CN1229939C

CN1229939C - 在通信装置中比特率的匹配方法和相应的通信装置

Info

Publication number: CN1229939C
Application number: CN00816314.6A
Authority: CN
Inventors: J·米歇尔; B·拉尔夫
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: WO2001039422A2; EP1232597A2; US7082565B1; WO2001039422A3; EP1232597B1; DE50013701D1; CN1399830A

Abstract

为了在一个通信装置中进行比特率的匹配将比特流的比特打点或重复，在其中对于每个比特(x)在这之前求出的误差值和一个更新参数(e_plus，e_minus)的基础上计算出一个更新的误差值(e)和借助于更新的误差值(e)评价是否应该或不应该将相应的比特(x)打点或者重复。将可改变的，比特专门的更新参数(e_plus，e_minus)使用在求出更新的误差值(e)上，这样就达到不均匀打点密度/重复密度的目的。

Description

在通信装置中比特率的匹配方法和相应的通信装置

技术领域

本发明涉及在通信装置中比特率的匹配方法以及相应的通信装置。

背景技术

移动无线电技术处于非常快的发展中。目前进行第三代移动无线电机所谓的UMTS-移动无线电标准(万能移动无线电通信系统)的标准化工作。

为了将比特率与各个可能的传输率相匹配，在发送机上进行率匹配(率匹配)，其中或者从比特流中将比特删除或在比特流中将比特增加许多倍，特别是加倍。删除比特被称为‘打点’和增加许多倍被称为‘重复’。

当打点和重复时一般来说应该注意尽可能进行均匀的比特打点或者重复。为了这个目的已知一种算法，在其中将一个比特流的比特组合成帧和对于单个帧的比特各自确定一个现实的误差值，这个误差值表示瞬间的打点率或者重复率和所希望的打点率或者重复率之间的偏差。依赖于这个现实的误差值然后决策，是否应该将相应的比特打点或者重复。

其中现实的误差值的计算是依赖于对于一个前面的比特计算的误差值和恒定的更新参数进行的。

然而对于一定的应用场合打点或者重复的比特的不均匀分布也可以是感兴趣。

则例如可以期望的是，将确定的比特区域(称为“等级A比特”)用比另外的比特区域(所谓的“等级B比特”)比较好的质量进行传输。这特别对于语言传输是重要的。对于AMR编码器(“匹配的复率”编码器)在GSM移动无线电通信系统中(全球移动通信系统)这个问题已经这样解决了，即富有启示地求出打点样板，这对于等级A-比特区域安排了比等级B-比特区域比较强的打点。然而这个过程由于两个原因不能用于UMTS系统中。一个是在UMTS系统中打点比特的整个数目或者准备传输的比特的整个数目不是固定地预先知道的，而是与准备传输的业务的整个数目有关的。另外至少在一个上行链接-连接时和在TDD-模式时(“时分多址”)打点必须始终按照第一个交叉过程进行，其中必须将在所有帧中的比特均匀的打点。

不均匀打点的其他应用场合是所谓的“尾部打点”。如果为了信道编码使用一般通常的卷集编码时，则将在一个帧的开始和尾部的比特比较好地进行传输误差保护。然而这部分地是完全没有必要的。通过在帧的边缘区域比较强的打点然后可以达到均匀的误差分布和因此达到整个比较好的传输功率的目的。

发明内容

因此，根据本发明，建议一种比特率匹配方法以及相应的通信装置，在其中用尽可能少的费用使打点或者重复的比特不均匀分布是可能的。

此任务按照本发明是通过以下的技术方案解决的。本发明还包括基于所述技术方案的有益的和优异的实施形式。

按照本发明的一种用于在通信装置中匹配比特率的方法，包括以下步骤：通过将比特流的比特打点或重复来进行比特率的匹配，其中当打点时将确定的比特删除，并且当重复时使确定的比特重复；对于每个比特在相应的已求出的误差值和至少一个更新参数的基础上确定一个更新的误差值，该误差值是瞬时打点率或者瞬时重复率和所期望的打点率或者所期望的重复率之间偏差的一个尺度；并且，基于所述更新参数对更新的误差值进行评价，是否应该或者不应该将相应的比特打点或者重复，其特征为，至少将一个可改变的、对于每个比特的更新参数用于确定每个比特的更新误差值。

按照本发明的一种通信装置，具有一个比特率匹配装置，用于通过一个输入的比特流的比特的打点或重复进行比特率匹配，其中，当所述比特率匹配装置用于打点时，将确定的比特从比特流中删除，并且当用于重复时，使比特流中确定的比特重复，并且，其中，所述比特率匹配装置对于每个比特在已经求出的相应的误差值和至少一个更新参数的基础上确定一个现实的误差值并且基于更新的误差值评价，是否应该或者不应该将相应的比特打点或者重复，其特征为，所述比特率匹配装置将一个可改变的、对于每一个比特的更新参数用于确定每个比特的更新误差值。

按照本发明使用比特专门的和因此可改变的更新参数确定更新的误差值，这样通过相应地选择更新参数可以达到不均匀打点或者重复的目的。特别是可以有目的地控制打点率或者重复率。

此外建议了在一个和同一个帧内不仅打点而且重复成为可能的一种专门的算法。

本发明特别适合于(UMTS-)移动无线电系统中的比特率匹配，在其中不仅涉及到移动无线电发送机领域而且还涉及到移动无线电接收机领域，将移动无线电接收机构成为接收按照本发明处理的比特流。然而本发明不仅限于这些应用领域，而且一般来说可以应用在比特流数据率相匹配的各个地方。

附图说明

下面在详细说明和附图基础上描述本发明的附加的特征和优点。

附图1表示了按照本发明的移动无线电发送机的简化框图；

附图2A表示了一种可能的算法，将这个算法可以使用在附图1表示的比特流匹配装置中用于比特流的打点；

附图2B表示了一种可能的算法，将这个算法可以使用在附图1表示的比特流匹配装置中用于比特流的重复；和

附图3表示了一种其他可能的算法，将这个算法可以使用在附图1表示的比特流匹配装置中用于比特流的打点和重复。

具体实施方式

在附图1上用简图表示了按照本发明的移动无线电发送机1的结构，从移动无线电发送机将数据或通信信息，特别是语言消息，经过高频传输信道传输给接收机。将从数据源2，特别是麦克风，提供的信息首先用数字的源编码器3转换为比特序列。将被编码的数据随后借助于信道编码器4进行编码，在其中将原来的有用比特或消息比特进行兀余编码，因此可以知道传输误差和随后可以进行修正。一般来说将所谓的块编码或卷集编码使用在信道编码上。按照UMTS-标准化的当代技术水平建议使用卷集编码。与块编码重要的区别在于，在卷集编码时不是将单个数据块先后进行编码，而是涉及到一种连续的处理，在其中一个准备编码的输入序列的每个现实的编码字也是与前面的输入序列有关的。

将信道编码信息传输到接收机之前一般来说将这个输入给一个交叉器5，交叉器将准备传输的比特按照确定的图表分成多个交叉帧，因此一般来说将成束出现的误差进行分布，以便得到具有近似偶然误差分布的所谓的无记忆的(失去记忆)传输信道。将用这种方法编码的信息或数据输入给调制器7，调制器的任务是将数据调制在载波信号上和按照预先规定的多次存取方法经过高频传输信道传输给一个接收机。为了将被编码的数据流的比特率与各个可能的传输率进行匹配，在调制器7之前借助于单元6进行率匹配(“率匹配”)，在其中由单元6将被确定的比特按照预先规定的图表打点也就是说删除，或重复也就是说增加许多倍。有选择地也可以将单元6安排在交叉器5的前边。

在附图2A上表示了一种可能的算法，用这个算法可以达到从属于准备传输的帧的比特的不均匀的打点样板。在其中m表示在各个帧上瞬时被分析比特x_m的位置，而N说明帧的比特数。算法计算连续的更新的误差值e，这个误差值描述了瞬时打点率和所期望的打点率之间的误差。将每个比特x_m的个别的误差值e按照下面进行计算，这个各别的误差值是从相应帧上预先规定的比特x_m-1的误差值和一个更新参数e_minus/e_plus组合成的。

在步骤(1)上首先将误差值e设置在开始误差e_ini上。一般来说为了简单起见这个开始误差为数值1。随后在步骤(2)上将瞬时被分析的比特的下标设置为1和执行置入到WHILE回线(3)的过程。因此将比特x_m的误差值更新，此外在其中计算瞬时误差值与预先规定的第一个更新参数e_minus之间的差值(步骤(4))。如果结果e≤0(步骤(5))，将比特x_m打点(步骤(6))和随后将误差值e再一次更新，此外在其中将瞬时误差值e提高了预先规定的第二个更新参数e_plus(步骤(7))。随后在步骤(8)中将被分析的比特的下标提高和因此进行当时帧的下一个比特的WHILE回线。

用这种方法对于帧的每个比特x_m计算出一个各别的误差值e，这个误差值是由前面的比特x_m-1计算出的误差值或者当m＝1时初始化误差e_ini和更新参数e_minus和e_plus组合在一起的。

在附图2A上表示的和在这之前叙述的算法在原理上是已知的。然而在传统的算法中是从以下方面出发的，参数e_minus和e_plus对于帧的整个区域是恒定的，也就是说为了计算误差值e对于每个比特x_m是使用同样的参数e_minus和e_plus。

然而在本发明的帧内建议了，将参数e_minus和e_plus不是在帧的整个区域保持恒定而是变化的。在极端情况下可以将一个各别的数值e_minus(x_m)和/或e_plus(x_m)从属于每个单个的比特x_m。同样可以想象，将比特组合成确定的组，在其中将同样的参数从属于一个组内的比特，而组与组的参数是有区别的。这样可以形成例如第一个十个比特，下一个20比特等一个这样的组。

因为打点密度是与参数e_minus和e_plus有关的，用这种方法可以各别地控制打点和因此达到了不均匀打点的目的。

在附图2B上表示了比特重复情况时的一个相应的算法。为了叙述步骤(1)-(8)在这里指出对附图2A实施结构的补充。重复算法与打点算法只区别于，代替假如-说明安排了一个WHILE回线，则将各个比特x_m一直重复和从属于比特x_m的误差值e提高e_plus直到误差值大于零时。

按照附图2B中表示的重复算法也使用可改变的比特专门的参数值e_minus(x_m)和e_plus(x_m)以得到不均匀的重复密度。

为了在单个帧上不仅进行打点而且还进行重复可以使用附图3表示的算法，在其中又补充了对附图2A和附图2B的说明。附图3表示的算法相当于附图2A和附图2B表示的算法的组合，在其中在步骤(5)-(7)中执行一个WHILE回线，在其中将相应的比特x_m连续地选择用于传输到一个接收机上和将相应的误差值e提高e_plus直到误差值e采取大于零的数值时。这意味着如果在步骤(4)之后更新的误差值e大于零时，比特e_m再也不被选择用于传输和因此用于打点上。另外一方面对于在步骤(4)之后误差值e小于和等于零的情况时，将比特x_m如同误差值e一样连续重复直到达到数值零可以放大e_plus时。

将附图3表示的算法可以通过改变参数e_minus进行控制，应该在哪个区域打点和应该在哪个区域重复。一般打点是发生在e_minus＜e_plus的那个区域，而相反在e_minus≥e_plus时进行重复。

例如当具有恒定的更新参数e_plus的AMR编码的传输时因此对于比较重要的等级A-比特可以将参数e_minus(x_m)选择得比较大，以便达到这个比特重复的目的，而将这个参数对于不太重要的等级B-比特或等级C-比特时可以选择得相对比较小，以便只比较少地重复或甚至达到一个打点的目的。此外必要的信号化，也就是说传输用于确定参数e_plus(x_m)和/或e_minus(x_m)或者确定单个参数值之间的比例的数值时，费用不小于目前已知的解决方法，在其中安排了，将各种等级的比特与传输信道无关地进行传送，对于那些传输信道相互无关地进行打点或者进行重复。只必须将所有传输信道的比特总数按照打点或者重复相当于为了传输所提供使用的比特数目。在这个处理方法中则必须同样对于每个比特等级将其相对的权或者一个相应的参数进行传输，这个参数决定，是否使用在各个等级的打点或重复上。

例如可以如下确定参数e_minus和e_plus，在其中N表示在率匹配之前每个帧的比特数，Nc表示在率匹配之后每个帧的比特数和K表示在后面叙述的对应于常数的加权：

e_plus＝K

e_minus＝w(x_m)*N_c

对于每个比特x_m确定的各别的参数w(x_m)是对应于各个比特x_m的加权，其中为：

Σ_{m = 1}^{N} w (x_{m}) = K

因此总的误差值e提高和减少了K*Nc。w(x_m)表示属于比特x_m即第m个比特的权。在简化的名称表中也可以将这个用w(m)表示。将这种表达也可以使用在另外的量上。用这种方法可以将准备传输的每个任意的比特数目进行调整。

将这个原理应用在这之前叙述过的“尾部打孔”时可以这样选择权w，将帧开始和尾部的比特比中间的比特进行比较弱的加权。为此人们将帧开始和尾部的比特的权w选择得小于在帧中间的比特。

在这个原理特别有益的实施结构中将w在开始时严格地选择为单调地升高，在中间部分保持恒定和在尾部严格地单调下降。

在UMTS系统中将上行链接的率匹配不直接在编码之后而是在第一次交叉之后进行，在交叉将数据帧传输期间交叉将比特分布在单个的无线电帧上。此时将这些无线电帧的数目称为TTI和在UMTS系统中是1，2，4或8。为此本发明也是可以使用的，因为然后也可以使用权w。于是特别简单的实施是可能的，如果在所有的TTI无线电帧中的权的分布是同样的。这可以这样达到，将TTI前后连续的比特的各个块上分配同样的权时。这特别是可能的，如果前后连续的8比特点各个块上分配了同样的权时，因为8是用每个TTI可能的数值可以除尽的。

通过复杂的仿真对于用这个原理可以达到的比特误差率进行分析。其中证明对于率1/3进行编码的下面的样板是特别有益的。

{1，1，1，1，1，1，1，1，2，2，2，2，2，2，2，2，4，...，4，2，2，2，2，2，2，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1}

也就是说对于第一个和最后8比特是w(m)＝1，。两个尾部的比特Nr.9-16是w_s(m)＝4。这种的样板在所有情况下是可以实施的和显示出很好的性能。

对于率1/2进行编码证明下面的样板是特别有益的。

{1，1，1，1，1，1，1，1，4，...，4，1，1，1，1，1，1，1，1}

也就是说第一个和最后8比特是w(m)＝1，和其他的是w_s(m)＝4。

在这种情况下率1/2的样板是率1/3样板的一部分，这也简化了实施费用，如果实施两个编码率时。

将参数q定义在3GTS25.212V3.2.0(2000-03)中；技术说明；第三代伙伴项目；技术说明组无线电存取网络；多路技术和信道编码(FDD)；(版本1999)：4.2.7.章率匹配：

q：平均的打点或重复距离(标准化对于只表示在整数重复的上部剩余的率匹配)。只用于上行链接。

这个参数表示平均的打点距离或重复距离，在其中平均数是在整个帧上面计算的。因此将使用在单个无线电帧上的打点样板达到了最佳的相互移位。

但是当使用本发明时将这个参数只在中间部分上面用恒定的打点率或者重复率进行计算。

对于上述样板得出，不计算p为：

R＝ΔN_ij模N_ij--注释：在这个关系中ΔN_ij模式N_ij是在0到ΔN_ij-1区域也就是-1模10＝9。

假如R≠0和2R≤N_ij时

于是q＝[N_ij/R]

另外

q＝[N_ij/(R-N_ij)]

结果

-注释：q是一个有正负之分的量。

否则假如

R＝(ΔN_ij+T)模(N_ij-T)--注释：在这个关系中ΔN_ij模式N_ij是在0到ΔN_ij-1区域也就是-1模式10＝9。

假如R≠0和2R≤N_ij时

于是q＝[(N_ij-T)/R]

另外

q＝[(N_ij-T)/(R-(N_ij-T))]

结果

-注释：q是一个有正负之分的量。

在这里T是在两个尾部附加打点的有效比特数(或者发送比较少的比特)和可以计算为

T＝N_ij-∑_i＝1 ^Nij(w(i))/w₀

其中w₀是在中间的一个比特的权(在w₀区域的权是恒定的)。

将本发明在这之前借助于使用在一个移动无线电发送机上进行了叙述。然而当然将本发明也可以扩展到移动无线电接收机上，在那里为了比特率的匹配用上述的方式和方法将打点的信号或重复的信号必须对应于各个所使用的打点图表或者重复图表进行处理。其中将附加在接收比特流的比特插入在各个接收机上对于发送方打点的比特或者重复的比特上或者将接收比特流的两个或多个比特组合在一起。当插入附加比特时对于这个同时用所谓的“软决策”信息加以注释，其信息内容是非常不安全的。在各个接收机上在方向上可以与附图1相反的顺序进行接收信号的处理。

虽然已参考实施例对本发明进行了描述，本领域的技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的基础上，可以对本发明进行修改。

Claims

1.一种用于在通信装置中匹配比特率的方法，包括以下步骤：

通过将比特流的比特打点或重复来进行比特率的匹配，其中当打点时将确定的比特删除，并且当重复时使确定的比特重复；

对于每个比特(x)在相应的已求出的误差值和至少一个更新参数(e_plus，e_minus)的基础上确定一个更新的误差值(e)，该误差值是瞬时打点率或者瞬时重复率和所期望的打点率或者所期望的重复率之间偏差的一个尺度；并且

基于所述更新参数对更新的误差值(e)进行评价，是否应该或者不应该将相应的比特(x)打点或者重复，

其特征为，

至少将一个可改变的、对于每个比特的更新参数(e_plus，e_minus)用于确定每个比特的更新误差值(e)。

2.按照权利要求1的方法，

其特征为，

将比特流的比特(x)组合在帧中，并且

各自将一个可改变的、与各个比特在帧中的位置有关的更新参数(e_plus，e_minus)用于确定一个帧的单个比特的更新误差值(e)。

3.按照权利要求1或2的方法，

其特征为，

将比特从属于被确定的比特组，其中将同样的更新参数(e_plus，e_minus)用于确定一个比特组的单个比特(x)的更新误差值(e)。

4.按照权利要求1或2的方法，

其特征为，

从已经求出的相应的误差值和第一个更新参数(e_minus)之间的差值中求出每一个比特(x)的更新误差值(e)，并且

当被确定的更新误差值(e)不大于被确定的参考值情况时，将相应的比特打点和随后将对于这个比特(x)求出的更新误差值再一次通过与第二个更新参数(e_plus)相加进行更新。

5.按照权利要求1或2的方法，

其特征为，

每个比特(x)的更新误差值(e)是从已经求出的相应的误差值和第一个更新参数(e_minus)之间的差值中确定的，并且

当更新误差值(e)不大于被确定的参考值情况时，将相应的比特(x)连续地重复并且随后将这个比特(x)的更新误差值各自再一次通过与第二个更新参数(e_plus)相加进行更新，直到从中得出的误差值(e)大于参考值时。

6.按照权利要求1或2的方法，

其特征为，

每个比特(x)的更新误差值(e)是从已经在这之前求出的相应的误差值和第一个更新参数(e_minus)之间的差值中确定的，并且

当更新误差值(e)不大于被确定的参考值情况时，将相应的比特(x)连续地选择通过通信装置传输给一个接收机并且随后将这个比特(x)的更新误差值各自再一次通过与第二个更新参数(e_plus)相加进行更新，直到从中得出的误差值(e)大于参考值时。

7.按照权利要求4的方法，

其特征为，

参考值是零。

8.按照权利要求4的方法，

其特征为，

求出每个比特(x)所使用的第一个更新参数(e_plus)和/或第二个更新参数(e_minus)是可改变的并且是对于每个比特选择的。

9.按照权利要求8的方法，

其特征为，

将第二个更新参数(e_minus)比特专门的选择为e_minus＝w*N_c，其中N_c是率匹配之后每个帧的比特数并且权w是可改变的并且是对于每个比特选择的。

10.按照权利要求9的方法，

其特征为，

将帧两端的比特的权w选择得小于在帧中间的比特。

11.按照权利要求9或10的方法，

其特征为，

将各个TTI先后连续的比特的权w选择得相同，其中TTI是无线电帧数，一个数据帧的比特分布在TTI上。

12.按照权利要求11的方法，

其特征为，

将第一个和最后8比特的权w选择等于1，对于两个尾部的比特Nr.9-16计算等于2，并且将其他的选择等于4。

13.按照权利要求9或10的方法，

其特征为，

将第一个和最后8比特的权w选择等于1，并且将其他的选择等于4。

14.按照权利要求13的方法，

其特征为，

更新参数分布或权分布作为编码率的函数而进行选择。

15.按照权利要求14的方法，

其特征为，

用于确定在单个无线电帧上打点样板最佳的相对位移的平均的打点距离或者重复距离q不是从整个帧上面的平均值中求出的，而是从比特的更新参数或者权w有恒定数值的区域上面的平均值中求出的。

16.一种通信装置，

具有一个比特率匹配装置(6)，用于通过一个输入的比特流的比特(x)的打点或重复进行比特率匹配，

其中，当所述比特率匹配装置(6)用于打点时，将确定的比特从比特流中删除，并且当用于重复时，使比特流中确定的比特重复，并且

其中，所述比特率匹配装置(6)对于每个比特(x)在已经求出的相应的误差值和至少一个更新参数(e_plus，e_minus)的基础上确定一个现实的误差值(e)并且基于更新的误差值(e)评价，是否应该或者不应该将相应的比特(x)打点或者重复，

其特征为，

所述比特率匹配装置(6)将一个可改变的、对于每一个比特的更新参数(e_plus，e_minus)用于确定每个比特的更新误差值(e)。

17.按照权利要求16的通信装置，

其特征为，

该通信装置是一个UMTS移动无线发送装置。

18.按照权利要求16的通信装置，

其特征为，

该通信装置是一个UMTS移动无线接收装置。