CN102281123B - 用于检测下行链路控制信息有效性的方法以及用于执行该方法的解码器和基带接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在电信用户设备中检测下行链路控制信息有效性的方法，并涉及一种设计来执行所示方法的解码器和基带接收机。避免错误地检测负载数据并对其进行错误理解的目标由以下步骤实现：反向编码维特比解码器的比特输出序列；从解码器的软比特输入序列中确定硬比特；确定真实接收比特的比特计数；将重编码的比特流与判决的硬比特流进行比较，并且计数失配的数量，从而获得错误计数；将定义为错误计数与比特计数之商的比特错误率与预定阈值比较；以及，即使负载的循环冗余校验给出正确的结果，如果所述比特错误率超过所述阈值，则作为无效拒绝该负载。

Description

用于检测下行链路控制信息有效性的方法以及用于执行该方法的解码器和基带接收机

技术领域

本发明涉及一种用于在电信用户设备中检测下行链路控制信息有效性的方法。本发明还涉及设计用来执行该方法的解码器和包括解码器的基带接收机。 

背景技术

LTE(长期演进)标准使用比率为1/3，约束长度为7的咬尾卷积码(tail biting convolutional code)，用于编码在物理下行链路控制信道(PDCCH)中发送出的控制信息。该消息受16比特循环冗余校验和(CRC)保护，该CRC与用户设备(UE)的媒体访问控制(MAC)标识符(ID)进行异或。由于控制信息很短，标准化机构已经挑选了咬尾，以节约6个尾比特，否则这6个尾比特将需要添加到消息中用于可靠解码。 

在发射机端，卷积编码的数据进行比率匹配。比率匹配表示一种交织和删余的技术，即，删除编码的比特，或者重复，即通过复制存在的比特来插入编码的比特中，以实现符合最佳帧格式的数据率。 

维特比(Viterbi)解码是用于最大似然(ML)序列估计的方法。维特比解码器为人所熟知用于为经过卷积编码的接收数据提供ML估计。通过前置所接收的码字的循环扩展，和后置码字的循环扩展，能够解码咬尾卷积码。3GPP接收机将计算出的CRC与接收的CRC进行异或，并将该结果与其自身的MAC-ID比较。仅当MAC-ID匹配时，接收机才评估负载。在每一LTE子帧，调制解调器必须做44次盲解码尝试，即，每1ms进行44次盲解码尝试。 

因为短长度的CRC仅提供十分弱的保护，所以存在尽管UE没有被寻址，而PDCCH也被检测到的相当高的可能性。US 2009/0257385A1(Arnaud Meylan等“Filtering semi-persistent scheduling false alarms”)提出了一种真实性检查，以滤除错误地检测到的有效PDCCH信息。 

如上所述，16比特CRC对错误地检测到负载数据并且将其错误地解释而言，提供较弱的保护。错误检测的PDCCH能够导致UE发射未经请求的信息。 

假设维特比解码器的输出序列是纯随机的，检测到错误的PDCCH的可能性是44/(2^16-1)。这转换为大概每1.5秒一次误测(falsepositive)。 

在包含在负载中的信息对于UE似乎是可信的情况下，即，其他参数位于其有效范围内的情况下，则该UE可能未经请求的发送帧。 

未经许可的帧传输降低了网络性能，因为该干扰可能与在调度的分配中正确发送的其他用户的帧相冲突。 

本发明的一个目标是寻找一种方法，以辨识正确检测的PDCCH和假定为正确但却是错误地检测的PDCCH，从而避免错误检测的负载数据并对其进行错误的理解。本发明更具体的目标是避免对于LTE中的PDCCH盲解码的误测。 

发明内容

本发明提供一种用于在电信终端中检测下行链路控制信息有效性的方法，该方法包括以下步骤：使用与发射端使用的类似的卷积编码器，对终端的基带接收机的维特比解码器的比特输出序列进行反向编码；从基带接收机的解映射操作的软比特输出序列中确定硬比特；对 于硬比特中的每一个，确定该硬比特源自的软比特是否是真实接收的比特，或者是在比率解匹配操作中在接收机处插入的，以获得真实接收比特的比特计数；将重编码的比特流与确定的硬比特流进行比较并且计算失配的数量，从而获得错误计数；确定作为错误计数与比特计数之商的比特错误率；将比特错误率与预定阈值比较；以及，即使负载的循环冗余校验给出正确的结果，如果比特错误率超过阈值也将假定该负载是无效的。 

通过选择足够低的阈值，误测概率实际上能降到零。这与其他依赖负载信息真实性检查的技术形成对比。然而，本发明允许另外利用其它技术。 

对于卷积反向编码，接收的码块的右边的循环扩展的最后6个比特可以用于初始化反向编码操作。 

本方法优选的实施例还包括对在发射机处在比率匹配操作中被省略的比特数量进行计数。本方法还可以包括针对省略的比特率来调节比特错误率阈值。 

根据本发明的另一个方面，提供一种维特比卷积解码器，其包括分支度量处理器、路径度量处理器、回溯存储器、回溯逻辑单元，以及有限状态机。根据本发明的解码器的特征在于其还包括：硬判决装置，该装置操作用来从到维特比解码器的软比特输入序列中确定硬比特；以及反向编码器与硬比特错误估计装置，其包括：反向编码器，其类似于在发射端使用的卷积编码器，并且操作用来反向编码回溯逻辑单元的比特输出序列；用于计数非删余比特数量以获得比特计数的装置；用于计数来自反向编码器的重编码比特流与来自硬判决装置的硬比特流之间失配的数量，以获得错误计数的装置；其中维特比卷积解码器操作用来提供比特计数和错误计数，用于对通过解码器输出的负载比特的额外的有效性检测。在一个实施例中，反向编码器使用反 向的用于编码的多项式。 

根据本发明的另一个方面，提供一种LTE基带接收机，其至少包括：均衡器，解映射器，比率解匹配器，如上所述的维特比卷积解码器，操作来在从解码器输出的负载上计算CRC校验和的循环冗余校验(CRC)模块，用于异或组合计算的CRC校验和与接收的校验和的异或门，以及匹配检测器，其操作用来比较异或门的输出和接收机的媒体访问控制(MAC)标识符，以检验由维特比卷积解码器解码的负载的有效性。解码器操作用来将比特计数和标识符错误计数转发到匹配检测器，而匹配检测器操作用来：确定作为错误计数和比特计数之商的比特错误率；将比特错误率与预定阈值比较；并且不管MAC标识符匹配结果如何，在比特错误率超过阈值的情况下，则作为无效拒绝该负载。 

在一个特别的实施例中，比率解匹配器操作用来以逆序产生比特的码块。在该情况下，维特比卷积解码器的反向编码器使用用于编码的非反向的多项式。 

所述的解决方案依赖于卷积码的结构，并且利用维特比解码器的纠错能力。除了评估CRC以显露MAC-ID，没有其他的负载信息被评估。如上所述，通过选择足够低的阈值，误测概率实际上能够降到零。该技术仅需要一些额外的计数器，比较器，以及用于缓冲硬判决比特和删余信息的小的缓冲器。 

附图说明

根据下面仅由示例给出的以及在其中将参考附图进行说明的优选实施例的详细描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中， 

图1示出LTE的比率为1/3的卷积编码器； 

图2示出已知的基带接收机链的一部分； 

图3示出用于约束长度为5的卷积码的栅状图； 

图4示出用于维特比解码的咬尾卷积码的扩展； 

图5示出传统维特比解码器的框图； 

图6示出图5的维特比路径度量处理器的框图； 

图7示出维特比蝶形操作； 

图8示出根据本发明的具有错误估计能力的维特比解码器的框图； 

图9示出具有反向3GPP LTE多项式的卷积编码器； 

图10示出包括错误估计的回溯单元；以及 

图11示出包括图8的维特比解码器的基带接收机链的一部分。 

具体实施方式

为了解释用于咬尾卷积码的维特比解码处理，使用了下面的模型和约定。 

在发射机端，要被编码的比特序列c_k被传递到卷积编码器。 

图1示出了如3GPP定义的使用多项式G₀＝133(八进制)，G₁＝171(八进制)，G₂＝165(八进制)的卷积编码器。在图1中显示的加法器表示异或操作。6个延时元件s0至s5每个保持一个比特。为了咬尾，利用负载的最后6比特来初始化延时元件。对于每比特c_k，卷积编码器分别产生三个输出比特d_k(0)至d_k(2)。这些输出比特进一步经历比率匹配和调制。 

在接收机中，首先对接收的符号进行均衡和解映射，解映射产生所谓的软比特，其包括接收比特为有效的可能性。在本描述中假设的格式使用表示接收到的逻辑1的正软比特值，表示逻辑0的负软比特值，以及表示对于逻辑1或逻辑0具有相等的可能性的零值。当然，对于不同的维特比解码器的实施方式，其他软比特表示也是可能的。本发明的新颖性与维特比解码器的实施方式无关。 

图2示出解映射之后的传统基带接收机链的一部分。在交给卷积解码器2之前，在1处，从解映射产生的软比特经历比率解匹配。对于卷积解码，维特比解码器是最常用的。维特比解码器是用于对卷积编码的数据进行解码的最优的解码器。 

维特比解码器利用卷积编码器中新插入的比特能够对输出比特产生的有限影响。在卷积编码器输入端处，一个比特的状态所影响的输出矢量的数量被称作是约束长度。用于解码LTE码的维特比解码器使用对应于卷积编码器中可能状态(s₀至s₅)的64个内部状态。仅允许在新比特中移动的卷积编码器的特定结构产生所谓的栅状图，其显示从一次特定迭代的一个状态到下次迭代的可能状态的可能的转移。维特比算法的迭代被称作格步骤(trellis step)。用于约束长度为5的卷积码的栅状图的示例显示在图3中。以二进制表示形式，在图3的左手侧给出了卷积编码器的状态，最低有效位在右侧。 

为了解码咬尾卷积码，如图4中所示，通过将该块最后的软比特前置到前端，而将该块最开始的软比特后置到后端，接收的码块首先进行左边和右边的循环扩展。 

图5示出了图2的传统维特比解码器2的框图。解码器2包括分支度量处理器21，其接收典型地为软比特的输入序列，并且计算所谓的分支度量。软比特输入序列包括多个比特，每个软比特代表一个接收的比特以及该比特被接收的可能性。典型地，选择软比特的两个的补数的表达形式，其中，其符号代表接收的比特，而其绝对值代表该比特被正确接收的可能性。对于如在LTE中使用的比率为1/3的卷积码，维特比解码器为每个格步骤消耗三个软比特。从每三个软比特中，分支度量处理器21为需要的格步骤计算所有8个可能的分支度量。 

然后分支度量被提交给路径度量处理器22，其计算从一个格步骤 到下一个的所有路径度量。 

图6示出图5的维特比路径度量处理器22的框图。维特比路径度量处理器22包括为每个格步骤保持所有路径度量的路径度量寄存器文件221，以及实际路径度量计算单元222。对于约束长度为7的卷积码，路径度量处理器具有保存所谓维特比状态的64个寄存器。路径度量计算单元222根据图7中给出的流向图来计算32个蝶形操作。 

对于n＝0、1、...、31的每个，对于蝶形操作的相应的分支度量是对之前格步骤的路径状态PM[n]和PM[n+32]的相加和相减，以对于当前的格步骤分别为每个路径度量计算出两个可能的候选项。最大的候选项被选择并用来更新路径度量寄存器文件中用于PM[2n]和PM[2n+1]的状态。候选项是从下分支或者从上分支中选择的判决产生判决比特。如图5所示，所有64个判决比特形成判决矢量，为每一个格步骤将该矢量记录在回溯存储器23中。 

继续参考图5，当最后的判决矢量被写进回溯存储器23时，即，全部输入序列已经被路径度量处理器处理之后，启动回溯处理。回溯单元24包括预先加载了假定的第一状态的状态寄存器。然后，从最后写进回溯存储器的判决矢量中读取属于该状态的比特。假定的状态仅能从格的下分支或上分支到达，即，状态m仅能从状态层(m/2)或者状态层(m/2)+32到达，层函数将实数映射到紧挨的较小的整数。如果判决比特是0，则上述假定状态是下方的状态，如果判决比特是1，则上述假定状态是上方的状态。新的假定状态被更新，并且判决比特被送进后进先出(LIFO)缓冲器。在这次迭代之后，通过重复之前的步骤，回溯单元24继续迭代地处理所有判决矢量。对于下一次迭代，回溯单元评估属于新假定状态的判决比特，该判决比特是回溯存储器23中下一个判决矢量的一部分。计算新的假定状态，并且将判决比特写进LIFO缓冲器。回溯单元24继续操作，直到处理了所有的判决矢量。模块21至24受有限状态机25控制。 

从理论可知，在回溯了一定量的迭代之后，有可能回溯单元已经在格中找到了最有可能的路径。报道的所谓收敛长度大概是码约束长度的5倍，即，对于LTE约束长度为7的卷积码，为了回溯单元找到最可能路径需要最多35次迭代。 

这就是为什么输入矢量的右边的循环扩展理想地应该跨越至少35次迭代。对于解码咬尾卷积码，属于右边的循环扩展的第一次回溯迭代的判决比特不需要发送到LIFO缓冲器。因此LIFO缓冲器能够被减小到原始接收的比率解匹配的卷积编码数据的最大长度。 

在LIFO缓冲器中的判决比特是逆序的解码输出序列。通过以逆序读出LIFO缓冲器，获得了作为维特比解码器2的输出的代表通过发射机发送负载的估计的输出序列。 

再次参考图2，接收机获得输出序列，并且如图2中在3处所见地，在负载上计算16比特CRC校验和。接收机使用与发射机相同的用于计算CRC的算法。在4处，接收机计算的校验和与接收的校验和进行异或，并且在匹配检测器5中将结果与MAC-ID比较。如上所述，对于随机接收的数据，尽管接收到无意义的数据，但是其结果与MAC-ID匹配的可能性很小。一种从真实的PDCCH中辨识这种误测的方法是对负载做真实性检查，即，检查内容是否有意义。但是，因为内容非常短并且高度压缩，所以仍然存在将误测解释为真实接收序列的可能性。 

本发明使用硬比特错误估计的原理，以获得额外的标准来区分误测和正确解码的PDCCH帧。 

图8示出了根据本发明的具有错误估计能力的维特比解码器8。维特比解码器8的模块81至85分别对应图5中所示传统维特比解码 器2的模块21至25。但是，根据本发明的维特比解码器8还包括硬判决模块86，在该模块中软比特被硬判决，并被提交给反向编码器与硬比特错误估计模块87，在该模块中，记录软比特以及有关该软比特是真实接收的比特或者是如图11中11所示在接收机中由比率解匹配模块插入的信息。以上面介绍的软比特的格式，硬比特相当于符号位反转的软比特。与比特是否经历解删余有关的信息能够或者作为软比特输入序列的附加信息被传送，或者能够通过在硬判决模块86中简单地将软比特与零比较而产生。反向编码器与硬比特错误估计模块87还接收回溯逻辑84的输出作为额外的输入。在模块87中，代表接收数据的ML估计的回溯信息被传递通过与在发射机端使用的相同的卷积编码器。 

为了最佳的性能，在负载之前，回溯逻辑84可以向模块87中的卷积反向编码器871输出右边的循环扩展的6个最后的比特，用于反向编码器内部状态的初始化。然后反向编码器与硬比特错误估计模块87将重新编码的比特流与硬比特流进行比较，并且当相应的硬比特流未解删余时，对不匹配的数量进行计数。出于统计的目的，并且作为检测误测标准的改良，也可以计数删余比特的数量。 

一种硬比特错误估计的实施变体可以是使用反向多项式来实施卷积反向编码器。3GPP LTE多项式G₀＝133(八进制)，G₁＝171(八进制)，G₂＝165(八进制)的反向多项式分别是G_0r＝155(八进制)，G_1r＝117(八进制)，G_2r＝127(八进制)。相应的卷积编码器在图9中示出。 

在这种情况下，能够在比特被发送到LIFO缓冲器用于比特反转之前，接收维特比解码器中的反向编码器的输入。一个回溯单元84与错误估计器87组合的实施例示出在图10中。 

图10的回溯单元以从回溯存储器83中读取最后的判决矢量开始。 被指定为842的6比特有限移位寄存器(FSR)的状态被处理为对于64比特判决矢量中的比特的位地址。选择的比特从左边被移进6比特FSR，以用于下一次迭代。该比特也被移进比特反向3GPP卷积编码器871，以用于重编码。对于右循环扩展和对于码字部分，在所有判决矢量上重复这一过程。最初，输出门843关闭。对于码字部分的判决矢量，该输出门打开。 

对于码字部分的判决矢量，还读取三个硬判决比特h₀，h₁，h₂和三个删余信息p₀，p₁，p₂。以与图8中所示的，软比特被提交给分支度量处理器81相同的顺序读取硬判决比特和删余信息。硬比特与反向编码的数据比较。如果删余比特未被设置，则在872中计数一次失配。否则，则忽略。另外，在873处计数删余比特，以及在874处计数于删余比特相反的量，以给出接收码块的额外信息。 

图11示出与图2中描绘的相类似的基带接收机链的部分，块11，13，14的功能对应参考图2描述的块1，3，4的功能。但是，图11的接收机链包括根据本发明的维特比解码器8，而不是传统解码器2。并且，失配的总数量和非删余的硬比特的数量被报告给考虑错误率比的匹配检测器15，错误率比被定义为失配数量与非删余硬比特的数量的商。如果错误率比超过某规定的阈值，则匹配检测器拒绝解码的PDCCH，而不管MAC-ID的匹配与否。 

在本发明的另一个实施例中，反向编码器与硬比特错误估计模块87可以额外地计数删余比特的数量，并且还将该信息转发给匹配检测器。然后因为信息的高度删余降低了维特比解码器的纠错能力，所以匹配检测器可以根据删余比率来调节阈值。为了降低维特比解码器8解码咬尾卷积码的执行工作量，码块的左边和右边循环扩展可以已经由比率解匹配模块11执行。 

在LTE中PDCCH解码的一个特别的问题是由标准宣布的严格的 时间要求。对于盲解码，非常短的维特比解码等待时间尤其有利，因为能够降低处理速度。通过被设计用来以逆序产生码块的特定的比率解匹配器，能够消除典型地被实现为LIFO缓冲器的，并且在回溯单元中必需的逆序机构。在下面的实施例中，比率解匹配器产生如下序列，其由逆序码块的左边的循环扩展、逆序码块本身、以及逆序码块的右边的循环扩展组成。该序列被交给类似于图8中介绍的维特比解码器，但是该解码器是为反向LTE多项式，即，G₀＝155(八进制)，G₁＝117(八进制)，G₂＝127(八进制)，而优化的。因此，其对待输入序列就好像该序列是由如图9所示的卷积编码器编码的一样。如果使用该方案，图10中显示的回溯单元的反向编码器871需要执行正确的3GPP多项式，即，G₀＝133(八进制)，G₁＝171(八进制)，G₂＝165(八进制)。 

如前所述，为了盲解码，回溯单元84需要初始地回溯某一量的格步骤，以找到最可能的路径。通过在最后的判决矢量被写到回溯存储器83之后，在存储于路径度量寄存器文件中的所有度量上搜索最佳度量，并且选择具有最佳度量的状态作为初始状态，能够增加找到最可能路径的可能性。通过将18个0的零矢量后置到循环扩展的输入矢量，能够隐式的执行该搜索算法。通过这样做，在6次回溯操作后，具有最佳度量的状态被找到，而不管初始状态如何。 

Claims (1)

1.一种用于在电信终端中检测下行链路控制信息有效性的方法，所述方法包括以下步骤：

使用与在发射端使用的相类似的卷积编码器，对所述终端的基带接收机的维特比解码器的比特输出序列进行反向编码（871）；

从所述基带接收机的解映射操作的软比特输出序列中确定（86）硬比特，以提供确定的硬比特流；

为所述硬比特中的每一个，确定所述硬比特源自的软比特是真实接收的比特，或者是在比率解匹配操作中在接收机处插入的，以获得（874）真实接收比特的比特计数；

将所述反向编码的比特流与所述确定的硬比特流进行比较，并且计数失配的数量，从而获得（872）错误计数；

确定作为所述错误计数与所述比特计数之商的比特错误率；

将所述比特错误率与预定阈值比较；以及

即使负载的循环冗余校验给出正确的结果，如果所述比特错误率超过所述阈值，则假定所述负载是无效的。

 2. 根据权利要求1所述方法，其中，所述卷积反向编码的步骤包括：使用接收的码块的右边的循环扩展的6个最后比特来初始化所述反向编码操作。

 3. 根据权利要求1或2所述方法，其中，所述卷积反向编码的步骤包括使用反向多项式。

 4. 根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：计数（873）在所述发射端处在比率匹配操作中被省略的比特数量。

 5. 根据权利要求4所述方法，还包括步骤：根据所述省略比特的比率来调节所述比特错误率阈值。

 6. 一种维特比卷积解码器（8），其包括：

分支度量处理器（81）；

路径度量处理器（82）；

回溯存储器（83）；

回溯逻辑单元（84）；以及

有限状态机（85）；

其特征在于，所述解码器还包括：

硬判决装置（86），所述硬判决装置操作用来从到所述维特比解码器（86）的软比特输入序列中确定硬比特；以及

反向编码器与硬比特错误估计装置（87），所述反向编码器与硬比特错误估计装置包括：

反向编码器（871），所述反向编码器类似于在发射端使用的卷积编码器，并且操作用来反向编码所述回溯逻辑单元（84）的比特输出序列，以提供反向编码的比特流；

用于计数非删余比特的数量以获得比特计数的装置（874）；

用于计数来自所述反向编码器（871）的所述反向编码比特流与来所述自硬判决装置（86）的硬比特流之间失配的数量，以获得错误计数的装置（872）；

其中，所述维特比卷积解码器操作用来提供所述比特计数和所述错误计数，用于对由所述解码器输出的负载比特进行额外的有效性检验。

 7. 根据权利要求6所述维特比卷积解码器，其中，所述反向编码器（871）使用反向多项式，以用于编码。

 8. 一种LTE基带接收机，至少包括：

均衡器；

解映射器；

比率解匹配器（11）；

如权利要求6所述的维特比卷积解码器（8）；

循环冗余校验（CRC）块（13），所述循环冗余校验块操作来在从所述解码器（8）输出的负载上计算循环冗余校验校验和；

异或门（14），所述异或门用于异或组合所述计算的循环冗余校验校验和与接收的校验和；以及

匹配检测器（15），所述匹配检测器操作用来比较所述异或门的输出和所述接收机的媒体访问控制（MAC）标识符，以检验由所述维特比卷积解码器（8）解码的所述负载的有效性；

其中，所述解码器（8）操作用来将所述比特计数和所述错误计数转发到所述匹配检测器（15）；并且

其中，所述匹配检测器（15）操作用来：

确定作为所述错误计数和所述比特计数之商的比特错误率；

将所述比特错误率与预定阈值比较；以及

不管媒体访问控制标识符匹配结果如何，如果所述比特错误率超过所述阈值，则作为无效拒绝所述负载。

 9. 根据权利要求8所述LTE基带接收机，其中：所述比率解匹配器（11）操作用来以逆序产生比特的码块，并且其中，所述维特比卷积解码器（8）的所述反向编码器（871）使用非反向的多项式，以用于编码。