CN101449465B - 与信道解码有关的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信道解码并且提供了用于数据帧的改进信道解码的方法和装置。所述帧已经被信道编码并被传送到接收器(3a)。所述帧包括具有对接收器未知的信息的部分(51，53)以及具有接收器为其生成至少一个预测其信息内容的数据假设的另一部分(54，55)。所述接收器对所接收的编码帧执行基于假设的解码(149)，其中所述至少一个数据假设被用于提高成功解码的概率。本发明可以被有利地用来改进对包含具有填充位的短控制消息——例如确认消息(17)——的帧的解码。

Description

与信道解码有关的方法和设备
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及该领域中与信道解码有关的部分。
背景技术
例如，在数据通信和电信通信中，经常要在受到某类干扰的信道上传送信息。如果没有在接收方成功接收到信息，则信息必须被重传。当然，优选地，如果通信资源得以高效利用，则这是可以避免的。为了提高成功接收信息的概率，已经开发了各种技术。例如，使用接入或调制方案、信道编码、交织等的适当选择。
以上尤其适用于通过无线电信道执行通信的无线通信中，原因在于对于无线电信道存在许多形式的干扰，例如各种形式的衰落、干扰、噪声等。
例如，在GSM(全球移动通信系统)中，使用无线电信号在移动站(MS)和基站(BS)之间传送信息。若干逻辑信道被定义以便支持不同类型信息的传输。通常，逻辑信道被划分为业务信道和控制信道。业务信道承载诸如语音之类的用户数据，而控制信道承载系统所使用的例如用于建立呼叫的信息。在发射器中对每个逻辑信道进行编码和调制并且通过使用无线电信号来发送。所述编码包括诸如卷积编码之类的信道编码和交织以保护信息免受影响无线电信道的干扰。在接收器处，对无线电信号进行解调并接着针对每个逻辑信道对其进行解码。
为了进行适当操作，对不同信道之间的信道编码和交织的设计进行均衡是很重要的。例如，如果控制信道的编码太弱，则即使例如语音被正确解码，呼叫也可能由于不良(bad)接收而掉线(drop)。例如，当在GSM系统中引入自适应多速率(AMR)语音时会出现这种情况。AMR是改进的语音编码，其增加了容量和/或覆盖。当语音编码被改进时，控制信道就成为系统的瓶颈。
当与移动站的连接的职责从当前的服务基站转换到新的服务基站(该过程被称作移交或切换)时会出现特别的困难。当移动站将要释放与一个小区中当前服务基站的连接时，所述连接必须被快速转换到相邻小区中新的服务基站。实现移交所需的通信在控制信道上被发送。首先，通过使用测量报告不断向基站控制器(BSC)通知当前小区和相邻小区的接收特性。在某一时间点，BSC决定应当进行移交并经由服务基站向移动站发送移交命令。移动站接着以确认进行回复。移交命令通常很长以至于要在若干帧中发送，并且每个成功接收的帧都必须接着被确认。如果服务基站未能对所发送的确认进行解码，则要进行不必要的重传。这延长了移交过程的持续时间，并由此增加了连接丢失的概率。
在GSM标准的较新版本中，已经针对控制信道做了一些改进(“移动站-基站系统(MS-BSS)接口；数据链路(DL)层规范”，3GPPTS 44.066，V6.3.0)。对于移交命令而言，移动站能够将原始传输与重传进行合并以便提高移交命令的成功解码的概率。相对于来自移动站的测量报告，这同样适用于BS。然而，上述关于确认的困难依然存在。
发明内容
本发明致力于提供可以被用来克服上述缺陷中的至少一个的方法和装置。
根据本发明的一个方面，通过提供用于对所接收的信道编码帧进行信道解码的方法来解决上述问题。所接收的信道编码帧是通过对包括至少第一部分和至少第二部分的帧进行信道编码而生成的，所述第一部分具有对接收方未知的信息，所述第二部分具有能够为其生成至少一个数据假设(hypothesis)的信息。依据该方法，为所述帧的第二部分生成至少一个数据假设。对所接收的信道编码帧执行基于假设的信道解码，其中所述至少一个数据假设被用来增加成功解码的概率。
根据本发明的另一方面，通过提供用于对所接收的信道编码帧进行信道解码的信道解码装置来解决上述问题。所接收的信道编码帧是通过对包括至少第一部分和至少第二部分的帧进行信道编码而生成的，所述第一部分具有对接收方未知的信息，所述第二部分具有能够为其生成至少一个数据假设的信息。所述装置包括基于假设的部分，其适于通过使用为所述帧的第二部分所生成的至少一个数据假设对所接收的信道编码帧执行信道解码，以便增加成功解码的概率。
根据本发明的再另一个方面，通过提供用于无线通信系统的节点来解决上述问题，其中所述节点包括上述装置。
本发明的一个优势是其提供了对所接收的信道编码帧的改进的信道解码。这尤其适用于包含大部分填充位或已知或“几乎已知”信息的帧。根据本发明的改进的信道解码可以被有利地应用于以上所提到的在移交过程期间从移动站发送到基站的确认，由此减少了丢失连接的风险。
附图简述
图1是图示出GSM系统的一部分的框图。
图2是图示出用于GSM系统中的确认的帧结构的示图。
图3是图示出用于传送图2的帧的常规设备链的框图。
图4是图示出用于接收从图3的设备链所传送的信号的常规设备链的框图。
图5是图示出中间信道编码帧的示图。
图6是图示出信道编码帧的示图。
图7是图示出根据本发明实施例的信道解码装置的框图。
图8是图示出根据本发明实施例的信道解码装置的框图。
图9是图示出根据本发明实施例的用于信道解码的方法的流程图。
详细描述
现在将参考附图使用示例性实施例对本发明进行描述。接下来，针对GSM系统来描述本发明。然而，这仅仅是为了提供清楚和容易理解的例子，并且本发明并不局限于在GSM系统中使用或在无线系统中使用。
图1是GSM系统1的一部分的框图并且图示了可在其中有利地应用本发明的情形。作为示例，基站控制器(BSC)7连接到两个基站(BS)3a和5a，这两个基站在各自小区3b和5b中提供无线电覆盖。BSC 7还连接到移动服务交换中心(MSC)9，其提供转换能力以及到系统其余部件(未示出)的连接。移动站(MS)11当前由BS3a服务。MS 11定期地对与当前服务BS 3a和相邻小区5b的BS 5a相关联的各种接收特性进行测量。在图1的示例中，仅存在相邻的小区5b。然而，在一般情形中，当然可以有任意数目的另外小区以进行测量。所测量的接收特性在报告13中经由服务BS 3a被发送到BSC 7。在GSM系统中，使用慢速相关控制信道(SACCH)来发送这些报告13。BSC 7对所接收的报告13进行评估，并且在BSC 7中的某一点可以决定是执行从BS 3a到BS 5a的移交的时候了。当此发生时，BSC7经由BS 3a向MS 11发送移交命令15。在GSM系统中，使用快速相关控制信道(FACCH)来发送移交命令15。MS 11利用确认17对移交命令15进行回复，在GSM系统中所述确认是通过使用FACCH来发送的。移交命令15通常很长以至于必须划分到若干帧中。当此发生时，MS 11在接收到移交命令15的每个帧后发送确认17。该移交过程在标准文档3GPP TS 44.018，V7.3.1，3.4.4中被更为详细地描述。
在GSM系统中，根据FACCH与哪种类型的业务信道(TCH)相关联，存在FACCH的若干变体：
-FACCH/F，其与TCH/F相关联
-FACCH/H，其与TCH/H相关联
-E-FACCH/F，其与E-TCH/F相关联
-O-FACCH/F，其与O-TCH/F相关联
-O-FACCH/H，其与O-TCH/H相关联
这些FACCH的变体都可在以上所述的移交过程中使用。
图2是图示出用于如GSM标准中所指定的确认17的帧格式的示图。所述帧包括23个八位组(octet)，每个八位组由8位信息构成。前三个八位组依次是地址字段、控制字段和长度指示器字段。出于确认的目的，使用控制字段。其他20个八位组仅仅是填充位而没有任何特定意义。图2的帧结构在GSM中被用于其中没有实际信息字段的所有帧。
现在参考图3，其是图示出可用于在FACCH上从MS 11向BS 3a传送图2的确认帧的常规设备链的典型示例的框图。所述帧首先被信道编码，在此以三个步骤来执行信道编码。
首先，对所述帧应用外部信道编码，其为所述帧提供用于检错和纠错的冗余信息。在图3中和在GSM标准中，所述外部信道编码由法尔(FIRE)编码器21执行，其为所述帧提供循环冗余校验(CRC)。根据GSM标准，法尔编码器21根据指定的生成多项式进行操作：
g(D)＝(D23+1)*(D17+D3+1)
通过在描述对法尔编码器21的输入序列的多项式与多项式g(D)之间执行多项式除法并取余数位的逆而生成CRC。
第二，所述信道编码包括内部编码，其在图3中和在GSM标准中由卷积编码器25来执行。在卷积编码器25中，将输入序列相对于脉冲响应的数目进行卷积，并且随后对这些卷积的结果进行复用。GSM标准规定了1/2速率1/6速率的卷积编码器。1/2速率的卷积编码器与FACCH/F、FACCH/H和E-FACCH/F一起使用，并且其操作基于生成多项式：
G0(D)＝1+D3+D4
G1(D)＝1+D+D3+D4
1/6速率的卷积编码器与O-FACCH/F和O-FACH/H一起使用，并且其操作基于生成多项式：
G4(D)＝1+D2+D3+D5+D6
G4(D)＝1+D2+D3+D5+D6
G5(D)＝1+D+D4+D6
G5(D)＝1+D+D4+D6
G6(D)＝1+D+D2+D3+D4+D6
G7(D)＝1+D+D2+D3+D6
生成多项式原则上仅仅是描述卷积编码器25的脉冲响应特性的简便方式。例如，G5(D)对应于脉冲效应序列h＝{110101}。
在法尔编码器21和卷积编码器25之间设置单元23。单元23向来自法尔编码器21的输出添加尾部位。尾部位(通常为0)被提供以用已知的方式终止卷积编码器21，这是进行适当解码所必需的。
信道编码的第三步骤在删截(puncturing)单元27中执行，所述删截单元27对来自卷积编码器25的输出执行删截。删截是这样的过程，其中有选择地移除数据位以便与信道编码过程所产生的编码速率相适应。根据GSM标准，仅对O-FACCH和O-FACCH/H执行删截，而不对FACCH的任何其他变体执行删截。
图5是图示出构成尾部位追加(appending)单元23的输出以及卷积编码器25的输入的中间编码帧的示图。除了地址、控制和长度指示器字段51、53和54以及填充位55之外，所述中间帧包括法尔编码器21所生成的CRC字段57和单元23所生成的尾部位字段59。图中指示了中间帧的每个部分的位数。尾部位的数目依赖于是使用1/2速率的卷积编码器(4个尾部位)还是使用1/6速率的卷积编码器(6个尾部位)。通常，尾部位的数目应当对应于卷积编码器25所使用的最高阶生成多项式的阶数。
图6是图示出构成来自卷积编码器25的输出的编码帧的示图。所述编码帧包括字段61，所述字段61包含编码的地址和控制字段51和53。所述编码帧还包括字段63，所述字段63包含长度指示器字段54的第一编码部分。字段63包括长度指示器字段54中依赖于控制字段53中的信息的那些编码位。在本例中，当使用1/2速率的卷积编码器时，长度指示器字段54的前4位的编码依赖于控制字段53，并且字段63在这种情况下由8位构成。在1/6速率的卷积编码器的情况下，长度指示器字段54的前6位的编码依赖于控制字段53，并且字段63将由36位构成。所述编码帧还包括字段65，所述字段65包含长度指示器字段54的第二编码部分以及编码填充位55。所述编码帧还包括包含编码CRC字段57的字段67和包含编码尾部位59的字段69。对于1/2速率的卷积编码器和1/6速率的卷积编码器这二者，图中示出了所述编码帧中每个指示字段中的位数。因此，对于1/2速率的卷积编码器，编码帧由456位构成，并且对于1/6速率的卷积编码器，编码帧由1380位构成。当使用删截时，GSM标准规定了从编码帧中移除12位，由此产生1368位。
来自删截单元27的输出(或者当不使用删截时来自卷积编码器29的输出)被输入到单元29，所述单元29执行交织和突发映射。来自单元29的输出被输入到单元31，所述单元31执行加密和调制。来自单元31的经加密和调制的信号被提供给无线电发射器33，其将所提供的信号作为无线电信号传送至服务BS 3a。
现在参考图4，其是图示出可在服务基站3a中使用以便在FACCH上接收从MS 11发送的确认17的常规设备链的典型示例的框图。图4中的设备链的设计和操作借鉴图3中的设备链的设计和操作。因此，提供了从无线电发射器33接收无线电信号的无线电接收器35。无线电接收器35将无线电信号转换为数字基带信号。单元37被连接到无线电接收器35并且适于接收数字基带信号。单元37对数字基带信号进行解调和解密。单元37的操作产生所谓的软信息，即与每个传送位是“0”还是“1”的概率相对应的信息。在单元39中对软信息进行进一步处理，所述单元39执行突发解映射和解交织。在确认17在O-FACCH/F或O-FACCH/H上被传送的情况下，在解删截(depuncturing)单元41中通过向那些由删截单元27移除的位插入0而执行解删截。图4的设备链最后包括卷积解码器43和法尔解码器45。卷积解码器43接收与图6的编码帧的相对应的软信息。卷积解码器例如通过使用公知的维特比(viterbi)算法来执行卷积解码。来自卷积解码器43的输出被输入到法尔解码器45，其使用CRC来执行附加的检错和纠错。
现在再次参考图2。在图2的确认帧的情况下，长度指示器字段(第三个八位组)的第一位总是被设为1，并且该字段的其余位总是被设为0。根据GSM标准，用于确认帧的由“00101011”或“11111111”所构成的所有填充位八位组由MS 11在FACCH上发送到服务BS 3a。因此，仅有最初的两个八位组(地址和控制字段)对于接收BS 3a是未知的。所述帧的其余部分是已知或“几乎已知”的。因此，可以针对所述帧非未知的部分创建一个或多个数据假设。在这种情况下，能够进行两个假设，对于填充位的上述两种可能性的每一种有一个假设。根据本发明，建议创建这样的数据假设并且使用它们来改进信道解码过程。
现在参考图7，其是图示出根据本发明实施例的信道解码装置的框图。图7的装置可以被用来替代图4中的卷积解码器43和法尔解码器45。图7的装置包括常规部分和基于假设的部分。常规部分包括卷积解码器81和法尔解码器83，其以与图4中的卷积解码器43和法尔解码器45相同的方式进行操作。评估单元85被连接到法尔解码器83。评估单元85评估常规部分中的信道解码是否成功。如果不成功，则评估单元85启动在所述装置的基于假设的部分中的信道解码。该部分包括卷积解码器87，其适于对与编码的未知地址和控制字段61以及长度指示器字段63的第一编码部分相对应的软信息进行卷积解码。卷积解码器87通过出于对字段61进行卷积解码的目的而将上述已知长度指示器字段54的第一部分用作尾部位来使用数据假设。基于假设的部分还包括卷积解码器89，其被安排用于对编码CRC和编码填充位(即与字段67和69相对应的软信息)进行解码。为了使得解码有效，卷积解码器89必须具有已知的始状态。卷积解码器89使用上述用于填充位的第一数据假设来确定该始状态。特别地，第一数据假设所指定的填充位的最后部分被用来确定始状态。确定始状态所必需的填充位的位数与终止卷积编码所必需的位数相同，即与尾部位字段59中的位数相同。字段59中的尾部位被用作卷积解码器89的尾部位。合并(merge)单元91被连接到卷积解码器87和89。合并单元91被安排用于根据第一数据假设将地址和控制字段的解码位以及CRC的解码位与长度指示器字段和填充位进行合并。合并位被提供给法尔解码器92，其对合并位执行检错和纠错。检查单元93是可选的，其被连接到法尔解码器92。检查单元93检查第一数据假设的位都尚未被法尔解码器92改变。由于假定这些位是已知的，所以它们不应因纠错而改变。检查单元93由此具有降低没有检测到任何解码错误的概率的好处。由于在本例中，存在两个数据假设，所以所述装置还包括用于通过使用第二数据假设进行基于假设的信道解码的装置。例如，如果基于第一数据假设的解码失败，则可以由评估单元85启动通过使用第二数据假设进行的信道解码。可替换地，基于第二数据假设的信道解码可以与基于第一数据假设的信道解码并行执行。因此，所述装置还包括执行与卷积解码器89、合并单元91、法尔解码器92和检查单元93相同的功能但是使用第二数据假设而不是第一数据假设的卷积解码器99、合并单元101和法尔解码器102和检查单元103。所述装置的常规部分是可选的，但是具有还能够在基于假设的信道解码无法使用或不切实际的情况下被使用的好处。
现在参考图8，其是图示出根据本发明另一实施例的信道解码装置的框图。图8的装置可以被用来替代图4中的卷积解码器43和法尔解码器45。图8的装置包括常规部分和基于假设的部分。常规部分包括卷积解码器111和法尔解码器113，其以与图4中的卷积解码器43和法尔解码器45相同的方式进行操作。评估单元115被连接到法尔解码器113。评估单元115评估常规部分中的信道解码是否成功。如果不成功，则评估单元启动在所述装置的基于假设的部分中的信道解码。基于假设的部分包括两个分支，对于上述每个数据假设有一个分支。第一分支使用第一数据假设并且包括数据插入单元117。数据插入单元117首先对长度指示器字段和如第一数据假设所指定的填充位执行卷积编码。数据插入单元117接着利用插入单元117所执行的与上述长度指示器字段的第二部分和填充位的编码相对应的编码结果来替代与编码帧的字段65相对应的软信息。注意，与字段63相对应的软信息不能被替代，原因在于该信息依赖于控制字段53中的未知信息。因此，由于软信息被“硬”信息所替代，所以增加了成功解码的概率-当然假定第一数据假设是正确假设。第一分支还包括连接到数据插入单元117的卷积解码器119。卷积解码器119对数据插入单元117所输出的信息执行卷积解码，并且来自卷积解码器119的输出被提供给法尔解码器，所述法尔解码器根据CRC执行检错和纠错。第一分支还包括检查单元123，其是可选的。检查单元123检查来自法尔解码器121的与第一数据假设的位相对应的任意输出位是否已经因法尔解码器121所执行的纠错而改变。由于假定这些位是已知的，所以它们不容许在纠错期间改变。检查单元123由此具有降低没有检测到任何解码错误的概率的好处。所述装置的基于假设的部分的第二分支包括数据插入单元127、卷积解码器129、法尔解码器131和检查单元133(可选)。第二分支执行与第一分支相同的功能，但是使用第二数据假设而不是第一数据假设。例如，如果第一分支中的信道解码失败，则可以由评估单元115启动第二分支中的信道解码。可替换地，第二分支中的信道解码可以与第一分支中的信道解码并行执行。所述装置的常规部分是可选的，但是具有还能够在基于假设的信道解码不能使用或不切实际的情况下被使用的好处。
现在参考图9，其是图示出根据本发明实施例的用于对所接收的信道编码帧进行信道解码的方法的流程图。在开始141之后，在块143执行常规解码(可选)，即不是基于假设的解码。在块145，确定常规解码是否成功。如果是，则所述方法在块157停止。如果不是，则在块147为所述帧的一部分生成数据假设。在块149，通过使用所生成的数据假设执行基于假设的信道解码，以便提高成功解码的概率。例如，所述基于假设的信道解码可以包括结合图7和8所描述和指示的任意数目的技术。在块151，确定基于假设的信道解码是否成功。如果是，则所述方法在块157停止。如果不是，则在块153确定是否已经使用了所有可用的数据假设。如果还剩余至少一个可用的数据假设，则所述方法返回块147。由此重复该过程直至基于假设的信道解码已经成功，或者所有可用的数据假设已经被使用而没有实现成功的信道解码，在后一种情况下，在所述方法在块157停止之前在块155通知失败。
以上已经通过使用各个实施例对本发明进行了描述。然而，这些实施例仅仅是如何实施本发明的示例，而本发明所提供的保护范围由权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种用于对所接收的信道编码帧进行信道解码的方法，所接收的信道编码帧是通过对包括至少第一部分(51，53)和至少第二部分(54，55)的帧进行信道编码而生成的，所述第一部分具有未知信息内容，所述第二部分具有能为其生成至少一个数据假设的信息内容，所述第一部分后面是所述第二部分，所述方法包括以下步骤：
a)为所述帧的所述第二部分生成(147)至少一个数据假设；和
b)使用所生成的至少一个数据假设对所接收的信道编码帧进行信道解码(149)以增加成功解码的概率，
所述方法的特征在于所述帧的所述信道编码包括卷积编码，并且其中步骤b)包括对所接收的编码帧中的未知信息(61，63)的卷积解码，其中为了提供用于所述未知信息的所述卷积解码的尾部位而使用所述至少第二部分(54，55)的第一部分(54)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤a)和b)重复至少一次。
3.如权利要求1所述的方法，其中重复所述步骤a)和b)直至实现成功的信道解码(151)或已经使用了所有可用的数据假设(153)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述未知信息包括字段(61)，所述字段(61)包含所述帧的所述第一部分的编码版本。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述帧的所述信道编码包括提供用于检错和/或纠错的冗余信息，并且其中步骤b)包括使用所述冗余信息执行检错和/或纠错。
6.如权利要求5所述的方法，其中步骤b)包括检查在与所述帧的所述第二部分(54，55)相对应的解码信息与所述至少一个数据假设之间是否存在任何不同。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述帧是用于对在移动站中接收到从基站传送到所述移动站的移交命令进行确认的确认帧。
8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法在GSM系统中执行。
9.一种用于对所接收的信道编码帧进行信道解码的信道解码装置，所接收的信道编码帧是通过对包括至少第一部分(51，53)和至少第二部分(54，55)的帧进行信道编码而生成的，所述第一部分具有未知信息内容，所述第二部分具有能为其生成至少一个数据假设的信息内容，所述第一部分后面是所述第二部分，所述信道解码装置包括基于假设的单元，所述基于假设的单元适于通过使用为所述帧的所述第二部分生成的至少一个数据假设对所接收的信道编码帧进行信道解码，以便增加成功解码的概率，
所述信道解码装置的特征在于所述帧的所述信道编码包括卷积编码，并且其中所述基于假设的单元适于对所接收的信道编码帧中的未知信息(61，63)执行卷积解码以及为了提供用于所述未知信息的所述卷积解码的尾部位而使用所述至少第二部分(54，55)的第一部分(54)。
10.如权利要求9所述的信道解码装置，其中所述未知信息包括字段(61)，所述字段(61)包含所述帧的所述第一部分的编码版本。
11.如权利要求9至10中任一项所述的信道解码装置，其中所述帧的所述信道编码包括提供用于检错和/或纠错的冗余信息，并且其中所述基于假设的单元适于通过使用所述冗余信息执行检错和/或纠错。
12.如权利要求11所述的信道解码装置，其中所述基于假设的单元适于检查在与所述帧的所述第二部分(54，55)相对应的解码信息与所述至少一个数据假设之间是否存在任何不同。
13.如权利要求9至10中任一项所述的信道解码装置，其中所述信道解码装置还包括用于在不使用与所述帧有关的任何数据假设的情况下对所接收的信道编码帧进行信道解码的信道解码单元(81，83；111，113)。
14.一种用于无线通信系统的节点，所述节点的特征在于其包括如权利要求9至13中任一项所述的信道解码装置。
15.如权利要求14所述的节点，其中所述节点是基站(3a)。
16.如权利要求14或15中任一项所述的节点，其中所述节点是用于GSM系统的节点。
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