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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein die Sprachgütemessung in Mobilfunknetzwerken und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Messung der Sprachgüte mit Hilfe von Funkübertragungsparametern.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Auf dem Gebiet der drahtlosen Telekommunikation sind in der heutigen wettbewerbsintensiven Zeit die Netzbetreiber stark daran interessiert, ihren Kunden zuverlässige Leistungen hoher Güte zu bieten. Dabei werden Netzbetreiber mit Zuverlässigkeits- und Güteproblemen, wie Verbindungszusammenbrüche, Fading, Mehrfachweg-Interferenzen und Nebenkanal-Übersprechen, ständig konfrontiert. Die Verbesserung der vom Netz-Endkunden wahrgenommenen Sprachgüte ist ein anderer Punkt, der für die Netzbetreiber von erheblichem Interesse ist. Es ist daher für die Netzbetreiber erstrebenswert, in ihren Netzen die Bereiche ermitteln zu können, in denen Güteprobleme auftreten.
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In der Vergangenheit wurden eine Anzahl von Verfahren benutzt, um die Sprachgüte in Funknetzen zu messen. Ein verbreitetes Verfahren besteht darin, die Sprachgüte eines Netzes zu testen, indem bekannte Signale gesendet, die empfangenen Signale mit einer vorher definierten Signaldatenbank verglichen und ein Güte-Schätzwert ermittelt wird. Die verwendete Bezeichnung Signal bezieht sich auf den für das menschliche Ohr wahrnehmbaren Frequenzbereich, der Sprache und Klänge umfaßt. Das Verfahren ist in Bild 1 beschrieben. Gezeigt ist eine vorbekannte Signal-Datenbasis 2, aus welcher vorbestimmte Signale durch das zu testende System 4 gesendet werden. Das zu testende System 4 umfasst alle Funktionseinheiten eines Netzwerkes, die eine Mobilfunkvermittlungsstelle (MSC), eine Funk-Basisstation (RBS), alle Übertragungsstrecken und ihre Antennen-Schnittstellen umfassen. Nach Empfang der gesendeten Signale werden diese mit den Signalen einer zweiten Signaldatenbank 6, welche die Ausgangs-Signalmuster enthält, verglichen entsprechend Schritt 8. Dann wird ein Schätzwert berechnet für die Güte des Empfangssignals in diesem Netz.
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In Digitalsystemen erfordert die Umwandlung von analogen Sprachsignalen in digitale Signale sehr viel mehr Übertragungsbandbreite als wünschenswert. Durch Bandbreitenbeschränkungen in drahtlosen Telekommunikationssystemen stieg der Bedarf an Sprachkodiersystemen, die mit einer verringerten Bitzahl arbeiten, die zur Übertragung notwendig ist, während Güte und Verständlichkeit erhalten bleiben, stark an. Es ist normalerweise wünschenswert, mit geringeren Bitraten zu übertragen, allerdings hat dabei die Güte die Tendenz, mit sinkenden Bitraten abzunehmen. Die bei diesen Anwendungen benutzten Sprachkodierer funktionieren durch Weglassen von Redundanzen, die sich bei der Erzeugung der Sprache ergeben.
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Typischerweise erzielen Sprachkodierer ihre niedrigen Bitraten, indem sie die menschliche Spracherzeugung so modellieren, dass die Darstellung des Sprachsignals effizienter wird. Das ursprüngliche Sprachsignal kann durch Verwendung von verschiedenen Filtern mit Schätzparametern in ein synthetisches Signal gewandelt werden. Da die Testmethode in vielen der bisher üblichen Verfahren hörbare Klänge beinhaltet, sind diese Verfahren für eine Güteprüfung von digitalen Systemen nicht besonders gut geeignet. Dies beruht darauf, dass Sprachkodierer entsprechend der Spracherzeugung nachträglich modelliert, jedoch nicht für Klänge optimiert werden, so dass Fehler bei der Klangerzeugung wahrscheinlich sind.
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Das Verfahren gemäß 1 mit der Verwendung von Sprachsignalen enthält eine weitere potenzielle Fehlerquelle bei dem Vergleichs- und Schätzschritt 8. Die Sprachdatenbank 2 umfaßt eine begrenzte Menge von sich wiederholenden, vorbestimmten Sätzen (z. B. 6–8 Sätze), die für typische Sprachmuster, die durch Mobilnetze gehen, repräsentativ sind. Die anteilige Schätzfunktion von Schritt 8 verwendet Wahrnehmungsmodelle, die den Hörvorgang nachahmen. Solche Modelle sind normalerweise sehr komplex und schwierig zu beschreiben. Dies führt zu Unterschieden zwischen Modell und der subjektiven Feststellung, d. h. zu manchmal unzuverlässigen Meßergebnissen.
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Einen beherrschenden Einfluss auf die Sprachgüte in digitalen Systemen hat die Bit-Fehlerrate (BER). Bit-Fehler werden vornehmlich an der Antennen-Schnittstelle erzeugt. Die BER ist die Frequenz, mit der diese Bit-Fehler in den gesendeten Bit-Rahmen auftreten. Die Situationen, in denen erhöhte BER’s häufig auftreten, ergeben sich unter folgenden Bedingungen: starkes Nebenkanal-Übersprechen, niedriger Signalpegel z. B. wenn Reichweite nicht ausreichend für mobiles Roaming, Fading durch Mehrfachweg-Interferenz aufgrund von Ausbreitungshindernissen, wie Gebäude usw. Auch wenn es Ansätze zur Korrektur dieser Fehler gibt, hat dennoch eine hohe BER schädliche Auswirkungen auf die Sprachgüte.
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In einem Mobilfunknetzwerk (GSM) werden nun z. B. die BER und andere damit zusammenhängende Parameter, wie Empfangsgüte (RxQual) und Empfangspegel (RxLev) überwacht, um die Sprachgüte festzustellen. Dieses Verfahren hat Unzulänglichkeiten, weil die Korrelationsbeziehungen und Zeitinformationen, die aus diesen Parametern ermittelt werden können, keine Berechnung von Parametern ermöglichen, die enger mit der Sprachgüte zusammenhängen. So ist es z. B. durch Extrahieren von Zeitinformationen möglich, eine Anzahl von Zusammenhängen zwischen den Variablen aufzuzeigen, die für die Messung der Sprachgüte nutzbar sind. Es ist bekannt, dass die vom Endnutzer wahrgenommene Sprachgüte mit der mittleren Zeit zusammenhängt, die einer gegebenen Satzlänge bei höchster Auflösung zugeordnet ist. Die Gesamtgüte ist ein Durchschnittswert von dem gesamten Gespräch, was bedeutet, dass die gröbste Auflösung im Bereich von ca. mehreren Minuten liegt. Daraus folgt, dass die Verwendung von daraus zeitlich abgeleiteten und korrelierten Parametern, die es bei GSM nicht gibt, zu einem besseren Einblick der unter den verschiedensten Situationen sich ergebenden Sprachgüte führen wird.
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Im GSM System wird der Parameter RxQual alle 0,5 sec gemessen und ist inhärent abhängig von der BER für jeden 20 msec Rahmen. Des weiteren kann es zu breiten Schwankungen des RxQual aufgrund von Fading, Rauschen oder Interferenz kommen, wodurch die Meßgüte viel schneller fluktuieren kann als die wahrgenommene Sprachgüte. Eine anscheinend naheliegende Lösung würde darin bestehen, die zeitliche Auflösung mit einer Zeitkonstante im Bereich von 2–5 sec zu erhöhen. Es wurde jedoch erkannt, dass der Zusammenhang zwischen der digitalen Übertragungsstrecke und der Sprachgüte nicht nur von einer über der Zeit gemittelten BER abhängt.
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Die
DE 43 24 292 C1 beschreibt eine Ermittlung einer die Qualität einer digitalen Sprachübertragung kennzeichnenden Größe, wobei in gleich bleibenden Zeitabständen eine Bitfehlerrate ermittelt wird. Die ermittelten Bitfehlerraten werden für einen vorgegebenen größeren Zeitabschnitt gespeichert und unter Verwendung einer Transformationsvorschrift in die die Qualität kennzeichnende Größe umgewandelt, wobei die Transformationsvorschrift zuvor dadurch ermittelt wird, dass die subjektive Qualität für verschiedene Verläufe der Bitfehlerrate innerhalb der vorgegebenen größeren Zeitabschnitte erfasst wird und anschließend die Verläufe der Bitfehlerrate und die jeweils ermittelte subjektive Qualität einer mehrdimensionalen Regressionsanalyse unterzogen werden.
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Die Druckschrift
GB 2 297 885 A beschreibt eine Kanalschätzung für Mobiltelefone unter Verwendung einer Bitfehlerrate BER und einen Empfangssignalstärkeindikator RSSI. Die RSSI und die BER werden in einem über einen Funkkanal empfangenen Signal erfasst und die Güte des Funkkanals wird darauf basierend abgeschätzt. Eine Routine zum Abschätzen der BER wird N-mal ausgeführt, eine Routine zum Abschätzen der RSSI wird M-mal ausgeführt.
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Die Druckschrift
US 5 432 778 A beschreibt ein Verfahren zur Funkrahmenqualitätsschätzung in einem Mobilkommunikationssystem. Eine Bitfehlerrate und Softinformation, z. B. Tiefpassfilter, Normalisierung, Mittelwertbildung, werden verwendet.
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Die Druckschrift
US 5 598 431 A beschreibt ein Verfahren zur Signalqualitätsbestimmung in einem Kommunikationssystem. Für die Bestimmung der Signalqualität wird ein Übergangsanzeigesignal und ein Kurzbitzähler verwendet. In Abhängigkeit der erfassten Werte wird ein Stummschalten gesetzt.
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Es wird daher ein Verfahren benötigt, das einfacher und genauer als die Verwendung von Signaldatenbanken ist, und das die Korrelationsbeziehungen und Zeitinformationen der Funkstreckenparameter nutzt. Weiter besteht die Aufgabe darin, ein effizientes, verfügbare Parameter nutzendes Verfahren bereitzustellen, das es den Betreibern ermöglicht, die Gütebedingungen innerhalb des gesamten Netzes zu überwachen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Es wird ein Verfahren und eine Schaltung zur Messung der Sprachgüte in einem mobilen Telekommunikations-Netzwerk beschrieben. Nach einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Verfahren den Empfang eines Funkdatensatzes, entweder nach Norm oder in einer anderen verfügbaren Form wie BER, FER (Rahmenverlustrate), RxLev, Übergabestatistik und Softinformation. Die Funkverbindungsparameter werden verarbeitet, um Zeitinformation wiederzugewinnen, die dazu verwendet wird, um ein Satz von zeitlichen Parametern zu berechnen. Falls erforderlich, umfasst die Zeitparameterberechnung auch eine Transformation der Funkverbindungsparameter in den Zeitbereich, um besser verarbeitbare Formen zu bekommen. Die transformierten Daten können dann besser statistisch analysiert werden, z. B. in Hinblick auf Maximum und Minimum, mittlere und Standardabweichung, sowie Autokorrelationswerte für ein beliebiges davor liegendes Zeitintervall. Die neu berechneten Zeit- und Funkverbindungsparameter werden dann korreliert, um einen Satz von korrelierten Parametern zu erzeugen, die enger mit der Sprachgüte korreliert sind. Eine Schätzfunktion, welche diese korrelierten Parameter benutzt, berechnet dann einen Schätzwert der Sprachgüte.
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Als Vorrichtung wird eine aus Funktionen bestehende Vorrichtung zur Messung der Sprachgüte in Telekommunikationsnetzen beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus drei Funktionsstufen, von denen die erste Stufe eine Zeitverarbeitungsstufe im Zeitbereich ist, die dazu ausgelegt ist, einen Satz von Funkverbindungsparametern zu empfangen, die in einem von einer mobilen Station gesendeten Datenrahmen enthalten sind. Das Zeitverarbeitungsmittel berechnet einen Satz Zeitparameter, die in der Korrelationsverarbeitungsstufe verwendet werden. Die Korrelationsverarbeitungsstufe korreliert die Zeitparameter, um daraus Zusammenhänge zwischen den Parametern abzuleiten, die enger mit der Sprachgüte zusammenhängen. Die korrelierten Parameter gehen dann in eine Schätzfunktionsstufe, um einen Schätzwert der Sprachgüte zu ermitteln. Die Schätzfunktion kann auf einer linearen oder nichtlinearen Schätzung beruhen. Des weiteren kann die Schätzfunktion ein neuronales Netzwerk oder eine entsprechend konfigurierte Zustandsfunktion enthalten, die einen Zustand in Abhängigkeit von der Änderung einer dynamischen Variablen ändert, wie die Geschwindigkeit einer mobilen Station oder den Wechsel der Frequenzsprungtechnik von Frequenz-Hopping auf Nicht-Frequenz-Hopping.
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Die vorliegende, auf der Verwendung von Funkverbindungsparametern basierende Erfindung stellt ein von seiner Art her einfaches und zuverlässiges Verfahren für die Messung der Sprachgüte in Funknetzwerken dar. Des weiteren erlaubt die dynamische Natur des Verfahrens, dass ein Operator ein laufendes Update der Gütebedingungen in allen Teilen des Netzes erhält. Dieser und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Das bestmögliche Verständnis der Erfindung, ihrer Aufgabe und der daraus sich ergebenden Vorteile wird durch die folgende Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich.
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1 zeigt ein Verfahren der Sprachgütemessung nach dem Stand der Technik mit Verwendung von Signaldatenbanken,
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2 zeigt ein Verfahren der Sprachgütemessung in einem mobilen Telekommunikationsnetz nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 zeigt ein Blockschaltbild des Güte-Messverfahrens nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm von einem beispielhaften Parameter, der mit der Sprachgüte korreliert ist.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Gemäß 1 wird ein Verfahren der Sprachgütemessung nach dem Stand der Technik beschrieben. In einem Basis-Funknetz ist eine Mobilfunkvermittlungsstelle (MSC) mit einer Mehrzahl von Basis-Stationen verbunden, die ein geographisch verteiltes, flächendeckendes Netzsystem bilden. Jede der Basis-Stationen ist dazu ausgelegt, um eine spezifizierte Fläche abzudecken, unter der Bezeichnung Zelle bekannt, innerhalb derer Zweiwege-Funkverbindungen zwischen der Mobilfunkvermittlungsstelle (MSC) und den Basis-Stationen in ihren zugeordneten Zellen ablaufen können. Wegen zahlreicher unkontrollierbarer Faktoren gibt es keinen gleichmässigen Abdeckungs-Gütegrad für alle Punkte des abgedeckten Gebietes. Somit enthält die vom Endnutzer wahrgenommene Sprachgüte eine wichtige Information über das Leistungsniveau des Netzes. Ein Verfahren zur Messung der Sprachgüte in Netzwerken durch Überwachen der Funkverbindungsparameter wird wie folgt beschrieben.
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2 beschreibt das Grundkonzept mit Verwendung von Funkverbindungsparametern, die z. B. in einer mobilen Station (MS), einer Basis-Station (BS), und einer Mobilfunkvermittlungsstelle (MSC) für ein typisches Netz in Mehrfachzugriff durch Zeitmultiplex-Technik (TDMA) verfügbar sind. Beispielsweise sendet der Sender 12 einer zugehörigen Basis-Station von einer Antenne 14 aus Signalbündel von digital modulierten Informationen (digitale Datenpakete). Unter Idealbedingungen würde das gesendete Signal in seiner ursprünglichen Form ohne jeden Fehler durch den Empfänger 16 in der MS empfangen werden können. In der Praxis können Verzerrungen aufgrund von schwachen Signalen (Abschattungen), Fading durch Mehrfachwege und Nebenkanal-Übersprechen jeweils für sich Fehler in der Übertragung bewirken.
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In Systemen des Typs D-AMPS werden z. B. Sprache und andere Daten in digitalen Datenpakete von 20 msec verpackt, die als Rahmen bezeichnet werden und die noch weiter unterteilt sind in sechs Zeitfenster (Slots). In einer Downlink-Verbindungsrichtung werden kodierte Sprachdaten an eine MS gesendet, die von jedem Rahmen zwei Zeitfenster verwendet, und werden in einem Sprachdekodierer in der MS dekodiert. Bei Übertragung der Rahmen werden durch Verzerrung in den Bit-Strom eingeschleuste Bitfehler durch die MS empfangen und detektiert, und eine Bitfehlerrate (BER) wird berechnet. Ein Daten-Rahmen kann als ”fehlerhaft” markiert werden wenn die Anzahl der Bitfehler einen spezifizierten Schwellwert übersteigt oder wenn Checksummenfehler detektiert werden. Die Vorkommensrate von Rahmen, die ”fehlerhaft” sind, ist die Rahmenverlustrate (FER), die als Parameter 20 bezeichnet wird. Ein ”fehlerhafter” Rahmen, welcher notwendige Steuerinformation und Daten enthält, ist unzuverlässig und daher nicht verwendbar. In dieser Situation wird auf die Daten eines vorherigen ”fehlerfreien” Rahmens zurückgegriffen, um eine Rückkehr von den Bitfehlern zu ermöglichen.
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Ein anderer Parameter, der von der MS erfasst wird, ist das Signal für die Empfangsgüte (RxLev)
22, das die Signalstärke darstellt. Der Übergabe-Parameter
24, welcher die Statistik der Übergabe-Ereignisse darstellt, wird erfasst und zeigt an, dass der Anruf auf eine andere Frequenz umgeschaltet wurde, beispielsweise während einer Übergabesituation an eine andere Zelle. Des weiteren werden andere Parameter
26, die z. B. Softinformation enthalten, vom Empfänger
16 empfangen. Softinformation kann z. B. Information zur Güte der Bits in einem bestimmten Rahmen beinhalten. Ein Verfahren, das Softinformation für die Verbesserung der Güteschätzung benutzt, ist dargelegt in
U.S. Patent 5,432,778 erteilt an Minde et al., Titel: Verfahren und Anordnung für die Schätzung der Rahmendetektionsgüte im Empfänger eines Funkverbindungssystems, vom 7. November 1993, dessen Inhalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung durch Verweis eingefügt wird. Eine Schätzung der Sprachgüte kann dann aufgrund der zuvor beschriebenen Parameter vorgenommen werden.
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In einem Funknetzwerk gibt es eine vordefinierte Sprachübertragungsstrecke, weshalb ein bekannter Sprachkodierer/dekodierer (codec) verwendet wird, der nach einer spezifizierten Norm spezifiziert ist. Die am Ende wahrgenommene Sprachgüte des Gesprächs wird nicht nur beeinträchtigt durch die Anzahl der Bitfehler, sondern auch durch ihre zeitliche Verteilung. Beispielsweise kann ein starker Fading-Einbruch zu einer kurzen Ansammlung von Fehlern im Bitstrom führen, die zeitlich nahe beieinander liegen, was im Gegenzug zum Ausfall des Kanaldekoders während des Dekodiervorgangs führen kann. Dies kann einen Verlust im Datenrahmen oder eine falsche Dekodierung der Sprache zur Folge haben. Rahmenverluste können aufgrund der Wiederholung von Parameterdatenbits aus den vorherigen Rahmen unentdeckt bleiben, was zu einem durch die Regenerierung verursachten ”synthetischen” Klang führen kann. Weiterhin können eine fehlerhafte Sprach-Dekodierung und eine fehlerhafte Synthese infolge von Dekodierfehlern sich über eine begrenzte Anzahl von Rahmen ausbreiten und zu unerwünschten lauten Klick- oder Knack-Geräuschen führen. Schließlich kann eine kurze Ansammlung von sequenziell auftretenden Bitfehlern die Güte für einige Zeit deutlich verschlechtern. Andererseits können eine Vielzahl schneller Fading-Einbrücke zu einer kleineren mittleren Rest-Bitfehlerrate und zu einer besseren wahrgenommenen Sprachgüte führen, da die Dekodierung des Kanals in der Lage ist, die meisten Fehler zu korrigieren. Die bisherigen Ausführungen legen somit nahe, dass die zeitabhängigen Kennwerte der sprachgütebezogenen Parameter berücksichtigt werden sollten. Diese Parameter beinhalten Information über verschiedene Eigenschaften, z. B. Fadingraten und -zeitdauern, Fadingtiefen, Signal/Rauschverhältnisse. Signal/Interferenzverhältnisse, Signalstärken und Übergabe-Situationen. Es ist daher möglich, zusätzliche Informationen zur wahrgenommenen Sprachgüte aus früh genug durchgeführten Korrelationen und Autokorrelationen dieser Parameter zu gewinnen.
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Mit Bezugnahme auf 3 wird nun ein Verfahren zur Messung der Sprachgüte beschrieben, welches zeitabhängige Berechnungen und Korrelationen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel umfaßt eine mehrstufige Konfiguration, mit einer zeitlichen Verarbeitungsstufe 32, einer Korrelationsverarbeitungsstufe 34 und einer Schätzfunktionsstufe 36. Funkverbindungsparameter wie BER, FER, RxLev, H. O. und Softinformation dienen als Eingänge für die zeitliche Verarbeitungsstufe 32. Aus diesen Parametern können neue Parameter berechnet werden. Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass eine Berechnung von zeitlichen Parametern z. B. durch Anwendung der sogenannten ”Verschiebefenstertechnik” oder einfach ”Fenstertechnik” im Zeitbereich erfolgen kann, wie beispielsweise Rechteck-, Exponential- und Hamming- (sin2 Fenster) zum Erzielen einer zeitlichen Gewichtung. Die Parameter können dann korreliert werden, nachdem sie in eine besser geeignete Form, wie Wurzel-, Exponential- oder Logarithmus der Funktion, transformiert werden. Des weiteren können die transformierten Daten mit statistischen Verfahren analysiert werden, welche die Ermittlung der Maximal-, Minimal-, Mittelwerte, der Standardabweichung, der Steilheit (skewness), der Wölbung (kurtosis) usw. umfassen können. Um zu den gewünschten Zusammenhängen zu kommen, können diese Berechnungen unabhängig voneinander und in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
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Die zeitlichen Berechnungen in Block 32 sind anzustreben, um aus den Parametern zeitliche Informationen zu extrahieren, indem ihr vorheriges zeitliches Verhalten innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls untersucht wird. Beispielsweise ist es bei der Aufzeichnung einer sequenzförmigen Messreihe eines Parameters möglich, zeitliche Parameter zu ermitteln, wie etwa die Berechnung des Mittelwertes während der letzten X sec, die Schätzung der Standardabweichung während Y sec, oder die Autokorrelationsfunktion während der letzten Z sec zu berechnen. Beispielsweise sind die mittlere Bitfehlerrate (BER) während der letzten 3 sec oder die Anzahl von Rahmen mit Bitverlusten (FER) während der letzten 5 sec repräsentativ für neue zeitliche Parameter, mit deren Hilfe sich Parameter ableiten lassen, die enger mit der Sprachgüte zusammenhängen.
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Die Korrelationsstufe in Block 34 korreliert ursprüngliche oder neu berechneten zeitlichen Parameter in Hinblick auf die Erzeugung von korrelierten Parametern, die einen direkteren Zusammenhang mit der Sprachgüte haben. So wird beispielsweise in modernen Funknetzwerken versucht, die Verluste in einem Rahmen aufgrund von Bitfehlern zu verdecken, indem der vorherige 20 msec Rahmen wiederholt wird, mit der Hoffnung, dass das nicht gehört wird. Das bedeutet, dass die Anzahl der Bitfehler in dem verlorenen Rahmen nicht relevant ist, da diese Rahmeninhalte die empfangene Person nie erreichen. Es erscheint naheliegend, dass ein neuer Parameter berechnet werden sollte, der enger mit der Sprachgüte korreliert ist, indem beispielsweise die Bitfehlerrate (BER) mit den Rahmenverlusten korreliert wird.
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In einem ersten Beispiel, das gut zu mit der vorliegenden Erfindung funktioniert und den Einsatz von zeitlichen und Korrelationsverarbeitsmitteln veranschaulicht, wird der Mittelwert der Bitfehlerrate (BER) innerhalb von 0,5 sec Intervallen mit Hilfe der zeitlichen Verarbeitungsstufe
32 berechnet, um einen neuen, zeitlichen Parameter RXQ_MEAN_5 zu erzeugen. In der Korrelationsverarbeitsstufe
34 wird Parameter RXQ_MEAN_5 durch eine Transformation dritten Grades in den korrelierten Parameter (RXQ_MEAN_5)
3 transformiert. In einem zweiten Beispiel wird die Rahmenverlustrate (FER) innerhalb von 0,5 Sekunden Intervallen berechnet, um den zeitlichen Parameter FER_MEAN_5 zu erzeugen. Der zeitliche Parameter FER_MEAN_5 wird dann durch eine Dritte-Wurzel-Transformation in den korrelierten Parameter (RXQ_MEAN_5)
1/3 transformiert. In einem dritten Beispiel wird die Rahmenverlustrate (FER) innerhalb eines 5 Sekunden Intervalls berechnet, um die Anzahl von aufeinanderfolgenden Rahmen mit Verlusten zu bestimmen und den Parameter FER_BURSTS_5 zu erzeugen. Die nachfolgende Korrelation erfolgt durch Anwendung einer Quadrat-Wurzel-Transformation auf den zeitlichen Parameter, um den korrelierten Parameter (FER_BURSTS_5)
1/2 zu erzeugen. Die nachfolgende Tabelle A enthält eine Zusammenfassung der zeitlichen und zugehörigen korrelierten Parameter. TABELLE A
| zeitliche Parameter | korrelierte Parameter |
| RXQ_MEAN_5 | (RXQ_MEAN_5)3 |
| FER_MEAN_5 | (FER_MEAN_5)1/3 |
| FER_BURSTS_5 | (FER_BURSTS_5)1/2 |
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Andere denkbare Parameter können ähnliche Berechnungen auf die Rest-Bitfehlerrate (RBER) und auf andere empfangene Parameter anwenden, wobei die RBER gleich Null ist, wenn Rahmen-Bitverluste vorliegen, und gleich der BER ist, wenn keine Rahmen-Bitverluste vorliegen. Es sollte vermerkt werden, dass zeitliche Verarbeitung und statistische Analyse mit den korrelierten Parametern erfolgen kann, und dass einige Parameter, beispielsweise RBER, aus ”Roh”-Daten ermittelt werden können.
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Die Schätzfunktionsstufe in Block 36 benützt die korrelierten Parameter, um einen Schätzwert für die wahrgenommene Sprachgüte zu berechnen. Die Schätzfunktion 36 kann auf verschiedenen mathematischen Modellen basieren, linear oder nichtlinear, oder ein neuronales Netzwerk umfassen. Ein einfaches lineares Modell kann die Form haben: Schätzwert = A(Parameter 1) + B(Parameter 1) + ... wo die Koeffizienten A und B in Hinblick auf bestmögliche Leistung optimiert sind. Beispielsweise können die Koeffizienten mit Hilfe von linearen Regressionsverfahren unter Verwendung subjektiv eingestuften Trainings-Datensätzen abgeleitet sein. Obwohl die lineare Schätzfunktion hinreichende Ergebnisse liefert, ist für den Fachmann ersichtlich, dass nichtlineare Schätzfunktionen genauere Ergebnisse liefern können.
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Beispielsweise kann ein Verfahren mit linearer Schätzfunktion mit Hilfe der korrelierten Parameter des vorherigen Beispiels die Form haben: Schätzwert = A·(FER_MEAN_5)1/3 + B· ... wobei die Koeffizienten A and B von den zuvor angegebenen linearen Regressionsverfahren abgeleitet werden können, die gut bekannt sind.
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Darüber hinaus ist es möglich, eine beliebige Anzahl und Kombination von zeitlichen, korrelierten oder Funkverbindungsparametern im Rahmen der Schätzfunktion zu kombinieren, soweit der Fachmann die optimale Kombination entsprechend den unterschiedlichen Situationen ermittelt. Für zeitliche und korrelierte Parameter wurden spezifische Beispiele angegeben, und wenn der Fachmann hier zu unterschiedlichen Änderungen bei den beschriebenen Parametern gelangt, so liegt dies ebenfalls im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Insbesondere können Veränderungen hinsichtlich der Beziehungen zwischen zeitlichen und korrelierten Parametern und die Intervalllängen verändert werden, um die besondere Art der Interferenz oder der jeweiligen Situation zu berücksichtigen.
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Eine nichtlineare Schätzfunktion kann ebenfalls mit Hilfe von mehrfachen, linearen Schätzfunktionen durchgeführt werden, welche die nahezu linearen Abschnitte einer modellisierten Verlaufskurve annähern. 4 stellt den Zusammenhang zwischen Güte (Q) und dem Verhältnis von Träger zu Interferenz (C/I) dar. Die Kurve 60 kann in mehrere nahezu lineare Segmente unterteilt werden, die mit den nachfolgenden linearen Schätzfunktionen zu modellieren sind. Beispielsweise hat Segment 62 eine geringe Krümmung und steile Neigung, ist also darstellbar durch ein lineares Modell. Entsprechendes gilt für Segment 64 mit etwas mehr Krümmung, das ebenfalls durch ein lineares Modell darstellbar ist. Segment 66 der Verlaufskurve verläuft in Richtung der Waagrechten und kann ebenfalls ganz gut durch ein lineares Modell angenähert werden. Um einen nahtlosen Übergang zwischen den Modellen zu erzielen, muss die Lage des aktuellen Betriebspunktes ermittelt werden. Ein Verfahren zur Lösung dieses Problems besteht darin, ein Modell zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeit dafür zu verwenden, dass ein bestimmtes Segment vorliegt. Die in dem Ansatz der Mehrfach-Schätzfunktion verwendeten linearen Modelle können eine relativ einfache und genaue Modellierung erzeugen.
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Weiterhin kann ein mehrstufiges neuronales Netzwerk eingesetzt werden, welches genauere Ergebnisse erzeugt. Neuronale Netzwerke sind Netzwerke bestehend aus Prozessoren oder Neuronen, die untereinander durch gerichtete Verbindungen verbunden sind, die Daten transportieren und die entsprechend gewichtet sind. Die Neuronen funktionieren unabhängig voneinander und einzig und allein aufgrund der Eingänge und der zugehörigen Gewichtung. Typischerweise benötigen neuronale Netzwerke Trainingsalgorithmen zur Feineinstellung der Gewichtung basierend auf den vorhandenen Netzmustern. Beispielsweise besteht ein Trainingsverfahren für die Schätzfunktion mit neuronalem Netzwerk darin, dass Funkverbindungsparameter und ein Testgespräch gleichzeitig aufgezeichnet werden. Die aufgezeichnete Sprache mit Hilfe einer Hörtafel wird erprobt, wo sie bewertet wird. Als mögliches Beispiel werden die Funkverbindungsparameter in zeitlichen Verarbeitungsstufe
32 sowie in der Korrelationsverarbeitungsstufe
34 von
3 verarbeitet, wo Ergebnis und Bewertungen zum Trainieren des Netzwerkes verwendet werden. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass bei Verwendung eines neuronalen Netzes der Vorteil darin besteht, dass die Komplexität der Verarbeitung in den Stufen
32 und
34 sehr viel geringer sein kann, da für dieses Problem ein Netzwerk besser geeignet ist als gewöhnliche Schätzfunktionen. Ein Beispiel für ein neuronales Netzwerk, das für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist in dem
US Patent 5,432,778 beschrieben, dessen Inhalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung durch Verweis eingefügt wird.
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Außerdem gibt es in Abhängigkeit von Systemkennwerten wie Trägerfrequenz und Frequenz-Hopping eine weitere geeignete Schätzfunktion, die auf einer finiten Zustandsschätzfunktion basiert, die einen Zustand in Abhängigkeit von dynamischen Kriterien ändert. So kann zum Beispiel die Schätzfunktion derart konfiguriert sein, dass der Zustand sich in Abhängigkeit von einer Änderung der Geschwindigkeit des Mobilteils oder dem Wechsel von Frequenz-Hopping zu Nicht-Frequenz-Hopping und umgekehrt ändert.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Sprachgütemessung in einem Telekommunikations-Netzwerk durch Überwachung der Funkverbindungsparameter. Aus der vorangegangenen Diskussion ergibt sich weiterhin ein einfaches und genaues Sprachgüte-Messverfahren, das die mit Sprach-Datenbasen und Sprach-Wahrnehmungsmodellen verbundenen Komplexitäten vermeidet. Die vorliegende Erfindung nutzt die in den heutigen Funkverbindungsparametern enthaltene zeitliche Information, um daraus neue Parameter für eine verbesserte Sprachgüteschätzung zu erzeugen, deren Beziehungen zu und Kreuzkorrelationen zwischen Parametern verwendet werden kann.
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Obgleich die Beschreibung der Erfindung sich in mehrfacher Hinsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bezieht, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungs- und Anwendungsmöglichkeiten existieren. Insbesondere wird die Erfindung über D-AMPS hinaus auch in anderen digitalen Systemen einsetzbar sein, z. B. Systeme mit Spektralspreizung (CDMA = Code Division Multiple Access), Mobilfunksystemen (GSM) oder Personal Digital Cellular (PDC). Daraus ergibt sich, dass der nachfolgende Patentanspruch nicht restriktiv ausgelegt werden soll, sondern dass Variationen und Veränderungen einzubeziehen sind, die sich aus dem dargelegten Gegenstand der Erfindung ableiten lassen.
