用于输出有用数据流的方法和用于接收和输出有用数据流的通信终端设备

摘要

本发明涉及用于在第一和第二传输路径之间切换时输出有用数据流的方法和通信终端设备，其中在接收机中在第一传输路径的第一子有用数据流(A)的接收结束和第二传输路径的第二子有用数据流(B)的接收开始之间切换时出现有用数据流的接收间歇，并且其中有用数据流(A，B)在接收机侧被输出。在此，在输出有用数据流(A，B)时，用附加的有用数据来填充接收间歇，其中该附加的有用数据根据以前通过第一传输路径所接收的第一子有用数据流(A)来生成。

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于在第一和第二传输路径之间切换时输出有用数据流的方法，以及一种根据权利要求9的前序部分的用于接收和输出有用数据流的通信终端设备。

为了进行移动通信，通常使用借助无线电连接与有线通信网络相连接的通信终端设备。这样的布局(Anordnung)的例子是已知的例如GSM网络的移动无线电网络、私有电话网络(DECT布局)、WLAN布局等等。所有这些布局的共同点是，传输有用数据(音频数据、视频数据等等)的双向数据流被用于一个或多个基站(“接入点”)和移动通信终端设备(移动电话，无绳电话，PDA，多媒体PC等等)之间的通信。

在许多情况下，不能借助唯一的基站(接入点)来完全覆盖所希望的地理区域。由于这个原因，移动通信布局通常被多小区地实施，使得使用多个彼此重叠的无线电区域，以便实现覆盖面积的供应。

在基于无线电的多小区通信布局的情况下的一个特殊要求是移动通信终端设备的自由移动性。这种通信终端设备不必仅仅在整个布局中是可达的，而是无线电小区的切换也应该可以在连续的运行期间在没有通信连接中断或者没有通话中断的情况下进行。为此，各个无线电小区被重叠地布置，使得在移动通信终端设备从一个无线电小区向相邻的无线电小区切换的情况下在停留在重叠的无线电区域内期间通信连接可以切换所使用的无线电小区。

在具有移动通信终端设备的布局中，已证明是不利的是，在第一无线电小区中的通信连接的拆除和第二无线电小区中的通信连接的建立或者继续之间存在时间间隔，在该时间间隔中通信连接暂时被中断，并且在该时间间隔期间不能向通信终端设备或者由通信终端设备传送有用数据。这种暂时的中断在大多数情况下被认为是干扰。所描述的缺点同样适用于在不同的网络之间的过渡，例如适用于在私有(W)LAN和公共GSM网络之间的“切换(Handover)”。

这些缺点在现有技术中通常通过以下方式来克服，即通信布局的各个无线电小区彼此同步地运行。例如，从固定网络向移动通信终端设备传送的有用数据于是至少在切换的时刻由所有无线电小区同时“并行地”传输，使得在切换时不会由于子通信连接(通常也称为有用数据流)的拆除或建立而出现传输间歇。然而，这种处理方式的缺点是增加的网络负载以及以下问题，即多个无线电基站(接入点)必须同时被供应相同的有用数据(复制的有用数据流)。在大多数情况下，这只能在具有少量的、优选地由相同的网络节点所控制的无线电小区的布局中实现，并且因此通常只在较小的私有“无线”布局中这样做。

现在，越来越多地使用不同步的无线电网络、例如基于无线电的根据IEEE 802.11的“WLAN”数据网络。对于非实时通信、即对于传统的数据传输来说，在无线电小区的切换期间的短的传输间歇大多能够被容忍，而对于实时通信、即例如对于语音数据传输(VoIP＝Voice-over-Internet-Protocol，IP承载语音)来说中断是使用舒适性的损害。该问题通过将在无线电小区切换时的中断保持尽可能短而被最小化。为此，目前也在研究新的标准，例如IEEE 802.11R“快速漫游(Fast Roaming)”/“快速切换(Fast Handoff)”。通过“切换”过程(无线电小区的切换)的加速，通信连接的损害在此虽然可以被减小，然而并不能被完全消除。这特别是在无线电小区的多次切换的情况下适用，其中传输时间延迟(“Delay”)累积，或者语音数据流的分段(片段)必须被丢弃，以便不超过适当的总延迟时间。

因此，本发明的任务在于，使在通信连接期间在连接路径切换时的损害最小化。

该任务对于方法来说通过独立权利要求1的特征来解决，并且对于通信终端设备来说通过独立权利要求10的特征来解决。

该解决方案规定了一种用于在第一和第二传输路径之间切换时输出有用数据流的方法，其中在接收机中在第一传输路径的第一子有用数据流的接收结束和第二传输路径的第二子有用数据流的接收开始之间切换时出现有用数据流的接收间歇，并且其中有用数据流在接收机侧被输出。在此，在输出有用数据流时，用附加的有用数据来填充接收间歇，其中该附加的有用数据根据以前通过第一传输路径所接收的第一子有用数据流来生成。通过使用该方法，对于接收机来说几乎或者完全没有干扰地实现从第一传输路径、例如第一无线电小区向第二传输路径、例如第二无线电小区的切换。干扰间隙(人工产物)通过该方法来填充，使得对于接收机来说在任何时候都能够连续地输出有用信号。

该任务的解决方案此外还规定了一种用于接收和输出有用数据流的通信终端设备，其中有用数据流能够从第一连接被切换到第二连接上。在此，该通信终端设备装备有用于生成附加的有用数据的生成装置，并且该通信终端设备配备有用于将附加的有用数据与通过第二连接所接收的有用数据流加权相加的混合装置。通过使用这种通信终端设备，在例如在两个无线电小区之间切换通信连接时，有用数据流中的“空隙”被填充。在此，该“空隙”是由于延迟而出现还是由于有用数据流的部分(数据分组)丢失而出现是无关紧要的。通过附加的有用数据与所接收的有用数据流的加权相加来保证“软”过渡，其中特别是可以使用用于保持恒定的信号能量的加权。由于避免了波动的平均信号能量，所以在接收机中避免了干扰(Irritation)。

该方法通过从属权利要求2至9的特征有利地被进一步改进。其中所描述的特征和优点按意义也适用于根据本发明的通信终端设备。该通信终端设备通过从属权利要求11至14的特征有利地被进一步改进，其中它们的特征和优点按意义也可以应用于根据本发明的方法。

当通过在时间上延伸第一子有用数据流的至少一部分来生成附加的有用数据时，在接收机或用户处减少或者避免了干扰。由此，与用噪声信号等来填充时间空隙、即接收间歇的不过能够简单实现的替代方案不同，在切换时，用有用数据来填充时间空隙，这些有用数据大部分来自第一子有用数据流并且因此在理想情况下具有真正的信息内容。

当在接收间歇之后输出时在过渡时间间隔内输出由附加的有用数据和第二有用数据流所组成的数据流时，形成“软”过渡，该过渡通常是觉察不到的并且由此接收机主观地认为没有干扰。在此有利的是，为了生成所组成的有用数据流，附加的有用数据以第一可变因子来加权，并且第二有用数据流以第二可变因子来加权，其中第一和第二可变因子的平方和分别至少是几乎恒定的。由此保证尽可能恒定的信号能量，其中该对于过渡来说恒定的信号能量有利地对应于第一子有用数据流的平均信号能量。也即在切换时相移(对相移人耳不太敏感)可能在受限制的程度上出现，而信号能量波动、也即幅度波动(对其人耳敏感)部分地或者完全地被避免。因此得到传输路径之间的主观上令人愉快的、通常察觉不到的切换。

由于“填充”接收间歇，所以对于第二子有用数据流来说产生延迟(相移，Delay)。该延迟可以通过以下方式来补偿，即在输出被完全切换到第二子有用数据流上之后，第二子有用数据流在时间上一直被压缩，直到由于接收间歇而出现的延迟被补偿为止。在多次切换传输路径之后，这是特别有利的，因为否则在此情况下分别出现的接收间歇(延迟)相加(累积)并且因此导致增大的质量损失。

当语音连接(VoIP连接)的数字音频信号被用作有用数据流时，产生特别常见的应用情况。在这些情况中，也可以将未在语音数据传输方面被优化的蜂窝通信网络(例如LAN/WLAN布局)用于实时通信连接。在此，接收机的移动性有利地通过以下方式来给出，即，将无线电连接用于至少一个传输路径。在此，该方法也可以有利地被用于不均匀的结构，在这些结构中混合地交替使用有线的以及基于无线电的传输路径。当多小区无线电网络的第一无线电小区被用作第一传输路径并且第二无线电小区被用作第二传输路径时，产生另一重要的应用情况，其中为了无线电连接从第一无线电小区向第二无线电小区的转接而使用切换。在此，特别是不同步的无线电小区布局在实时通信中具有的缺点被减少或者甚至完全被避免。

为了实施上述方法，有利地使用根据本发明的通信终端设备，其中该通信终端设备具有生成装置，用于实现尽可能察觉不到的切换过程，该生成装置被设立用于延伸通过第一连接所接收的有用数据流。通过这种方式，用“有意义的”有用数据来填充接收间歇。当该通信终端设备具有用于在时间上压缩通过第二连接所接收的有用数据流的装置时，在此情况下所出现的总延迟(Delay)又可以由该通信终端设备来补偿，其中该装置一直在时间上压缩第二子有用数据流，直到由于接收间歇而出现的延迟又被补偿为止。

当该通信终端设备具有用于检测通过第一连接所接收的有用数据流中和/或待发送的有用数据流中的语音间歇的检测装置时，在输出有用数据流时的损害被进一步减小，其中该检测装置被设立用于借助所检测到的语音间歇控制切换的时间点。由此，切换可以被“推移”到总归经常出现的语音间歇之一中，使得进一步减小可听到的损害的概率。在较长的持续时间内不具有语音间歇或者其它信号间歇的有用数据流的情况下，此外可以例如通过有用数据流的“软的”短时间的衰减而“人工地”生成这种间歇，其中在该短时间的衰减期间进行传输路径的切换。

该通信终端设备进一步有利地包括用于确定参数的控制装置，这些参数确定在相加时附加的的有用数据的权重和/或通过第二连接所接收的有用数据流的权重。通过这种方式保证，在接收机中输出具有尽可能恒定的信号能量的有用数据流，其中在接收机中的干扰通过波动的信号能量(“音量”)来避免。

根据本发明的方法的实施例在下面借助附图来阐述，其中这些附图同时用于阐述根据本发明的通信终端设备。

其中：

图1以示意图示出一种通信布局，其中移动通信终端设备在两个无线电小区之间切换，

图2以示意图沿着时间轴示出两个子有用数据流的有用数据分组，并且

图3以示意图示出一种通信终端设备，该通信终端设备被设立用于在所述两个子有用数据流之间切换。

在图1中示意性地示出了一种通信布局，在该通信布局中移动通信终端设备EG与固定的通信伙伴CP相连接。在此，通信伙伴CP通过未示出的通信节点连接到公共通信网络NW上，而移动通信终端设备EG通过无线电基站AP1、AP2(“接入点”)连接到通信网络NW上。无线电基站AP1、AP2分别供应无线电区域FB1、FB2(无线电小区)，其中无线电区域FB1、FB2具有共同的重叠的区域。

无线电基站AP1、AP2是异步多小区无线电网络、在这种情况下所谓的无线LAN(WLAN)的一部分。通信连接的有用数据在通信伙伴CP和通信终端设备EG之间至少在无线电基站AP1、AP2和通信终端设备EG之间的子线路上分别根据因特网协议(TCP-IP，UDP-IP)分组交换地传输。

在该实施例的范围内假设，通信终端设备EG在现有的通信连接期间应该从无线电区域FB1切换到无线电区域FB2中，这在图1中借助箭头来象征性地表示。

通信伙伴CP和移动通信终端设备EG之间的通信连接除了(在此不考虑的)信令消息之外还包括双向的有用数据流，其中在该实施例的范围内应只考虑从通信伙伴CP朝移动通信终端设备EG方向的有用数据流。在此，通信终端设备EG首先在无线电区域FB1中由无线电基站AP1在第一连接中通过第一子有用数据流A来供应，并且在切换之后在无线电区域FB2中由无线电基站AP2在第二连接中通过第二子有用数据流B来供应。在通信终端设备EG处于无线电区域FB1、FB2的重叠区域中期间，执行该切换。

在无线电区域FB1、FB2中所使用的无线电技术是针对非实时通信所优化的，即在从一个无线电小区切换到相邻的无线电小区中时，虽然可能出现时间“空隙”(延迟)，但是在这种情况下没有有用数据或有用数据分组丢失。然而，代替在此所考虑的WLAN无线电网络，替代地也可以使用针对实时通信连接所优化的传输方法。在这种方法中，由于传输时间优化的原因，通常不进行有用数据分组的接收确认(例如UDP协议)。在这种情况下，于是可能出现，特别是在无线电小区的切换时，有用数据分组丢失或者这样延迟到达接收机，使得这些有用数据分组不再能够被考虑(再现)。因此，在此情况下也可能出现时间间隙，这些时间间隙不仅可能是由延迟引起的，而且也可能是由数据丢失引起的。

在图2中示意性地在时间轴T上示出了子有用数据流A、B，其中子有用数据流A、B具有用正方形示出的带有数字化音频信号(音频数据)的数据分组n、n+1、n+3、n+4，这些数据分组由通信伙伴CP向移动通信终端设备EG传送。在时间点T1，启动从第一子有用数据流A向第二子有用数据流B的切换，其中在时间点T1之后不通过子有用数据流A将另外的数据分组传送给通信终端设备EG。因为在时间点T2之后下一个用正方形示出的数据分组n+2、n+3、n+4才到达通信终端设备EG，所以产生接收间歇，该接收间歇用附加的有用数据来填充。在当前情况下是这样的，使得最后通过子有用数据流A到达的、存在于接收数据缓冲器中的数据分组n、n+1如此在时间上被延伸，以致得到新的数据分组，这些数据分组在其侧部分地由原始传输的数据分组n、n+1的内容构成，并且部分地由人为地生成的附加的信息构成，这些信息例如由回波信号部分和由内插的有用数据值构成。用于“延伸”数字化音频信号的方法在现有技术中、例如在官方申请号为103 27057.4的德国专利申请中已充分公开。一种简单的替代方案是输出“着色的”噪声信号，该噪声信号在其频谱方面应该对应于事先接收的有用数据的平均频谱。

附加的数据分组在图2中借助具有标记n+2、n+3的三角形来标识。从时间点T2开始，通过子有用数据流B接收“实际的”有用数据分组n+2、n+3、n+4，其中这些数据分组也被缓存在接收数据缓冲器中，并且随后被输出。也即在时间点T2在再现时在附加的数据分组n+2、n+3(借助三角形示出)和新接收的(用正方形示出的)数据分组n+2、n+3、n+4之间切换。

为了“更软地”构造过渡，在T2和T3之间的过渡时间间隔中输出混合信号，其中第一子有用数据流A的数据分组以可变的因子C₁来加权(相乘)并且子有用数据流B的数据分组以可变的因子C₂来加权(相乘)。在此，因子C₁、C₂的信号曲线是严格单调下降或者上升的。因子C₁、C₂的平方和在此应该在任何时间点都至少近似得到恒定值(在标准化的系统中为值1)，使得避免最后再现的输出信号的信号能量的跳跃。

有利地，前面描述的过程在语音间歇中进行。在此，利用：相对长的时间窗可供用于切换，在该时间窗中两个无线电区域FB1、FB2中的每一个都可以可靠地供应通信终端设备EG。

在图3中以示意图示出了通信终端设备EG的最重要的功能块。在此，所生成的语音数据(在此象征性地示出麦克风M作为生成元件)根据开关位置0、1通过第一传输路径A或者通过第二传输路径B被引导。另一方面，通信终端设备EG也被设立用于接收子有用数据流A、B。控制装置“Control(控制)”包含用于监视有用数据流中的语音活动的检测装置VAD(“Voice Activity Detection(语音活动检测)”)以及用于控制切换过程的逻辑装置“handover(切换)”。作为结果，控制装置“Control”确定转换(即切换)的时间点S和在每一时刻因子(参数)C1、C2的值。此外，控制装置“Control”生成(在此未被示出的)用于控制信号延伸装置TS_h和信号压缩装置TS₁的控制信号x、h。到达的子有用数据流A首先通过作为生成装置的信号延伸装置TS_h，并且随后以因子C₁被加权，而子有用数据流B的有用数据以因子C₂被加权。所得到的两个信号在混合装置“+”中被相加，被输送给受控制装置Control控制的信号压缩装置TS₁，并且随后通过扬声器L输出。在此，要说明的是，控制装置“Control”不必是终端设备EG的一部分，而是也可以也以“分布式”形式被布置在通信布局的另一个实体(组件)中。