, dass Verarbeitungsschritte an unterschiedlichen Versionen der Segmente durchgeführt werden können und immer noch in den Rahmen der Erfindung fallen. Beispielsweise können die Aufbereitungs- und Pufferungsschritte vor oder nach der Codierung der Segmente in Rahmen ausgeführt werden.

Claims

Übertragungsverfahren in einem Mehrfachzugangssystem, mit den folgenden Schritten: Feststellen des Beginns eines Informations-Segmentes, das in Echtzeit erzeugt wird. Aufbereiten und Puffern des Informations-Segmentes oder einer ersten Darstellung hiervon zur Erzeugung einer zweiten Darstellung; und nachdem Übertragungs-Ressourcen zugeteilt wurden, Starten der Übertragung der zweiten Darstellung; wobei die Aufbereitung und das Puffern Übertragungs-Ressourcen-Zuteilungsverzögerungen kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aufbereiten und Puffern das Aufbereiten und nachfolgende Puffern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aufbereiten an dem Informations-Segment ausgeführt wird, um ein verkürztes Informations-Segment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Aufbereitung an der ersten Darstellung durchgeführt wird, die eine gerahmte Version des Informations-Segmentes ist, um ein verkürztes Informations-Segment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Puffern an dem verkürzten Informations-Segment ausgeführt wird, um die zweite Darstellung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Puffern an einer gerahmten Version des verkürzten Informations-Segments ausgeführt wird, um die zweite Darstellung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Puffern und Aufbereiten das Puffern und nachfolgende Aufbereiten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Puffern an dem Informations-Segment ausgeführt wird, um ein gepuffertes Informations-Segment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Puffern an der ersten Darstellung durchgeführt wird, die eine gerahmte Version des Informations-Segmentes ist, um ein gepuffertes Informations-Segment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Aufbereitung an dem gepufferten Informations-Segment ausgeführt wird, um ein verkürztes Informations-Segment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Aufbereiten an der ersten Darstellung durchgeführt wird, die eine gerahmte Version des gepufferten Informations-Segmentes ist, um ein verkürztes Informations-Segment zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Feststellung des Starts des Informations-Segmentes das Verfahren weiterhin die unmittelbare Anforderung von Übertragungs-Ressourcen zur Übertragung des Informations-Segments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Aufbereitung des Informations-Segments zur Erzeugung eines verkürzten Informations-Segments eine zeitliche Komprimierung des Informations-Segments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die zeitliche Komprimierung des Informations-Segments die Beseitigung von Wiederholungen und/oder kurzen Pausen umfasst, die in dem Segment vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren vor der Übertragung der zweiten Darstellung weiterhin das Hindurchleiten der zweiten Darstellung durch eine Rahmen-Lösch-Verdeckungs-Einheit umfasst, um eine Verfälschung zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Verfahren vor der Übertragung der zweiten Darstellung weiterhin die Anordnung der zweiten Darstellung in einem oder mehreren Paketen für die Übertragung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Mehrfachzugangssystem ein drahtloses Mehrfachzugangssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Informations-Segment von einer Mobilstation zu einer Basisstation übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Übertragungs-Ressourcen aus einem oder mehreren Informations-Kanälen bestehen.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem jeder Informations-Kanal ein Hochfrequenz-(RF-)Kanal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Informations-Segment ein Sprach-Segment ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Aufbereitung der gerahmten Version des Informations-Segmentes zur Erzeugung eines verkürzten Informations-Segmentes die Entfernung redundanter Rahmen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Entfernung redundanter Rahmen die Entfernung von Rahmen umfasst, die Wiederholungen und/oder kurze Pausen enthalten.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Verfahren vor der Übertragung der zweiten Darstellung weiterhin die Hindurchleitung der zweiten Darstellung durch einen Rahmen-Lösch-Verdeckungs-Einheit umfasst, um eine Verfälschung zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 24, bei der das Verfahren vor der Übertragung der zweiten Darstellung weiterhin die Anordnung der zweiten Darstellung in einem oder mehreren Paketen für die Übertragung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Überwachung eines Zustandes eines Puffers, der das Informations-Segment oder die erste Darstellung enthält, und die Durchführung der Aufbereitung derart umfasst, dass der Puffer nicht überläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Durchführung der Aufbereitung zumindest lange genug umfasst, um eine Ressourcen-Erfassungszeit zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Anforderung der Übertragungs-Ressourcen von dem Mehrfachzugangssystem und den Empfang einer Ressourcen-Zuteilung von dem Mehrfachzugangssystem nach den Ressourcen-Zuteilungsverzögerungen umfasst.
Vorrichtung zur Übertragung von Information in einem Mehrfachzugangssystem, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: einen Informations-Detektor, der zur Feststellung ankommender zu übertragender Informations-Segmente betreibbar ist; eine Informations-Aufbereitungs-Einrichtung, die betreibbar ist, um jedes festgestellte Informations-Segment aufzubereiten, um ein jeweiliges verkürztes Informations-Segment zu erzeugen; einen Puffer, der betreibbar ist, um jedes verkürzte Informations-Segment zu puffern, bis Übertragungs-Ressourcen zugeteilt werden, um ein gepuffertes Informations-Segment zu erzeugen; und einen Sender, der betreibbar ist, um jedes gepufferte Informations-Segment zu übertragen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, bei dem zur Aufbereitung jedes festgestellten Informations-Segmentes zur Erzeugung eines jeweiligen verkürzten Informations-Segments die Informations-Aufbereitungs-Einrichtung betreibbar ist, um jedes Informations-Segment zeitlich zu komprimieren.
Vorrichtung nach Anspruch 29, die weiterhin einen Codierer umfasst, der mit der Informations-Aufbereitungs-Einrichtung verbunden und betreibbar ist, um jedes verkürzte Informations-Segment in eine jeweilige Vielzahl von Rahmen zu codieren.
Drahtloser Sender, der die Vorrichtung nach Anspruch 29 umfasst.
Eine Mobilstation, die den drahtlosen Sender nach Anspruch 32 umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der jedes Informations-Segment ein Sprach-Segment ist.
Vorrichtung nach Anspruch 34, bei dem der Informations-Detektor ein Sprachaktivitäts-Detektor ist, die Informations-Aufbereitungs-Einrichtung eine Sprachpausen/Aufbereitungs-Einheit ist und der Codierer ein Sprachcodierer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 35, die weiterhin eine Rahmen-Lösch-Verdeckungs-Einheit umfasst, die zum Empfang jedes gepufferten Sprach-Segmentes verbunden und betreibbar ist, um eine Verfälschung vor der Übertragung zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 36, die weiterhin eine Protokoll-Handhabungs-Einrichtung umfasst, die zwischen der Rahmen-Lösch-Verdeckungs-Einheit und dem Sender angeschaltet ist, wobei die Protokoll-Handhabungs-Einrichtung betreibbar ist, um jedes gepufferte Sprach-Segment in einem oder mehreren Paketen zur Übertragung zu einem Knoten anzuordnen.
Vorrichtung nach Anspruch 29, die weiterhin einen Codierer umfasst, der betreibbar ist, um jedes festgestellte Informations-Segment in eine jeweilige Vielzahl von Rahmen zu codieren.
Vorrichtung nach Anspruch 38, bei dem zum Editieren jedes festgestellten Informations-Segmentes zur Erzeugung eines jeweiligen verkürzten Informations-Segmentes die Informations-Aufbereitungs-Einrichtung für jedes Informations-Segment betreibbar ist, um redundante Rahmen aus der jeweiligen Vielzahl von Rahmen zu entfernen.
Mobilstation nach Anspruch 33, bei dem die Informations-Aufbereitungs-Einrichtung so ausgebildet ist, dass sie den Zustand des Puffers überwacht und die Aufbereitung jedes festgestellten Informations-Segmentes so anpasst, dass der Puffer nicht überläuft.
Mobilstation nach Anspruch 33, bei dem die Informations-Aufbereitungs-Einrichtung so angeordnet ist, dass sie zumindest lange genug arbeitet, um eine Ressourcen-Erfassungszeit an der Mobilstation zu kompensieren.
Mobilstation nach Anspruch 33, bei der die Informations-Aufbereitungs-Einrichtung weiterhin so angeordnet ist, dass sie die Übertragungs-Ressourcen von dem Mehrfachzugangssystem anfordert, wobei die Übertragungs-Ressourcen von dem Mehrfachzugangssystem nach Ressourcen-Zuteilungsverzögerungen zugeteilt werden.