CN1226110A - 变换信号数据速率的方法和一种发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在数字数据传输系统中用于变换信号数据速率的方法和发射机,该发射机包括多个数据源(200—204),和用于将该信号形成规定长度的帧的编码器(214),帧长度对应于第二数据速率,和用于分组信号(206—210)为第一块的编码器(214)。发射机包括一个编码器(214),该编码器通过从第一块中的符号数减去帧长度计算帧和在第一块中的符号数之间的差,该编码器通过去除或者重复在第一块中的第i个符号均衡该差,该编码器通过从中减去已经被重复的符号数,更新未被装入帧的符号数,和该编码器形成包括未被重复或去除的符号的第一块。

Description

变换信号数据速率的方法和一种发射机

本发明涉及一种在数字数据传输系统中用于从较低数据速率到较高数据速率变换信号数据速率的方法，在该系统中信号是利用规定长度帧进行发送的，并且该长度对应于较高数据速率，在该方法中信号被分组为其长度对应于较低数据速率的第一数据块和其中待发送的各个码元被经受重复编码。

本发明还涉及一种在数字数据传输系统中用于从较高数据速率到较低数据速率变换信号数据速率的方法，在该系统中信号是利用规定长度帧进行发送的，并且该长度对应于较低数据速率，在该方法中信号被分组为其长度对应于较高数据速率的第一数据块，和其中待发送的各码元被进行去除编码。

对数据传输系统提出的要求不断地增加。这特别涉及诸如蜂窝无线系统之类的无线数据传输系统，要求这些系统提供包括不同数据和视频业务的愈来愈多变的服务。

传统上讲，无线数据传输系统曾经仅被用于话音通信。将要传输的不同业务数量的增加意味着，特别是在无线系统中必须能够通过无线路径传输具有不同容量的信号，例如在8kbps数据速率上传输话音和在64kbps数据速率上传输数据。还必须传输具有不同质量水平的信号，这一般同时要求不同的数据速率。一个典型的例子是视频连接，其中图象要求高数据速率和高的质量水平，而声音可以在较低的数据速率和较低的质量水平上传输。因此，传输系统应当能够有效地工作在传输各种不同的数据速率、质量水平和传送的业务类型的环境中。

一般情况下，数字数据传输系统中的信号是按帧进行传输的和帧的大小是预先确定的。当使用不同数据速率时，并不总是可能选择正好一帧具有的准确大小；和一帧具有待发射的码元的间距的所有数据速率，而是需要改变数据速率使得待发送的信息可以按可用的帧被进行转移。

在需要时数据速率可以被增加或者被减小。增加数据速率的最公知和最简单的方法是重复编码，其中用户数据的各码元被重复在帧中具有自由码元位置那么多倍。因此，数据速率通过去除各用户数据码元直至剩余的码元与该可用帧相吻合的最简单的方式被降低。现有技术的这种安排的问题是如何选择将被重复或去除的码元，使得它们被均匀地分布在待发射的各个码元之中。

本发明的目的是实现一种方法使得上述各种问题可以得到解决。这是利用一种描述在前序部分的类型的方法实现的，其特征在于该方法包括以下步骤A1)通过从该帧中减去在第一块中的码元数的长度，计算该帧失去的符号数目，和是否失去的符号数大于1，B1)重复在该第一块中的第i个符号，i是当在第一块中符号数被从该帧中失去的符号数除时，按最接近较大的或相等的整数进行确定的；C1)通过从其中去除已经被重复的符号更新第一块；D1)通过减去已经被重复的符号数更新从帧中失去的符号数，和是否失去的符号数大于1；E1)前进到步骤B1)。

按照本发明的方法，其特征还在于该方法包括以下步骤：A2)通过从第一块中的符号数减去帧长度，计算未装入帧的符号数，和是否计算的符号数大于1，B2)从第一块中去掉每个第i符号，i是当在第一块中符号数被未装入该帧中的符号数除时，按最接近较大的或相等的整数进行确定的；C2)形成包括未被去掉的各符号的第一块；D2)通过从中减去被重复的符号，更新未被装入该帧的符号数，和是否失去的符号数大于1；E2)前进到步骤B2)。

本发明还涉及在数字数据传输系统中的发射机，该发射机包括：用于产生具有第一数据速率信号的装置，和用于形成对应于第二数据速率的规定长度的帧中信号的装置，将帧组合成在其长度对应于第一数据速率的第一块中。按照本发明的发射机其特征在于，该发射机包括：用于通过从在第一数据块中的码元数目减去帧长度，计算帧和在第一数据块中的符号数目之间的差的装置；用于通过去除或重复在第一块中的第i符号均衡该差别的装置，当在第一块中的符号数被该计算出的差的绝对值除时，i按照最接近的较大或相等的整数被确定；用于通过从中减去已经被重复的符号的数目更新未装入该帧中的符号数目的装置；和用于形成包含未被重复或被去除的各符号的第一块的装置。

在各从属权利要求中公开了本发明的各个优选实施例。

按照本发明的方法和发射机提供了许多优点。借助于根据本发明的方法，可以尽可能均匀地从待发射的各个符号中选择将被重复或被去除的符号。按照这种方式，编码的质量尽可能最好。按照本发明的方法使得不同类型的各种数据速率之间可灵活地速率自适应。另外一方面，按照本发明的方法使得明确的重复或删除，以便如果算法是已知的，在接收端能够推导出被重复的符号。

本发明将结合优选实施例和参照附图进行详细地的描述，其中：

图1表示一种可以应用按照本发明的方法的无线数据传输系统例子；

图2是说明按照本发明的一种发射机的实现安排的可能的结构的方框图；

图3a到3d表示按照本发明的借助于不同帧的交替的安排；

图4是说明按照本发明的另外一种发射机的结构。

图1说明可以应用按照本发明的结构的数字数据传输系统。这个系统是包括经由双向连接102到106与用户终端108到112通信的基站100的蜂窝无线系统的一部分。用作一个例子的数字数据传输系统是蜂窝无线系统，和本发明在下。面将被按照当其被应用到蜂窝无线系统上的情况进行描述，但是对于本专业的技术人员显而易见本发明并不仅限制于此。本发明还可以被应用到其它系统。

假设，在该系统中终端设备可以取决于所要求的数据传输容量按若干不同的数据速率发射信息。图2是说明实现按本发明的结构的发射机的可能的一种结构的方框图。发射机包括多个数据源200到204，这些数据源可以提供例如话音传输或者不同的数据业务。在各数据源中，信息经过信道编码。来自数据源的信号206到210是以帧的形式并且他们的数据速率彼此不同。该发射机还包括一个交换器或者复用器212，它选择或者组合来自有效数据源(或各个有效数据源)到编码装置214的信号。控制装置216控制交换器或者复用器212和该发射机的其它部件的操作。控制和编码装置214和216最好是利用处理器通过软件实现。从编码装置214馈送的信号218是按一帧的形式的。在编码装置214，来自各数据源的数据速率借助于按照本发明的结构通过重复或者去除编码被自适应到该帧中。应当注意，图2的发射机仅包括用于描述本发明的基本部件。一个实际的发射机还包括各个其它的部分，诸如各滤波器和放大器，这对于本专业的技术人员是显而易见的，然而他们没有被描述在这里只是出于清楚的缘故。

图3a到3d表示按照本发明借助于不同的可替代的帧的安排。其目的是变换待发射的信号的数据速率为适合于可用帧长度的数据速率。装入帧中的符号数目是由NT表示和在信道编码以后待发射的信号中的符号数目是由Nc表示。图3a表示一个信道的数据帧300，和一个数据源的帧302。在图3a的例子中，信道数据速率NT高于信息数据速率Nc。这要求实施重复编码，使得信道帧可以被符号充满。图3b表示该信道的信道帧300和数据源的帧304。在图3b的例子中信道数据速率NT低于信息数据速率NT。这要求实施去除编码或穿孔，使得该信息可能在所要求的帧中被进行传输。

在重复编码的情况下，检查按照本发明的结构，即在图3A所示的NT＞Nc情形中。形成待发射的Nc个符号的第一块S0={d1,d2,…,dns}。这里ns是在块S0中的符号数和在过程的开始ns=Nc。目的是利用重复来自块S0的符号NT-Nc变换较低的数据速率为较高的数据速率，使得该重复以后的块大小为NT个符号。这种重复最好是尽可能地均匀地分布在待发射的帧中。

从该帧中去掉的符号数Y首先由从帧长度NT减去在第一块中的符号数Nc。如果去掉的符号数是1，则在该块中的第一个符号被重复和过程结束。否则定义i项，以至于 $i=\[\frac{n_s}{Y}\]$ 其中ns是在块S0中的符号数。换言之，当在第一块中的符号数被从帧中去掉的符号数除时，按照最接近较大或相等的整数确定I。重复编码的第一步骤是通过重复在该块中S₀的每个第i个符号进行的。当在该块中的符号数被i除时，被重复的符号数n_R是通过确定最接近较小的或相等的整数获得的，即 $R_n=\[\frac{n_s}{i}\]$

下一步通过从中去掉已经被重复的符号，块S0被更新。在此以后，通过从该帧中减去已经被重复的符号数，从待发射的帧中去掉的符号数被更新，并且上述的过程被重复，直至在待发射的帧中的所有符号位置都在使用。

在去除编码或穿孔的情况下，考察按照本发明的安排，即在如图3b所示NT＜Nc的情形中，形成待发射的Nc个符号的第一块S0={d1,d2,…,dns}。其中ns是在块S0中的符号数，和在过程开始时ns=Nc。其目的是通过从块S0中去除NC-NT个符号，变换较高的数据速率为较低的数据速率，使得在去除以后该块的大小为NT个符号。该去除最好是在待发射的帧中尽可能均匀地分布。

该未装入帧的符号Y的数目是通过从第一块中的符号数目NC减去帧长度NT进行计算的，如果符号数是1，则该块中的最后一个符号被去掉和该过程结束。否则确定i项，使得 $i=\[\frac{n_s}{Y}\]$ 其中ns是在块S0中的符号数。换言之，当在第一块中的符号数被未装入帧中的符号数除时，i是按照最接近的较大或相等的整数进行确定的。该去除编码的第一步骤是通过去掉在块S0中每个第i个符号进行的。当在块中的符号数被i除时，去掉符号的数NR是通过确定最接近较小的或者相等的整数获得的，即 $n_R=\[\frac{n_s}{i}\]$

块S0接下来被更新以包括尚未被去除的符号。此后，未被装入帧中的符号数通过从中减去已经被去除的符号数被更新，和上述的过程被重复，直至待发射的各符号装入待发射的帧中。

图3c表示该信道的数据帧300和数据源的帧306在如图3c所示的例子中，信道数据速率NT高于信息数据速率NC，以至于 $\frac{N_T-N_C}{N_C}>1$ 即，待发射的帧的大小大于在待发射的信息中的符号数的一倍。在这种情况下，在本发明的优选实施例中，每个待发射的符号被重复一个足够的倍数和形成这个符号组的第一块S0。此后，该过程按照上面所描述的那样。

在图3d的例子中，信道数据速率NT低于信息数据速率NC，以至于 $\frac{N_C-N_T}{N_C}<A$ 其中A是一个预定的从(0-1)的正常数。A可以是例如0.2。图3d表示数据源的帧310和不同长度的两个帧300、308被用在系统中和这两个帧包含N_T和N_T1个符号，例如N_T＜N_T1。在本发明的优选实施例中，当数据源的数据速率通过一个预定阈值超过对应的较小帧的数据速率，通过选择经受重复编码的较大帧的信号传输进行自适应。在图3d的例子中，在数据源的帧310中的各个符号不在较短的帧300中通过穿孔发送，而选择较大帧308使用和利用上述方法执行重复编码。按这种方式，可能避免大量的去除，而这种去除可能损害信号质量。在图3d的解决方案中的另外一种可代替的解决办法是将数据源的帧310中的符号分为两个较小的帧300，在这种较小帧中执行按照本发明的重复编码。

图4是表示实现按照本发明的安排的发射机的可能的结构。在该图中用作例子的发射机利用CDMA多址方法，但是本发明的目的自然还可以用于其它各种类型的发射机。因此，按照本发明的发射机包括若干个数据源456到460，这些具有使用具有不同质量水平要求和不同数据速率的输出信号400到404，和可以产生有待被同时发射的各个信号。一般，可能的数据发射机包括一个话音编码器、一个用户传真终端、一个视频编码器或者某些产生数字信息的其它源。

按照本发明的发射机还包括第一编码器406、408，用于对至少某些待发射的信号进行外部编码，例如由于按这种方式进行编码的信号的质量水平要求等于有效数据源的较低质量水平要求。因此，提供具有相同质量水平要求的所有待发射的信号。将被使用的编码可以按已知方式进行和最好是利用Reed-Solomon编码方法。该发射机还包括用于交错编码信号的第一交错器410、412，意味着信号中的各个符号位置按照一种已知的算法改变。

从所有数据源获得的并且目的具有共同的质量水平要求的信号400、416、418被馈送到复用器414，在该复用器中各个信号取决于复用器的输入端的信号，被在时域组合为等长度的帧，该帧中含有从一帧到另外一帧变化的比特数。复用器414的输出从功能上被连接到第二编码器420，在该编码器中信号经受内部编码。这个编码器420可以是任何所要求的编码器。该优选实施例利用一种使用它可能降低公共质量要求的卷积编码器。

按这种方式编码的信号450被馈送到装置422，在该装置中待发射的各个帧被经受各个符号数量的均衡，使得每帧中待发射的各个符号的长度等于一个已知时间间隔的倍数，该已知时间间隔明显地于该符号的长度。在与CDMA方法相联系中，这间隔可以是扩频码的比特长度或码片长度的倍数。

各个符号的数量可以通过按本发明的上述方式重复或者去掉符号被进行均衡。装置422最好是利用信号处理器通过信号的处理借助于软件来实现。在装置422中，信号的各个符号被分组为其长度对应于一个所要求的被均衡的数据速率的第一块。在装置422中，帧中的符号的差别和所要求的符号数通过从该第一块中的符号数减去所要求的数目被计算。在装置422中差别通过去除或者重复该第一块的第i个符号被均衡，i是当在第一块中的符号数被该所计算的差别除时，按最接近较大的或相等的整数进行确定的。装置422形成第一块，使得它包含未被重复或未被去除的各个符号，和重复上述的过程，直至实现所要求的符号数。

在按照本发明的发射机中，还可能形成长度不同的帧，和当较高的数据速率超过较低的数据速率某一个阈值时，则选择较大的帧用于信号传输，和进行重复编码。

按照本发明的发射机还包括复用器434，该复用器组合关于每个帧的帧结构的数据，例如，关于比特率到各个待发射的和包含相等符号数量的信号帧中。有关帧结构的数据426首先被馈送到编码器432，在该编码器中执行所要求的编码，保护信息免于传输差错，和经编码的信号被馈送到复用器434。这个数据可以包括，例如所涉及帧或待发射的下一帧的帧结构的描述。按这种方式组合的信号452还被馈送到交错器436。

发射机可以包括复用器438，在该复用器中被交错的信号被补充上附加信息，例如功率控制数据428或者用于相干接收的参考符号430。当该发射机是CDMA发射机时，经组合的信号440被馈送到乘法器442，在该乘法器中该信号被相关特征的扩频码相乘，使得信号扩展到所用的整个频段。按这种方式相乘的信号还被馈送到射频部分，在该部分中信号被变换为射频并被放大，用于通过天线446进行发射。

按照本发明的发射机包括控制装置454，该装置控制上述各个部件的操作和该装置例如可以由微处理器、分别的逻辑电路等予以实现。控制装置454还可以提供涉及待发射的每帧的发射功率的射频部分444的控制，这个功率取决于复用器414以后的帧中的符号数。

对于本专业的技术人员来说显而易见，按照本发明的发射机自然还包括其他的一些部件，例如滤波器、变换器等，但是为了清楚的缘故这些内容未描述在图4和相关的说明中。

虽然本发明按照各个附图参照一个例子进行了描述，但显而易见本发明并不仅限于此，而可以在后附的权利要求书所公开的本发明的范围内按多种方式进行修改。

Claims (17)

1、一种在数字数据传输系统中从较低数据速率向较高数据速率的变换信号数据速率的方法，该系统中信号是利用规定长度帧进行传输的，其长度对应于较高数据速率，该方法中信号被分为其长度对应于较低数据速率的第一块的组，和该方法中待发射的各个符号经受重复编码，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A1)通过从帧长度中减去该第一块中的符号数，计算从帧中去掉的符号数，和判断去掉的符号数是否大于1；

B1)重复该第一块的每个第i个符号，i是当在该第一块中的符号数被从该帧中的去掉的符号数除时，按照最接近的较大或相等的整数确定的；

C1)通过从中去掉已经被重复的符号，更新第一块；

D1)通过从中减去已经被重复的符号数，更新从帧中去掉的符号数，和判断去掉的符号数是否大于1

E1)前进到步骤B1)。

2、一种在数字数据传输系统中从较高数据速率向较低数据速率的变换信号数据速率的方法，该系统中信号是利用规定长度帧进行传输的，其长度对应于较小数据速率，该方法中信号被分为其长度对应于较高数据速率的第一块的组，和该方法中待发射的各个符号经受去除编码，其特征在于：该方法包括以下步骤：

A2)通过从第一块中的符号数中减去帧长度计算未装入帧中的符号数，和判断所计算的符号数是否大于1；

B2)从该第一块中去除每个第i个符号，i是当在第一块中的符号数被未装入帧中的符号数除时，按照最接近较大或相等的整数确定的；

C2)形成包括未被去除的各个符号的第一块；

D2)通过从中减去被去除的符号数，更新未装入帧中的符号数，和判断被更新的符号数是否大于1；

E2)进行到步骤B2)。

3、按照权利要求1的方法，其特征在于：如果在步骤A1)以后从该帧中去除的符号数是1，则在该块中的第一符号被重复。

4、按照权利要求1的方法，其特征在于：在步骤B1)以后，当在该块中符号数被i除时，通过确定最接近较小的或相等整数，确定被重复的符号数。

5、按照权利要求2的方法，其特征在于：在步骤A2)以后当未被装入该帧的符号数是1时，则在该块中的最后一个符号被去除。

6、按照权利要求2的方法，其特征在于：在步骤B2)以后通过当该块中的符号数被i除时，确定最接近的较小或相等的整数，确定已经被去除的符号数。

7、按照权利要求1和2的方法，其特征在于：在该系统中利用不同长度的帧，和在于当较高的数据速率超过较低数据速率某一阈值时，通过选择较大帧用于信号传输进行自适应，该较大帧经过重复编码。

8、按照权利要求1和2的方法，其特征在于：当较高的数据速率超过对应于较小帧的数据速率某一阈值时，通过分配待发射的符号为若干帧进行自适应，这些帧经受重复编码。

9、按照权利要求1的方法，其特征在于：如果帧长度至少是待发射的符号数的两倍，所有符号至少被重复一次。

10、一种在数字数据传输系统中的发射机，包括：用于产生具有第一数据速率的信号(206-210,400-404)的装置(200-204,456-460)，和用于在对应于第二数据速率的给定长度的帧中形成信号的装置(214,422)，以及用于在其长度对应于第一数据速率的第一块中分组信号(206-210,400-404)的装置(214,422)，其特征在于该发射机包括：用于通过从第一块中的符号数减去帧长度，计算该帧和在第一块中的符号数的差的装置(214,422)；

用于通过去除或重复第一块中的每个第i符号均衡该差的装置(214,422)，i是当第一块中的符号数被所计算出的差的绝对值除时，按照最接近较大或相等的整数确定的；

用于通过从中减去已经被重复或除去的符号数，更新未被装入该帧中的符号数的装置(214,422)；

用于形成包含未被重复或未被去除的符号的第一块的装置(214,422)。

11、按照权利要求10的发射机，其特征在于形成不同长度帧的装置(214,422)，和当较高的数据速率超过较低数据速率某一阈值时，选择较大的帧用于信号传输和进行重复编码的装置(214,422,216,454)。

12、按照权利要求10的发射机，其特征在于该发射机是在蜂窝无线系统中的一个用户终端。

13、按照权利要求10的发射机，其特征在于该发射机是在蜂窝无线网中的一个基站的发射机。

14、一种用于通过重复符号或者通过去除符号变换包含各个符号和具有第一数据速率的数字信号为第二数据速率的方法，其中具有第一数据速率的信号被分组为一个具有对应于第一数据速率的长度的块和具有第二数据速率的信号利用具有对应于第二数据速率长度的帧，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A)确定信号是否应当被重复或去除，以实现所述变换；如果各符号应当被重复，则

B)计算在变换中从帧中去除的符号数和判断所计算的数是否大于1；

C)重复该块的第i符号，i是当在该块中的符号数被从帧中去除的符号数除时，按照最接近较大的或相等的整数确定的；

D)通过从中去除已经被重复的符号更新该块；

E)更新从帧中去除的符号数和如果该去除的符号数大于1，则前进到步骤C)，是否符号应当被去除，则

F)计算在变换中将不会装入帧中的符号数，和判断是否所计算的符号数大于1；

G)去除块中的每个第i符号，这是当块中的符号数被未装入帧中的符号数除时按照最接近的较大的或相等的整数确定的；

H)通过从中去除已经被去除的符号更新块，和

I)更新未装入帧中的符号数和如果去除的符号数大于1，前进到步骤G)。

15、一种用于通过重复各个符号变换包含各个符号的和具有第一数据速率的数字信号到第二较高的数据速率的方法，其中具有第一数据速率的信号被分组为具有对应于第一数据速率的长度的块和具有第二数据速率的信号利用具有对应于第二数据速率的长度的帧，其特征在于该方法包括以下步骤：

A)计算在变换中从帧中去除的符号数和判断所计算的数是否大于1，则；

B)重复该块的每个第i个符号，i是当块中的符号数被从帧中去除的符号数除时按照最接近较大的或相等的整数确定的；

C)通过从中去除已经被重复的符号更新该块；

D)更新从帧中去除的符号数和如果去除的符号数大于1，前进到步骤B)。

16、一种用于通过去除符号变换包含各符号和具有第一数据速率的数字信号为第二较低数据速率的方法，其中具有第一数据速率的信号被分组为具有对应于第一数据速率的块和具有第二数据速率的信号利用具有对应于第二数据速率的长度的帧，其特征在于该方法包括以下步骤：

A)计算在变换中未被装入帧中的符号数和判断所计算的数是否大于1，则；

B)去除该块的每个第i个符号，i是当块中的符号数被从未装入帧中的符号数除时，按照最接近较大的或相等的整数确定的；

C)通过从中去除已经被去除的符号更新该块；和

D)更新未被装入帧的符号数和如果去除的符号数大于1，前进到步骤B)。

17、安排一个处理器以便执行权利14、15或16任之一的方法或者具有安排执行权利要求14、15或16的任何一个的方法的处理器的发射机和接收机。

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