способ и устройство для исправления ошибок данных в канале связи

Формула изобретения

1. Устройство передачи, содержащее

блок добавления избыточных битов для добавления избыточных битов данных к каждому из подлежащих защите конкретных битов, которые выбираются из обеспеченных данных, для формирования кодированных данных, и

блок модуляции для модулирования волнового сигнала на основе кодированных данных, сформированных блоком добавления избыточных битов, в блок из двух битов для конкретных битов, подлежащих защите, причем два бита являются каждым подлежащим защите битом, и к каждому биту добавлены избыточные битовые данные, причем в блоке из двух битов для других данных, формирования посредством этого модулированного волнового сигнала и передачи сформированного модулированного волнового сигнала.

2. Устройство передачи по п.1, в котором конкретные биты, подлежащие защите, включают в себя данные флага.

3. Устройство передачи по п.1, в котором упомянутый блок модуляции осуществляет модуляцию согласно способу 4-значной частотной манипуляции (FSK).

4. Устройство передачи по п.1, в котором обеспеченные данные

включают в себя биты для обнаружения ошибок, и конкретные биты, подлежащие защите, включают в себя биты для обнаружения ошибок.

5. Устройство передачи по п.1, в котором обеспеченные данные включают в себя биты для исправления ошибок, и конкретные биты, подлежащие защите, включают в себя биты для исправления ошибок.

6. Устройство передачи по п.1, в котором количество конкретных битов, подлежащих защите, является меньшим, чем количество битов, не подлежащих защите.

7. Устройство передачи по п.1, в котором данные, которые должны обеспечиваться для блока добавления избыточных битов являются данными, в которых заранее определены высокий и низкий уровни значимости, и в котором блок добавления избыточных битов выполнен с возможностью добавлять избыточные биты к битам данных, имеющим высокий уровень значимости.

8. Устройство передачи по п.1, в котором обеспеченные данные представляют собой множество частей информации, и в котором блок добавления избыточных битов выполнен с возможностью добавлять избыточные битовые данные к каждому из конкретных битов, подлежащих защите, для соответствующих частей из множества частей информации, чтобы формировать кодированные данные.

9. Устройство передачи по п.1, в котором блок добавления избыточных битов выполнен с возможностью упорядочивать символы с добавленными избыточными битовыми данными так, что Евклидово расстояние данных с добавленными избыточными битовыми данными становится большим.

10. Устройство передачи по п.1, в котором блок добавления избыточных битов выполнен с возможностью добавлять избыточные битовые данные к каждому из битов обеспеченных данных так, что формируется код Грея.

11. Устройство приема для приема сигнала, сформированного путем добавления избыточных битовых данных к каждому из конкретных битов, подлежащих защите, которые выбираются из обеспеченных данных, чтобы формировать кодированные данные, и путем модулирования волнового сигнала на основе сформированных кодированных данных в блоке из двух битов для конкретных битов, подлежащих защите, причем два бита являются каждым подлежащим защите битом, и к каждому биту добавлены избыточные битовые данные, причем в блоке из двух битов для других данных, при этом устройство приема содержит

блок демодуляции для демодуляции упомянутого принятого сигнала;

блок распознавания символов для выполнения распознавания символов на каждом интервале Найквиста для сигнала, демодулированного упомянутым блоком демодуляции;

блок преобразования битов для преобразования значения символа, полученного посредством выполнения распознавания символов упомянутым блоком распознавания символов, в битовое значение; и

блок восстановления данных для составления строки данных посредством удаления добавленных избыточных битовых данных из данных битового значения, преобразованного блоком преобразования битов, для восстановления исходных данных.

12. Устройство приема по п.11, в котором принятый сигнал является сигналом, модулированным согласно способу 4-значной FSK, в котором блок демодуляции выполнен с возможностью демодулировать принятый сигнал путем преобразования принятого сигнала в сигнал напряжения, соответствующего частоте принятого сигнала, и в котором блок распознавания символов выполнен с возможностью выполнять распознавание символа путем сравнения напряжения сигнала, демодулированного блоком демодуляции, с представленными пороговыми значениями.

13. Устройство приема по п.11, в котором битовые данные, сформированные блоком преобразования битов, являются данными, в которых биты упорядочены так, что заранее определены их высокий и низкий уровни значимости, и к битовым данным, имеющим высокий уровень значимости, добавляется избыточный бит, и в котором блок восстановления данных выполнен с возможностью удалять избыточный бит, добавленный к битовым данным, имеющим высокий уровень значимости.

14. Способ передачи данных, содержащий этапы, на которых

добавляют избыточные битовые данные к каждому из конкретных битов, подлежащих защите, которые выбираются из обеспеченных данных, для формирования кодированных данных;

модулируют волновой сигнал на основе сформированных кодированных данных в блоке из двух битов для конкретных битов, подлежащих защите, причем два бита являются каждым подлежащим защите битом, и к каждому биту добавлены избыточные битовые данные, причем в блоке из двух битов для других данных посредством этого формируют модулированный волновой сигнал; и

передают сформированный модулированный волновой сигнал.

15. Способ приема данных, содержащий этапы, на которых

принимают сигнал, который формируется путем добавления данных избыточных битов к каждому из подлежащих защите конкретных битов, которые выбираются из обеспеченных данных, чтобы формировать кодированные данные, и путем модулирования волнового сигнала на основе сформированных кодированных данных в блоке из двух битов для конкретных битов, подлежащих защите, причем два бита являются каждым подлежащим защите битом, и к каждому биту добавлены избыточные битовые данные, причем в блоке из двух битов для других данных;

демодулируют принятый сигнал;

выполняют распознавания символов на каждом интервале Найквиста для демодулированного сигнала;

преобразуют значения символа, полученного путем выполнения распознавания символов, в битовое значение; и

составляют строку данных, посредством удаления прибавленных избыточных битовых данных из данных преобразованного бита для восстановления исходных данных.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее описание относится к устройству передачи, устройству приема, способу передачи данных и способу приема данных для функционирования с целью исправления ошибок данных в канале связи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Исследования по методам исправления ошибок данных в канале связи осуществляются в различных направлениях. Некоторые методы имеют возможности, близкие к шенновскому пределу.

В частности, в мобильной связи, поскольку характеристика ошибки в канале связи значительно изменяется, требуется очень существенное исправление ошибок.

Что касается методов исправления ошибок, известны методы повторной передачи, например, типа ARQ (автоматический запрос повторной передачи) и т.п. и FEC (прямое исправление ошибок). Методы ARQ заключаются в том, чтобы выполнять исправление ошибок посредством запроса передатчику повторно передать данные, которые имели ошибку, будучи принятыми (следовательно, методы классифицируются как обратные). Методы FEC заключаются в предварительной подготовке данных, которые должны передаваться и приниматься, чтобы передавать надежные данные и удалять ошибку в приемнике (следовательно, методы являются прямыми). Следует отметить, что при передаче данных обычной практикой является одновременное использование прямого исправления ошибок FEC и автоматического запроса повторной передачи ARQ и использование только исправления ошибок FEC, когда требуется одновременная обработка звукового сигнала и изображений.

Однако в устройстве передачи и приема с использованием ARQ-запроса и т.п. чем больше возрастает число повторных передач, тем больше снижается эффективность передачи. Кроме того, в устройстве передачи и приема с использованием ARQ-запроса и т.п. трудно передавать и принимать речевые данные или данные изображения, передаваемые посредством телефонного вызова или потоковой передачи данных, вследствие необходимости одновременной обработки.

По этой причине, что касается передачи данных для электронной почты и т.п., а также передачи речевых данных или данных изображения, было предложено устройство передачи и приема, использующее методы прямого исправления ошибок и т.п., для восстановления принятых данных в максимально возможной степени без повторной передачи, посредством выполнения исправления ошибок для принятых данных, как описано в японской выложенной патентной заявке № 2002-3444413 (стр.6-8, фиг.1). Указанное устройство передачи и приема выполняет исправление ошибок, используя блочные коды или сверточные коды.

Однако в устройстве передачи и приема, использующем обычные методы FEC, вычисление исправления ошибок усложняется, приводя к увеличению объема вычислительных процессов. По этой причине в подобном устройстве передачи и приема для вычислений также требуется существенный объем памяти.

Кроме того, устройство передачи и приема по методу FEC имеет недостаток, заключающийся в том, что напротив, ошибок возникает больше, когда ошибки данных возрастают в канале связи в степени, превышающей ресурсы обработки для исправления ошибок.

В частности, при передаче информации, например, таком как телефонный вызов, указанный недостаток является нежелательным. Поскольку звук имеет много факторов, которые будут фиксироваться в человеческом восприятии, более важной оказывается способность распознать, какие слова произносятся в телефонном вызове, даже при наличии небольших шумов. Другими словами, если FEC-исправление вызывает еще больше ошибок, выполняется интерполяция данных, повторение или отбрасывание (пропуск) и т.п. Указанный процесс упоминается как процесс маскирования плохого кадра. Если указанный процесс маскирования плохого кадра происходит часто, то содержание самого вызова, вероятно, перестанет прослушиваться.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение создано ввиду указанных известных проблем, и задача настоящего изобретения заключается в создании технического способа, обеспечивающего уверенное выполнение исправления ошибок, а также устройства передачи, устройства приема, способа передачи данных и способа приема данных, использующих указанный технический способ.

Для решения указанной задачи изобретения устройство передачи согласно первому аспекту настоящего изобретения в своей основе состоит из модуля прибавления избыточных битов, предназначенного для прибавления данных избыточных битов к каждому биту обеспеченных данных для формирования кодированных данных, и модуля модуляции, предназначенного для передачи модулированного волнового сигнала, сформированного на основе кодированных данных, сформированных упомянутым модулем прибавления избыточных битов.

В устройстве передачи согласно настоящему изобретению упомянутый модуль прибавления избыточных битов предпочтительно упорядочивает символы, добавленные к упомянутым данным избыточных битов, так, что Евклидово расстояние данных, добавленных к данным избыточных битов, становится большим, или прибавляет данные избыточных битов к каждому биту упомянутых обеспеченных данных так, что генерируется код Грея.

Кроме того, данные, выданные на упомянутый модуль прибавления избыточных битов, являются данными, в которых предварительно определены их высокий и низкий уровни значимости, и упомянутый модуль прибавления избыточных битов может прибавить избыточный бит для битовых данных, имеющих высокий уровень значимости данных упорядоченных битов.

Кроме того, упомянутый модуль модуляции может выполнять модуляцию согласно способу многозначной частотной манипуляции (FSK, ЧМн).

Устройство приема согласно второму аспекту настоящего изобретения осуществляет прием сигнала, сформированного на основе данных, прибавленных к данным избыточных битов для формирования кодированных данных, и в основном состоит из модуля демодуляции, предназначенного для демодуляции упомянутого принятого сигнала; модуля распознавания символов, предназначенного для выполнения распознавания символов на каждом интервале Найквиста для сигнала, демодулированного упомянутым модулем демодуляции; модуля преобразования битов, предназначенного для преобразования значения символа, обеспеченного посредством выполнения распознавания символов упомянутым модулем распознавания символов, в битовое значение; и модуля восстановления данных, предназначенного для формирования строки данных посредством удаления прибавленного избыточного бита из данных битового значения, которое было получено упомянутым модулем преобразования битов, для восстановления исходных данных.

В устройстве приема согласно настоящему изобретению упомянутый принятый сигнал предпочтительно является сигналом, который был модулирован согласно способу многозначной ЧМн, упомянутый модуль демодуляции демодулирует принятый сигнал посредством преобразования принятого сигнала в сигнал напряжения, соответствующего частоте упомянутого принятого сигнала, и упомянутый модуль распознавания символов выполняет распознавание символа путем сравнения напряжения сигнала, демодулированного упомянутым блоком демодуляции, с заранее заданными пороговыми значениями.

Кроме того, битовые данные, генерированные упомянутым модулем преобразования битов, являются данными, в которых биты упорядочены так, что их высокий и низкий уровни значимости предварительно определены, и битовые данные, имеющие высокий уровень значимости, суммируются с избыточным битом. Упомянутый модуль восстановления данных может удалить избыточный бит, прибавленный к упомянутым битовым данным, имеющим высокий уровень значимости.

Способ передачи данных, согласно третьему аспекту настоящего изобретения, в основном, содержит этапы:

прибавление избыточных битов к каждому биту обеспеченных данных; и передача сигнала, сформированного на основе упомянутых кодированных данных.

Способ приема согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, в основном, содержит этапы: прием сигнала, сформированного на основе данных, суммированных с данными избыточных битов для формирования кодированных данных; демодуляция принятого сигнала; выполнение распознавания символов на каждом интервале Найквиста для демодулированного сигнала; преобразование значения символа, полученного в результате распознавания символов, в битовое значение; и формирование строки данных посредством удаления прибавленного избыточного бита из данных упомянутого битового значения, которое было преобразовано для восстановления исходных данных.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

фиг.1 - блок схема, показывающая конфигурацию устройства передачи и приема согласно варианту осуществления настоящего изобретения,

фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая конфигурацию кадра данных речевого вокодера,

фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая уровни значимости кадров данных,

фиг.4 - диаграмма, иллюстрирующая содержимое глазковой индикации и распознавания символов в случае использования 4-значной ЧМн Найквиста,

фиг.5 - диаграмма, иллюстрирующая операции устройства передачи, показанного на фиг.1,

фиг.6 - диаграмма, иллюстрирующая операции устройства приема, показанного на фиг.1,

фиг.7 - диаграмма, иллюстрирующая характеристику ошибок в устройстве передачи и приема, показанном на фиг.1, и

фиг.8 - диаграмма, иллюстрирующая соотношение между частотой ошибок по битам (BER) и оценкой восприятия качества речи (PESQ) в устройстве передачи и приема, показанном на фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Устройство передачи и приема согласно варианту осуществления настоящего изобретения описано ниже со ссылкой на чертежи.

Фиг.1 показывает конфигурацию устройства передачи и приема согласно указанному варианту осуществления.

Устройство передачи и приема согласно данному варианту осуществления состоит из устройства 11 передачи и устройства 21 приема.

Устройство 11 для передачи сигнала, который был модулирован согласно обеспеченным данным, содержит модуль 12 деления, модуль 13 прибавления избыточных битов, перемежитель 14, модуль 15 генерации сигнала базовой полосы, модуль 16 частотной модуляции и передающую антенну 17.

В данном варианте осуществления на примере описан случай, в котором речевой вокодер передается согласно способу 4-значной корневой частотной манипуляции (ЧМн) Найквиста.

Речевой вокодер представляет собой систему для представления звукового сигнала в цифровом формате, в котором набор параметров звука анализируется и извлекается для повторного восстановления звукового сигнала из параметров.

Данные речевого вокодера компонуются в кадры и обрабатываются, и информация в них разграничивается во временные блоки, как показано на фиг.2.

Данные речевого вокодера компонуются в кадры блоками по 20 мс. Кадр данных речевого вокодера состоит из речевых данных и данных исправления ошибок, и число битов в одном кадре должно быть равно 72 битам (3600 бит в секунду). Речевые данные представляют собой данные, описывающие звуковую информацию, и данные исправления ошибок представляют собой данные для исправления ошибок и обнаружения ошибок в речевых данных.

Данные исправления ошибок состоят из 5 битов данных контроля циклическим избыточным кодом (CRC, ЦИК), 5 битов данных защиты ЦИК и 18 битов данных защиты звукового сигнала.

Число битов речевых данных должно быть равно 44 битам в одном кадре, и число битов в данных исправления ошибок должно быть равно 28 битам.

Каждые битовые данные речевых данных сортируются в убывающем порядке уровня значимости для слухового восприятия человека. Речевые данные конфигурируются с 18 битами защищенных речевых данных и 26 битами незащищенных речевых данных.

Защищенные речевые данные представляют собой данные высокого уровня значимости, которые должны защищаться, даже когда условия связи реализуются в неблагоприятной окружающей среде, так что вероятно возникновение множества ошибок. Например, в сеансе связи, таком как звуковой вызов, поскольку звук имеет много факторов, фиксируемых в восприятии человека, важно иметь возможность распознавать, какие слова произнесены в звуковом сигнале, даже с наложенными шумами.

В случае передачи звука или изображения, если ошибка возникает в бите высокой значимости, этот бит должен восприниматься человеком как шум, не относящийся к информации. В речевом вокодере такими важными данными для конфигурирования звука манипулируют как защищенные речевые данные.

Например, в случае звука, в данных вокодера имеются данные звукового давления, данные частоты основного тона и т.п., как показано на фиг.3, предполагается, что данные вокодера состоят из 16 битов данных звукового давления, 10 битов информации первого основного тона и 10 битов информации второго основного тона. Фиг.3 показывает, что крайний слева бит является старшим битом (MSB), и крайний справа бит является младшим битом (LSB) в соответствующих данных. В примере, показанном на фиг.3, предполагается, что эти биты данных упорядочены согласно уровню значимости, в котором заштрихованные биты являются битами высокой значимости, и наиболее значимый бит имеет самый высокий уровень значимости. Следует отметить, что биты рассматриваются как имеющие высокий уровень значимости, могут быть предварительно определены путем верификации или моделирования алгоритма вокодера и т.п.

По мере того как значимость бита повышается, влияние ошибки на информацию становится более значительным. Например, в данных "FFFF", когда ошибка возникает в старшем бите, данные становятся такими "7FFF", приводя к разности 32768 в десятичном числе. Однако, когда ошибка возникает в младшем бите, возникающая разность равна всего 1.

Аналогичная ситуация имеет место с данными изображения. Например, желтый цвет генерируется путем синтезирования красного и зеленого. Если ошибка возникает в старшем бите, цвет изменяется.

Таким образом, важно, каким образом защищать данные битов высокого уровни значимости. Данный вариант осуществления обеспечивает защиту таких битовых данных высокого уровня значимости с помощью простой конфигурации.

Согласно фиг.1, на модуль 12 деления подаются данные речевого вокодера, как показано на фиг.2. Модуль 12 делит поданные данные по одному биту. Как описано выше, должно быть понятно, что биты, которые рассматриваются как имеющие высокий уровень значимости, могут быть предварительно определены путем верификации или моделирования алгоритма вокодера и т.п., и что биты данных речевого вокодера упорядочены в убывающем порядке уровня значимости.

Модуль 13 прибавления избыточных битов прибавляет бит со значением "1" к биту высокого уровня значимости из соответствующих битовых данных, разделенных модулем 12 деления, и генерирует 2-битовые данные.

Перемежитель 14 перемежает биты защищенных речевых данных и биты незащищенных речевых данных блоками из 2-битовых данных, сформированных модулем 13 прибавления избыточных битов, для распределения размещения значимых битов или ЦИК кода в кадре и формирует строку данных для снижения влияния блочных ошибок, обусловленных фазированием и т.п.

Модуль 15 формирования сигнала базовой полосы генерирует сигнал базовой полосы на основе строки данных, перемеженной перемежителем 14.

Модуль 16 ЧМ модуляции модулирует несущее колебание согласно способу 4-значной корневой частотной манипуляции Найквиста сигналом базовой полосы, сформированным модулем 15 формирования сигнала базовой полосы. Модуль 16 ЧМ модуляции снабжен косинусным корневым фильтром и генерирует сигнал, в котором формируется глазковая индикация, как показано на фиг.4, с сигналом базовой полосы, сформированным модулем 15 формирования сигнала базовой полосы. Передающая антенна 17 передает сигнал, модулированный по частоте с помощью модуля 16 ЧМ модуляции, в виде радиоволны.

Устройство 21 приема содержит приемную антенну 22, модуль 23 демодуляции ЧМ-сигнала, модуль 24 распознавания символов, модуль 25 преобразования битов, обращенный перемежитель 26 и модуль 27 восстановления кадров.

Приемная антенна 22 принимает радиоволну, переданную устройством 11 передачи, и преобразует радиоволну в ЧМн-сигнал.

Модуль 23 демодуляции ЧМ-сигнала выполняет демодуляцию ЧМ-сигнала посредством преобразования ЧМн-сигнала с выхода приемной антенны 22 в сигнал напряжения, причем напряжение сигнала зависит от его частоты, и формирует сигнал обнаружения.

Модуль 24 распознавания символов выполняет распознавание символа в точке Найквиста сигнала обнаружения, сформированного модулем 23 демодуляции ЧМ-сигнала. С помощью сигнала обнаружения модуля 23 демодуляции ЧМ-сигнала формируется глазковая индикация, как показано на фиг.4. В соответствии со способом 4-значной ЧМн, в данной глазковой индикации наблюдается до трех участков открытия.

Указанная точка задается как точка Найквиста, и три пороговых значения th+, th0 и th- предварительно задаются для выполнения распознавания символов. Модуль 24 распознавания символов выполняет распознавание символа путем сравнения трех пороговых значений th+, th0 и th- с напряжением сигнала обнаружения в точке Найквиста.

Если напряжение сигнала обнаружения в точке Найквиста превышает пороговое значение th+, то модуль 24 распознавания символа принимает решение, что значение символа равно+3. Если напряжение сигнала обнаружения в точке Найквиста равно или больше, чем пороговое значение th0, и равно или меньше, чем пороговое значение th+, то модуль 24 распознавания символа принимает решение, что значение символа равно+1. Если напряжение сигнала обнаружения в точке Найквиста меньше, чем пороговое значение th0, и равно или больше, чем пороговое значение th-, то модуль 24 распознавания символа принимает решение, что значение символа равно -1. Если напряжение сигнала обнаружения в точке Найквиста меньше, чем пороговое значение th-, то модуль 24 распознавания символа принимает решение, что значение символа равно -3.

Модуль 25 преобразования битов преобразует значение символа, по которому принималось решение модулем 24 распознавания символа, в биты со значением битов, основанным на значении символа. Как показано на фиг.4, если значение символа, по которому принималось решение модулем 24 распознавания символа, равно+3, то модуль 25 преобразования битов преобразует значение символа+3 в битовое значение "0,1". Если значение символа равно+1, то модуль 25 преобразования битов преобразует значение символа+1 в битовое значение "0,0". Если значение символа равно -1, то модуль 25 преобразования битов преобразует значение символа -1 в битовое значение "1,0". Если значение символа равно -3, то модуль 25 преобразования битов преобразует значение символа -3 в битовое значение "1,1". Следует отметить, что комбинация битов, преобразованных модулем 25 преобразования битов, представляет собой код Грея.

Обращенный перемежитель 26 осуществляет обращенное перемежение данных, преобразованных модулем 25 преобразования битов, в блоки из 2 битов.

Модуль 27 восстановления кадров удаляет избыточный бит из обращено перемеженных данных с выхода обращенного перемежителя 26 и формирует исходный кадр данных.

Ниже описана работа устройства передачи и приема согласно варианту осуществления.

Модуль 12 деления устройства 11 передачи разделяет защищенные речевые данные, включающие в себя 5 битов ЦИК кода в данных речевого вокодера, обеспеченных как показано на фиг.5(a), по одному биту и формирует битовые данные, каждые из которых имеют по одному биту, как показано на фиг.5(b). Кроме того, модуль 12 деления разделяет незащищенные речевые данные по два бита.

Модуль 13 прибавления избыточных битов, как показано на фиг.5(c), прибавляет бит со значением "1" к каждым битовым данным, которые были получены разделением защищенных речевых данных, включающих в себя 5 битов ЦИК кода, и формирует 2-битовые данные.

Как показано на фиг.5(c), при прибавления избыточного бита "1" к каждым данным бита защищенных речевых данных посредством модуля 13 прибавления избыточных битов, битовые данные защищенных речевых данных могли бы соответствовать значению символа+3 или -3. Другими словами, интервал между значением символа+3 и значением символа -3 увеличивается, в связи с чем коэффициент усиления в точке Найквиста становится большим.

Перемежитель 14 перемежает между собой пары битов, состоящие из прибавленного избыточного бита и бита защищенных речевых данных, и 2 бита незащищенных речевых данных в виде блоков 2-битовых данных, сформированных модулем 13 прибавления избыточных битов, и формирует строку данных, как показано на фиг.5(d).

Модуль 15 формирования сигнала базовой полосы генерирует сигнал базовой полосы на основе строки данных с выхода перемежителя 14.

Модуль 16 ЧМ модулирует несущее колебание способом 4-значной корневой ЧМн Найквиста сигналом базовой полосы, сформированным модулем 15 формирования сигнала базовой полосы. Передающая антенна 17 передает сигнал, сформированный модулем 16 ЧМ, в виде радиоволны.

Приемная антенна 22 устройства 21 приема принимает радиоволну, переданную устройством 11 передачи, и преобразует радиоволну в ЧМн-сигнал. Модуль 23 демодуляции ЧМ-сигнала преобразует ЧМн-сигнал с выхода приемной антенны 22 в сигнал напряжения, причем напряжение сигнала зависит от частоты и формирует сигнал обнаружения.

Модуль 24 распознавания символов выполняет распознавание символа путем сравнения напряжения в точке Найквиста сигнала обнаружения, сформированного модулем 23 демодуляции ЧМ-сигнала с тремя заранее заданными пороговыми значениями th+, th0 и th-.

Модуль 25 преобразования битов преобразует символ, по которому принималось решение модулем 24 распознавания символа, в биты со значением битов, основанным на значении символа.

Как показано на фиг.6(e), если значение символа в результате распознавания модулем 24 распознавания символа равно -3, то модуль 25 преобразования битов преобразует значение символа в битовое значение "1,1", как показано на фиг.6(f). Точно так же модуль 25 преобразования битов выполняет преобразование битов согласно значению распознавания символа. Следует отметить, что комбинация преобразованных битов данных представляет собой код Грея.

Как показано на фиг.6(g), обращенный перемежитель 26 осуществляет обращенное перемежение данных, преобразованных модулем 25 преобразования битов, в комбинации из пар битных данных, состоящих из прибавленного избыточного бита и бита защищенных речевых данных и соответственно из 2 битов незащищенных речевых данных.

Модуль 27 восстановления кадра удаляет избыточный бит, прибавленный к защищенным речевым данным, из данных с выхода обращенного перемежителя 26, как показано на фиг.6(h), и компонует соответствующие биты для формирования исходного кадра данных, как показано на фиг.6(i).

Принимая во внимание только защищенные битовые данные, в результате, устройство 11 передачи выполнило 2-значную модуляцию вместо 4-значной модуляции. Кроме того, устройство 21 приема только удаляет младшие биты, и, в результате, процесс, выполняемый устройством 21 приема, был бы эквивалентным выполнению демодуляции двух значений.

Поэтому, хотя каждый интервал символов равен "2" в случае 4 значений, интервал символов должен бы быть равен величине "6", которая в три раза больше 2, и, согласно теории, BER (частота ошибок по битам) должна быть улучшена приблизительно на 4,8 дБ согласно данному варианту осуществления.

Таким образом, устройство передачи 11 прибавляет избыточный бит согласно способу 4-значной ЧМн, а устройство 21 приема удаляет избыточный бит, который был прибавлен устройством 11 передачи. В результате, хотя по характеристикам это эквивалентно способу 2-значной ЧМн, однако способ модуляции остается способом 4-значной ЧМн.

На фиг.7 показаны кривые частоты ошибок по битам (BER) при учете только защищенных битов.

На фиг.7 кривая L10 представляет характеристику устройства передачи и приема согласно данному варианту осуществления. Кривая L11 представляет характеристику в случае, когда декодирование выполнялось декодером Витерби, имеющим коэффициент кодирования равный 1/2. Кривая L12 представляет характеристику в случае без исправления ошибок. Кроме того, правый край графика представляет случай, когда условия связи являются наиболее предпочтительными, и согласно графику, условия связи ухудшаются по мере того как значение Eb/No изменяется в направлении к левой стороне.

Как показано на фиг.7, если условия связи являются предпочтительными, как показано кривой L11, то эффект исправления ошибок с помощью декодирования декодером Витерби больше, а частота BER ниже. Однако по мере ухудшения условий связи эффект исправления ошибок с помощью декодирования, реализуемого устройством передачи и приема согласно данному варианту осуществления, увеличивается за счет его исправляющей способности по сравнению с декодированием посредством декодера Витерби.

На фиг.8 показаны характеристики качества звука в случае, когда устройство передачи и приема согласно данному варианту осуществления применяется в реальном вокодере.

Для оценки качества речи используется PESQ (оценка восприятия качества речи), которая рекомендована Международным союзом электросвязи. Следует отметить, что на фиг.8 кривые L10, L11 и L12 представляют характеристику устройства передачи и приема согласно данному варианту осуществления, характеристику декодера Витерби и характеристику для случая отсутствия исправления ошибок, соответственно, подобно фиг.7.

Как показано на фиг.8, если частота BER низкая, другими словами, если условия связи являются предпочтительным, то качество звука при декодировании с помощью декодера Витерби является более предпочтительным, чем в случае устройства передачи и приема согласно данному варианту осуществления. Однако указанная разница незначительна и не различима при реальном прослушивании и сравнении звука. Если частота BER высокая, другими словами, если условия связи не являются предпочтительными, то качество звука при декодировании с помощью устройства передачи и приема согласно данному варианту осуществления более предпочтительно, чем в случае декодера Витерби, при этом может быть реализовано высокое качество звука.

Как описано выше, согласно данному варианту осуществления, устройство 11 передачи прибавляет избыточный бит к каждому биту данных речевого вокодера и после перемежения модулирует по частоте и передает этот сигнал. Устройство 21 приема выполняет распознавание символа после выполнения демодуляции ЧМ-сигнала, выполняет обращенное перемежение с преобразованием по битам и затем удаляет избыточный бит, прибавленный устройством передачи.

Следовательно, даже когда связь осуществляется в неблагоприятной окружающей среде, можно более уверенно выполнять исправление ошибок. Устройство передачи и приема данного варианта осуществления особенно пригодно для использования при передаче звука или изображения при телефонном вызове или потоковой передаче данных.

Кроме того, исправление ошибок выполняется с использованием простой обработки, в которой устройство 11 передачи прибавляет избыточный бит к данным, а устройство 21 приема удаляет избыточный бит демодулированных данных. Поэтому, по сравнению со способом прямого исправления ошибок (FEC), в котором выполняется много операций, и с использованием декодера Витерби и т.п., в котором требуется значительный объем памяти, обеспечивается простая конфигурация, поскольку для исправления ошибок не требуется ни операций, ни объема памяти. В дополнение можно реализовать более низкое потребление электроэнергии, поскольку нет необходимости иметь быстродействующий процессор.

Следует отметить, что настоящее изобретение может быть реализовано в различных формах, которые не ограничиваются вышеописанными вариантами осуществления.

Например, выше описан вариант осуществления, в котором телефонный вызов осуществляется с использованием 4-значной корневой ЧМн Найквиста. Однако обрабатываемые данные не ограничиваются речевыми данными, а могут представлять собой данные изображения. Частотная манипуляция не ограничивается 4-значной, а может быть многозначной, использующей 4 и более значений. Кроме того, помимо ЧМн могут быть использованы и другие способы модуляции, такие как фазовая манипуляция (PSK, ФМн) и т.п.

Кроме того, выше описан пример с телефонным вызовом или потоковой передачей данных, в которых задается уровень значимости бита. Однако настоящее изобретение также может применяться в ситуации, когда желательно повысить выигрыш от обработки просто в протоколе или передаче электронной почты.

Данный вариант осуществления может быть реализован на основе программного обеспечения. В этом случае, устройство 11 передачи и устройство 21 приема снабжаются процессорами для выполнения программного обеспечения. Даже если этот вариант осуществления реализуется на основе программного обеспечения, то поскольку нет необходимости выполнять такие операции как при прямом исправлении ошибок, программы становятся простыми, и обеспечивается возможность уменьшения объема памяти, требуемого для программ.

В данном варианте осуществления речевой вокодер описан в качестве примера. Однако данный вариант осуществления может применяться не только к речевому вокодеру, но и к передаче данных. В таком случае сегменты данных, которые желательно защитить в большей степени, и другие данные могут применяться аналогично защищенным данным и незащищенным данным в данном варианте осуществления, соответственно.

Кроме того, в данных, которые должны использоваться в передаче данных и т.п., число битов может изменяться каждый раз, когда изменяется содержание передачи. В дополнение, например, как в случае, где "FF" и "FE" являются флагами для обозначения передачи и приема, соответственно, даже младший бит также может иметь такой же уровень значимости, как и бит более высокой значимости. В этом случае, данный вариант осуществления становится значительно более эффективным, например, если 3 бита флага управления прибавляются к концу данных, чтобы повысить устойчивость к ошибкам только этих трех битов, при этом уровень значимости может быть задан соответственно.

Кроме того, в данном варианте осуществления модуль 13 прибавления избыточных битов прибавляет данные избыточных битов к каждому биту обеспеченных данных, так что генерируется код Грея. Однако последнее не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, если модуль 13 прибавления избыточных битов упорядочивает символы, суммированные избыточными битовыми данными так, что Евклидово расстояние данных с добавленными избыточными битовыми данными становится большим.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Согласно настоящему изобретению можно обеспечить устройство передачи и устройство приема, которые могут выполнять исправление ошибок более надежно несмотря на их простые конфигурации, даже когда связь в канале передачи осуществляется в неблагоприятной окружающей среде.