专利名称：用于改善传输误差的检测的接收机、方法、系统和电话的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字传输系统中传输误差的检测。
特别是在使用传输条件(信道噪声、干扰等等)很差的传输信道的声频和视频电信系统中，可以发现有许多的申请。
在美国专利US5706396中描述了一种差错检测方法。这种方法用于在频率子带中编码的数字音频信号。对于每一个子带确定作为信号的特征并取决于所使用的编码器的一个或多个的参数。在通过信道发射并随后被接收机接收和解码之前，通过差错检验码保护编码信号以及参数。在实现信道解码的差错检验码被应用之前，差错检测方法包括检测接收参数的突然变化。在这个方法中，假定信号包括特别依赖于用于传输的语音编码器的一个可识别的特性参数。
本发明的一个目的就是改善与使用的语音编码器无关的传输误差的检测。这个检测可以在解码语音信号上完成，但是在上面引用的方法中却没有这样的情形。为此，本发明提供了一种在特定频带中接收连续数据帧中格式化的数字信号的接收机和方法，该接收机包括的装置用于-在至少一个频率子带中滤波接收信号，-在其中一个滤波的频率子带中检测信号的饱和度并提供所述子带的饱和度信息，-在称作当前帧的接收帧中检测传输误差，作为与当前帧有关的子带饱和度信息的一个函数，以得出一个坏帧指示。
本发明也提供一种编程以执行按照本发明的方法的计算机程序，以及包括依照本发明的接收机的一种系统和一种电话。
本发明的这些和其它的目的是很明显，并借助于非限定的实施例，参照下文中描述的实施例将说明上述目的。
在附图中
图1是一个表示按照本发明的接收机的实例的框图；图2是一个描述按照本发明的方法的框图3是一个表示按照图1的接收机的第一实施例的框图；图4是一个表示按照图1的接收机的第二实施例的框图；图5是一个描述按照本发明的系统和电话的框图。
图1的接收机目的是在特定频带中接收被格式化为连续数据帧的数字信号S。该接收机包括-一个滤波单元(FIL)，用于在至少一个频率子带内滤波接收信号；-一个饱和度检测器(SAT)，用于在一个滤波的频率子带中检测信号的饱和度并用于提供所述子带的饱和度信息Sat info；-一个坏帧检测器(BFD)，用于在在称作当前帧的接收帧中检测传输误差，作为与当前帧有关的子带饱和度信息(Sat info)的一个函数，以得出一个坏帧指示bad frame。
应用本发明可以有利于具有(或可以被抽取)一个幅度值的数字信号，在帧序列中，在包括在一个未被坏帧检测器BFD检测为坏帧的前述帧期间采用的至少一个值的容许间隔中，该幅度值有一个比固定门限值高的演变(evolve)的可能性。在这样一个信号的情况下，可以提供按照本发明的坏帧检测器，例如，用于检测在所述容许间隔外的幅度值的异常演变(evolution)。在图3和图4中示出了依照本发明的最佳实施例，所述的幅度代表接收信号的能量，可以在滤波的末端或通过饱和度或坏帧检测器之一计算出来。
图2是描述按照本发明的接收方法的简单的框图，依照存储在接收机的存储器内并包括适当指令的一个软件程序，该方法可以通过图1所示的接收机执行。该接受方法包括步骤-滤波K1，用于滤波至少一个频率子带内的接收信号，-饱和度检测K2，用于在一个子带中检测信号的饱和度并用于提供所述子带的饱和度结果“sat”，-坏帧检测K3，用于检测子带内的传输误差和用于提供误差信号“err”作为上述子带内的饱和度结果的函数。
按照本发明，饱和度检测K2和坏帧检测K3的步骤可以并行或连续地执行。假如是连续地执行，饱和度检测结果被提供用于启动或停止坏帧检测步骤。在子带饱和的情况下，在饱和频带的帧中的误差检测将是不可靠的。假如并行地执行该步骤，作为两个检测结果的函数，对于判定是否当前帧被有效地判断为坏的与否，一个辅助的判定步骤是必需的。，称作《级联模式》的本发明的第一实施例，包括W个串联安排的处理单元，表示为单元PUi，其中i是正整数且i≤W。为了清楚，通过在图3中的单一的处理单元框图PUi进行了描述。串联地单元PUi的数量W代表多个允许重新构成接收信号的通带的子带，并且索引数i代表级联中单元的位置。每一个单元PUi能够检测和可能校正接收信号中的传输误差。单元PUi的输出连接到单元PUi＋1的输入直到i＝W－1。每一个单元都是由预处理单元PPBi和处理单元PBi构成。每一个预处理单元PPBi包括一个滤波器Fi和一个串联的计算装置EC。滤波器Fi目的是滤波给定频带即Bi内的接收信号。每一个滤波器Ei最好被选择为F1的通频带实质上是重叠或不重叠地接近F2的，诸如此类。最好是，频带Bi＋1具有比频带Bi高的频率。对于一个语音信号，滤波器Fi到Fw都可以被选择，例如，被选择的F1＝[1200Hz－3400Hz]，F2＝[800Hz－1500Hz]等等。滤波器Fw可以符合整个电话频带[300Hz－3400Hz]。
计算部件EC目的是计算信号的特性幅度值，这里是它的能量。该能量可以通过使用例如，用于数据帧的电平的绝对值之和，或者平方值之和的传统的估算量的方法来计算。通过此实例，采用表示为{xi(NL＋1)，xi(NL＋2)……，xi(NL＋L)}的一帧的能量的标准L1，提供给处理单元PBi的能量Ei(N)表示为Ei(N)1LΣK=1L|xi(N*L+K)|]]>，其中N代表帧的序列号，L代表在数据帧中取样的数目。
处理单元PBi并行地接收在表示为IN1的输入端，已经计算了滤波的子带的帧的能量的预处理单元PPBi的输出，和在输入端IN2的原始的未滤波的信号。处理单元PBi包括-一个控制装置(CTRL)或饱和检测器，用于判定是否子带是饱和的，-一个坏帧检测器(AFD)，用于判定当前帧是否包括传输误差，-一个帧校正器(FC)，目的是校正检测的坏帧，-通过作为饱和度结果的函数的控制装置CTRL控制的开关A1和A2，用于实现在在接收预处理单元PPBi的输出获得的滤过的信号的输出IN1、接收原始信号的IN2、坏帧检测器(AFD)的和帧校正器(FC)的输入之间的适当的连接。
控制装置CTRL的第一输出接收来自预处理单元PPBi的过滤信号，第二可选的输入可以接收一个例如通过语音译码器和信道译码器提供的外部参数(ext par)。在此实施例中，子带饱和度的确定可以依赖于构成子带的帧的平均能级，并且它通过预处理单元PPBi能够计算出来。然而，饱和度检测也可以依赖于其它因素，例如通过语音译码器和信道译码器经由外部参数ext par提供的外部信息。信号的接收质量的指标可以被特别地使用，例如按照GSM标准称做RXQUAL的指标。通过控制装置本身存储或在外部存储器中提供的信号记录可以被控制装置(CTRL)使用，以决定特定频带内信号的饱和度。许多种实施都是可能的。他们也可以使用神经元网络、借助于模糊逻辑的分类等等。
处理单元PBi的操作将在下文中描述。依照在控制装置CTRL的输入提供的在子带中信号的平均能量和外部参数(ext par)的值，该控制装置决定坏帧检测器AFD是否启动。当在输入端提供的信息承认了子带是不饱和的结论时，就启动坏帧检测器，而当子带是饱和的时就不启动坏帧检测器。实际上，在环境饱和的情况下，坏帧的检测是不可靠的。通过这个例子，控制装置分配值1到开关A1和A2，用于不启动检测器AFD。在这种情况下，检测器和校正器FC在输入端没有接收，并且处理单元的输出经由IN2的输出直接连接到原始信号。与此相反，为了启动坏帧检测器，控制装置分配值0到开关，用于将坏帧检测器AFD的输入经由输入IN1连接到滤波的信号和用于将帧校正器的输入经由输入IN2连接到原始信号。处理单元PBi的输出连接到帧校正器的输出。
饱和度检测最好以随后的方式操作。它依赖于接收信号的环境。每一个接收帧有助于环境的更新。表示为Rs(N)并且例如按照随后的方法被判定的饱和因数，与每一帧对应。首先，决定在滤波信号的频率子带Bi中的饱和电平Sc(N)。该决定可以在多种方法中执行。例如，Sc(N)可以是一个无论信号的幅度是否超过频带Bi中的一个固定的门限值但都递加的计数器。一个关于时间的不太难的执行可以是在已经通过预处理模块(PPBi)计算的帧E(N)的能量的基础上的。然后，可以定义一组电平{LG1，…，LGK}和一组加权{WG1，…，WGK}。每一个能量E(N)与一个饱和电平Sc(N)对应，该Sc(N)由Sc(N)=ΣK+1KI(E(N),LGK)WGK]]>定义，其中 符号→表示右手边的方程式可以被代替的条件。无论能量是否超过了电平LGK，结果Sc(N)都通过损失量WGK增加。随后，饱和因数计算如下Rs(N)＝βRs(N－1)＋(1－β)Sc(N)并且0＜β＜1，当Rs(N)＞Thres_sat时，当前帧被控制装置检测为饱和，其中Thres sat符合一个预定的门限值。饱和因数Rs(N)的自适应率通过参数β控制。它的值也依赖于饱和环境的存在，例如当有饱和度时β＝β1，和没有饱和度时β＝β2。假如在频带Bi中的信号的能量比固定门限值Thres sat小，则饱和因数不需要修正或仅在时间间隔被足够地隔开时修正。原则上，寂静周期在信号的平均电平下不传送任何信息。借助于实例If{Rs(N)＞Thres_sat}R(N＋D＝βR(N)＋(1－β)Sc(N)β＝β1IfnotR(N＋1＝R(N)β＝β2假如没有检测到饱和度，则坏帧检测器启动。在可能考虑当前帧N的环境时，它的操作涉及信号能量的不正常值的检测。E(N)是一个表示为I的与容许间隔有关的随机值或随机值的范围。通常，I通过使用的处理器的精度定义。例如，对于一个具有16精度位数字信号处理器(DSP)来说，依照使用的由最有意义的比特构成的I＝
或I＝
。因为非常短的定时代表一个最小数目的连续帧，这里是一个先验的结果，代表当前帧的能量的幅度E(N)的值包括被减少的公差值在内，并表示为ICN。在一个短的时间周期内能量的演变的分析可以检测是否能量设想值在时间间隔之内或之外。在第一种情况下，数据帧被认为是好的(没有误差)；在第二种情况下，数据帧被认为是不好的(有误差)。
例如通过定义使用概率密度函数(PDF)的并表示为PEN的帧的能量的短期统计特性，是可以实现这个分析的。该方法还需要概率密度函数(PDF)的计算。一个基于能量E(N)的发生概率的表示为ICN的容许间隔被判定。例如通过固定该概率为α，导出表示为TαN的值，即Prob(E(n)≤TαN)=∫0TαNPEN(x)dx]]>容许范围通过ICN＝
定义。当E(n)∈ICN时，当前帧被认为是没有误差的，否则，就认为是有误差的。因为概率密度函数TαN依赖于处理帧的局部细节，所以概率密度函数TαN依赖于时间。间隔ICN和值TαN也依赖于时间，因为它们是从量值PEN处获得的。
其它的方法也可以用作校验帧的能量的值，例如基于直方图、神经元网络、参数分析等方法。通过实例，一个可以基于值TαN的参数分析的方法被看作是帧的能量前述值的函数，表示为E(N－1)，……，E(N－P)。例如，TαN可以依赖于表示为MNE的能量的短期平均，和依赖于表示为σEN的帧能量的标准偏移。这些数值依照随后的方程式可以估算MEN=λ1ΣK=1Pγ1K(E(N-k))]]>σEN=λ2ΣK=1Pγ2K[E(N-k)-MEN]2]]>其中(λ1，λ2)和(γ1，γ2)是估算的偏离的控制参数和施加给能量的最早值的加权的减少量。P代表估计量存储的长度。当TαN＝F(MFN；σEN)，这里，F()是一个在先前学习阶段期间预先确定的或在直线上预计的一个函数。例如，一个可以定义为TαN＝η1NMEN＋η2NσEN，其中(η1N，η2N)是可调整的参数。
当通过坏帧检测器的当前帧被宣布没有误差时，就不被校正。在相反的条件下，坏帧将通过帧校正器(FC)校正。许多种方法可以执行校正。坏帧也可以通过静音或通过在包括例如音频数据的帧中的舒适噪音被衰减或简单的代替。GSM06.11(ETS300580-3)规则描述了一个替代和在使用全速语音译码器的的无线电传输情况下处理丢失数据帧的方法。坏帧也可以通过先前帧的外推进行代替。帧校正器(FC)对在处理单元PBi的输入IN2接收的未过滤的原始信号帧进行操作。当帧被检测到有误码时，检测到没有误码的连续帧也可以被调整以保证在衰减/压缩帧和未衰减帧之间的《舒适》过渡。
图4示出了涉及并行模式的第二实施例。总的原理与第一模式相同，并且具有相同功能的单元也用相同的参考符号表示。相反，表示为PPB的预处理单元进行不同的操作。在频率子带Bi中的通过滤波器Fi进行限制的原始输入信号OS的选择，以及用于所有频带Bi的能量的计算(使用传统的估算量)被并行地实现了。计算的结果是能量的矢量。误码或坏帧检测器(AFD)和控制装置或饱和度检测器(CTRL)在不同的频带下并行的操作，其中输入信号被滤波。每一个检测器的输出也是矢量。在坏帧检测器(AFD)和控制装置(CTRL)的结果的基础上，无论当前帧是否被校正，辅助判定装置(DB)被用来判定。判定装置(DB)也可以在不同的方法下实现，例如，通过使用模糊逻辑或神经元网络。一个简单的变量将影响输入矢量之间的相互关系。例如通过将A和C分别地表示为坏帧检测器(AFD)和饱和度检测器CTRL的输出矢量，并且AK和CK分别地作为矢量A和C按照K次序的分量，则在频带BK中的坏帧的检测可以通过把值1分配给分量AK来表示。否则，可以分配给它值0。相反，因为频带BK的饱和度，所以当控制装置和饱和度检测器决定不启动该系统时，CK＝1。否则，CK＝0。对于当前帧，结果S被计算作为矢量A和C的标量积S=(A)TC=ΣK=1JAKCK]]>这里()T指示转置矩阵算子。通过判定装置DB执行的判定方法是在下文中。固定一个表示为Thres gf的参考门限值，假如S＜Thres gf当前帧被认为是好的(没有误码)，否则就被认为是坏的(有误码)。在后面的情况中，使用根据图3已经提及的技术，帧可以仅仅通过帧校正器FC校正。
图5示出了按照本发明的系统的实施例，主要由一个无线电话51、一个无线电基站52和一个在空中形成的传输信道53构成，这个系统描述了在无线基站52和无线电话51之间的无线电传输。无线电话51包括图1中所示的那种接收机。这种系统改善了在接收机终端通过无线电话接收的信号的音频接收质量。
权利要求
1.一种用于在给定频带中接收被格式化为连续数据帧中的数字信号的接收机，该接收机包括-一个滤波单元，用于在至少一个频率子带中接收滤波的信号，-一个饱和度检测器，用于在一个滤波的频率子带中检测信号的饱和度并用于提供所述子带的饱和度信息，一个坏帧检测器，用于在称作当前帧的接收帧中检测传输误差，作为与当前帧有关的子带饱和度信息的一个函数，以得出一个坏帧指示。
2.如权利要求1所要求的接收机，用于在帧序列中接收具有一个幅度值的数字信号，在包括在一个未被坏帧检测器指示为坏帧的前述帧期间采用的至少一个值的容许间隔中，该幅度值有一个比固定门限值高的演变的可能性，所述接收机中的坏帧检测器被提供用于检测在所述容许间隔之外的所述值的异常的演变。
3.如权利要求2所要求的接收机，其中饱和度检测装置提供有用于计算子带中的所述幅度的平均值和用于与参考值比较得出所述饱和度信息的比较和计算装置。
4.如权利要求2所要求的接收机，其中坏帧检测器包括-一个误差检测器，用于在子带的一个帧中检测传输误差并用于提供一个误差信号，-一个判定单元，一方面用于从饱和度检测器中接收相关子带的饱和度信息和从误差检测器中接收误差信号，另一方面用于当误差信号指示传输误差时和当饱和度信息指示子带是不饱和时判定当前帧是一个坏帧。
5.如前述任一权利要求所要求的接收机，其中所述的幅度是接收信号的能量的表示。
6.一种用于在给定频带中接收被格式化为连续数据帧的数字信号的方法，该方法包括步骤-在至少一个频率子带中滤波接收信号，-在其中一个过滤的频率子带中检测信号的饱和度并提供所述子带的饱和度信息，-坏帧检测，在称作当前帧的接收帧中检测传输误差，作为与当前帧有关的子带饱和度信息的一个函数，以得出一个坏帧指示。
7.用于如权利要求1所要求的接收机的一种计算机程序产品，包括软件代码部分，一旦该部分装入接收机，就允许它执行权利要求6所要求的方法的步骤。
8.一种用于从电信系统中接收数字信号的电话，其特征在于它包括如权利要求1所述的接收机。
9.一种用于在至少一个发射机和接收机之间交换数字信号的电信系统，特征在于它包括权利要求1中所述的接收机。
全文摘要
本发明涉及一种在应用在传输条件不好的情况下的误差检测方法和系统。它包括置用于在数据帧中检测传输误差作为与数据帧有关的频带饱和度信息的函数的装置,和用于得到一个坏帧指示的装置。应用:数字电信、移动无线电话。
文档编号H04L29/02GK1332589SQ0112491
公开日2002年1月23日 申请日期2001年6月27日 优先权日2000年6月30日
发明者A·N·查卡尼 申请人:皇家菲利浦电子有限公司