CN1035916C - 数字无线接收器 - Google Patents

Abstract

一种接收在脉冲串式无线通信系统如GSM中传输的数据的方法，在传输之前，与第一信息相关的、可以与第一信道类型(例如GSM中的通信信道(TCH)关连的一组第一数据元已经被选择了比特，这些比特被相关于第二信息的、可以与第二信道类型(GSM中的快速相关信道FACCH)关连的数据元替换或“盗用”。与第一和第二信息相关的数据元在一些相同的或不同的脉冲串上被交替。

Description

本发明涉及一种接收在脉冲串方式的无线通信系统中传输数据的方法及装置。

在本说明书中，将数字化的信号称为数据。

在称为组特别移动(GSM)的泛欧数字蜂窝无线系统中，每个射频(RF)通道都被分成大约0.577毫秒持续时间的时隙。组特别移动(GSM)载波的调制比特率是270.838千比特/秒，这意味着，其时隙相当于156.25比特持续时间。在这个时间期限内，射频载波被数据流调制，其范围称为“脉冲串(burst)”。换句话说，脉冲串是表示时隙的物理量。时隙被组合为，每八个依次相邻的时隙作为一个TDMA帧的集合，(TDMA是time di-vision mu1tiple access一时分多路存取的缩写)。通过给定射频信道(或者，在跳频的情况下，射频信道序列)和TDMA帧时隙数，就可确定一个物理信道。因此，对于给定的射频信道，该系统就可具有八个物理信道。

在组特别移动(GSM)系统中主要有两种逻辑信道，它们分别称为通信(traffic)信道(TCHs)和控制信道(CCHs)。通信信道主要用来载送编码的语音或用户数据，而控制信道则用来载送基地台和移动台之间的信号及同步数据。

利用通信信道的容量来发射控制信道中的一个信道，即所谓的快速相关控制信道(FACCH)，在这种情况下，通信数据的各个脉冲串的一些比特就被快速相关信道(FACCH)“盗”用了。

在一个通常的通信脉冲串B中，有两种信号比特标记，它们分别表示，被快速相关控制信道(FACCH)盗用的是脉冲串B的所有偶数比特还是所有的奇数比特。尤其是在有噪音的情况下，接收到的一个或多个盗用标记已经被“颠倒”，这样就存在一个检测不到快速相关控制信道(FACCH)的危险，从而遗漏了提取FACCH的数据，这就会导致接收器的性能下降。

GSM系统还有一个特征，即编成码的语音和用户数据重新排列，并在一些TDMA帧上交替，实际上，语音和FACCH数据以同样的方式在八个TDMA帧上被交替。从而，当FACCH解码指令产生时，就从四个最新收到的脉冲串的奇数比特和紧前的四个脉冲串的偶数比特中提取FACCH数据。由于FACCH和语音数据的调准是交替的(即双方都为八个深度(deep))，因而，当FACCH盗用时，整个语音块就基本上不受FACCH数据影响。然而，用户数据信道可以被交替成22个脉冲串。一个456比特的块可以被分成4组，每组为114比特。每组被交替19个深度，而一个脉冲串使得每一个的起动位置都偏离在先的一个位置，在被交替成22个脉冲串的整个块上产生一个间距。与语音数据时的状况相比，较长的长度意味着：FACCH不是改写整块用户数据，而是改写一些来自户数据块序列的脉冲串。因而，与语音数据相比，当FACCH盗用产生时，整个用户数据块不受损失，但反之，用下面将要讨论的纠错技术可以使用户数据块还原。

GSM系统采用了一种前向纠错码。前向纠错码是一些通过接收台纠正误差而不需要重新发射的码。前向纠错码的基本要求是，在为接收器中实现纠错而发射的数据中包含有足够的余量，而不从发射器进一步输入。在GSM系统中，数据发射前将其卷积编码。通常用最大似真检测器例如Viterbi检测器对收到的卷积编码数据进行解码。这个解码过程取决于每个被解码的数据符号的信息量在一些数据元(比特)上的分布情况。接收器中含有一个估算收到的每个比特可靠性(或可信度水平)的装置。这些可信度的测量能够用来确定发射符号的很可靠的序列，因此，解码过程中就一定会有部分错误接收的比特。(这里请注意，没有与单比特盗用标记有关的编码或冗余码)。

根据本发明的第一实施方式，提供了一种用来接收数据的接收器，这些数据是在一个脉冲串式无线通信系统中发射的，其中，与第一信息相关的数据元在一些脉冲串上被交替，而且经选择的与所说的第一信息相关的数据元被那些与第二信息相关的数据元间隔地替换，并在一些脉冲串上进行交替，每个脉冲串都含有标记装置，该标记装置能用来表示与第一信息相关的数据元是否已经被与第二信息相关的数据元替换，接收器包括提取和重排装置，检测装置以及提取装置。提取和重排装置提取所接收数据的数据元，并将这些数据元重新排列，以便重新构成第一信息；检测装置在预定数量的脉冲串上检测标记装置；提取装置用来提取替换的数据元，并根据所检测的设定标记装置的比例重新构成第二信息。

这样，本发明的接收器就能够检测出何时在接到的数据中存在第二信息，并且在需要的时候，通过自动提取与所说的第二信息相关的数据元检测出何时响应。

标记装置可以是一个单比特，例如“1”，“1”表示所选择的相关脉冲串的数据元(比特)已经被相关于第二信息的数据元所盗用，而“0”表示所选择的脉冲串的数据元(比特)与第一信息相关(即原始的数据元还未被盗用)。

更可取的是，检测到的标记装置的脉冲串的数量等于使相关于第二信息的数据元交替的脉冲串数量。因而，在八个脉冲串上使FACCH数据交替的情况下，在八个脉冲串上检测标记装置，以便测定FACCH数据是否存在，也就是说，FACCH盗用是否已经发生。

在最佳实施例中，当所检测的设定标记装置的数量等于或大于一个阈值时，用于提取替换数据元的装置就可启动提取程序。例如，阈值可以大于预定脉冲串数量的一半，在这些预定数的脉冲串上，标记装置被检测。因此，在八个深度的FACCH数据的情况下，阈值至少是5。所以，如果在八个脉冲串上检测出5个或更多个标记装置，那么，FACCH数据的提取(解码)就可以被起动。在这种情况下，阈值可以在5～8的范围内变化。但是，阈值越低，在噪音条件下检测到FACCH的希望就越大。

更为可取的是，本发明的接收器含有一个存贮装置，用于所检测的、预定数量脉冲串的每一个所用的标记装置，在所述脉冲串上，标记装置被检测。例如，存贮装置可包括一个随机存取存贮器(RAM)，或一个或多个移位寄存器。在最佳实施例中，使用两个移位寄存器，将各种不同的标记装置分别存入这两个移位寄存器中。设定时，第一类标记装置表示：与第一信息相关的第一分组(Subset)数据元已经被与第二信息相关的数据元替代。第二类标记装置表示：第二组(set)与第一信息相关的数据元已经被与第二信息相关的数据元替代。第一组数据元可以包含与分布在间隔(alternat)(例如奇数)位置上的第一信息相关的数据元，而第二组数据元包含分布在交替(inter-vening)(偶数)位置上的数掘元。在一个具体的实施例中，一个移位寄存器用来存贮比其它移位寄存器多的数据，具体地说，一个移位寄存器所存贮的数据是其它移位寄存器的两倍。

按照本发明的另一个实施方式，提供了一种接收数据的方法，这些数据是在一个脉冲串或无线通信系统中发射的，其中，与第一信息相关的数据元在一些脉冲串上被交替，并使所选择、与所说的第一信息相关的数据元被那些与第二信息相关的数据元间歇地替换，而且在一些脉冲串上被交替，每个脉冲串都含有标记装置，该标记装置能用来表示与第一信息相关的数据元是否已经被第二信息的数据元替换，该方法包括下列步骤：

提取并重排所接收的数据的数据元，以便重新构成第一信息；

在预定数量的脉冲串上检测标记装置；

以及提取替换的数据元，根据所检测的设定标记装置的比例重新构成第二信息。

这里请注意，第一和第二信息可以分别与第一和第二信道类型相关，具体地说，例如在GSM中，与通信信道(TCHs)和快速相关控制信道(FACCHs)相关。这里所用的术语“信息”表示一组数据元(例如比特)，但没有考虑到该组数据元的长度或者信息量。

下面参照附图，通过举例来说明本发明的一个实施例，图中：

图1是一个说明数据通路的方框图，表示含有一个FACCH解调器的本发明的接收器的去交替(de-enterleaving)级和解码级。

图2是一个示意图，表示在图1所示接收器的去交替级中随机存取存贮器的更详细的结构。

图3表示FACCH盗用对不同的交替通信信道(TCH)的影响；

图4表示一个脉冲串的分量数据元；

图5是一个方框图，更详细地表示图1所示接收器的FACCH标记检测器，以及

图6是图5所示的FACCH检测器的逻辑电路图。

这种接收器用来接收交替的卷积编码数据，该数据是在一个脉冲串式无线通信系统例如GSM中发射的。下面将要说明的接收处理部分的作用是从均衡器中接收物理信道、去交替、然后进行卷积解码。

参照图1，来自于均衡器的数据脉冲串被输入到一个含有一个随机存取存贮器(RAM)的去交替存贮器1中，去交替存贮器RAM1包括一个存贮来自通信信道(TCHs)的数据部分2，而且还可以进一步包括一些存贮分别来自同步信道(SCHs)和不同于FACCH的控制信道(CCHs)的数据部分(未示出)。从均衡器输入到去交替过程的是一组脉冲串，每一个脉冲串含有114比特。更确切地说，每个脉冲串包含114个“软判断”，即表示可信度的加权值，它准确地代表了所接收的数据符号。换句话说，估量数据符号可以按照比包含所谓字母的数据符号组中的符号更高的电平被量化。量化电平的级数是一个依赖于所需准确度的设计选择问题。

来自于和TCH通信脉冲串相关的均衡器的数据流部分借助于写地址发生器La存入TCH存贮器2中，以下将参照图2说明。用来作TCH存贮器(RAM)适合于排列在128字码页(wordpages)上，其中只有114页用来存贮TCH数据。由均衡器输入的数据基本上按顺序堆积到TCH存贮器2中。这样，第一脉冲串a的114个软判断以所接收的相同顺序存贮在第0页。因此，图2中标有“比特序号0”的位置上存贮的软判断将是脉冲串a的第一比特(软判断)；图2中标有“比特序号1”的位置上存贮的软判断将是脉冲串a的第二比特，等等，直到图2中标有“比特序号113”的位置上存贮的软判断为脉冲串a的最后一个比特为止。在第一脉冲串a的所有比特存贮在TCCH存贮器2的第一页上时，随后的脉冲串b，c，d则依次存贮在紧随其后的存贮页上。这里请注意，字符长度由所用的软判断的具体准确度来确定，例如使用8比特软判断，则字符长度将是8比特。

在用户数据信道在22个脉冲串上被交替的情况下，在第一次有意义的通信解码发生之前，全部22个脉冲串必须被读入TCH存贮器中。在第一次有意义的通信解码以后，其后的四个脉冲串被读入TCH存贮器2的脉冲串位置(页码)0，1，2和3。在以前的TCH解码过程中，原先处在这些位置上的数据将会发挥其有效的作用。在存贮其后的那4个脉冲串之后，就进行下一个TCH解码。在上述解码级上，把4个脉冲串按顺序放置到相邻的位置“自由”上，这样使接收过程持续下去。因此在稳态时，每4个帧产生解码。这里请注意，当语音数据信道在8个脉冲串上被交替的情况下，稳态时每4个帧也会进行解码。最初，8个脉冲串必须在第一次有意义的解码发生这前被读入TCH存贮器中。

借助于图2中的方框3功能性地表示的一个去交替过程来实现上述TCH解码，它可被认为是一个地址发生器，是根据预定的去交替算法进行的。去交替过程输出与原始发射块相应的数据块。去交替过程可被认为是数据比特的变换(mapping)。输入到该过程的是一组脉冲串，每个脉冲串含有114比特。该过程的输出是一组含有456比特的TCH数据块，因此，利用去交替算法来确定所存贮的比特从TCH存贮器中读出的顺序。

然后将输出数据块输入到Viterbi解码器4中，解码器4将去交替过程输出的卷积编码数据解码。如果出现误差，则Viterbi解码器将用最大可以真序列估算法来努力消除误差。在我们的共同未决的英国专利申请9015854.4(我们的参考专利900.12)中详细地描述了一种Verterbi解码器，具体请参考看该专利文献。

如上所述，载有信号数据(例如发射交接信息的数据)的快速相关控制信道(FACCH)通过从已被指定的通信信道“盗用”而获得通向物理源的入口，对于一个普通的通信脉冲来说，有两个单比特标记，它们表示：通信数据是否已被盗用为FACCH块，参见图4。这两个单比特标记还分别表示：盗用的是该脉冲串的偶数比特还是奇数比特。若脉冲串的所有偶数比特用于FACCH信号，则将偶数盗用比特设定为“1”；同样，若脉冲串的所有奇数比特用于FACCH信号，则将奇数盗用比特设定为“1”。若偶数盗用比特和奇数盗用比特皆为“0”，则该脉冲串内的所有比特都属于通信信道。

如图4所示，普通的GSM脉冲串包含8.25比特保护周期，以及分成两个相等的57比特数据块(以编码的形式传递通信数据)的114编码数据比特。其余的比特为用来作为编码数据末端的起始和停止尾比特(各自为3比特)，以及用于均衡过程中的两个编码数据比特块之间的一个26比特信号调整序列。两个单比特盗用标记产生在信号调整序列的两侧。

FACCH检测器与监视从均衡器中收到的脉冲串内的盗用标记。如果FACCH被检测到，那么FACCH解码就开始，具体叙述如下：

正如上面所提到的那样，FACCH信道在8个脉冲串上被交替。这意味着，FACCH解码能在8个脉冲串被读入TCH存贮器2中之后发生。在RAM2中含有FACCH数据的8个脉冲串的位置可以根据实际发生FACCH盗用的时间而改变。在FACCH解码期间，去交替器3的作用是：通过按正确的顺序产生合适的地址来恢复原始FACCH数据块，以便从TCH存贮器2读出的数据对应于FACCH数据块，并且通过考虑相对的交替深度，例如在数据信道的情况中，需要从有时称为TCH(22)的22个深度交替的TCH数据中进行FACCH解码，由此而使得原来的FACCH数据块还原。另一方面，在语音信道的情况下，需要从8个深度交替的TCH数据(有时称为TCH(8))进行FACCH解码。

现在参照图5更具体地说明FACCH检测器5。

来自均衡器输出的各个脉冲串的两个盗用比特标记输入检测器5。去多路复用器6将盗用的比特标记交替地导入8比特移位寄存器7或4比特移位寄存器8中。由此，将偶数盗用比特存入寄存器7中，而将奇数盗用比特存入寄存器8中。移位寄存器8的全部内容和在移位寄存器7的最无关紧要的4个比特位置(即右边的4个比特)上所存贮的比特被输入到一个多数表决(mejority-vote)电路9中。从而电路9的输入代表4个最新收到的脉冲串中的奇数盗用比特和4个最新收到的脉冲串中的偶数盗用比特。如果输入到多数表决电路9中的“1”的数量超过预定时，那么，就产生一个启动FACCH解码的指令。具体地说，多数表决电路9的阈值可以设置在5-8之间(包括5和8)，注意，阈值越低，在噪音条件下检测FACCH的机会就越大。任何合适的逻辑电路都可以用来作为多数表决电路9。

图6是一个是电路图，表示实现功率8中取5的多数表决电路9的合适的逻辑，该电路9包括15个“或”门11a-11。和16个“与”门12a-12p，16个“与”门与来自于移位寄存器7和8(见图5)的8条平行输入线13a-13h相连。如果13a-13d的4个输入都是“0”，那么“或”门11a(线14)的输出将为“0”，但是，如果13a-13d4个输入中有一个或几个输入为“1”，则“或”门11a(线14)的输出将是“1”，若13a-13e5个输入中有2个或更多个输入为“1”，则“或”门11d(线15)的输出将是“1”，否则，“或”门11d(线15)的输出将是“0”。同样，如果13a-13f6个输入中有3个或多个输入为“1”，那么，“或”门11g(线16)的输出将是“1”，否则，“或”门11g(线16)的输出将是“0”。而且，如果13a-13g7个输入中有4个或更多个输入为“1”，那么，“或”门11j的输出将是“1”，否则，“或”门11j(线17)的输出将是“0”。最后，若13a-13h8个输入中有5个或更多个输入为“1”，那么，“或”门11m的输出，即为多数表决电路9的总输出18将是“1”，否则，输出18将是“0”。

因此，多数表决电路9的输出是一个单比特，即“1”或“0”，它们分别表示FACCH是已被检测还是未被检测。电路9的输出被输入到一个FACCH解码指令发生器10中，在下列两种情况下的每种情况中，FACCH解码指令发生器10都会产生一个FACCH解码指令。

(a)脉冲串数适合于FACCH解码开始(由于FACCH只能在与TCH解码相关的预定脉冲串位置上开始，这将在下面详细讨论)；以及

(b)来自多数表决电路9的输入表示FACCH已经被检测到。

当FACCH解码指令产生的时候，通过上面讨论过的去交替器3，从4个最新收到的脉冲串的奇数比特中以及从紧在其前的4个脉冲串的偶数比特中提取FACCH数据。

根据我们共同未决的英国专利申请(我们的参考专利91016)中公开要求保护的一种方法，可以改进FACCH去交替过程，以便将软判断“0”写入原先被FACCH块的单元比特占据的TCH存贮记忆位置，其值为0的软判断表示：无论所接收的数据符号(比特)是“1”还是“0”，都没有可信度(即最大不可信性)。在FACCH解码级上恢复软判断0可以按下列两种方法实现。在第一种情况下，在FACCH解码期间，每次从FACCH存贮器2中读出比特时，由去交替器产生的读地址就被用来将0值软判断写回到同样的位置上。在另一种情况下，由于实际上数据将会很快从TCH存贮器2中读出，而不是交替地进行“读出/写回”，所以最好使去交替地址发生电路运行两次，在第一阶段读出所存贮的值，而在第二阶段写入0。

在GSM中的安排是：对于数据信道来说，FACCH由两个来自TCH(22)解码的脉冲串偏移(尽管FACCH和TCH(8)解码被调准)。由于解码点交错(stagging)及不同的交替结构，FACCH问子序列TCH(22)解码提供变化的比特数目。在FACCH开始后，就可看出，它们(9，54，93，96，9678，30)比特分别提供给子序列TCH(22)解码，如图3所示。

在FACCH盗用开始以后，在第二和第二TCH(22)解码之间发生FACCH解码(因为必须回过来查看有足够的信息在原先8个脉冲串上的盗用标记，来知道FACCH解码是需要的)。因此，只有对第三和子序列TCH(22)解码，才能实现用零值软判断来替代FACCH数据，如图3中可以看出的。其结果是，456FACCH比特中的63个输出不能被抹掉。因此，该方案的效率是86％。

在FACCH解码后用零值软判断替代FACCH数据产生的优点是：零值软判断将在子序列卷积解码级加到TCH数据块中。零值软判断表示：对发射的比特(即被盗用的原始TCH比特)是“1”或“0”来说没有可信性。因此，Viterbi检测器4将有改进由盗用引起的“误差”的机会，因此具有有较大的希望恢复。相应地，FACCH数据将不会经受象通信数据那样的尝试解码。可以看出，就发射的TCH比特而言，FACCH数据基本上代表了一个不正确的可信度水平，如果象通信数据那样解码，则将不可避免地降低Viterbi解码器的比特误差率特性。

这里请注意，仅仅在数据比特能够象被盗用那样简单地被FACCH确定时，实际上才进行FACCH解码。当下一个通信解码发生时，由于不同的交替方案之间的相互关系复杂，因此，不能直接了当地测定这些数据被盗用。这就是为什么本方法用零值软判断来替代FACCH数据比特，以此作为FACCH解码过程的一部分的原因。人们将会认识到，在用户数据的情况中，由于在FACCH盗用发生时仍能够恢复TCH数据，从而FACCH数据和TCH数据被不同地交替，这时，这种FACCH数据比特的“抹去”是有益的，但是在语音数据的情况中，由于FACCH盗用而使整个TCH数据块丢失时，这将具有无益的效果。

对于普通的技术人员来说，很明显，参照上面的说明，在本发明构思的范围内，可以作出各种各样的改进。例如，除了移位寄存器之外，还可用如随机存取存贮器(RAM)的其它存贮装置来存贮盗用标记。此外，很清楚，在语音数据的情况下，当FACCH和TCH在同样的深度上交替时，也能够使用本发明。在这种情况下，应该注意，FACCH解码没有偏离TCH解码，而与之重合。然而，本发明不局限于GSM和FACCH盗用，而是可以应用于任何脉冲串式无线通信系统中，其中，与第一信息相关的数据元在一些脉冲串上被交替，并且，所选择的、与第一信息相关的数据元不时地被与第二信息相关的数据元替换，并在相同的或者不同的那些脉冲串上被交替。检测盗用标记比特的脉冲串的数量等于第二信息的数据元被交替(并与之对准)的脉冲串的数量，以便可靠地测定在收到的数据中第二信息的存在和需要被提取，而且若需要的话需要被解码。

Claims (14)

1.一种用来接收在一个脉冲串式无线通信系统中传输的数据的接收器，其中，与第一信息相关的数据元在第一多个脉冲串上被交替，并使与所说的第一信息相关的所选择的数据元被那些与第二信息相关的数据元替换，并在第二多个脉冲串上被交替，每个脉冲串都含有标记装置，该标记装置能用来表示与第一信息相关的数据元是否已被第二信息的数据元替换，其特征在于，该接收器包括：

提取和重排所接收第一多个脉冲串上的数据的数据元以重新构成第一信息的装置；

在预定数量的脉冲串上检测所述标记装置的装置；

提取替换的数据元并根据所检测的设定标记装置的比例重新构成第二信息的装置，该装置偶合到所述检测装置。

2.按照权利要求1所述的接收器，其中，其上检测标记装置的脉冲串与其上相关于第二信息的数据元被交替的那些脉冲串相对准。

3.按照权利要求2所述的接收器，其中，检测标记装置的脉冲串的数量等于第二信息的数据元被交替的那些脉冲串的数量。

4.按照前述任一个权利要求所述的接收器，其中，当所检测的设定标记装置的数量等于或大于阈值时，用来提取替换数据元的提取装置就开始提取。

5.按照权利要求4所述的接收器，其中，阈值大于检测标记装置的预定脉冲串数量的一半。

6.按照前述任一个权利要求所述的接收器，包含有一个存贮装置，用来存贮所检测的用于每个预定数量脉冲串的标记装置，标记装置在前述脉冲串上被检测。

7.按照权利要求6所述的接收器，其中，用来存贮所检测的标记装置的存贮装置包含至少一个移位寄存器。

8.按照权利要求7所述的接收器，其中，用来存贮所检测的标记装置的存贮装置包含两个移位寄存器，用于分别存贮两种不同的标记装置，其中，在设定时，第一类标记装置表示：与第一信息相关的第一组数据元已经被那些与第二信息相关的数据元替换，设定时，第二类标记装置表示：与第一信息相关的第二组数据元已经被那些与第二信息相关的数据元替换。

9.按照权利要求8所述的接收器，其中，第一组数据元包括与分布的间隔位置上的第一信息相关的数据元，而第二组数据元包括分布在交错间隔位置上的数据元。

10.按照权利要求8或9的接收器，其中，所说的移位寄存器中的一个用来存贮比其它移位寄存器更多的标记装置。

11.按照权利要求10所述的接收器，其中，所说的一个移位寄存器适合于存贮用于2N个最新收到的脉冲串的第一类标记装置，而其它的移位寄存器适合于存贮用于N个最新收到的脉冲串的第二类标记装置。

12.一种接收在一个脉冲串式无线通信系统中传输的数据的方法，其中，与第一信息相关的数据元在第一多个脉冲串上被交替，而所选择的并与所说的第一信息相关的数据元被那些与第二信息相关的数据元替换，并在第二多个脉冲串上被交替，每个脉冲串都含有用来表示与第一信息相关的数据元是否已经被第二信息的数据元替换的标记装置，其特征在于，该方法包括下列步骤：

提取并重排所接收的数据的数据元，以重新构成第一信息；在预定数量的脉冲串上检测标记装置；

以及

提取替换的数据元，，以按照所检测的设定标记装置的比例重新构成第二信息。

13.按照权利要求12所述的接收数据的方法，其上检测标记装置的脉冲串与其上相关于第二信息的数据元被交替的那些脉冲串对准。

14.按照权利12或13所述的接收数据的方法，其中，检测标记装置的脉冲串的数量等于使相关于第二信息的数据元交替的脉冲串的数量。

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