CN1256560A - 恒定速率的数字数据传输中改变编码电平的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改变在发送机与接收机之间按恒定速率发送的数字数据的编码电平的方法,所述编码电平是作为由所述接收机接收的信号质量的函数确定的,级别0的编码电平被定义为对所述传输数据提供最高保护和级别n－1的编码电平被定义为对所述传输数据提供最低保护。在非0长度的固定时间期间,防止从级别n(0≤m≤n－1)的编码电平转换到级别m+q(0≤m+q≤n－1)的编码电平,和在所述接收信号的质量对应于在电平m+q进行编码后,q是正的。

Description

恒定速率的数字数据 传输中改变编码电平的方法

本发明的技术领域是在发送机与接收机之间特别是无线接口的数字数据传输。更具体地，本发明涉及在发送机与接收机之间以恒定速率的传输中改变数字数据的编码电平的方法，所述编码电平是按照数字数据传输信道的质量为函数确定的。

例如，通过定义，0级别编码电平可以对应于保护传输数据的最高电平，而n-1级别编码电平对应于保护传输数据的最低电平。通过例子的方式，这种方法实现GSM系统的自适应多速率编译器(AMR)中。可以有益地参照法国专利申请No.2718906，该申请具体地描述了用于无线通信系统中用于移动终端的自适应无线接口。

下面的描述涉及GSM通信系统的情况，其中通常是移动终端的终端与基站(BTS)通过由无线接口构成的传输媒介进行通信。为了通过GSM系统的无线接口发送有效负荷数据(例如，话音数据)，在终端或基站的接口具有一组n个编译码器对，每对对应于信道的一个特定电平和数据的编码与译码。无论任何话音编码器的速率，在信道编码后的速率对应于分配给该呼叫的速率，例如在全速率模式中为22.8kb/s和在半速率模式中为11.4kb/s。

对于n个编译码器对中任何规定的对i，当在话音编码后的速率高时，则作为传输的有效数据具有小的保护(低冗余度)。如果在这种条件下位错误率(BER)是低的，则接收数据的音频质量将是理想的。但是，如果BER高，则传输将不能有力地抵御传输差错和音频信号的质量将变差。如果用在编译码器对的话音编码后的速率低于对i的速率，则在低BER或大Eb/No下获得的音频质量将不太好。但当传输信道不太好时，传输将更为可靠。

因此，AMR的原理是使发送机和接收机适应无线接口的质量，质量不仅随着大气条件而改变，而且还与终端与基站的相对位置有关(特别是由于多径效应)，或者与存在和不存在由于其它呼叫的干扰有关。对传输信道较大的干扰，对话音采用更稳健(robust)的编码，反之亦然，使得获得在所发送的有效负荷数据与所述有效负荷数据传输速率之间的最佳折中。

在原理上，所发送的有效负荷数据是由话音数据构成的，但也可以发送非音频数据的数字数据，例如，图象、电文等。一般来说，数据可以由分组的形式进行发送，这里分组是由话音数据(在应用传输的音频数据的场合)或在广义的数字数据的某个量确定的。

当发送机在接收信息后使得其当前的编码电平不再适合传播条件而改变其编码电平时，或者转换到更高的电平，或者转换到较低的电平，在理论上它应当通知接收机，使得接收机相应地改变其解码电平。这个信息是借助于在分配给发送有效负荷数据的通信频带中(例如，在还含有有效负荷数据的分组的标题中)，或者在某些其它频带中的信令进行发送的。

通过选择最适合的话音编码器加上从n个可用编码器对中的信道编码器对，实现自动适应所遇到的各种传播条件。因此，每个传输信道质量范围对应于对于有效负荷数据的编/译码器的特定电平。

下面参照图1A和1B描述利用现有的AMR调制解调器所遇到的问题。

图1A表示在作为时间的函数的位错误率(BER)中测量到的变量，和图1B表示作为所述测量的BER的函数的编/译码电平。

在第一阶段P1期间，测量的BER(例如，通过在时分多址(TDMA)模式中发送的多个分组)大于阈值S。对应的用于发送的编码电平是电平0，该电平对所传的数据提供最大的保护。在下一个阶段P2中，传输信道的质量改善了，BER变得低于阈值S，使得编码电平变为较高等级。在这种情况下，可以利用编码电平2。在这种情况下，编码在编码电平1上一个短的时间内进行，例如一个帧的持续期。在被判决为改变编码电平的瞬间与在新的编码电平实际应用的瞬间之间，存在一个经过时间Δti，该时间Δti取决于系统的动作时间(特别是用于估算BER，作出关于将要应用的编码电平的判决，和发送关于所述编码电平的信息)。这个时间Δti不是固定的。在阶段P2结束时，BER再次恶化和被判决返回到更稳健的编码电平，例如编码电平0。这种从编码电平2到编码电平0的转换仍然要求某个Δt2的时间长度，在该时间长度Δt2期间，在信道的质量已经恶化以后和直至系统返回到电平0，存在所传输的所有帧的损失的风险。在图1A和1B中在时间P4结束时再次出现这个问题，在该P4期间曾使用编码电平2，当信道质量迅速恶化时，使得出现所发送的分组在Δt4的时间被丢失的可能性，这个时间对应于系统在从编码电平2转换到编码电平0的动作时间。以相同的方式，如果编码电平1为适当的编码电平，可用观察到分组丢失的情况。

当发送话音数据时，这种分组的丢失将引起接收信号的质量下降。

此外，当发送信道的差错使得信令数据也发生差错时，即，规定将由发送机使用的编码电平的数据也发生差错时，编码检测电平将是错误的和接收机将试图在非所选择的电平的其它电平上解码数据帧。这自动地引起使与该信令有关的各个帧丢失。如果传输差错被检测到，则接收机可以处于不同的策略，以便估算最可能的编码电平。

本发明试图补救这些缺陷。

更准确地讲，本发明的一个目的是提供改变在发送机与接收机之间的以恒定速率的数字数据传输的编码电平的方法，所述方法能够当传输信道突然在质量上变化时避免或者至少降低数据的丢失。

这个目的和下面的其它目的是通过改变在发送机与接收机之间以恒定速率发送的数字数据的电平实现的，所述编码电平是按照所述接收机接收的信号质量的函数进行确定的，0级别编码电平是按照对所述发送的数据提供最高级别保护定义和n-1级别的编码电平是按照对所述发送的数据最低级别保护来定义的，在所述接收的信号质量对应于电平m+q编码后，在非0长度的固定时间期间，防止从级别n的编码电平(其中0≤m≤n-1)向m+q级别转换(其中0≤m+q≤n-1)。

从阅读了下面的以非限制说明性的优选实施例和附图的描述后，本发明的其它特征和优点将是显而易见的，其中各个附图分别为：

图1A和1B分别表示作为时间函数测量到的BER变量，和作为BER函数的编码电平；

图1C表示用作测量的BER函数的编码电平，所述编码电平是利用本发明的方法确定的；和

图2表示表示本发明方法的可能的实施的流程图。

图1A和1B是关于参照现有技术状态描述的。

在下面的描述中，假设有效负荷数据是被按n个可能电平之一进行编码的，其中电平0是最稳健级别的和电平n-1是最缺乏稳健的级别的。

本发明的原理在于防止向稳健程度低于当前编码电平的电平太快地发生转换，和在操作中不考虑信道中的传输条件。

换言之，在图1B的例子中，如果测量的BER使其可能利用电平2，但如果电平0或电平1已经在小于Tmin的时间中正在使用，则防止发送机利用电平2。

图1C表示用作测量的BER函数的编码电平，所述编码电平是利用本发明的方法确定的。

在时间P1期间，和如图1B所示，使用的编码电平是0。当发送数据的接收机观察到测量的BER使得它可能改变到编码电平2时，持续期Tmin的时间延迟开始。如果在时间Tmin的持续期被确认编码电平2仍然可以使用，即，如果测量的BER在Tmin持续期中的任何时间不对应于编码电平0或编码电平1，则在时间延迟Tmin的结束时系统再改变到编码电平2。

但是，如果在时间延迟Tmin持续期中的任何时间观察到编码电平将要应用电平0或电平1，则将不发生按照原来期望的转换到编码电平2。这种方法的结果可以从图1C中看出：在P2的时间中，对应于编码电平2的测量的BER的持续期短于Tmin，使得不应用编码电平2。结果，本应在时间Δt2期间利用编码电平2进行编码的已经被发送的数据(因此在电平不够的电平上进行编码，并从而引起数据恶化)事实上是利用电平1编码的，或最好是利用电平0编码的。

在这个问题上，在图1C上可以看到编码电平1被利用，即使所测量的BER将会导致转换到编码电平2。已经表示出，当传输条件改善时逐渐地增加编码电平是一个优点。如果当前的编码电平是0和如果估计的BER对应于在电平3上进行编码，当实施本发明的方法时，在移动到编码电平3前，在第一时间Tmin最好使用电平1，和在第二时间Tmin期间最好使用编码电平2，条件是所述编码电平3对应于将要达到的编码电平。自然，对于时间Tmin还可能保留编码电平0，基本点是随着传播条件的改善，避免立即使用对应于按照测量的当前BER的编码电平。因此，时间Tmin的长度构成一个用于观察或确认可以使用较低的编码电平的时间。

更具体地，本发明包括：当所述传输信道的质量对应于在m+q电平时，在非0长度的时间Tmin期间，防止从级别n编码电平(其中0≤m≤n-1)向m+q级别(其中0≤m+q≤n-1和其中q是正的)转换。

已经表示出，由于编码电平的次最佳选择的质量损失通过避免帧丢失被大大地补偿。

在现有技术的状态下，和假设存在着n个可用电平(话音编码器+信道编码器)，当无线电信道BER明显地改善，但在某个时间长度期间然后突然再次变得非常坏时，如果自适应机制已经判决为改变到非常低的稳健性的传输电平(电平2或3)，则在信道质量已经变差后的所有帧被进行传输和直至该系统已经冒丢失数据的风险返回到电平0。相反，如果按照本发明采用当前电平(在这个例子中，电平0)或者略微稳健些的电平(电平1)，由于更稳健的编码电平(电平0或电平1)，则这些帧仍然具有被保存的机会。

在接收机中，如果信息被接收，使得下面的X帧变成按电平2或3进行编码，即使该系统以前小于时间Tmin期间曾处于电平0，这导出这样的结论，即，信息接收是不可能的，和因此是失败的。在这样的环境下，一种可能的策略是不改变与该以前X帧相比的检测电平。

因此，当射频条件非常坏时或当射频条件的质量出现突然的改变时，本发明使得保存各帧成为可能。

本发明特别可应用于通过无线接口进行传输的情况下，但也可用应用到接收机可被测量到的质量发生变化(例如BER或者Eb/No)的任何其它的情况下。

图2是表示本发明的方法的一种可能实施例的流程图。

步骤20是估算接收信号的质量的步骤21之前的开始步骤。步骤21可同等地包括：例如估算接收信号的二进制错误率BER、信号-噪声比、C/I比、发送机与接收机之间的距离、时间的对准、传输信道的脉冲响应、或测量接收信号的功率。

步骤22是测试步骤，在该步骤中检验是否接收信号的质量已被足够地改善为使得改变到稳健性低的编码电平(从当前的级别m的编码电平转换到m+q编码电平)。如果响应是“否”，则m级别的编码电平被保留(或者采用较低级别的编码电平，例如，对于对应于电平2的估计的BER的电平1)。如果响应是“是”，则在步骤23开始持续期Tmin的时间延迟。在时间Tmin期间，接收信号的质量对每个新接收的分组进行更新(步骤24)和检验(步骤25)是否在步骤21所选择的m+q编码电平至少对应于按照在步骤24所估计的信号质量。如果回答是“是”，则意味着信号质量已不再恶化到足以使在步骤22所判决的电平的变化不适合，和在步骤26检验是否时间延迟Tmin已经过去。如果Tmin已经过去，则在步骤22判决的编码电平的变化被进行实施(步骤27)和该方法结束(步骤28)。如果在步骤26中时间延迟Tmin尚未过去，则对接收信号的质量作出新的估算(步骤24)。

如果在步骤25中，观察到信号的质量已经恶化到足以使在步骤22的电平判决中进行变化是不适合的，则步骤23重新开始时间延迟Tmin。因此，对每个编码电平的变化的每个判决重新开始时间延迟Tmin。

另外一种情况，步骤27在于对每个Tmin对当前编码电平加1，以便达到对应于在各阶段在步骤21估计的BER的编码电平，正如上面所解释的那样。

本发明的具体应用主要是在蜂窝式通信网，例如GSM网中的所遇到的自适应各种传输条件的编码电平。

在一种优选的实施中，对任何规定的呼叫，在应用到通过上行和下行路径所传输数据的编码电平的改变始终是在基站进行判决的。对于通过下行路径(基站到终端)发送的数据，终端解调接收信号，和然后通过信令信道发送涉及所接收数据的质量的测量报告到基站。然后，基站基于该测量报告对需要应用的编码电平进行判决，和发送这个信息给终端。时间Tmin的长度也可用被发送给该终端，除非该时间长度是预定的。另外一种情况在于使用调制解调器的终端，该调制解调器自动地识别正在使用的编码电平。在这种情况下，则不需要发送或者知道时间Tmin的长度。

对于在上行路径(从终端到基站)发送的数据，基站解调由终端发送的数据和判决是否编码电平需要改变。如果判决为改变电平，则通过信令信道通知该终端。

对于任何规定的呼叫，用在上行和下行的方向的编码电平可用是不同的。

Claims (3)

1.一种改变在发送机与接收机之间以恒定数据发送的数字数据的编码电平的方法，所述编码电平是按照由所述接收机接收的信号质量的函数确定的，级别0的编码电平被定义为对所述传输的数据提供最高保护和级别n-1被定义为对所述传输的数据提供最低保护，该方法在于在非0的固定时间期间，防止从级别n(其中0≤m≤n-1)的编码电平转换到级别m+q(其中0≤m+q≤n-1)的编码电平，和其中在所述接收信号的质量对应于在电平m+q进行编码后，q是正的。

2.按照权利要求1的方法，其中所述接收机是由在蜂窝网中的基站构成的。

3.按照权利要求1的方法，该方法是在GSM型网中实施的。

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