CN1237842A - 数字数据传输系统中识别删除帧的方法 - Google Patents
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Abstract
利用两个卷积解码步骤和两个PBER门限以及循环冗余校验改善慢跳频信道的帧删除性能的一种方法。利用“双向解码”算法检测卷积解码过程中的故障情况,利用卷积解码器的两级传送检测故障情况。在解码器出现故障时,产生错误解码比特的基本随机的的脉冲串,并且由于解码器的存储效应,这些脉冲串在每个解码方向中是不同的。这些错误随机差错可以通过两个解码数据组的比较来检测。
Description
本发明涉及数字数据传输,并且具体涉及数字数据解码器。下面的描述是基于本发明特别适用的GSM蜂窝通信系统。然而,本领域技术人员清楚,本发明可以应用于其他的数字数据传输系统。
参见授予Wigren等人的美国专利5598506与5596678和授予Heikkila的美国专利 5557639以及John Wiley&Sons,RaymondSteele(Ed.)出版的“移动无线电通信”中有关现有技术和技术背景的描述。本文使用以下的缩写词:
GSM-全球移动通信系统,(以前是Groupie Special Mobile)
BCCH-广播控制信道
TCH/F-业务信道全速率
CRC-循环冗余校验
BFI-坏帧指示
MS-移动站
PBER-伪比特误码率
GSM蜂窝通信系统使用全速率语音编解码器作为缺省,此全速率语音编解码器将13kHz的样值编码为包含76个参数的260比特,这260比特根据其对语音质量的主观重要性划分为两组。
78个最不重要的比特称为等级Ⅱ比特并且不进行保护。这些等级Ⅱ比特的破坏对语音质量几乎没有可以听见的影响。最重要的182个比特称为等级Ⅰ比特,利用半速率卷积码进行保护。等级Ⅰ比特还进一步细分为Ⅰa和Ⅰb,以便另外利用3比特循环冗余校验(CRC)来保护最高有效的50个比特(Ⅰa)。
为了防止语音传输期间的令人不愉快的音频仿真,任何一个帧删除机制必须尽可能精确和有效地检测所有传播信道类型的具有等级Ⅰa错误的所有帧和具有多于一定数量的等级Ⅰb错误的帧。
网络经营者希望使其网络容量和质量最大。能实现此目的的一种方式是采用慢跳频。慢跳频信道传送循环伪随机跳频序列,每个脉冲串在不同于前一脉冲串频率的频率上发送,从跳频序列的频率分集中实现性能增益。
慢跳频的使用也允许分配给网络经营者的频率的更大的复用,从而增加可利用的容量。慢跳频和频率复用的一个副作用是称为Telstra信道的特殊类型传播信道的产生,之所以称为Telstra信道是因为澳大利亚网络经营者Telstra实施它自己的这种类型信道的移动站(MS)性能测试。
这种类型的传播信道(Telstra)的特征在于:慢跳频信道,n(一般n=4)个频率上的跳频,其中一个频率具有高电平(一般为-10至-20dB)的同频道干扰,此干扰可能是由相邻网孔的BCCH广播或业务信道引起的。此干扰的影响是:对于它所影响的脉冲串,错误的比特概率趋于50%(即,基本上随机),而其他的n-1个频率具有低的错误概率。
由于TCH/FS信道的交织和重新排列,这些错误比特均匀地与其他脉冲串的正确比特交错分布在整个语音帧中。这与普通(非Telstra类)信道正好相反,在普通信道中构成语音帧的所有脉冲串同样有可能包含错误,以致在除去交织和执行重新排列之后,有可能已编码的语音帧中非均匀分布的比特将是错误的。此GSM编码方案中使用的r=1/2,K=5码足以成功地校正Telstra信道上的错误。这个情况最初由Telstra在1∶4跳频信道上指示。
用于GSMTCH/FS信道的常规的帧删除算法由两个单独测试构成:3比特CRC校验和伪误码率(PBER)门限。通过重新编码已解码的等级Ⅰ比特并逐个比特地比较这些比特与原始接收的比特来计算PBER。在语音帧的等级Ⅰa比特上计算CRC校验,计算所有编码的等级Ⅰ比特的所估算的错误数量。
帧删除算法如下进行:
1.卷积解码189个已编码的等级Ⅰ码元,以便得到182个等级Ⅰ比特+3个CRC校验比特+4个尾比特。
2.对等级Ⅰa比特进行CRC校验。如果CRC校验失败,标记此帧以便删除。
3.重新编码182个等级Ⅰ比特+3个CRC校验比特+4个尾比特,并随后在重新编码的码元与原始接收的码元之间逐个比特进行比较来计算差的数量。
4.如果差的数量超过PBER门限,则标记此帧以便删除。
此算法对“非Telstra类”信道运行良好。然而,CRC校验的性能取决于PBER门限值。PBER门限值越低,CRC校验变得越可靠。要求一般在45-60(比特/帧)之间的PBER门限值。
此算法对“Telstra类”信道运行不好,这是因为“Telstra类”信道要求太高的PBER门限,以致CRC校验不能可靠地与非Telstra信道一起使用。这是因为卷积码由于错误的均匀周期分布而能校正大量的Telstra信道错误,但如果PBER门限对于“Telstra类”信道设置得太低,将删除太多的错误空闲语音帧。
本发明的目的包括Telstra 1∶3与1∶4信道更好的帧删除性能和所有信道的等级Ⅰb比特更好的校验。
根据本发明,提供数字数据传输系统中识别删除帧的一种方法,包括:在去交织和均衡之后,根据卷积解码的接收码元与卷积解码的接收码元的拷贝的比较结果设置PBER门限,所述拷贝已进行比特倒置、卷积解码和另外的比特倒置,并且比较接收码元与重新编码的卷积解码的接收码元,以提供估算的接收码元中错误数量,而在所述估算的错误数量超过PBER门限设置时,标记所接收的帧以便删除。
本发明的上面和其他目的、特征和优点从下面结合表示本发明示例的附图的描述中将变得清楚。
图1是表示根据本发明实施例的数字数据传输系统中双向解码机制的方框图。
现在将结合表示双向解码机制的图1描述本发明的一个示例。称为双向解码(FBD)算法的算法利用两个卷积解码步骤和与等级Ⅰa CRC校验一起使用的两个PBER门限。FBD算法设计为检测卷积解码过程中的故障情况,此故障情况是指解码失败和从解码过程直至解码再同步期间产生几乎随机的错误脉冲串的情况。
在此示例中,描述TCH/FSGSM信道。然而,更一般地在数字数据传输系统中识别删除帧的方法包括:在去交织和均衡之后,利用反向跟踪长度x小于或等于n个码元卷积解码n(n=189)个等级Ⅰ的编码码元来产生n个解码的等级Ⅰ比特(正向解码比特);利用反向跟踪长度y小于或等于n个码元在时间反方向中解码n个等级Ⅰ的编码码元的拷贝来产生n个等级Ⅰ的时间倒置的解码比特;再次时间倒置n个等级Ⅰ的时间倒置的比特;删除由于反向解码处理引起的比特偏置R(后向解码比特);比较正向解码比特的前面n个R比特与后向解码比特的前面n个R比特,并计算差的数量,在未发现差别时将PBER门限设置为高值,而在发现差别时将PBER门限设置为低值;重新编码n个等级Ⅰ比特来产生n个重新编码的码元;逐比特比较n个重新编码的码元与接收的编码码元;计算PBER,并在PBER大于所选的PBER门限值时,标记此帧以便删除。
在GSM无线电接收机通常的均衡和去交织阶段之后实施FBD机制如下:利用反向跟踪长度x(x小于190,一般为31)卷积解码189个等级Ⅰ的编码码元(序列Q),以便产生189个解码的等级Ⅰ比特(序列Z);拷贝这189个编码的等级Ⅰ码元,并在时间倒置方向中利用反向跟踪长度y个(y小于190,一般为15)码元解码此拷贝来产生189个等级Ⅰ的时间倒置的解码比特;时间倒置的比特组再次进行时间倒置,从而回复到原始时间顺序(序列T)并删除(序列T)前面的4个比特;对前面185个比特逐比特比较序列Z与序列T和计算差的数量,并在未发现序列Z与序列T之间的差别时,将PBER门限设置为高值,否则将PBER门限设置为低值;重新编码序列Z以便得到序列S,并比较序列S与原始接收的编码码元(序列Q);计算PBER,并在PBER超过所选的PBER门限值时,标记此帧以便删除。
结合图1可以更加清楚地了解FBD算法的操作。图1的1的输出是在去交织和均衡之后从接收的帧中导出的编码码元序列。此189个码元的序列为方便起见称为序列Q。序列Q的189个码元由卷积解码器2进行卷积解码,并且2的输出是189个解码的等级Ⅰ比特(序列Z)。序列Q的拷贝在3中进行比特倒置、在4中进行卷积解码并在5中再次进行比特倒置。
其中知道开始和结束状态的任何线性卷积码的时间倒置解码可以通过使生成多项式的顺序相反并且也使其中提供所生成的码元的比特顺序也相反来实现。例如,考虑GSMTCH/FS信道使用的n=2,k=5的编码。特征多项式定义如下:
G0=1+D3+D4(二进制表示10011)
G1=1+D+D3+D4(二进制表示11011)
时间倒置的形式则由下式给出:
T0=1+D+D3+D4(二进制表示11011)
T1=1+D+D4(二进制表示11001)
然而,利用修改的码,则可以在相反的方向中执行解码,但必须允许所引起的(K-1)比特同步误差。
随后必须考虑由于通过删除从5输出的解码比特前面4个比特所进行的反向解码在时间倒置比特中引入的4比特偏移,进行后向解码,从而产生序列T。序列Z前面185个比特在7中逐个比特与序列T前面的185个比特进行比较并计算PBER。如果在正向(序列Z)与反向(序列T)解码之间没有发现差别,则将PBER门限8设置为高值(PBER-high),一般为80-90(比特/帧)。如果在序列Z与序列T的比较中检测到一个或多个差别,则PBER门限8设置为低值(PBER-low),一般为40-50(比特/帧)。
在适当设置PBER门限之后,通过在6中重新编码序列Z的189个等级Ⅰ比特产生189个重新编码的码元(序列S)来估算序列Q的189个编码码元的PBER。序列S的189个重新编码的码元在9中逐个比特与原始接收的序列Q的编码码元进行比较,并计算PBER。此PBER在10中相对8中设置的PBER门限进行检查,而如果此PBER超过PBER门限,则标记此帧以便删除。
可以根据经验选择x、y、PBER-high与PBER-low的值,以使得对所希望的信道传播条件获得此算法的最佳性能。此算法的目的是消除对Telstra与非Telstra信道之间折衷的单个PBER门限的依赖性。此目的通过检测卷积解码器的故障来实现。
此故障利用卷积解码器的两级传送进行检测,因为在解码器出现故障时,由于解码器的存储效应(对于K=5码,存储长度是4个码元),错误解码比特的基本随机的脉冲串取决于紧接在故障出现之前的码元。由于这些码元对于每个方向的解码是不同的,所以在比较两个解码比特组时,将会发现这些随机比特的差别。当没有发现差别时,极有可能已成功解码,并因此由于CRC校验将是可靠的而能使用PBER的PBER-high值。然而,在发现差别时,选择PBER-low值,并且这个差别应足够低以保证CRC校验是可靠的。
虽然本发明优选实施例已利用特定术语进行描述了,但这样的描述只是用于说明目的,并且应理解:可以进行改变和变化而不脱离下面权利要求书的精神或范畴。
Claims (3)
1.识别数字数据传输系统中删除帧的一种方法,包括以下步骤:
在去交织和均衡之后,根据卷积解码的接收码元与卷积解码的接收码元的拷贝的比较结果设置PBER门限,所述拷贝已进行比特倒置、卷积解码和另外的比特倒置;和
比较接收的码元与重新编码的卷积解码的接收码元,以计算接收码元的PBER,并在所述PBER超过PBER门限设置时,标记所接收的帧以便删除。
2.识别数字数据传输系统中删除帧的一种方法,包括以下步骤:
在去交织与均衡之后,利用反向跟踪长度x小于或等于n个码元卷积解码n个等级Ⅰ的编码码元,以便产生n个解码的等级Ⅰ的正向解码比特;
利用反向跟踪长度y小于或等于n个码元在时间倒置方向中解码n个等级Ⅰ的编码码元的拷贝来产生n个等级Ⅰ的时间倒置的解码比特;
再次时间倒置n个等级Ⅰ的时间倒置比特;
删除反向解码处理所引起的比特偏置R,以便产生反向解码的比特;
比较正向解码比特前面n个R比特与反向解码比特前面n个R比特;
计算差的数量,在没有发现差别时,设置PBER门限为高值,而在发现差别时,设置PBER门限为低值;
重新编码n个等级Ⅰ比特,以便产生n个重新编码的码元;
逐个比特比较n个重新编码的码元与接收的编码码元;和
计算PBER,并在此PBER大于所选的PBER门限值时,标记此帧以便删除。
3.识别TCH/FS GSM信道中删除帧的一种方法,包括以下步骤:
利用反向跟踪长度x的码元卷积解码189个等级Ⅰ的编码码元序列Q,以便产生189个解码的等级Ⅰ比特序列Z;
拷贝这189个编码的等级Ⅰ码元,并在时间倒置方向中利用反向跟踪长度y解码此拷贝,以便产生189个等级Ⅰ的时间倒置的解码比特;
再次时间倒置此时间倒置的比特组,以便生成序列T,从而回复到原始时间顺序,并删除序列T前面4个比特;
对前面185个比特逐个比特比较序列Z与序列T和计算差的数量,并在序列Z与序列T之间没有发现差别时,将PBER门限设置为高值,否则将PBER门限设置为低值,重新编码序列Z以便得到序列S;
比较序列S与原始接收的编码码元序列Q;和
计算PBER,并在此PBER超过所选的PBER门限值时,标记此帧以便删除。
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