SE470372B - Metod jämte anordning att uppskatta kvaliten vid ramfelsdetektering i mottagaren hos ett radiokommunikationssystem - Google Patents

Description

20 25 _12 °\É| CD (N *u [xg to I kanalkodaren kodas talramarna enligt en viss kod som kan vara en blockkod eller faltningskod. Vissa av bitarna i en talram är mer känsliga och därför viktigare att kunna mottagas korrekt.

Dessa bitar kan skyddas genom att lägga till redundanta paritets- bitar i kanalkodaren. Dessa redundanta bitar kan användas för feldetektering och/eller felrättning av bitfelen senare i mottagaren. I mottagaren kan även den s k bitfelshalten i ett mottaget meddelande t ex en talram uppskattas. Då en ram med bitar mottas använder kanalavkodaren de redundanta bitarna för att korrigera de mest felkänsliga bitarna. Om det ej är möjligt att korrigera bitfel, behövs en indikering att hela talramen (eller en del av en talram) är felaktig.

Vid talavkodning (talsyntes) i mottagaren kan en felaktig ram resultera i svårt försämrat tal. De mest känsliga bitarna hör till parametrar såsom förstärkning och spektralfördelning. Om bitfel uppträder i bitar som representerar dessa parametrar, blir det avkodade och utgående talet kraftigt distorderat genom smällande ljud och störande brus.

En metod att förbättra den subjektiva kvalitén i ett digitalt oellulärt system då exempelvis fädning distorderar en hel talram är att vidta åtgärder som reducerar taldistorsionen. Exempel på sådana åtgärder är att återupprepa de förut mottagna icke felaktiga parametrarna för talramarna och/eller införa begräns- ningar på talramsparametrarna. ' I samma syfte som ovan är det tidigare känt i det cellulära radiosystemet GSM (Global System for Mobile Communication) att införa en s k BFI ("Bad Frame Indicator") i kanalavkodaren. Denna ger en indikation i form av en binär signal till talavkodaren i mottagarsidan, som anger om ramfel inträffat eller ej. 10 15 20 25 30 ~L. *<1 CD xN "J D.) REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN För att uppnå goda egenskaper hos de ovan nämnda kända åtgärderna att förbättra den subjektiva talkvalitén krävs en god och noggrann kvalitetsuppskattning av mottaget data. Exempelvis ger den i GSM-systemet använda BFI:n för grov indikering om fel, eftersom BFI:n endast ger "1" för felfri och "0" för en felaktig ram. En mera bitselektiv detektering, dvs närmare precisering vilka delar av en ram som är felaktiga kommer märkbart att förbättra talkvalitén. Dessutom kan BFI:n i sig vara felaktig.

Felfria ramar som detekteras som felaktiga liksom icke detektera- de felaktiga ramar kommer att försämra möjligheterna att utföra felrättande åtgärder i den efterföljande talavkodningen (talsyn- tesen).

Den ovannämnda förut kända blockkoden att detektera fel innebär att redundanta bitar måste läggas till taldatabitarna, vilket medför att bithastigheten måste ökas. Om antalet redundanta bitar minskas blir blockkoden för svag för att ge fullgod feldetekte- ring.

En annan känd metod, på vilken föreliggande metod bygger, är att använda s k mjukinformation (soft information) vid ramfelsindike- ringen. Dessa värden finns redan tillgängliga vid detekteringen, varför inga extra parametrar eller bitar införs, vilka kan inverka pá bithastigheten såsom vid användning av blockkoder.

Enbart användning av mjukinformationen vid indikeringen såsom förut känt ger emellertid inte den förbättring som användning av blockkoder ger.. _Korrelationen mellan mj ukinformation och bitfelen är ofta inte hög nog för de mottagna ramarna. Korrelationen varierar dessutom för olika slags kanalfall. Som exempel på mjukinformation utgör metrikerna från en s k Viterbiavkodare i mottagaren. 10 15 20 25 47Ü 572 4 Föreliggande uppfinning avser en metod att förbättra kvalitén.vid ramfelsindikeringen genom att använda den mjukinformation som finns tillgänglig i mottagarens signalväg i samband med ett s k nervnät, i syfte att få en bättre och noggrannare indikering än exempelvis den BFI som omnämnts ovan. Sådana nervnät är i och för sig kända men tillämpas här i en radiomottagare för att pà ett enkelt sätt ge en förbättrad kvalitétsuppskattning av mottagna ínformationsramar (tal eller data).

Den föreslagna metoden kan även användas för att få en bättre kvalitétsuppskattning av delar av en talram, exempelvis ett visst block eller del av ett visst block inom en talram.

Metoden jämte anordningen enligt uppfinningen är därvid känne- tecknad enligt de bifogade patentkraven.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar där Figur 1 visar utseendet av en talram; Figur 2 visar ett blockschema över mottagarsidan hos en radio- station i vilken metoden enligt uppfinningen används; Figur 3 visar närmare ett förenklat nervnät som används i mottagarsidan enligt figur 2; Figur 4 visar ett blockschema över sändar-mottagarsidan i en radiostation av samma slag som i figur 2 för uppträning av ett nervnät.

Umrönrnesronnmn Figur 1 visar överst utseendet av en talram som ursprungligen innehåller 260 bitar enligt vad som föreskrivits i GSM-rekom- mendationen, vilken här endast tas som illustrerande exempel. 10 15 20 25 s 470 372 Talramen är uppdelad i tre klasser av vilka 50 bitar är till- delade klass la, 132 bitar tilldelade klass lb och återstående 78 bitar är tilldelade klass 2. De 260 bitarna avges från talkodaren och utgör det digitaliserade talet efter talkodningen. Ett nytt sådant block (talram) är tillgängligt efter 20 ms, vilket ger en nettobithastighet av 13 kbit/s.

Klass la: Innehåller det block av bitar (50 st) som är mest känsliga för transmissionsfel och som kan orsaka de svåraste följderna på uppfattbarheten hos det överförda och avkodade talet. Om det blir fel i dessa bitar upprepas stora delar av närmast föregående korrekta talram (nedtoning) såsom är beskrivet i GSM Recommendation 06.l1.Denna feldetektering utförs med hjälp av 3 st paritetsbitar som adderas som kontrollbitar till de 50 databitarna.

Klass lb: Innehåller det block av bitar (132 st) som ej skyddas av några paritetsbitar. 4 st bitar adderas som s k "tail bits".

Dessa 132 st databitar är ej lika känsliga som klass la om ev bitfel uppträder i överföringen.

En faltningskod används på de bitar som ingår i klass la, lb blocken jämte de 3 paritets- och de 4 "tail" bitarna.

Klass 2: Dessa 78 bitar är de minst känsliga bitarna och skyddas inte alls av några ytterligare bitar såsom var fallet i klass la, lb. ' Sammanlagt fås således 378+78=456 kodade bitar i en talram från kanalkodaren, vilka interfolieras för att ingå i ett antal fysikaliska TDMA-ramar pá känt sätt.

Figur 2 visar ett blockschema över den del av en radiomottagare för tidsuppdelad access (t ex TDMA) som berörs av metoden och med en anordning enligt föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 En antenn A hos mottagaren i exempelvis en mobiltelefonapparat mottar radiosignaler över en viss radiokanal. De över denna kanal (data/talmeddelanden) exempelvis fädning blivit kraftigt distorderade så att TDMA- överförda signalerna kan på grund av skurarna ger upphov till en starkt distorderad talram.

I radiomottagaren RM sker på känt sätt en demodulering med en (i GSM-systemet 865-935 MHz) basbandsmodulerad signal erhålles. I radiomottagaren RM kan den viss radiofrekvens så att en inkommande radiosignalens nivå mätas och är i figur 2 betecknad Smfl Den basbandsmodulerade signalen demoduleras inom IF-området i demodulatorn DM som dessutom innehåller en utjämnare för att på känt sätt kompensera eller korrigera för den flervägsutbredning som den inkommande signalen undergått vid överföringen. Utjämning kan därvid åstadkommas medelst en s k Viterbiutjämnare på känt sätt och beskrivet i exempelvis svenska patentansökan 9102611-2.

Från utjämnaren i demodulatorn DM erhålles s k mjukinformation, vilken är tillgänglig och betecknad sj i figur 2. Speciellt kan mjukinformationen vara den som erhålles efter en första preliminär utjämning av basbandsignalen enligt WO-A 91/06165.

En deinterleaver DI är ansluten efter demodulator/utjämnaren DM och utvinner på känt sätt de tidsuppdelade skurarna avsedda för mottagaren.

Kanalavkodarens KD huvudsakliga funktion är att utföra den omvända operationen till kanalkodaren på sändsidan, dvs ur de kända redundanta bitarna och den kända kanalkodningen (t ex en faltningskod) utvinna överförd information. Kanalavkodaren.KD kan dessutom uppskatta bitfelshalten (BER) t ex genom att koda om de mottagna och avkodade informationsbitarna och jämföra resultatet med de mottagna bitarna från deinterleavern DI. Skillnaden utgör ett mått på bitfelshalten. Kanalavkodaren KD ger även ett mått på "\ "w 10 15 20 25 7 470 372 hur felaktig en hel talram âr, s k "bad frame indicator" BFI.

Denna storhet är som ovan nämnts specificerad i GSM-rekommenda- tionen 05.05. I kanalavkodaren KD kan således en signal sb utvinnas som är ett mått på bitfelshalten (BER) i den mottagna demodulerade och utjämnade radiosignalen och en signal sCRc som indikerar om fel har inträffat i klass 1A-blocket.

De avkodade talramarna avges från kanalavkodaren KD till talavkodaren TD pá känt sätt talram efter talram, där fullständig syntes av mottagna talramar utförs för att ge talsignaler till en ljudätergivningsenhet H i den sekundära stationen (mobiltelefon- apparaten).

Enligt den föreslagna uppfinningen anordnas ett s k nervnät NT pà mottagningssidan i den sekundära stationen, vilket samverkar med talavkodaren TD i syfte att få en bättre och noggrannare kvalitetsuppskattning av de mottagna talramarna än vad exempelvis den ovannämnda ramindikatorn BFI kan ge.

Nervnätet NT mottar en eller flera av mjukvärdesparametrarna sm, sj och sb från radiomottagaren RM, utjämnardemodulatorn DM resp kanalavkodaren KD. Aven den beräknade indikatorn BFI kan användas som ingängsvärde till nervnätet NT (ej visat här).

Figur 3 visar ett exempel på ett nervnät NT som kan användas i mottagningssidan enligt figur 2. Nervnätet har i detta fall tre ingångar vl, v2, v3. Var och en av dessa ingångar är ansluten till en summator S11, S21 och S31 och var och en av dessa summatorer mottar anslutningarna från övriga ingångar.

Summatorn S11 mottar således förutom anslutningen från ingång vl även anslutningarna från ingàngarna V2 och v3.

I var och en av anslutningarna finns en icke visad multiplikator 10 15 20 47"' LM \\_ ID (I) som. multiplicerar resp insignal med en faktor wik j enligt I följande: Index i anger nervnätets lager så att i första lagret (i=1) multipliceras insignalen V1 med faktorn will och denna multiplicerade signal leds till summatorn S11; wllz och denna multiplicerade signal leds till summatorn S12; wll3 och denna multiplicerade signal leds till summatorn S13.

På motsvarande sätt multipliceras insignalen v med faktorerna 2 1 1 1 w 21, w 22 och w 23 innan dessa tillförs resp summator S11, S21 och S31.

På motsvarande sätt multipliceras insignalen v3 med faktorerna 1 33 1 1 31, w 32 och w w innan dessa tillförs resp summator S11, S21 och S31.

Begränsare L11, L21 och L31 är anslutna till resp summator S11, S21, S31 för att begränsa utsignalens nivå från resp summator.

Dessa begränsare utgörs lämpligen av icke-lineära steg med hyperbolisk överföringsfunktion t ex tanh-funktion.

Nervnätet enligt figur 3 har tre lager, tre noder i de första två lagren och en enda utgàngsnod. Det är givetvis möjligt att öka r (eller minska) antalet lager och noder och att använda mer än en utgång från nätet.

Nätet kan eventuellt kompletteras med förbehandlande enheter PP1- PP3 (streckade blocken i figur 3). Exempelvis kan man som 10 15 20 25 9 470 372 förbehandling utföra làgpassfiltrering, normalisering till en viss nivá, medelvärdesbildning av ett visst antal bitar under visst bitintervall, variansuppskattning samt kombinationer av dessa åtgärder.

Ingángarna V1-v3 mottar som exempel storheterna s s. och sb m' 3 enligt figur 2. Dessa multipliceras enligt ovan med resp faktor wlk j och summeras i summatorerna S11-S31. Därefter tillförs resp I summationsvârde den icke-lineära begränsaren L11, L21 resp L3l.

Utstorheterna ul, uz och u3 från resp begränsare blir då 1 l 1 1 u1=f[(V1'W11+V2'W21+V3'W31)'b1] 1 1 1 1 "2=f[(V1'W1z+V2'W22+V3'W32)'b2] 1 1 1 u = f [(v - w + v _ _ _ 3 1 13 2 w23 + V3 W33) b3 ] där funktionen f är överföringsfunktionen hos vart och ett av de icke-lineära begränsarna L11-L31 (antas lika). Som exempel kan funktionen väljas som f(x) = tanhx 1 och där bj utgör en konstant.

Pá analog sätt utförs multiplicering, summering och icke-linjär operation jämte begränsning för utstorheterna ul-u3, vilka nu utgör instorheter till det andra lagret i nervnätet.

Det förenklade nervnätet enligt figur 3 kan utvidgas till ett godtyckligt antal lager m och ett godtyckligt antal noder nm 10 15 20 25 30 såsom är beskrivet i R.P. Lippmann "An introduction to computing with neural nets", IEEE ASSP Magazine, April 1987. I det förenklade fallet enligt figur 3 är m=3 n1=3 n2= n3=l Medelst det föreslagna nervnätet kan man àtskilja separations- gränserna för beslutsomràdena hos de olika mjukvärdena. Att uppnå detta är ett icke-lineärt problem som kräver icke-lineär lösning och eftersom nervnätets beslutsfunktioner (enheterna S11, S2l,...) är icke lineära utgör detta en lämplig lösning på detta problem.

För att nervnätet enligt figur 3 skall ge bättre kvalité vid ramfelsindikering måste detta emellertid först intränas, dvs man bestämmer lämpliga värden pà parametrarna wijlk, blk, vilka sedan skall användas i nervnätet för mottagning över en viss verklig radiokanal.

Figur 4 visar ett blockschema över sändnings- och mottag- ningssidan av en radiostation, exempelvis en mobiltelefonapparat och hur träningen av nervnätet utförs. Som exempel antas att radiostationen sänder resp mottar tidsmultiplexerade signaler'med multipelàtkomst (TDMA) men det är även möjligt att tillämpa nervnätet i ett system med sändning/mottagning av kodade tidsmultiplexerade signaler med multipelàtkomst s k CDMA- signaler.

Sändsidan omfattar en talkodare TK, en kanalkodare KK, ett block MD som innefattar'basbandsmodulatorn jämte'PDMA-interleavern samt en radiosändare RS som avger en radiosignal (900 MHz-bandet för GSM) till radiostationens antenn. Samtliga ovannämnda enheter är känd teknik. '> 10 15 20 25 30 11 470 I föreliggande fall ansluts utgången av radiosändaren RS till en simuleringsenhet CH som simulerar en radiokanal vad avser fäd- ning, tidsdispersion, dämpning etc.

I radiostationens mottagarsida finns de enheter som tidigare visats i figur 2, nämligen radiomottagare RM, demodulator med utjämnare och deinterleaver betecknat DMI, kanalavkodare KD och talavkodare TD. Samtliga dessa enheter är kända och erfordrar ingen närmare förklaring här. De enheter som tillkommer i blockschemat enligt figur 4 för inträning av nervnätet NT är en jämförare betecknad JF, en skillnadsbildare (summator) S och en beräkningsenhet SP.

Den ena ingången av jämföraren JF är ansluten till talkodarens TK utgång över vilken fås den önskade talkodade signalen. Den andra ingången är ansluten till ingången av talavkodaren på mottagar- sidan över vilken den över radiokanalen CH störda men i mottaga- ren åtminstone delvis korrigerade talsignalen uppträder. Båda signalerna till jämförarens ingångar uppträder i form av talramar (figur l).

Jämförarens JF utsignal sf representerar ett BFI-värde som år karakteristiskt för den sändar-mottagare som används och är det BFI-värde som man kan förvänta sig att få vid användning av en sådan typ av radiostation i ett verkligt kanalfall. Det är detta BFI-värde som användning av nervnätet skall förbättra.

Nervnätet NT ansluts därför enligt figur 3 med sina tre ingångar såsom tidigare är visat i figur 2 och med sin utgång sn till ingången av skillnadsbildaren S, vars andra ingång mottar utsignalen sf. Denna bildar således skillnaden mellan a) en signal sf som anger det värde på ramfelet som fås utan användning av nervnät och som således utgör ett ärvärde, samt b) en signal sn som anger det förbättrade kvalitetsvärdet på ramfelsindikeringen som man önskar, dvs ett börvärde. 10 15 20 -b "\Ü ï CN '\\J |\) 12 Skillanden mellan signalerna sf och sn ger en felsignal e som tillförs beräkningsenheten SP. Denna parametrarna wij,k och blk olika beräkningssteg som funktion av aktuella felet e samt beroende av i föregående beräkningssteg uträknade värden på parametrarna wij,k och bik och felet e såsom beräknar värdena på är beskrivet i ovannämnda referens av Lippmann (se speciellt sid 17).

Själva inträningen av nervnätet enligt ovan görs i samband med intrimning av resp stationär enhet och kan vara relativt kompli- cerad och kräva viss tid i anspråk. Nervnätet är i sig är emel- lertid relativt enkelt och medför ej någon onödig komplikation av mottagningssidan i det praktiska fallet då inträningen av nerv- nätet väl är utförd.

Den föreslagna metoden kan ej åtgärda fel i talramarna och kan ej heller direkt förbättra den felrättning som företas i mottagaren.

Metoden ger emellertid friare uppskattning att något är fel vid mottagning av talramarna än vad exempelvis den kända BFI:n kan ge och därigenom kan bättre information om fel ges till de fel- rättande enheterna, framför allt till talavkodaren, vilket.medför bättre talkvalité.

Claims (8)

10 15 20 25 30 13 470 372 PATENTKRAV

1. Metod att uppskatta kvalitén vid ramfelsdetektering i ett radiokommunikationssystem där radiosignaler överförs mellan en primär station och en eller flera sekundära stationer (MS) enligt en viss accessmetod (TDMA) hos en informationsram vilken överförs enligt den aktuella accessmetoden (TDMA) för att ge bättre utvärdering avseende eventuellt ramfel vid avkodning av åt- minstone en del av informationsramen efter det att denna detekterats och korrigerats enligt en feldetekterande och/eller felkorrigerande kod, k ä n n e t e c k n a d av att man utvinner mjukinformation i form av ett antal signalvärden ur den till mottagarsidan hos en primär eller sekundär station inkommande och efter vissa mottagningssteg signalbehandlade radiosignalen och att man a) multiplicerar var och en av samtliga utvunna signalvärden med förutbestämda koefficienter (wj k), I b) summerar samtliga utvunna och enligt a) multiplicerade signalvärden med varandra för att bilda ett visst antal n summavärden, c) utför en icke-lineär operation (Lll-Lln, L21-L2n,...) på vart och ett av de summavärden som erhölls enligt b), varvid samma antal n nya värden erhålles, samt d) utvärderar åtminstone ett av de så erhållna värdena för att få ett mått på nämnda kvalité.

2. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att stegen a) - c) upprepas ett visst antal m (m > 1) gånger före nämnda utvärdering enligt d).

3. Metod enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda antal n summavärden varierar fràn det att stegen a) - c) en gång utförts till dess att samma steg ånyo utförs. lO 15 20 25 30 470 2572 14

4. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att man i samband med steg c) utför en subtraktion av vart och ett av dessa värden med förutbestämda konstanter (bkl).

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d av att det efter> nämnda utvärdering erhållna måttet på kvalitén (SCRC) kombineras med ett i radiomottagaren på känt sätt beräknat mått (sn) på samma kvalité.

6. Metod enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda utvärderade mått på kvalitén kombineras enligt en binär "eller"-funktion med det i mottagarsidan beräknade måttet på samma kvalité.

7. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda mjukinformation är bestämd ur en eller flera av' mottagarsidans avkodningsmetriker, uppskattad bitfelshalt (BER), signalstyrka hos demodulatorns utsignal, upskattat fasfel i demodulatorn, inkommande radiosignalens nivå samt CRC-flaggor.

8. Mottagare i en radiostation ingående i ett radiokommunika- tionssystem, vilken innefattar en första radioenhet (RM), som ger ett mått på den till mottagaren inkommande radiosignalens nivå, en andra radioenhet (DM) vilken ger ett mått på utjämningsgraden vid demodulering av den från den första radioenheten avgivna radiosignalen och en tredje radioenhet (KD) vilken ger ett mått på mottagningskvalitén hos den från den andra radioenheten avgivna signalen, k ä n n e t e c k n a d av att ett nervnät (NT) med åtminstone två lager (m = 2) och åtminstone två noder (nm = 2) är anordnat, varvid de till de åtminstone två noderna hörande båda ingángarna av nervnätet (NT) är anordnade att motta nämnda mått från minst två av nämnda radioenheter och att avge en utsignal till en fjärde radioenhet (TD) i radio- stationens mottagningssida som utvärderar denna utsignal i syfte att förbättra sin funktion. vs