СИСТЕМА СВЯЗИ, МОБИЛЬНАЯ СТАНЦИЯ СВЯЗИ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ СИСТЕМЫ СВЯЗИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК H04B7/26 H04L12/20 

Изобретение относится в основном к системам связи, в частности к способам и устройствам, обеспечивающим комбинирование режимов работы с полной стандартной скоростью передачи данных и с уменьшенной вдвое скоростью передачи данных в системе связи.

В цифровых системах связи имеются устройства, кодирующие и декодирующие речевые сигналы для обеспечения связи на радиочастотах. В GSM (Глобальная Система Мобильной Связи) речевой транскодер обеспечивают функции кодирования и декодирования в одном устройстве, которое иногда называют речевым кодеком (кодером-декодером). Согласно Рекомендации GSM 06.10 используемый в этой системе речевой транскодер должен быть 16-разрядным устройством. Такие же параметры имеет и канальный кодек, служащий для кодирования и декодирования дополнительной информации и речевых данных для передачи и приема через эфир.

В современной Цифровой Сотовой Радиосистеме GSM речевой кодек выдает 13 Кбит уплотненных речевых сигналов на канальный кодек, который, в свою очередь, выдает 22,8 Кбит в радиочастотный тракт. Такой режим работы называют высокоскоростным режимом передачи данных. Предполагается также использовать режим передачи речевых данных со скоростью, уменьшенной вдвое (низкоскоростной режим), когда речевой кодек будет выдавать около 6 Кбит на низкоскоростной канальный кодек, который, в свою очередь, будет выдавать 11,4 Кбит в радиочастотный тракт.

В дополнение к уплотнению данных в интерфейсе речевой/канальный кодек используются также дополнительные 3 Кбит для передачи управляющей и контрольной информации. Такая информация включает флажок Дефектного Блока данных (BFI), который служит оповещением для речевого декодера о наличии или отсутствии ошибок в текущем блоке уплотненных данных, поступающих от канального декодера. Этот флажок используется схемой Непрерывной Передачи (DTX) в речевом декодере для повышения качества принимаемой речи. В составе тех же 3 Кбит передается и тип режима вызова и работы, которые могут характеризоваться высокой или низкой скоростью передачи речевых данных. Вид режима работы передается на канальный кодек, который затем пересылает эту служебную информацию на речевой кодек.

Речевой кодек выдает блок уплотненных речевых битов, сгруппированных по речевым параметрам, характерным для исходной речи. Эти параметрически упорядоченные биты затем перестраиваются канальным кодеком в порядке чувствительности. Ошибка в одном из наиболее чувствительных битов приводит к невозможности вразумительного воспроизведения исходной речи. Ошибки же в наименее чувствительных битах вызывают лишь слабые или вообще субъективно незаметные искажения в декодируемой речи.

Канальный кодек обычно устанавливается в Базовом Приемопередатчике (BTS), тогда как речевой кодек может быть расположен в BTS, в Контроллере Базовой Станции (BSC) или в Мобильном Центре Коммутации (MSC). Когда речевой кодек расположен не на площадке BTS, GSM устанавливает (задает) интерфейс или протокол, который должен использоваться между удаленным речевым кодеком и канальным кодеком. Такой интерфейс существует для режима высокоскоростной передачи (документ GSM 08.60) и планируется для работы в низкоскоростном режиме (08.60 или другой норматив GSM).

Алгоритмы, используемые в высокоскоростном речевом кодеке, и те, что предполагается использовать в низкоскоростном речевом кодеке, совершенно различны. Вследствие этого и параметры, которые они вырабатывают, и параметрическое распределение по чувствительности также различны.

Как в высокоскоростном, так и в низкоскоростном режимах работы канальный кодек использует 3 класса битов: 1a, 1b и 2, где бит класса 1a наиболее чувствителен, а бит класса 2 - наименее чувствителен. Различны и виды и объемы канального кодирования для битов этих трех классов.

В высокоскоростном режиме используются 50 битов класса 1a, 3 бита Циклического Контроля с помощью Избыточного кода (CRC), 132 бита класса 1b, 78 класса 2 и 4 оконечных бита, что после кодирования составляет 456 бит. В низкоскоростном режиме используются 22 бита класса 1a, 3 бита CRC, 73 бита класса 1b, 17 битов класса 2 и 6 оконечных битов, что после кодирования составляет 228 бит.

Как в высокоскоростном, так и в низкоскоростном режимах биты класса 1a имеют Циклический Контроль с помощью Избыточного кода, который связан с этими битами; биты класса 1a, 1b и CRC биты кодируются со сверткой, а в отношении битов класса 2 никакой лишней защиты не требуется.

В высокоскоростном режиме главным для CRC является вырабатывание флажка Дефектного Блока (BFI). В низкоскоростном режиме флажок BFI устанавливается не только с помощью CRC, но также и схемой Окна Обнаружения Ошибок (WED), введенной как часть алгоритма фирмы Моторола для низкоскоростного режима.

Интерфейс GSM (норматив GSM 08.60) между удаленным речевым кодеком и канальным кодеком, работающими в высокоскоростном режиме, использует 16 Кбит. В эквивалентном интерфейсе в низкоскоростном режиме эта цифра должна быть снижена до 8 Кбит, что приведет к снижению вдвое арендной платы за последовательные линии связи между удаленным речевым кодеком и базовой станцией (канальным кодеком). Разрабатываются также планы осуществления в низкоскоростном режиме интерфейса между удаленным речевым кодеком и канальным кодеком с использованием как 8 Кбит, так и 16 Кбит.

На фиг. 1 показана известная линия связи Земля - ЛА, где высокоскоростной режим передачи речи осуществляется при использовании высокоскоростного речевого кодека 14 и высокоскоростного же канального кодека 20. Речевые сигналы поступают на вход 10 и далее на аудиоинтерфейс 12 мобильной станции 11. Речь кодируется в высокоскоростном речевом кодеке 14 мобильной станции. Далее кодированная речь подается на процессор 16 канального кодека. Этот процессор содержит стандартный и заранее подготовленный модуль 18 для параметрической перестройки по чувствительности, а также высокоскоростной канальный кодек 20. С выхода высокоскоростного речевого кодека 14 сигналы подаются на стандартный блок перестройки 18 для параметрической перестройки битов по чувствительности. С выхода стандартного модуля 18 сигналы поступают на высокоскоростной канальный кодек 20 для дальнейшей обработки, а затем подаются на радиочастотный интерфейс 22 для последующей передачи рабочих сигналов 24 через эфир.

Рабочие сигналы 24 принимаются на базовой приемопередающей станции 13, обрабатываются в радиочастотном интерфейсе 22 и далее подаются на процессор 17 канального кодека, который аналогичен процессору 16 канального кодека мобильной станции 11.

Сигналы подаются на высокоскоростной канальный кодек 21 для первоначальной обработки (декодирования), а затем обрабатываются в модуле 19 с перестройкой битов по принципу "чувствительность - параметр". С выхода этого модуля 19 сигналы подаются на высокоскоростной речевой кодек 15 для дальнейшего декодирования и выдачи на выход речи 26 со скоростью 64 Кбит/с.

Высокоскоростной речевой кодек 15 показан в составе BTS из соображений ясности понимания. Низкоскоростной режим может быть осуществлен с помощью низкоскоростного речевого и канального кодека.

Желательно обеспечить комбинированный высоко/низкоскоростной режим работы, в котором сочетались бы преимущества низкой стоимости с высоким качеством работы и стойкостью к вредным воздействиям.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать систему связи, использующую комбинированный режим работы с высокой и низкой скоростью передачи данных, и содержащая низкоскоростной речевой кодек и высокоскоростной канальный кодек, когда связь по входу осуществляется с помощью низкоскоростного речевого кодека, включающего модуль для перераспределения, преобразования битов.

Также в основу с настоящим изобретением положена задача создать способ комбинирования режимов работы системы связи с высокой и низкой скоростью передачи данных, включающий операцию перераспределения преобразования битов, когда входной канальный кодек обеспечивает связь с речевым кодеком.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
На фиг. 1 представлена блок-схема линии связи Земля - ЛА, работающая в высокоскоростном режиме.

На фиг. 2 показана блок-схема устройства, работающего в комбинированном высоко/низкоскоростном режиме в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 показана блок-схема линии связи Земля - ЛА, работающая в комбинированном высоко/низкоскоростном режиме аналогично системе, показанной на фиг. 2.

На фиг. 4 представлен алгоритм работы речевого кодека в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 представлен алгоритм работы канального кодера согласно настоящему изобретению.

На фиг. 6 представлен алгоритм работы канального декодера согласно настоящему изобретению.

Показанная на фиг. 2 система связи, способная работать в комбинированном высоко/низкоскоростном режиме и включающая низкоскоростной речевой кодек 30 и высокоскоростной канальный кодек 32, вход которого приспособлен для связи с низкоскоростным речевым кодеком 30 и содержащий на входе модуль 33 для перераспределения преобразования битов.

Реализация такого устройства, работающего в комбинированном режиме, может быть, в частности, описана и со ссылкой на фиг. 3, где представлена блок-схема линии связи Земля - ЛА, в которой также реализуется комбинированный высоко/низкоскоростной режим работы в соответствии с настоящим изобретением.

Речевые сигналы поступают на вход 10 аудиоинтерфейса 12 мобильной станции 11. Аудиоинтерфейс пересылает эти сигналы на первый низкоскоростной речевой кодек 30 для выработки кодированных сигналов.

Кодированные сигналы подаются на перераспределительный преобразующий модуль "параметр - чувствительность" 33 первого гибридного канального процессора 32, который перераспределяет биты кодированных сигналов, что описывается ниже. Перераспределенные биты подаются затем на высокоскоростной канальный кодек 20 для дальнейшей обработки. С выхода высокоскоростного канального кодека 20 сигналы подаются на радиочастотный интерфейс 22 и передаются через эфир на второй гибридный канальный процессор 31, расположенный уже на базовой приемопередающей станции 13.

Высокоскоростной канальный кодек 21 второго гибридного канального процессора 31 декодирует переданные сигналы 34 и подает их на модуль 35 перераспределения битов "чувствительность - параметр" второго гибридного канального процессора 31 для выполнения этой операции перераспределения битов. Перераспределенные биты затем передаются на второй низкоскоростной речевой кодек 37 через серийную линию 39 для дальнейшего декодирования и выдачи на его выход 26 сигналов со скоростью 64 Кбит/с. Серийная линия 39 необходима в том случае, если второй низкоскоростной речевой кодек 37 удален от гибридного канального процессора 31. Поэтому нежелательно, чтобы второй низкоскоростной речевой кодек 37 был расположен на удалении от гибридного канального процессора 31.

На фиг. 4 приведен алгоритм работы речевых кодеков 30, 37 в соответствии с настоящим изобретением. Поскольку речевые кодеки должны работать в высокоскоростном, низкоскоростном и в комбинированном высоко/низкоскоростном режимах в соответствии с настоящим изобретением, то необходимо указывать требуемый режим работы речевого кодека. Например, на фиг. 4 речевой кодек определяет, какой режим работы желателен в шаге алгоритма 40, и если это высокоскоростной режим, то в шаге 44 выполняется нормальная высокоскоростная операция кодирования или декодирования. Если требуется низкоскоростной или комбинированный высоко/низкоскоростной режим, то соответствующая низкоскоростная операция кодирования или декодирования выполняется нормальным образом в шаге алгоритма 42.

Однако работа канального кодера гибридного канального процессора 20 определяется наличием модуля 33 перераспределения преобразования битов, который работает в соответствии с настоящим изобретением, как описано на фиг. 5. Гибридный канальный процессор или кодек 32 определяют в шаге алгоритма 48, какой режим работы канала требуется. Если это высокоскоростной режим, то нормальная операция высокоскоростного канального кодирования выполняется в шаге 53. Аналогично, если требуется низкоскоростной режим, то нормальная низкоскоростная операция канального кодирования выполняется в шаге алгоритма 51.

Однако если указан комбинированный высоко/низкоскоростной режим работы канала, то модуль 33 перераспределения преобразования битов гибридного канального процессора 32 преобразует параметры низкоскоростной речи в соответствии с их чувствительностью, что задано стандартным низкоскоростным алгоритмом в шаге 50. Затем модуль 33 перераспределения преобразования битов воспринимает все 22 бита класса 1a с низкой скоростью и определяет 3-битовый CRC с помощью стандартного низкоскоростного метода в шаге 52, что в результате дает для канального кодека 22 бита класса 1a и 3 бита CRC. Одновременно в шаге 56 модуль 33 перестройки битов обрабатывает с низкой скоростью 73 бита класса 1b и 17 битов класса 2 и добавляет к ним 70 нулей, что в результате дает для канального кодека 160 битов класса 1b.

Образовавшиеся 22 бита канального кодека класса 1a, 3 бита CRC и 160 битов канального кодека класса 1b обрабатываются в шаге 54 соответственно, как 22 бита класса 1a, 3 бита CRC, 160 бит класса 1b и 4 оконечных бита с высокой скоростью в кодеке со сверткой, что в результате дает 378 кодированных со сверткой битов. Эти кодированные со сверткой биты объединяются с битами класса 2 канального кодека (78 нулей), в результате чего в шаге 58 образуются 456 битов. Эти 456 битов проходят до высокоскоростного канального кодера, включая чередование в шаге 60.

Работа канального декодера гибридного канального процессора 21 требует работы в обратном порядке модуля 35 перераспределения битов в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения, что поясняется на фиг. 6. Гибридный канальный процессор или кодек 31 определяет в шаге 60, какой требуется режим работы канала. Если это высокоскоростной режим, то в шаге 61 выполняется нормальным образом канальное декодирование. Аналогично, если требуется низкоскоростной режим, то в шаге 63 выполняется операция канального декодирования с низкой скоростью.

Однако если в качестве желательного режима указывается комбинированный высоко/низкоскоростной, то в шаге 62 обработке подвергается нечередующийся нормальный высокоскоростной сигнал, в результате чего образуется 456 кодированных битов. Эти 456 кодированных битов обрабатываются в шаге 64 для удаления избыточных битов канального кодека класса 2 (78 нулей), в результате чего образуются 378 кодированных со сверткой битов. Эти 378 кодированных бита обрабатываются в шаге алгоритма 66 путем нормального (стандартного) высокоскоростного канального декодирования с необязательным применением WED и разделяются на биты канального кодека классов 1a и 1b.

Результирующие 22 бита класса 1a и 3 бита CRC обрабатываются в шаге 68 стандартным низкоскоростным методом циклического контроля с помощью избыточного кода с факультативным использованием WED, результатом чего является установка флажка BFI. Ожидаемые 22 речевых кодированных бита класса 1a преобразуются по параметрам, как того требует стандартный низкоскоростной речевой декодер, в шаге алгоритма 70.

Остальные 160 битов канального кодека класса 1b также преобразованы по параметрам, как того требует стандартный высокоскоростной речевой декодер (шаг 70).

Новый требуемый режим работы может быть указан путем добавления размера флажка, который пересылается на канальный кодек, указывая, какой вид режима работы требуется установить: высокоскоростной, низкоскоростной или комбинированный высоко/низкоскоростной.

Рассмотренные чертежи весьма просто могут быть экстраполированы применительно к линии связи ЛА - Земля.

Подведя итог, можно сказать, что модуль перераспределения битов может использовать таблицу для преобразования (отображения) битов.

Во-первых, такая таблица, составляемая по данным речевого кодера и по соответствию порядка параметров порядку распределения чувствительностей, есть таблица низкоскоростная, а не высокоскоростная. Во-вторых, после преобразования битов они снова разделяются на три класса для высокоскоростного канального кодека. Предполагается, что количество битов канального кодека класса 1a составляет 22 бита, класса 1b составляет 160 и класса 2 составляет 78. Путем преобразования достигается следующее:
- все 22 бита речевого кодека класса 1a соответствуют 22 битам канального кодека класса 1a;
- все 73 бита речевого кодека класса 1b и 17 битов речевого кодека класса 2 соответствуют 90 из 160 битов канального кодека класса 1b;
- установка соответствия оставшихся 160-90=70 битов канального кодека класса 1b некоторому известному значению, например нулю, и
- установка соответствия всех 78 битов канального кодека класса 2 некоторому известному значению, например нулю.

Вследствие этого все речевые биты будут иметь защиту, добавленную канальным кодером, после того как они отнесены к классу 1a или 1b.

Причина сокращения количества битов класса 1a состоит в следующем. Контроль CRC должен выполняться только относительно тех битов, значение которых столь велико, что ошибка на одну 1 могла бы означать невозможность вразумительного воспроизведения исходной речи. Увеличение количества битов этого класса (1a) без дополнительного количества битов, выполняющих функции критериев CRC, могло бы привести к излишним дефектам блока данных. Поэтому существует необходимость относить биты к классу 1a только тогда, когда это реально необходимо. Альтернативой этому является необходимость иметь больше битов класса 1b с тем, чтобы иметь достаточно битов, доходящих до нормального высокоскоростного кодера со сверткой. В нормальной схеме количество битов, доходящих до такого кодера, составляет 189 (50 класса 1a, 3 CRC, 132 класса 1b и 4 оконечных). Согласно настоящему изобретению количество битов класса 1a есть 22, 3 бита CRC и 4 оконечных, так что количество битов, остающихся для класса 1b, составляет 160 (189-22-3-4).

Третье изменение в канальном кодеке состоит во введении WED в процесс канального декодирования, как это требуется для низкоскоростного кодека (канального) и как это отображено на фиг. 6.

Комбинирование высоко/низкоскоростных режимов системы и способ согласно настоящему изобретению обеспечивают более устойчивую работу в низкоскоростном режиме и в то же время позволяют использовать преимущества мультиплексирования в объеме 8 Кбит при связи между удаленным речевым кодеком и канальным кодеком.

Преимущества настоящего изобретения в высокоскоростном режиме таковы. Настоящее изобретение обеспечивает работу в высокоскоростном режиме, но при арендной плате за пользование серийными линиями между удаленным речевым кодеком и базовой станцией, соответствующей низкоскоростному режиму, поскольку связь между речевым кодером и канальным кодером производится в низкоскоростном режиме (т.е. 8 Кбит вместо 16 Кбит). Кроме того, обеспечивается повышенная стойкость к вредным воздействиям и улучшенное понимание речи, поскольку высокоскоростной канальный кодер может использовать средства WED для улучшения канального декодирования.

Преимущества настоящего изобретения в низкоскоростном режиме следующие. Настоящее изобретение обеспечивает повышенную стойкость к вредным воздействиям и улучшенную разборчивость речи, поскольку все речевые биты в низкоскоростном режиме защищены, и, хотя имеет место чередование, более половины битов известны.

В настоящем изобретении высоко/низкоскоростной режим используется в дополнение к существующим высокоскоростному и низкоскоростному режимам. В комбинированном режиме фирма Моторола отдает предпочтение низкоскоростному речевому кодеку перед высокоскоростным. Таким образом, низкоскоростной речевой кодек используется совместно с модифицированным высокоскоростным канальным кодеком. Канальный кодек, использующийся во время вызова, должен бы быть высокоскоростным канальным кодеком с отличающимся входом. Таким образом достигается повышенная стойкость к вредным воздействиям в низкоскоростном режиме, что также экономит средства при пользовании линией связи между речевым и канальным кодеками.

Изобретение относится к системам связи, обеспечивающим комбинирование режимов работы с полной стандартной скоростью передачи данных и с уменьшенной вдвое скоростью передачи данных в системе связи. Технический результат - создание комбинированного режима работы. Описаны устройство и способ осуществления комбинированного высоко/низкоскоростного режима работы, где используется низкоскоростной речевой кодек и высокоскоростной канальный кодек, вход которого приспособлен для связи с низкоскоростным речевым кодеком, причем на входе предусмотрен модуль для перераспределения битов. 3 с. и 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство связи для обеспечения комбинированного высоко/низкоскоростного режима работы, причем указанное устройство содержит низкоскоростной речевой кодек и высокоскоростной канальный кодек, вход которого выполнен с возможностью осуществления связи с низкоскоростным речевым кодеком, причем на входе установлен модуль перераспределения битов, выполненный с возможностью преобразования низкоскоростных речевых параметров в соответствии с их чувствительностью, процессор циклического контроля с помощью избыточного кода для обработки первой части преобразованных речевых параметров и определения циклического контроля с помощью избыточного кода с помощью низкоскоростного метода и кодек со сверткой для высокоскоростного кодирования по меньшей мере первой части и второй части преобразования речевых параметров, с возможностью формирования кодированных битов. 2. Устройство по п.1, в котором модуль перераспределения, преобразования битов содержит модуль перераспределения параметр - чувствительность или чувствительность - параметр. 3. Способ для обеспечения комбинированного высоко/низкоскоростного режима работы в системе связи, имеющей низкоскоростной речевой кодек и высокоскоростной канальный кодек, причем указанный способ содержит этапы: осуществляют формирование низкоскоростных речевых параметров, преобразование низкоскоростных речевых параметров в виде низкоскоростного упорядочения чувствительности, осуществляют обработку циклическим контролем с помощью избыточного кода первой части преобразованных речевых параметров, определяют циклический контроль с помощью избыточного кода с помощью низкоскоростного метода, осуществляют высокоскоростное сверточное кодирование, по меньшей мере, первой части и второй части преобразованных речевых параметров, формируют кодированные биты и направляют, по меньшей мере, кодированные биты в высокоскоростной канальный кодек. 4. Способ для обеспечения комбинированного высоко/низкоскоростного режима работы в системе связи, имеющей низкоскоростной речевой кодек, высокоскоростной канальный кодек, причем осуществляют высокоскоростное канальное декодирование принятого высокоскоростного нечередующегося выходного сигнала, формируют декодированные биты, осуществляют обработку циклическим контролем с помощью избыточного кода, по меньшей мере, первой части декодированных битов, осуществляют проверку циклическим контролем с помощью избыточного кода с применением низкоскоростного метода, осуществляют преобразование, по меньшей мере, декодированной и обработанной циклическим контролем с помощью избыточного кода битов в виде низкоскоростных речевых параметров и направляют, по меньшей мере, низкоскоростные речевые параметры в низкоскоростной канальный кодек.