專利名稱：無線通信系統(tǒng)中使用非對稱語音編碼器來產(chǎn)生非對稱鏈路的方法和裝置的制作方法
背景I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及產(chǎn)生無線通信系統(tǒng)中用無線電的非對稱鏈路的方法和裝置。
II.背景采用數(shù)字技術(shù)的語音傳輸日漸普遍，尤其是在長距離和數(shù)字無線電話應(yīng)用中。由此，在維持重建語音的可察覺音質(zhì)的同時確定在一個信道上可以發(fā)送信息的最少數(shù)量產(chǎn)生了興趣。假如通過簡單抽樣和數(shù)字化發(fā)送語音，為獲得傳統(tǒng)模擬電話的音質(zhì)，要求數(shù)據(jù)速率達(dá)到每秒64千比特(kbps)。但是，通過在接收機(jī)適當(dāng)編碼、傳輸和重新合成后，緊接著使用語音分析，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率的大大減少。
可見壓縮語音的設(shè)備用于通信的許多領(lǐng)域。一個示范領(lǐng)域是無線通信。無線通信領(lǐng)域有許多應(yīng)用包括，例如無繩電話、尋呼、無線本地環(huán)路、無線電話(如蜂窩和PCS電話系統(tǒng))、移動因特網(wǎng)協(xié)議(IP)電話和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。尤其重要的應(yīng)用是移動用戶的無線電話。
對于無線通信系統(tǒng)發(fā)展了多種用無線電的接口，這些系統(tǒng)包括例如頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。隨之相關(guān)的，建立了各種國內(nèi)國際標(biāo)準(zhǔn)，例如高級移動電話服務(wù)(AMPS)、全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)(GSM)和臨時標(biāo)準(zhǔn)95(IS-95)。示范無線電話通信系統(tǒng)是碼分多址(CDMA)系統(tǒng)。IS-95和它的衍生物，IS-95A、ANSI J-STD-008、IS-95B、提議的第三代標(biāo)準(zhǔn)IS-95C和IS-2000等(在此總體稱為IS-95)，由電信工業(yè)協(xié)會(TIA)和其他熟知的標(biāo)準(zhǔn)組織公布，用來規(guī)定蜂窩或PCS電話通信系統(tǒng)的CDMA用無線電的接口的使用。充分依照IS-95標(biāo)準(zhǔn)使用配置的示范無線通信系統(tǒng)在美國專利號5,103,459和4,901,307的專利中已描述，此專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明受讓人，并通過引用結(jié)合于此。
采用一些技術(shù)來通過提取與人類語音發(fā)生模型有關(guān)的參數(shù)來壓縮語音的設(shè)備稱作語音編碼器。語音編碼器將輸入的語音信號分為時間塊或分析幀。語音編碼器通常包括編碼器和解碼器。編碼器分析輸入的語音幀，以提取某些相關(guān)的參數(shù)，然后量化這些參數(shù)成二進(jìn)制表示，即一組比特或二進(jìn)制數(shù)據(jù)分組。在通信信道上發(fā)送數(shù)據(jù)分組到接收機(jī)和解碼器。解碼器處理數(shù)據(jù)分組，去量化它們以產(chǎn)生參數(shù)，并使用去量化參數(shù)重新合成語音幀。
語音編碼器的功能是通過移除語音中本身固有的自然冗余，來壓縮數(shù)字化語音信號成低比特率信號。通過使用一組參數(shù)來表示輸入語音幀，并用一組比特來量化表示參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字壓縮。假如輸入語音幀擁有的比特數(shù)是Ni，語音編碼器產(chǎn)生的分組擁有的比特數(shù)是N0，則通過語音編碼器獲得的壓縮因子是Cr＝Ni/N0。當(dāng)達(dá)到目標(biāo)壓縮系數(shù)時，困難是要保持已解碼語音的高語音質(zhì)量。語音編碼器的性能依賴于(1)語音模型或上述分析與合成過程結(jié)合的好壞，和(2)以每幀N0比特的目標(biāo)比特率來執(zhí)行參數(shù)量化過程的好壞。語音模型的目標(biāo)是使用每幀一小組參數(shù)，來捕獲語音信號的要素或目標(biāo)語音質(zhì)量。
解碼語音的一個有效技術(shù)是多模式編碼。示范多模式編碼技術(shù)在1998年12月21日提交的美國申請序列號09/217,341號的專利申請中描述，題為VARIABLERATE SPEECH CODING，此專利申請轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明受讓人，并通過引用結(jié)合于此。常規(guī)多模式編碼器對不同類型的輸入語音幀應(yīng)用不同的模式或編碼-解碼算法。每種模式，或編碼-解碼過程，以最有效的方式定制最優(yōu)表示語音段的某個類型，例如有聲語音、無聲語音、過渡語音(例如在有聲和無聲語音期間發(fā)生的語音)和背景噪聲(靜默或無言語)。一外部、開環(huán)模式判定機(jī)構(gòu)檢測輸入語音幀，并關(guān)于對此幀應(yīng)用哪種模式做出判定。通常開環(huán)模式判定可以通過從輸入幀中提取大量參數(shù)，估計關(guān)于某個暫態(tài)和頻譜特性的參數(shù)并在估計基礎(chǔ)上作出模式判定來執(zhí)行。
目前，對在無線通信網(wǎng)絡(luò)中提高傳輸效率具有強(qiáng)烈的商業(yè)需求。如上所述，從語音抽樣中提取語音參數(shù)從而獲得高目標(biāo)壓縮因子Cr是創(chuàng)造高效系統(tǒng)的一種方法。但是，將語音信息有效壓縮為數(shù)據(jù)二進(jìn)制分組不是完全針對本問題，即減少從基站到遠(yuǎn)程站數(shù)據(jù)分組無線電傳輸?shù)钠款i問題。在此說明書中，基站指的是和遠(yuǎn)程站通信的硬件。依據(jù)使用術(shù)語的環(huán)境，小區(qū)指的是硬件或地理覆蓋區(qū)域。扇區(qū)是小區(qū)的一部分。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的扇區(qū)具有小區(qū)的特性，所以依據(jù)小區(qū)所述示范很容易擴(kuò)展到扇區(qū)。
在CDMA系統(tǒng)中，用戶間的通信通過一個或多個基站來引導(dǎo)。通過在反向鏈路上傳送數(shù)據(jù)給基站，在一個遠(yuǎn)程站的第一用戶與在第二遠(yuǎn)程站的第二用戶通信?；窘邮諗?shù)據(jù)并發(fā)送此數(shù)據(jù)給另一個基站。在相同基站或第二基站的前向鏈路上傳送數(shù)據(jù)給第二遠(yuǎn)程站。前向鏈路指的是從基站到遠(yuǎn)程站的傳輸，反向鏈路指的是從遠(yuǎn)程站到基站的傳輸。在IS-95和IS-2000系統(tǒng)中，分配前向鏈路和反向鏈路單獨(dú)的頻率。
前向鏈路包括多個導(dǎo)頻和話務(wù)信道，其中每個信道通過適當(dāng)?shù)腤alsh或準(zhǔn)正交函數(shù)擴(kuò)展。每個信道然后通過偽噪聲(PN)序列以1.2288Mcps的固定碼片速率擴(kuò)展。使用Walsh編碼和PN序列允許基站產(chǎn)生多個前向鏈路CDMA信道。反向話務(wù)信道也可以包括多個信道，由每個單獨(dú)用戶網(wǎng)絡(luò)的無線電配置所專用的。
物理地構(gòu)建每個信道以達(dá)到功能性的不同目的。例如，導(dǎo)頻信道可以使用Walsh編碼″W0″被簡單擴(kuò)展，但合成信道是已編碼的、交錯的、擴(kuò)展的且已調(diào)制的擴(kuò)頻信號。其他前向和反向鏈路信道也可以是已編碼的、交錯的、擴(kuò)展的且已調(diào)制的擴(kuò)頻信號，但利用各種值來滿足各種適當(dāng)?shù)耐ㄐ艠?biāo)準(zhǔn)所施加的需求。
發(fā)明概述提出一種產(chǎn)生非對稱鏈路的新穎改良的方法和裝置。在一個實(shí)施例中，非對稱鏈路是為了平衡無線通信系統(tǒng)中前向鏈路容量和無線通信系統(tǒng)中反向鏈路容量包括的步驟有以在前向鏈路上的第一模式集運(yùn)行第一語音編碼器，其中在第一模式集中至少一種模式與低平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)；以及以在反向鏈路上的第二模式集運(yùn)行第二語音編碼器，其中第二模式集中每種模式都與高平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)。
在另一個實(shí)施例中，提出一種在無線通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，此方法包括的步驟有在第一多個模式中運(yùn)行前向鏈路語音編碼器；在第二多個模式中運(yùn)行反向鏈路語音編碼器，其中在第二多個模式中至少有一個模式不同于第一多個模式中的每一個模式。
在另一個實(shí)施例中，提出一種在無線通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，此方法包括的步驟有在第一多個模式中運(yùn)行前向鏈路語音編碼器；在第二多個模式中運(yùn)行反向鏈路語音編碼器，其中在第一多個模式中至少有一個模式不同于第二多個模式中的每一個模式。
附圖簡述從以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)會變得更明顯，其中全文中相似的標(biāo)號表示相應(yīng)的部分，其中

圖1是無線電話系統(tǒng)的框圖；圖2是在語音編碼器每個端終止的通信信道框圖；圖3是語音編碼器的框圖；圖4是語音編碼器的框圖；圖5是包括編碼器/發(fā)射機(jī)以及解碼器/接收機(jī)部分的語音編碼器的框圖；圖6是有聲語音片斷幅度對時間的信號圖；圖7是使用IS-95標(biāo)準(zhǔn)厄蘭容量對車輛移動的示意圖；圖8是使用IS-2000標(biāo)準(zhǔn)厄蘭容量對車輛移動的示意圖；圖9是操作于通信會話的前向和反向鏈路上的非對稱語音編碼器的框圖。
較佳實(shí)施例詳述實(shí)施例是針對能產(chǎn)生非對稱前向和反向鏈路的非對稱語音解碼器。非對稱前向和反向鏈路的產(chǎn)生，使用前向鏈路的厄蘭容量和反向鏈路的厄蘭容量中的不平衡，來減少在反向鏈路中語音解碼器的復(fù)雜性。厄蘭是話務(wù)流的度量，其中一個厄蘭相當(dāng)于持續(xù)使用一個語音信道或者等同于在一個較少的時間內(nèi)使用的信道數(shù)。下文所述的示范實(shí)施例針對配置成采用CDMA無線電接口的無線電話通信系統(tǒng)中。然而，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠知道，用于產(chǎn)生非對稱鏈路的方法和裝置可以針對任何各種各樣的采用廣泛為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的通信系統(tǒng)。
示范CDMA系統(tǒng)如圖1所示，CDMA無線電話系統(tǒng)通常包括多個移動用戶單元10、多個基站12、基站控制器(BSC)14和移動交換中心(MSC)16。MSC16被配置成對接常規(guī)公共交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)18。MSC16還被配置成對接BSC14。BSC14通過回程線路耦合于基站12?；爻叹€路可被配置來支持幾種已知的接口任一種，包括諸如E1/T1、ATM、IP、PPP、幀中繼、HDSL、ADSL、或xDSL?？梢岳斫庠谙到y(tǒng)中可以有超過2個BSC14。每一個基站12有利地包括至少一個扇區(qū)(未示出)，每一個扇區(qū)包含全方向天線或放射狀地由基站12指向特殊方向的天線?？商鎿Q地，每一個扇區(qū)可以包括2個天線作分集接收。每一個基站12可以有利地設(shè)計成支持多個頻率分配。扇區(qū)和頻率分配的交集可稱為CDMA信道?；?2也可以被認(rèn)為是基站收發(fā)器子系統(tǒng)(BTS)12。可替換地，“基站”可能用與本行業(yè)中一同被稱為BSC14和一個或多個BTS12。BTS12也可以表示為“小區(qū)站點(diǎn)”12?？商鎿Q地，給定BTS12的各個扇區(qū)可稱為小區(qū)站點(diǎn)。移動用戶單元10通常是蜂窩或PCS電話10。系統(tǒng)有利地依照IS-95標(biāo)準(zhǔn)來配置使用。
在蜂窩電話系統(tǒng)的典型運(yùn)行中，基站12從一系列的移動單元10接收到一系列的反向鏈路信號。移動單元10引導(dǎo)電話呼叫或其他通信。給定基站接收到的每一個反向鏈路信號在那個基站12中得到處理。最終數(shù)據(jù)被運(yùn)送到BSC14。BSC14提供呼叫資源的分配和移動管理功能，包括對基站12之間軟切換的安排。BSCS14也發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)至MSC16，其為PSTN18的接口提供了額外的路由服務(wù)。類似地，PSTN18和MSC16對接，MSC16和BSC14對接，這樣依次控制基站12來發(fā)送一系列前向鏈路信號到一系列移動單元10。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道用戶單元10在替代的實(shí)施例中可以是固定單元。
無線通信系統(tǒng)中的編碼器和解碼器在圖2中，第一編碼器100接收數(shù)字化語音樣本s(n)，并對樣本s(n)進(jìn)行編碼以在傳輸媒介102或通信信道102上傳送到第一解碼器104。解碼器104對編碼過的語音樣本進(jìn)行解碼，合成輸出語音信號sSYNTH(n)。為了在相反的方向傳送，第二編碼器106并對數(shù)字化語音樣本s(n)進(jìn)行編碼，在通信信道108上傳送。第二解碼器110接收并對編碼的語音樣本進(jìn)行解碼，產(chǎn)生合成的輸出語音信號sSYNTH(n)。
語音樣本表示按照任何本領(lǐng)域已知的各種方法任一種(包括如脈沖編碼調(diào)制(PCM)、壓縮擴(kuò)展的μ律、A律)來數(shù)字化和量化的語音信號。如本領(lǐng)域所知，語音樣本s(n)被組織成輸入數(shù)據(jù)幀，其中每一幀包含預(yù)定數(shù)量的數(shù)字化語音樣本s(n)。在示范實(shí)施例中，采用了一個8kHz的采樣率，其中每20ms幀包括160個樣本。在下面描述的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)傳輸速率在逐幀的基礎(chǔ)上，可以有利地從全速率到1/2速率到1/4速率到1/8速率變化。數(shù)據(jù)傳輸速率的變化是有利的，因?yàn)閷τ诎鄬^少語音信息的幀可選擇性地采用較低比特率。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解，可以使用其他的采樣率和/或幀大小。同樣在下述實(shí)施例中，對應(yīng)于語音信息或幀的能量，可以在逐幀的基礎(chǔ)上改變語音編碼(或譯碼)模式，變化地。
第一編碼器100和第二解碼器110一起組成了第一個語音編碼器(編碼器/解碼器)，或語音編解碼器。語音編碼器能夠應(yīng)用于任何傳送語音信號的通信設(shè)備，包括如，用戶單元、BTS、或上面參考圖1描述的BSC。類似地，第二編碼器106和第一解碼器104一起組成了第二語音編碼器。本領(lǐng)域技術(shù)人員可明白，語音編碼器能夠用數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、離散門邏輯、固件、或任何常規(guī)可編程軟件模塊和微處理器來實(shí)現(xiàn)。軟件模塊可以駐留在RAM存儲器、閃存、寄存器或任何業(yè)內(nèi)所知的其他形式的存儲媒介中?？商鎿Q地，任何常規(guī)處理器、控制器、或狀態(tài)機(jī)可以用微處理器替代。在美國專利號5,727,123的專利(其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，并通過引用完全結(jié)合于此)和1998年7月21日提交的美國專利號5,784,532，題為“VOCODER ASIC”的專利(其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人并通過引用完全結(jié)合于此)中描述了專為語音編碼設(shè)計的示范ASIC。
編碼器結(jié)構(gòu)在圖3中可用于語音編碼器中的編碼器200，包括模式判定模塊202、字符間距估算模塊204、LP分析模塊206、LP分析濾波器208、LP量化模塊210和余項(xiàng)量化模塊212。提供輸入語音幀s(n)到模式判定模塊202、字符間距估算模塊204、LP分析模塊206和LP分析濾波器208。模式判定模塊202基于每個輸入語音幀s(n)其他特性中的周期、能量、信噪比(SNR)或零交叉率，來產(chǎn)生模式指數(shù)IM和模式M。各種根據(jù)周期來區(qū)分語音幀的方法，在美國專利號5,911,128的專利中作了描述，其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人，并通過引用完全結(jié)合于此。這樣的方法也結(jié)合到電信工業(yè)協(xié)會臨時標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA IS-127和TIA/EIA IS-733中。示范模式判定方案也在上述美國申請序列號09/217,341的專利申請中作了描述。
字符間距估算模塊204基于每個輸入語音幀s(n)，產(chǎn)生字符間距指數(shù)IP和一個滯后值P0。LP分析模塊206對每個輸入語音幀s(n)執(zhí)行線性周期性分析，以產(chǎn)生一個LP參數(shù)a。提供LP參數(shù)a給LP量化模塊210。LP量化模塊210也接收模式M，從而以相關(guān)模式方式執(zhí)行量化過程。LP量化模塊210產(chǎn)生LP指數(shù)ILP和一個量化的LP參數(shù)。除接收輸入語音幀s(n)以外，還接收量化的LP參數(shù)ā。LP分析濾波器208，產(chǎn)生LP余項(xiàng)信號R[n]，表示在輸入語音幀s(n)和基于量化的線性周期參數(shù)重建語音幀之間的誤差。提供LP余項(xiàng)信號R[n]、模式M和量化的LP參數(shù)給余項(xiàng)量化模塊212?；谶@些數(shù)值，余項(xiàng)量化模塊212產(chǎn)生余項(xiàng)指數(shù)IR和量化的余項(xiàng)信號 [n]。
解碼器結(jié)構(gòu)在圖4中可用于語音編碼器中的解碼器300包括LP參數(shù)解碼模塊302、余項(xiàng)解碼模塊304、模式解碼模塊306和一個LP合成濾波器308。模式解碼模塊306接收并解碼模式指數(shù)IM，由此產(chǎn)生模式M。LP參數(shù)解碼模塊302接收模式M和LP指數(shù)ILP。LP參數(shù)解碼模塊302解碼接收到的數(shù)值，以產(chǎn)生量化LP參數(shù)。余項(xiàng)解碼模塊304接收余項(xiàng)指數(shù)IR、間距指數(shù)IP、和模式指數(shù)IM。余項(xiàng)解碼模塊304解碼接收到的數(shù)值，以產(chǎn)生量化余項(xiàng)信號 [n]。提供量化的余項(xiàng)信號 [n]和量化的LP參數(shù)給LP合成濾波器308，由此其合成解碼的輸出語音信號[n]。
多模式編碼器/解碼器的運(yùn)行圖5示出了通過通信信道或傳輸媒介404，與多模式語音解碼器402通信的多模式語音編碼器400的運(yùn)行功能。通信信道404有利地是依據(jù)IS-95配置的RF接口。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，編碼器400有相關(guān)的解碼器(未示出)。編碼器400與其相關(guān)的解碼器一起形成第一語音編碼器。本領(lǐng)域技術(shù)人員還明白，解碼器402有相關(guān)的編碼器(未示出)。解碼器402與其相關(guān)的編碼器一起形成第二語音編碼器。第一和第二語音編碼器可以有利地作為第一和第二DSP的部分來實(shí)現(xiàn)，并駐留在例如PCS或蜂窩電話系統(tǒng)中的用戶單元和基站中，或衛(wèi)星系統(tǒng)中的用戶單元和網(wǎng)關(guān)中。
編碼器400包括參數(shù)計算器406、模式分類模塊408、多個編碼模式410和分組格式化模塊412。編碼模式410的數(shù)量以n表示，任何一個技術(shù)人員可明白，其可以表示編碼模式410的任何合理數(shù)量。為簡單起見，僅顯示3個編碼模式410，用虛線表示可能存在的額外編碼模式410。解碼器402包括分組分解器和分組丟失檢測器模塊414、多個解碼模式416、消去解碼器418和后置濾波器或語音合成器420。解碼模式416的數(shù)量以n表示，任何一個技術(shù)人員可明白，其可以表示解碼模式416的任何合理數(shù)量。為簡單起見，僅顯示3個解碼模式416，用虛線表示可能存在的額外解碼模式416。
提供語音信號s(n)給參數(shù)計算器406。語音信號被分為稱作幀的采樣塊。n的值指明幀的數(shù)量。在替換實(shí)施例中，線性預(yù)測(LP)余項(xiàng)誤差信號是用于替代語音信號。LP余項(xiàng)由諸如CELP編碼器的語音編碼器使用。LP余項(xiàng)的計算有利地通過提供語音信號給反向LP濾波器(未示出)來實(shí)現(xiàn)。此反向LP濾波器的傳輸函數(shù)A(Z)根據(jù)下面的公式來計算A(Z)＝1-a1z-1-a2z-2-...-apz-p其中系數(shù)a1是具有根據(jù)已知方法預(yù)定選擇值的濾波器抽頭，如上述美國專利號5,414,796的專利和美國申請序列號09/217,494的專利申請中描述的。數(shù)p表示為了預(yù)測的目的，反向LP濾波器使用的先前抽樣的數(shù)量。在特定的實(shí)施例中，p設(shè)置為10。
參數(shù)計算器406基于當(dāng)前幀取得各種參數(shù)。在一個實(shí)施例中，這些參數(shù)下面的至少一個線性預(yù)測編碼(LPC)濾波器系數(shù)、線性頻譜對(LSP)系數(shù)、歸一化自相關(guān)函數(shù)(NACF)、開路遲滯、零交叉速率、帶寬能量和共振峰余項(xiàng)信號。LPC系數(shù)、LSP系數(shù)、開路時延、帶寬能量和共振峰余項(xiàng)信號的計算，在上述美國專利號5,414,796的專利中作了詳細(xì)描述。NACF和零交叉速率的計算在上述美國專利號5,911,128的專利中作了詳細(xì)描述。
參數(shù)計算器406耦合于模式分類模塊408。參數(shù)計算器406提供參數(shù)給模式分類模塊408。為了為當(dāng)前幀選擇最適合的編碼模式410，模式分類模塊408在逐幀的基礎(chǔ)上，在編碼模式410之間動態(tài)交換耦合。模式分類模塊408通過將參數(shù)和預(yù)定閾值和/或上限值比較，為當(dāng)前幀選擇特定的編碼模式410。基于此幀的能含量，模式分類模塊408把此幀分為無聲或非活動語音(例如靜默、背景噪聲或話語中的暫停)，或語音。隨后基于此幀的周期，模式分類模塊408把語音幀分為特殊類型的語音，例如有聲的、無聲的或暫態(tài)的。
有聲語音是展示周期的相對高等級的語音。圖6曲線圖中顯示了有聲語音的片斷。如圖所示，字符間距時段是語音幀的一部分，可以用于有利分析和重建幀的內(nèi)容。無聲語音通常包括和諧音。暫態(tài)語音幀通常是有聲和無聲語音間的過渡。既不是分為有聲語音也不分為無聲語音的幀被分類為暫態(tài)語音。本領(lǐng)域技術(shù)人員可明白，可以使用任何合理的分類方案。
將語音幀分類是有利的，因?yàn)椴煌幋a模式410可以用于對不同類型的語音進(jìn)行編碼，從而更有效的使用在共享信道諸如通信信道404中的帶寬。例如，有聲語音是周期性的，從而可以使用高周期性、低比特率、高周期性的編碼模式410來對有聲語音進(jìn)行編碼。分類模塊例如模式分類模塊408，在上述美國申請序列號09/217,341的專利申請和1999年2月26日提交的美國申請序列號09/259,151，題為CLOSE-LOOP MULTIMODE MIXED-DOMAIN LINEAR PREDICTION(MDLP)SPEECH CODER的專利申請中作了詳細(xì)描述，它們已轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明受讓人，并通過引用完全.結(jié)合于此。
模式分類模塊408基于幀的分類為當(dāng)前幀選擇編碼模式410。各種編碼模式410并行聯(lián)接。編碼模式410中的一個或多個在任何所給的時間都可以運(yùn)行。然而，在任意所給的時間，僅僅有一個編碼模式410可有利地運(yùn)行，且是根據(jù)此當(dāng)前幀的分類所選擇的。
根據(jù)不同的編碼比特率、不同的編碼方案或不同的編碼比特率和編碼方案的組合，可有利的運(yùn)行不同的編碼模式410。在示范實(shí)施例中，使用的各種編碼速率可以是全速率、半速率、四分之一速率和/或八分之一速率。使用的各種編碼方案可以是CELP編碼、標(biāo)準(zhǔn)字符間隔周期(PPP)編碼(或波形插值(WI)編碼)和/或噪聲激勵線性預(yù)測(NELP)編碼。因此，例如特定的編碼模式410可以是全速率CELP，另一個編碼模式410可以是半速率CELP，再一個編碼模式410可以是四分之一速率PPP，和又一個編碼模式410可以是NELP。
根據(jù)CELP編碼模式410，用LP余項(xiàng)信號的量化形式來激勵線性預(yù)測聲域模型。整個先前幀的量化參數(shù)用于重建當(dāng)前幀。從而CELP編碼模式410提供語音相關(guān)的精確復(fù)制，但以相對高編碼比特率的代價。CELP編碼模式410可以有利地用于編碼分類為暫態(tài)語音的幀。示范可變速率CELP語音編碼器在上述美國專利號5,414,796的專利中作了詳細(xì)描述。
根據(jù)NELP編碼模式410，已濾波的、偽隨機(jī)的噪聲信號用于模型化語音幀。NELP編碼模式410是獲得低速率的相對簡單的技術(shù)。NELP編碼模式410可以有利地用于編碼分類為無聲語音的幀。示范NELP編碼模式410在上述美國申請序列號09/217,494的專利申請中作了詳細(xì)描述。
所選的編碼模式410耦合于分組格式化模塊412。選擇的編碼模式410編碼或量化當(dāng)前幀，并向分組格式化模塊412提供量化后的幀參數(shù)。為在通信信道404上傳輸，分組格式化模塊412有利地將量化后的信息集中到分組中。在一個實(shí)施例中，根據(jù)IS-95標(biāo)準(zhǔn)，分組格式化模塊412配置成提供誤差校正編碼并格式化分組。分組數(shù)據(jù)被提供給發(fā)射機(jī)(未示出)、轉(zhuǎn)換到模擬格式、進(jìn)行調(diào)制，并通過通信信道404發(fā)送到接收機(jī)(也未示出)，接收機(jī)接收、解調(diào)以及數(shù)字化分組并提供分組給解碼器402。
在解碼器402中，分組分解器和分組丟失檢測器模塊414接收來自接收機(jī)的分組。分組分解器和分組丟失檢測器模塊414基于逐個分組，在解碼模式416之間動態(tài)交換耦合。解碼模式416的數(shù)量與編碼模式410的數(shù)量一樣，且本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，每個數(shù)量的編碼模式410與配置成采用相同編碼比特率和編碼方案的各個相似數(shù)量的解碼模式416相關(guān)。
假如分組分解器和分組丟失檢測器模塊414檢測分組，則分解此分組并提供給相關(guān)解碼模式416。假如分組分解器和分組丟失檢測器模塊414沒有檢測到分組，則宣布分組丟失，且消去解碼器418有利地執(zhí)行幀消去過程，如在2000年4月24日提交的相關(guān)美國申請?zhí)?9/557,283，題為FRAME ERASURE COMPENSATIONMETHOD IN A VARIABLE RATE SPEECH CODER的專利申請中所描述的，此專利申請轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明受讓人，并通過引用完全結(jié)合于此。
解碼模式416和消去解碼器418的并行陣列耦合于后置濾波器420。相關(guān)解碼模式416解碼或去量化，分組提供信息給后置濾波器420。后置濾波器420重建或合成語音幀，輸出合成語音幀(n)。示范解碼模式和后置濾波器在上述美國專利號5,414,796的專利和美國申請序列號09/217,494的專利申請中作了詳細(xì)描述。
通過執(zhí)行可選擇模式的語音編碼器來減少前向和反向鏈路中的不平衡如上所述，厄蘭是系統(tǒng)容量測量的單位，其中一個厄蘭為持續(xù)使用一個語音信道。圖7示出了作為用戶移動函數(shù)的IS-95前向鏈路和IS-95反向鏈路的厄蘭容量。線700對應(yīng)于反向鏈路容量，線路710對應(yīng)于前向鏈路容量。圖8示出了IS-2000前向鏈路和IS-2000反向鏈路的厄蘭容量。線800對應(yīng)于反向鏈路容量，線810對應(yīng)于前向鏈路容量。在兩種CDMA系統(tǒng)中，當(dāng)遠(yuǎn)程站正以低速率移動時，前向鏈路厄蘭容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反向鏈路的厄蘭容量。例如，在圖7中，50％的遠(yuǎn)程站處于運(yùn)動中的點(diǎn)，反向鏈路的容量是26.9，前向鏈路容量是12。因此反向鏈路容量比前向鏈路容量多2.24倍。在此應(yīng)該注意的是，由于通信系統(tǒng)在前向和反向鏈路上都必須引導(dǎo)語音活動，所以系統(tǒng)容量由最低速鏈路限制。
遠(yuǎn)程站的語音編碼器和基站的語音編碼器通常實(shí)施以支持同樣的語音編碼模式，其導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)支持在所有語音編碼器的所有數(shù)據(jù)速率的對稱系統(tǒng)。
在一個示范實(shí)施例中，通過執(zhí)行有幾種可選模式，每個模式與平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)的語音編碼器，可減少前向鏈路容量和反向鏈路容量的不平衡。表1示出了通過沒有可選模式的語音編碼器，可選模式語音編碼器的容量增益。
表1可選模式語音編碼器的增益(**不建議在反向IS-95鏈路上_速率的使用)表1的模式每一個都關(guān)聯(lián)著通過混合全速率，半速率，1/4速率和1/8速率幀所得的平均數(shù)據(jù)。表2示出了用來獲得每個模式的各種幀的混合百分比。
表2用來運(yùn)行可選模式語音編碼器的模式的原始語音速率統(tǒng)計數(shù)據(jù)應(yīng)該注意的是，增加的模式數(shù)目預(yù)示著系統(tǒng)容量和語音質(zhì)量之間的權(quán)衡。例如，模式0以低系統(tǒng)容量的代價提供高語音質(zhì)量，而模式2以低語音質(zhì)量的代價提供較高的系統(tǒng)容量。在實(shí)施例中，新的模式3被提供以獲取比模式2更低的平均數(shù)據(jù)，而在語音質(zhì)量上僅有無關(guān)緊要的損失，以使在系統(tǒng)容量和語音質(zhì)量的權(quán)衡中將附加的靈活性提供給載體。
在這個特定實(shí)施例中，對無聲幀主動使用1/4速率NELP編碼并對固定的語音幀使用1/4速率的時間同步波形插值(TSWI)編碼實(shí)現(xiàn)模式3。
因此，由于前向鏈路容量的增加，減少了在前向鏈路的厄蘭容量和反向鏈路的厄蘭容量之間的不平衡，其中所增加的前向鏈路容量是通過諸如模式2和3的可選模式的實(shí)現(xiàn)而獲得的，同時反向鏈路的容量由模式0或1的實(shí)現(xiàn)得以保持。因此，為前向和反向鏈路所利用的語音編碼器運(yùn)行于非對稱模式中。例如，根據(jù)圖8的IS-2000系統(tǒng)中，在模式0反向鏈路擁有37.4個用戶的容量，前向鏈路擁有23.3個用戶的容量。然而，如果前向鏈路被設(shè)置在模式2運(yùn)行時，則容量增加49％。結(jié)果34.7個用戶能夠由前向鏈路提供服務(wù)。
采用前向鏈路和反向鏈路中的不平衡來減少語音編碼器的復(fù)雜度在某些情形下，較低容量的前向鏈路產(chǎn)生的不平衡在發(fā)送數(shù)據(jù)話務(wù)的系統(tǒng)中中不需限制。例如，從基站向遠(yuǎn)程站傳送分組的數(shù)據(jù)分組通常由“下載”大量數(shù)據(jù)組成。然而從遠(yuǎn)程站向基站傳送的分組的數(shù)據(jù)分組通常由“上載”較少數(shù)據(jù)組成。在這個例子中，前向鏈路因?yàn)樾枰獋鬟f大量數(shù)據(jù)一般較慢，反向鏈路因?yàn)樾枰腿萘慷话爿^快。
在一個實(shí)施例中，采用前向鏈路和反向鏈路中的不平衡以使位于遠(yuǎn)程站的語音編碼器和位于基站的語音解碼器的復(fù)雜度降低。圖9示出了這個實(shí)施例。第一編碼器910位于能夠擁有4種模式的基站，模式A、模式B、模式C、模式D，其中每個模式代表一個由全速率，1/2速率，1/4速率和1/8速率幀的組合而產(chǎn)生的不同的平均數(shù)據(jù)速率。模式A有最高的平均數(shù)據(jù)率，模式B有第二高的平均數(shù)據(jù)率，模式C有第三高的平均數(shù)據(jù)率，而模式D有最低的平均數(shù)據(jù)率。在一個前向鏈路傳輸過程中，前向鏈路的平均數(shù)據(jù)率和模式C的平均數(shù)據(jù)率相當(dāng)，以使前向鏈路接近滿容量。
因?yàn)榈谝痪幋a器910能夠以所有的4種模式傳輸，位于遠(yuǎn)程站的第一解碼器920，必須能夠以所有4種模式的平均數(shù)據(jù)速率接收幀。
然而，由于反向鏈路的較大容量，位于遠(yuǎn)程站的第二編碼器915能夠以高平均數(shù)據(jù)速率(如模式A)發(fā)送。在此實(shí)施例的一個方面，預(yù)定遠(yuǎn)程站從不需要用模式C發(fā)送數(shù)據(jù)幀。相應(yīng)的，無需以模式C的平均數(shù)據(jù)率發(fā)送數(shù)據(jù)的能力，實(shí)現(xiàn)位于遠(yuǎn)程站的第二編碼器915。因?yàn)榈诙幋a器915從不使用模式C，無需模式C支持的情況下，實(shí)現(xiàn)位于基站的第二解碼器925。
因此，圖9示出了此示范實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)，其中通過消去在較低平均數(shù)據(jù)率上運(yùn)行的模式，來降低反向鏈路編碼器和解碼器的復(fù)雜度。在此應(yīng)該注意的是，應(yīng)用在圖9中的4種模式的使用是為了闡明的目的，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)更多或更少模式。
如圖9所示的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)，可以應(yīng)用在非平衡系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)中。在平衡系統(tǒng)中(其中平衡是通過在前向和反向鏈路上非對稱模式選擇而獲得)，預(yù)定不使用某些低速率模式使得缺少完整的一組編碼器和解碼器的簡化語音編碼器得以實(shí)現(xiàn)。
從而，描述了建立非對稱前向和反向鏈路的新穎改良的方法和裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，整個上面描述中所涉及的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、比特、符號和芯片，都可以有利地用電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子、或它們的任意組合來表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步了解，與在此所揭示的實(shí)施例結(jié)合在一起描述的各種圖示邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可以作為電子硬件、計算機(jī)軟件或兩者結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。通常根據(jù)它們的功能描述了各種圖示元件、功能塊、模塊、電路和步驟。功能作為硬件還是軟件實(shí)現(xiàn)取決于施加于整個系統(tǒng)的特殊應(yīng)用和設(shè)計約束。技術(shù)人士認(rèn)識到，在這些情況下，硬件和軟件的可換性，以及如何最好地為每個特殊應(yīng)用實(shí)現(xiàn)所描述的功能。例如，與在此揭示的實(shí)施例相結(jié)合地描述的各種圖示邏輯塊、模塊、電路和算術(shù)步驟可以通過數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、離散門或晶體管邏輯、離散硬件元件(如寄存器和FIFO)、執(zhí)行一系列固件指令的處理器、任何常規(guī)可編程軟件模塊和處理器或設(shè)計未執(zhí)行這里所述功能的它們的任意組合來實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行。有利地處理器是微處理器，但在替換中，處理器可以是任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。軟件模塊可以駐留在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動式硬盤、CD-ROM或任何本領(lǐng)域所知的其他形式的存儲媒介中。示范處理器有利地與存儲媒介耦合，從而從存儲媒介讀取信息和將信息寫入其中。在替換中，存儲媒介可以整合到處理器中。處理器和存儲媒介可以駐留在ASIC中。ASIC可以駐留在電話中。在替換中，處理器和存儲媒介可以駐留在電話中。處理器可以作為DSP和微處理器的組合或作為和DSP核心結(jié)合的二個微處理器等來實(shí)現(xiàn)。
已示出和描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可明白，不脫離本發(fā)明的精神或范圍，在此揭示的實(shí)施例可以進(jìn)行許多替換。因此，除根據(jù)以下權(quán)利要求書外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種平衡無線通信系統(tǒng)中前向鏈路容量和無線通信系統(tǒng)中反向鏈路容量的方法，包括的步驟有在前向鏈路上以第一模式集運(yùn)行第一語音編碼器，其中第一模式集中至少一個模式與低平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)；以及在反向鏈路上以第二模式集運(yùn)行第二語音編碼器，其中第二模式集中每個模式與高平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)。
2.一種在無線通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，包括平衡無線通信系統(tǒng)中前向鏈路容量和無線通信系統(tǒng)中反向鏈路容量的步驟，其中，通過使用運(yùn)行在前向鏈路上第一模式的前向鏈路語音編碼器，來實(shí)現(xiàn)平衡的步驟，其中第一模式與反向鏈路語音編碼器運(yùn)行的第二模式不對稱。
3.一種平衡無線通信系統(tǒng)中前向鏈路容量和反向鏈路容量的系統(tǒng)，包括選擇性地運(yùn)行在多個模式中的前向鏈路語音編碼器，其中多個模式中至少一個模式與低平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)；以及選擇性地運(yùn)行在減少的多個模式中的反向鏈路語音編碼器，其中減少的多個模式中每個模式與高平均數(shù)據(jù)速率相關(guān)。
4.、一種在無線通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，包括的步驟有在第一多個模式中運(yùn)行前向鏈路語音編碼器；以及在第二多個模式中運(yùn)行反向鏈路語音編碼器，其中在第二多個模式中至少有一個模式不同于在第一多個模式中的每個模式。
5.一種在無線通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，包括的步驟有在第一多個模式中運(yùn)行前向鏈路語音編碼器；和在第二多個模式中運(yùn)行反向鏈路語音編碼器，其中在第二多個模式中至少有一個模式與在第一多個模式中的一個模式相同。
6.一種在無線通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，包括的步驟有在第一多個模式中運(yùn)行前向鏈路語音編碼器；和在第二多個模式中運(yùn)行反向鏈路語音編碼器，其中在第一多個模式中至少有一個模式不同于在第二多個模式中的每個模式。
7.一種在無線通信系統(tǒng)的前向鏈路和反向鏈路中傳輸數(shù)據(jù)幀的方法，包括的步驟有在第一多個模式中運(yùn)行前向鏈路語音編碼器；和在第二多個模式中運(yùn)行反向鏈路語音編碼器，其中在第一多個模式中至少有一個模式與在第二多個模式中的一個模式相同。
全文摘要
提出用于平衡無線通信系統(tǒng)前向鏈路容量和反向鏈路容量的方法和裝置。在這兩個鏈路中實(shí)現(xiàn)具有可選模式的語音編碼器，以使前向鏈路語音編碼器運(yùn)行的模式集不同于反向鏈路語音編碼器使用的模型集。因?yàn)榉聪蜴溌肪哂斜惹跋蜴溌犯叩挠脩羧萘浚史聪蜴溌氛Z音編碼器能夠以更高平均數(shù)據(jù)速率運(yùn)行。因此，反向鏈路語音編碼器使用的模式集，無需低平均數(shù)據(jù)速率模式就可以實(shí)現(xiàn)。從模式集中消去一些模式，可以減少語音編碼器的復(fù)雜性。
文檔編號H04L29/08GK1448034SQ01814424
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月22日
發(fā)明者A·阿南薩帕德曼那伯漢, A·P·德加科 申請人:高通股份有限公司