CN102664709B - 电信接收器与全球数字移动电话系统的终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电信接收器与全球数字移动电话系统的终端，该电信接收器用以解码被传输的包括多个数据突发的数据，包括：解码器，接收所述多个数据突发的第一数据突发及对应于未接收的一或多个数据突发的数据假设值，并尝试解码所述数据；循环冗余校验器，耦接于所述解码器，用于对所述解码器所产生的解码信息进行循环冗余校验，以检查解码是否成功；以及其中，若所述解码成功，则关闭所述电信接收器，否则，再接收所述多个数据突发的另一数据突发，并重复解码过程直到所有所述数据全部被接收。

Description

电信接收器与全球数字移动电话系统的终端

本专利申请是2008年06月13日递交的申请号为200810110169.7、发明名称为“解码方法、电信接收器与全球数字移动电话系统的终端”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明是有关于一种用于移动电话系统的减少电源消耗的方法和装置。例如：寻找并监测信号时减少电源消耗，其信号是从基站定期传送至对应基站的移动单元，以修正移动单元操作的信号。

背景技术

移动电话装置(例如移动电话)的使用者总是希望移动电话可以长时间处于待机模式(standby)以减少充电频率。然而，当移动电话处于待机模式时，移动电话仍需要与对应的电信设施传递信息，并且必须接收一些信息，因此，要将移动电话全部时间都处于低耗电状态是不可能的。

在全球数字移动电话系统(Global System Mobile,GSM)中，基站会在寻呼频道上传送寻呼信息(paging message)，而移动电话装置则是需要检查寻呼频道，以判断是否有呼叫发送到此寻呼频道上。尽管GSM标准有限定，但寻呼信息的重复速率(repetition rate)是由基站决定。移动电话装置可以在传送寻呼信息的间隔时段通过关闭射频接收器和大部分数据处理相关的架构装置以节省电池电能。然而，移动电话装置的接收器和处理数据相关架构装置必需在每次接收寻呼信息时运作，以得知基站是否呼叫移动电话装置。GSM标准的寻呼信息是通过包括四个数据突发(data-burst)的单一寻呼区块方式来传送，寻呼区块的数据突发间的间隔为4.615ms。利用上述方式可以降低在一些相邻寻呼信息的间隔时间中射频接收器的耗能，以减少移动电话装置的电池流出的电流，并进而延长待机时间。

假如不需要接收寻呼区块的每一个数据突发，则可以得到更进一步减少耗能的方法。

美国专利第US5,570,369号中揭露，一旦GSM接收器接收到四个寻呼数据突发的其中两个，就试图解码寻呼数据，若解码失败，再将第三个寻呼数据突发接收以及解码，若再失败，再将第四个寻呼数据突发接收以及解码。值得注意的是，此种安排方式下，寻呼区块的四个寻呼数据突发的其中两个表示维特比解码器正确运作所需的最小数据量。

欧洲专利第EP1389883号中揭露的方法是有关于在接收第一寻呼突发时将所接收到信息和已知信息比较，也就是利用在均衡后计算出接收到的数据所对应的数据比特和已知数据之间的差异，若接收到的数据突发和预期的已知信息一致，就会从存储器中取出已知信息的已知数据并解码，以使存储器储存将要接收到的数据。上述方法的问题在于在解码前增加三个已知数据突发，使得解码器必须还要传回对应已知信息的数据。因此解码程序会有过多限制。若第一突发不对应于已知信息，接收第二突发，并将来自于第一突发的数据解码，而还未接收的第三突发和第四突发会被注记为不被信任的数据，其它大致如美国专利第US5,570,369号中所揭示的运作方式相似。

发明内容

为解决移动电话系统电源消耗大的问题，本发明提出一种电信接收器与全球数字移动电话系统(Global System Mobile,GSM)的终端，可以减少电源的消耗。

根据本发明一实施方式，本发明提供一种解码方法，用于解码包括多个数据突发的数据，步骤包括：(1)接收多个数据突发的第一数据突发；(2)产生对应于未接收的一或多个数据突发的数据假设值(hypothesis data)；(3)尝试解码数据；(4)若解码成功，则停止接收数据，若解码失败，再接收多个数据突发的另一个数据突发，并再重复步骤(3)-(4)直到所有数据全部被接收。

卷积编码数据是一种比较常用的方式。卷积编码功能如同状态机，因此只可以在一个符号到另一个符号间进行有限数量的转换，再由卷积解码器解码，例如维特比解码器，使得数据顺序即使发生错误，还是可以通过最小代价路径将数据顺序恢复。发明人注意到当不完整或未知数据有规则地在接收数据串中出现时，卷积解码器具有优异能力处理这些不完整的数据组。这是GSM电信通讯系统的案例，寻呼数据会被打散(interleave)以增强对抗接收数据中错误突发的发生。这代表即使一个或多个数据突发没恢复，还是有可能将传送数据恢复。关键的一点在于，发明人了解在特定情况下，从只有一个数据突发成功恢复信息子集是有可能的，就是增加额外数据，如相关于所传输信息的假设值(hypothesis)，将假设值加入到单一的接收数据突发解码是可行的。然而，假设值必须小心设定以避免过度限制解码程序以致于解码程序受数据假设值而非接收到的真实数据支配。

在GSM移动电话系统中，基站周期性传送寻呼区块，此寻呼区块包括可以辨识基地单元寻呼的移动电话的数据。寻呼区块被规律传送，并且可以合理预期前后传送的寻呼区块的数据彼此不会差异太大。在这种情况下，从先前数据区块成功恢复的数据可使用近似方法(process mirroring)(基站所使用方法)再编码以产生数据假设值(hypothesis data)，此数据假设值可以被用来解码以代替还未从基站传送出(未被接收到的)的数据突发，作为寻呼区块的一部分。若相对于寻呼区块的内容，数据假设值是正确的话，卷积解码器和相关的循环冗余校验机制会表示解码成功。由于已经成功解码信息，移动电话装置不需要花费额外电能去从寻呼区块接收之后的数据突发，因此接收器可以关闭。

发明人了解GSM系统所使用的卷积编码以及循环冗余校验机制的能力，意味着接收器错误表示成功解码寻呼区块的可能性是非常非常的低(大约五十万分之一)。此外，有关于GSM移动电话性能，或更进一步说有关于接收器的抗噪声能力，当增加基站单元密度时，卷积解码器往往可以在只接收到两或三个数据突发之后成功解码寻呼区块。然而，有关如何预测数据突发的内容，发明人研究后则提出在只接收到一个数据突发后，是有可能从寻呼区块中恢复数据。也因此可以大大减少接收器平均所消耗的电能。

卷积解码器的优点之一为其对应于元数据(metadata)，元数据表示提供给卷积解码器的数据的正确程度。在移动电话电信装置的上下文(context)中，元数据是从所有数据突发的平均信噪比以及单独接收符号(symbol)的质量预测值得来的信心值。其中有关于通道状况部分，即使在高信噪比下，符号的解码质量有可能是相当差的。因此若信噪比高且信号质量好，则接收到的数据正确的信心值(confidence)就会高，若信噪比非常低，数据的比特被错误解码的机率有可能会相当高，则信心值也会被调整而反应出高错误率。数据假设值则会被提供给解码器以帮助解码器处理解码程序，也就是通过提供数据假设值代替还未接收到的真正数据来进行解码。然而，有一点相当重要，数据假设值并不可以被过分使用，使得解码程序被数据假设值主宰，导致数据假设值被卷积解码器解码。因此数据假设值的元数据或信心值要设定为较低的信心或有效值以避免过分支配所接收的数据。

数据假设值可以根据网络运营商效能的预期来计算设定值(priori)。然而，典型的寻呼区块内有一些填充比特，GSM标准并不特定这些比特必须要被设定为特定值。假若网络运营商预先宣布实际上会如何设定这些值，计算寻呼区块是有可能的。在一实施方式中，数据假设值(或称为向量假设值(hypothesis vector))可以根据已经被解码的所接收到的信息产生出来。

向量假设值可以与空寻呼区块有关，但是网络效能的预期有可能使向量假设值需要被校正。然而，本发明并不限定使用于寻呼通道内，也可以被使用在传送有关于系统信息的一般控制通道(common control channel,CCCH)上。

根据本发明另一实施方式，本发明提供一种电信接收器，用以解码被传输的包括多个数据突发的数据，其特征在于，所述电信接收器包括卷积解码器，接收所述多个数据突发的第一数据突发及对应于未接收的一或多个数据突发的数据假设值，并尝试解码所述数据；循环冗余校验器，耦接于所述卷积解码器，用于对所述卷积解码器所产生的解码信息进行循环冗余校验，以检查解码是否成功；以及其中，若所述解码成功，则关闭所述电信接收器，否则，再接收所述多个数据突发的另一数据突发，并重复解码过程直到所有所述数据全部被接收。

根据本发明另一实施方式，本发明提供一种GSM的终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求1所述的电信接收器。

上述电信接收器与GSM的终端通过产生对应于未接收的一或多个数据突发的数据假设值，在接收到一个数据突发时就尝试解码，从而达到了减少电能消耗的效果。

附图说明

图1为通过基站传送寻呼信息的流程图。

图2为当恢复寻呼信息时接收器所消耗功率图。

图3为根据本发明一实施方式的解码程序。

图4为执行解码程序的装置的示意图。

具体实施方式

在详细讨论本发明之前，简单介绍寻呼信号(Paging Signal)的形成是有必要的，图1为通过基站传送寻呼信息(paging message)的流程图，图1也显示传统移动电话装置处理信号的步骤。

为了简单起见，假设基站已经准备好寻呼信息，此寻呼信息可以为被呼叫的移动电话装置辨认国际移动用户识别号(International mobile subscriber identity,IMSI)或临时移动用户识别号(Temporary mobile subscriber identity,TMSI)。方块10指明的寻呼信息包括184比特(bit)。在步骤12寻呼信息被全球数字移动电话系统(Global System Mobile,GSM)通道编解码器(codec)以附加40比特的循环冗余校验码(Cyclic Redundancy code Check,firecode，以下称为CRC)方式编码，并在后面再附加4个结尾比特(tail bits)，此时寻呼信息为228比特。由于所采用CRC是非常强的错误校验机制，因此解码出错发生误判的机率只有50万分之一。之后寻呼信息数据被传送至卷积编码器(convolutional encoder)14，本领域的技术人员皆了解卷积编码器会将输入的一个比特数据转换为两比特，因此数据大小变为456比特，卷积编码器14会提供456比特数据给交错器(interleaver)16。交错器16会将数据切成四个数据突发(burst)，如果将上述数据的比特从1号至456号标号，第一数据突发则包括1号、5号、9号比特数据，其它依此类推，第二数据突发包括2号、6号、10号比特数据，其它依此类推，第三数据突发则包括3号、7号、11号比特数据，其它依此类推，最后第四突发数据包括4号、8号、12号比特数据，其它依此类推。数据交错还可以是内突发数据交错(intra burstinterleaving)，也就是只将数据突发内的数据搬动打乱，并不会将数据移到数据突发外。接下来根据GSM标准将数据突发编码和传送(方块20)。在接收端，处理数据程序是相反的，被传送的数据突发被RF前端(RF front end)接收，并且在RF架构下，通常在移动电话装置的特定装置内降频(down-converted)和解调(demodulated)(方块30)。解调过的比特流(bit stream)传送至解交错器(de-interleaver)32，解交错器32会将各数据突发重新排列并摆放至正确的位置以形成数据区块，其数据区块会用于之后的解码。当数据突发包括与接收到比特位置相关的信息时，存储器会储存数据区块，使得交错器可以将比特位置储存填入至存储器空间中。因此，在接收到第一数据突发(比特位置为1号、5号、9号等等..)后，而其它比特位置为2、3、4、6、7、8、10、11、12、14号的比特数据还未接收到时，仅第一数据突发可以被正确地储存填入至存储器的特定位置。在存储器还未接收到全部解交错的数据时，仍有可能将不完整的数据提供给卷积解码器(convolutional decoder)34以试图解码所接收的数据。更详细的说，当所接收到的信号的信噪比(signal to noise ratio)够高时，卷积解码器34在接收到所有数据突发之前有能力从信息(message)中取得所需的数据(data)时，卷积解码器34可以在接收到最后一个数据突发之前就尝试解码。解码数据会传送至循环冗余校验器(cyclic redundancy checker)36，循环冗余校验器36会检查解码信息是否有效。在方块38，若解码信息有效，解码信息会在移动电话装置内传送至协议堆栈(protocol stack)上，若循环冗余校验器36检查解码信息为无效时，会产生解码错误标志(flag)。

图2为当恢复寻呼信息(paging information)时接收器的消耗功率图。寻呼区块发生的时间间隔是介于470毫秒至2118毫秒之间，并以235.4毫秒为单位递增，也就是说470+235.4N毫秒(N为正整数)，上述时间配置是根据GSM标准而定的。而传送寻呼区块的时间远少于所间隔的时间，所有程序完成的时间也少于18.5毫秒。因此对应于图2的大部分寻呼区块的间隔时间50，移动电话装置的接收器可降低功耗(power down)，也就是减少电池消耗的电能。在这段时间，移动电话的系统时钟(clock)也会降低功耗，也因此关闭(shut down)数字电路，并只由低功耗低准确性的振荡器维持时序。当内部寻呼区块间的空档时间间隔结束时，移动电话的数字处理器就会被恢复启动，并且启动无线电接收器，以恢复寻呼信息的第一寻呼区块52。由于移动电话接收器的设定时间有可能非常短，以致于接收器在寻呼区块内的数据突发彼此之间的时间可能部分或者是全部降低功耗。之后第一数据突发54被解码、解交错并将结果储存进存储器。即使在好的接收情况下，例如信号的信噪比高到接收器输出的数据无错误发生，现有技术系统的卷积解码器在接收到至少两个数据突发之前，并不具有足够信息去预测所接收的信息。如前所述，现有技术系统是采用蛮力计算法(brute forceapproach)，在接收到各数据突发且解交错后，在解交错器和卷积解码器(例如维特比解码器Viterbi decoder)之间存储器所储存的部分信息，会被解码器尝试处理以恢复信息。此处理程序会重复应用到后续的数据突发56、58和60，直到成功解码，或是直到所有数据突发已被接收而无论解码成功或失败为止。

图3为根据本发明一实施方式的解码程序。图4为执行解码程序的装置(例如电信接收器)的示意图。

和上述情况相同，数据突发依次被接收。一旦数据突发被接收，就可能被均衡器70选择性的均衡(图4)，之后被均衡完的数据会被传送至解交错器32，解交错器32会将各接收到数据突发的比特重新排列并放置到数据组内正确的位置，之后才会传送数据组至维特比解码器或卷积解码器34，维特比解码器或卷积解码器34会用最少解码代价(least cost decoding)来预测所接收到的信息，并提供预测值给循环冗余校验器36。循环冗余校验器36可以将解码数据传送至堆栈。如前所述，维特比解码器或卷积解码器34无法只根据接收到的所有比特的四分之一来解码，但若信号的信噪比够高且接收到的数据量等于两个数据突发的话，信息就可以被解码。本发明不同于现有技术，可以提供的是甚至还未接收到的数据突发的数据预测值。此还未接收到数据突发的数据预测值称作数据假设值(hypothesis data)。因为卷积编码和交错将数据打散，假设数据假设值符合即将被传送的数据，卷积解码器则具有能力在只接收到一个数据突发后就解码被传送的数据，然而，假若数据假设值不符合将被传送的数据，卷积编码器将产生随机数据向量(random data vector)，而这随机数据向量无法通过循环冗余校验。在本发明第一实施方式中，数据假设值储存在存储器120中，数据假设值代表对应寻呼信号的第四数据突发60的数据，而对应至第二数据突发56和第三数据突发58的位置则被填入未知数据(unknown data)。本发明这里有一优点，若在接收到第一数据突发54后解码不成功，可以接收第二数据突发56，并且再利用第一数据突发54和第二数据突发56的真实数据与对应第四数据突发60的数据假设值一并提供给解码器解码，并不需将卷积解码器所存取存储器的数据假设值盖写掉，原因是因为数据假设值并未被第二数据突发56的数据覆盖掉。同理，若在此时解码还是失败，则会接收第三数据突发58，并且不需要移动数据假设值，原因还是因为数据假设值并未被第三数据突发58的数据覆盖掉，最后，在接收完第一数据突发、第二数据突发和第三数据突发后还不能成功解码，则会接收第四数据突发60，此时数据假设值就会被真实数据覆盖掉。

如图3所示，步骤S1为接收和解调第一数据突发，步骤S2为将代表对应第四数据突发数据的数据假设值加入接收到的数据，之后步骤S3则是尝试解码。例如数据假设值代表的是空寻呼数据突发，而所要接收到的数据也代表空寻呼数据突发，这时解码就可能成功。步骤S4则是循环冗余校验器会检查解码是否成功，若成功，会跳到步骤S5，接收器就会关闭(power down)，也就不再需要接收剩下的数据突发，然而，若解码不成功，就会跳到步骤S6接收第二数据突发。之后步骤S7会再一次尝试解码，并在步骤S8判断解码成功与否？若解码成功跳到步骤S9将接收器关闭，若不成功，跳到步骤S10再接收第三数据突发，并在步骤S11再一次尝试解码。之后在步骤S12判断是否解码成功？若成功解码，跳到步骤S13以关闭接收器，然而，若还是不成功，则跳到步骤S14去接收第四数据突发，并盖写数据假设值。之后步骤S15再一次尝试解码，并且因为不需要再尝试解码，所以在步骤S16关闭接收器。

请参阅图4。典型的数据假设值有可能对应至空寻呼信息的数据，而对应空寻呼信息的数据会被存入至存储器80中，或者是网络运营商的寻呼数据电报(datagram)会被用来产生数据假设值，因此从循环冗余校验器36产生的解码信息会被使用来形成数据假设值。系统设计者可以自由选择采用数据假设值的来源是事先被储存的或者是先前成功解码的信息，执行解码程序的装置(例如电信接收器)还可包括假设值产生器(图未示)，根据之前所解码的数据产生假设值。然而，通过被基站使用的程序匹配以编码数据以重新产生数据假设值具有以下优点。优点包括可以保证比特顺序不会有错误，而这种错误有可能发生在只储存之前解调的比特以供重复使用的情况下。因此，信息假设值被提供至循环冗余编码器(cyclic redundancy coder)112，其中循环冗余编码器112与基站中所使用的循环冗余编码器是相匹配的。之后数据被卷积编码器114卷积编码。卷积编码器114的输出会连结具有低可能性的软数值(soft value)。软数值，作为元数据，表示从卷积编码器114所输出的数据的正确性的信心度。当对输出数据正确的可信度非常低时，作为对应于此种情况的指导信息，关于数据假设值的信心值(confidence value)，被设定为尽可能的低。很重要的一点是，假若数据假设值不正确，则不导引卷积解码器去解码数据假设值而非所接收的信息。这会使得数据假设值被形成并储存至存储器120，以致于在接收第一数据突发之后将数据假设值提供给卷积解码器，第一数据突发和所储存数据假设值的总和代表至少两个突发数据量。若数据假设值正确，卷积解码器将能够正确解码现存的空寻呼信息。若所接收第一数据突发对应至空寻呼信息，数据假设值和第一数据突发的总和会正确导引卷积解码器产生有效寻呼信息结果。如之前所述，若数据并非来自于对应空寻呼信息的数据突发，关于数据假设值的信心值被设定到非常低的值时，卷积解码器将无法解码未通过循环冗余校验的信息，因此解码会失败。此外，这种情况下不会存在数据假设值，因为关于数据假设值的信心权重值相当低，造成系统认为已经接收到空寻呼信息。因此一旦第二寻呼数据突发被接收，尽管存在不正确数据假设值，寻呼信息也极有可能会被正确解码出来。

值得注意的是，若在第一突发的数据的确是对应至空寻呼信息，有极高可能性只需要接收一个数据突发以通过循环冗余校验器36检查并产生解码信息。在这些情况下，就不需要接收第二突发数据56、第三突发数据58和第四突发数据60。因此，无线电接收器和数据处理器可以提早关闭以减少电池电能消耗。

因为数据假设值只会些微影响解码程序，并不会使解码器产生不正确的结果。因此若解码信息并非空寻呼信息，在接收数据的信心值足够高时，尽管存在数据假设值，接收到两个数据突发之后应该能正确解码寻呼信息的内容。这些信心值是由接收器所提供的，并且是已知的技术，这里就不再进一步说明。

数据假设值可以根据网络流量去调整。例如，若移动电话装置是位于很少呼叫单元范围内，有很高可能性各连续传送的寻呼信号是空寻呼信息。然而，在不频繁寻呼的单元范围内，一旦寻呼信息不是空的，会假设寻呼信息持续一段时间不是空的，这是由于假若电话是突然被关掉或是移动到收信很差的地方，则电话有可能不能被接听。因此，一旦接收到非空寻呼信息，其可被选择用作对应于下一次寻呼信息的向量假设值(hypothesis vector)。是否使用向量假设值可以由系统设计者选择决定。

上述实施方式中，只提供对应一个数据突发，也就是第四数据突发60的数据假设值，但不限定，有可能提供代表任何一个数据突发或多个数据突发的数据假设值。然而，越多数据假设值会增加风险，数据假设值会过度约束卷积解码器。最后，卷积解码器将主要被数据假设值引导而解码假设结果。因此提供过多数据假设值会掉到欧洲专利第EP 1389883号所叙述的陷阱中，欧洲专利第EP 1389883号的内容是比较数据突发和先前接收的数据突发，若匹配的程度够高的话，对于剩余三个数据突发的数据可以根据先前所接收的数据突发被产生出来，系统会几乎被限制为表示其具有正确解码数据，因此解码程序的值是值得怀疑的。而本发明的数据假设值总是无关于第一数据组是否匹配之前所接收的数据，因此本发明并无欧洲专利第EP 1389883号的比较步骤。

表5a和5b为在不同信号噪声功率下，现有技术系统与本发明的数据预测值的检测错误率比较。可以得知在只接收到一个数据突发后，无论信噪比是多少，现有技术系统的错误率达到100％，相对的，本发明，在只接收到一个数据突发后，当信噪比够高时，错误率可以低于1％。

表5a(1000帧)

表5b(1000帧)

本发明还提供了一种GSM终端，包括能够执行上述解码程序的装置(例如电信接收器)。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种电信接收器，用以解码被传输的包括多个数据突发的数据，其特征在于，所述电信接收器包括

卷积解码器，接收所述多个数据突发的第一数据突发及对应于未接收的一或多个数据突发的数据假设值，并尝试解码所述数据；

循环冗余校验器，耦接于所述卷积解码器，用于对所述卷积解码器所产生的解码信息进行循环冗余校验，以检查解码是否成功；以及

其中，若所述解码成功，则关闭所述电信接收器，否则，再接收所述多个数据突发的另一数据突发，并重复解码过程直到所有所述数据全部被接收。

2.如权利要求1所述的电信接收器，其特征在于，所述卷积解码器为维特比解码器。

3.如权利要求1所述的电信接收器，其特征在于，所述数据假设值被设定为具有低有效性。

4.如权利要求1所述的电信接收器，其特征在于，所述电信接收器还包括假设值产生器，根据之前所解码的数据产生所述数据假设值。

5.如权利要求4所述的电信接收器，其特征在于，所述电信接收器更包含：

循环冗余编码器，接收用于产生所述数据假设值的信息；

卷积编码器，对所述循环冗余编码器输出的数据进行卷积编码，其中，卷积编码后产生的数据假设值进一步连结一软数值，所述软数值表示所述数据假设值的正确性的信心度；

存储器，用于储存所述数据假设值。

6.如权利要求1所述的电信接收器，其特征在于，所解码的所述数据是在无线电信系统内的寻呼区块。

7.如权利要求6所述的电信接收器，其特征在于，所述寻呼区块包括第一至第四数据突发，所述数据假设值只对应其中一个数据突发。

8.如权利要求7所述的电信接收器，其特征在于，所述数据假设值对应至所述第四数据突发。

9.如权利要求6所述的电信接收器，其特征在于，所述数据假设值对应至所述数据的两个数据突发或者三个数据突发。

10.如权利要求1所述的电信接收器，其特征在于，所述数据假设值和所述第一数据突发相关，而与以下两者之间的相关性无关：所接收到的所述第一数据突发、对应所述第一数据突发的所述数据假设值。

11.一种全球数字移动电话系统的终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求1所述的电信接收器。