CN1258402A - 一种估算信道比特误码率的方法,和接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种估算接收机中信道比特误码率的方法,还涉及一种接收机。在这种方法中,确定信道的伪比特误码率。接收机(114)包括一些用于检测所接收信号的数据序列的检测装置(202、204、206、208);用于对所检测到的数据信号的第一编码进行解码的解码装置(302);和用于利用第一编码对从第一编码所解码出的数据序列重新编码的重新编码装置(310)。本发明的接收机(114)还包括,用于提供所检测的数据序列的质量的值的质量确定装置(304),以及用于估算比特误码率的估算装置(308)—－假定通过将所检测的数据序列与利用第一编码所重新编码的数据序列相比较,所检测的数据序列的质量满足某一预定质量要求。第一编码一般为卷积编码。一种确定质量的方法是对第二编码(例如循环冗余校验)进行解码。

Description

一种估算信道比特误码率的方法，和接收机
本发明涉及一种估算接收机中信道比特误码率的方法，这种方法包括：检测所接收信号的数据序列；对所检测到的数据序列的第一编码进行解码；利用第一编码对从第一编码所解码出的数据序列重新编码。
诸如蜂窝无线网的通信系统，对于系统调谐，需要有关传输信道质量的信息。接收机通常将它接收的信道的质量通知给发射机。例如，在GSM系统中，一种测量信道质量的方法是确定其比特误码率。如果不能准确知道所发送的内容，就无法测量信道的实际比特误码率(比特差错率)。
估算信道比特误码率的现有技术方法是采用一种重新编码技术，据此，解码数据序列被重新编码。重新编码的数据序列与所检测到的数据序列相比较，可估算出有关信道的比特误码率。这一比较是通过测量重新编码的序列与所接收检测到的序列之间有多大差别来实现的。由此得到的信道比特误码率的估算称为伪比特误码率。
如果解码器能校正出现在信道中的比特内的所有差错，那么比特误码率估算为实际比特误码率提供了精确值。解码后遗留的任何差错都会降低比特误码率估算的精度。从信道编码所解码出的序列包含的差错越多，所计算的估算的作用越小。这将导致伪比特误码率可能错误地将差信道指示为好信道。比特误码率的估算是基于这样的假定：解码数据不包含差错，或至少差错很少。
一种广泛采用的编码方法是卷积编码，其中所要发送的数据被编码为码字。在信道中，存在使码字失真的干扰源。在接收机中所接收的信息不再与任何所接收的码字相应。因此，有可能将错误接收的失真的码字认为是另一个码字而不是所发送的码字。当错误码字随后被重新编码并与所接收的失真码字相比较时，所得到的伪比特误码率就是一个代表好质量信道的数值。然而这种估算是不正确的，因为比较的正确目标应当是实际发送的码字。如果实际发送的码字是已知的，则可与所接收的失真码字相比较，结果所得到的伪比特误码率应该是代表差质量信道的数值，该值与实际情况相符。
FI 934480及US 5113400公布了采用重新编码方法的解码器。在FI 934480中，伪比特误码率的估算和所估算的信噪比结合在一个等式中。将该式所得到的值与预定阈值相比较，据此可推断有关的GSM语音帧的质量是否差。然而，所公布的方法不能用来提高伪比特误码率的估算精度。US 5113400公布了一种应用上述重新编码方法的错误检测方法。该公布中所述的重新编码方法具有上述不足，并且未提出有关问题的解决方案，即如何在所解码的接收数据序列中含有差错的情况下也可得到可靠的伪比特误码率。
因此，本发明的目的是提供一种方法和一种实现该方法的装置，以解决上述问题。这可用前言中所述的方法来实现，其特征在于确定所检测的数据序列的质量的值，还在于，如果所检测的数据序列的质量满足某一预定质量要求，则通过将所检测的数据序列与利用第一编码所重新编码的数据序列相比较来估算比特误码率。
本发明还涉及一种接收机，该接收机包括，用于检测接收信号的数据序列的检测装置；用于对所检测的数据序列的第一编码进行解码的解码装置；用于利用第一编码对从第一编码解码得到的数据序列进行重新编码的重新编码装置。
本发明的接收机其特征在于，该接收机还包括：用于提供所检测的数据序列的质量的值的质量确定装置；用于估算比特误码率的估算装置，如果所检测的数据序列的质量满足预定质量要求，则将所检测的数据序列与利用第一编码重新编码的数据序列相比较。
本发明的优选实施方式在附属权利要求书中阐述。
本发明基于这样的思想：如果通过另一种方法已表明数据序列不满足预定质量要求，则不估算数据序列的比特误码率。
本发明的方法和系统的优点是：从长远来看，在第一编码的解码不能消除所有差错的情况下，可以改进伪比特误码率的精度。
下面，结合优选实施方式并参照附图来详述本发明，其中：
图1示出了应用本发明的蜂窝无线网的一个例子，
图2示出了收发信机的一个例子，
图3示出了接收机的信道编解码器的一个例子，
图4是说明本发明方法的流程图，
图5示出了不同比特级的比特误码率，
图6示出了信道比特误码率估算的相对误差，
图7示出了应用本发明如何消除图中出现的较大的相对误差。
本发明可用于多种接收机中。在所述的几个例子中，本发明用于蜂窝无线网。下面，参照图1来描述蜂窝无线网的典型结构。图1仅包括描述本发明所必需的框图，显然，对熟练技术人员来说，常规蜂窝无线网还包括本文中不必更详细讨论的其他功能和结构。这些例子示出了采用TDMA(时分多址)的蜂窝无线网，然而本发明并不局限于此。
蜂窝无线网通常包括一个固定网基础设施即网络部分128，和一些用户终端150，用户终端可以是固定安装、车载安装或便携式的终端。网络部分128包括基站100。多个基站100依次按集中方式受控于与它们通信的基站控制器102。基站100包括收发信机114。一个基站100通常包括1至16个收发信机114。例如在TDMA无线系统中，收发信机114向一个TDMA帧即通常向8个时隙提供无线容量。
基站100包括一个控制单元118，该控制单元控制收发信机114及复用器116的操作。复用器116将多个收发信机114所用的业务和控制信道安排到单个传输连接160。
基站100的收发信机114连接到一个天线单元112，该天线单元提供到用户终端150的双向无线连接170。在双向无线连接170中发送的帧结构被详细确定，该连接称为空中接口。
图2更详细地示出了收发信机114的结构。接收机200包括一个滤波器，用于抑制所需频带之外的频率。于是信号被变换到中频或直接变换到基带，这样，信号在模/数转换器202中被抽样和量化。均衡器204补偿例如多径传播所造成的干扰。均衡后的信号在解调器206中形成为比特流，该比特流再被发送到去复用器208。去复用器208将来自不同时隙的比特流分离到各个逻辑信道中。信道编解码器216对各个逻辑信道的比特流进行解码，即判断比特流是信令数据(它被发送到控制单元214)，还是语音(它经240被发送到基站控制器102的语音编解码器122)。信道编解码器216还执行纠错。控制单元214通过控制不同的单元来执行内部控制功能。脉冲串形成器228将一个训练序列和一个尾序列加到来自语音编解码器216的数据中。复用器226将时隙分配给每个脉冲串。调制器224将数字信号调制为射频载波。这是一种模拟操作，因此需要一个数/模转换器222来执行。发射机220包括一个限制带宽的滤波器。另外，发射机220还控制发射的输出功率。合成器212为各个单元配置必要的频率。合成器212包括一个时钟，该时钟可本地控制，或以集中方式从其他地方如从基站控制器102控制。合成器212通过例如压控振荡器产生必要的频率。
正如图2所示，收发信机的结构还可以划分为射频部件230和含有软件的数字信号处理器232。射频部件230包括接收机200、发射机220和合成器212。含软件的数字信号处理器232包括一个均衡器204、解调器206、去复用器208、信道编解码器216、控制单元214、脉冲串形成器228、复用器226和调制器224。模/数转换器202用于将模拟射频信号转换数字信号，相应地数/模转换器222用于将数字信号转换为模拟信号。
基站控制器102包括一个群交换区(group swithing field)120和一个控制单元124。该群交换区120用于切换语音和数据及用于接续信令电路。基站100和基站控制器102构成基站系统126，该基站系统还包括变码器122。变码器122通常尽可能靠近移动交换中心132，因为这样使得能以无线蜂窝网的形式在变码器122和基站控制器102之间发送语音，这节省了传输容量。在UMTS系统中，基站控制器102可以称作RNC(无线网控制器)。
变码器122对公用交换电话网与无线网之间所用的不同数字语音编码方式进行转换，使它们相互兼容，例如从64 kbit/s固定网形式转换为另一种蜂窝无线网形式(例如13 kbit/s)，反之亦然。控制单元124执行呼叫控制、移动管理、统计数据收集和信令。
如图1所示，通过移动交换中心132，可以建立从用户终端150到与PSTN(公用交换电话网)134相连的电话136之间的线路交换连接。分组交换连接，例如GSM的phase 2+阶段的分组传输，即GPRS(通用分组无线业务)，也可应用到蜂窝无线网中。
用户终端150的结构可以利用图2中收发信机114的结构描述来描述。用户终端150的结构部件在操作上与收发信机114的结构部件相同。另外，用户终端150还包括：一个在天线112与接收机200之间以及在天线112与发射机220之间的双重滤波器，一些接口部件和一个语音编解码器。该语音编解码器通过总线240连接到信道编解码器216。
下面将参照图4来描述本发明方法的工作情况。接收机接收信号，如块400所示，从所接收的信号中检测出数据序列。然后，所检测的数据序列的第一编码被解码，如块402所示。在块404中，利用第一编码，对从第一编码解码出的数据序列进行重新编码。在块406中，确定指示所检测数据序列的质量的值。在测试块408中，检查所检测数据序列的值是否满足预定质量要求。如果所检测数据序列的值满足质量要求，则在块410中，通过将所检测数据序列与利用第一编码所重新编码的数据序列相比较来估算信道比特误码率。然后，流程进至块412，处理接收机所接收到的下一信号，并又从块400开始确定该新信号的伪比特误码率。如果不满足测试块408的质量要求，则不为所处理的信号确定伪比特误码率。而流程直接进至块412并开始处理接收机所接收到的下一信号。
在蜂窝无线网中，编码语音的比特通常根据其相对重要性被划分为三个不同等级。这样划分的原因是，针对信道中出现的差错并非所有比特都需要受到同样好的保护，另一方面，信道容量也不允许对所有比特进行有效保护。图5在x轴上示出了划分为三个保护级的编码语音比特：1a级比特利用两种不同的编码方法来保护，1b级比特利用一种编码来保护，而2级比特未受保护。y轴示表示比特误码率的量值。连续的曲线表示在不同保护级中出现的比特误码率，虚线曲线表示仅对采用例如解码或别的适当方法证实是无差错的帧所计算出的比特误码率。该比特误码率称为残留比特误码率。图5中的曲线表示GSM系统中的实际情况，其中利用增强型全速率语音编解码器产生的比特以全速率信道传送。伪比特误码率用现有技术方法通过对1a和1b保护级比特进行重新编码来计算。如图5所示，在1a和1b级中，比特误码率相当高。这会在信道比特误码率估算中引起误差，因为正如所陈述的那样，伪比特误码率是在假定已解码的数据序列不再有差错的情况下计算的。图5中，用2保护级示出信道的实际比特误码率，因为2级比特发送是不受保护的。
在蜂窝无线网中，通常用于保护1a和1b级比特的第一编码是卷积编码。其他第一编码方法的例子包括正交卷积编码、超正交卷积编码、收缩(punctured)卷积编码、湍流编码(turbocodes)和链接(concatenated)编码。卷积编码最好用维特比解码器来解码。
用于只保护1a级比特的第二编码通常用线性分组编码来实现，这种编码包括哈达马编码及循环编码群，循环编码的一个例子是循环冗余校验。必要时，可在ISBN 0-07-051726-6：“Proakis，JohnG.，‘Digital Communications’，第三版”中的第八章“Block andconvolutional channel codes”中得到有关使用中的编码方法的附加信息。
图3更详细地示出了图2中给出的信道编解码器216。信道编解码器216将所接收信号的检测数据序列250作为比特流来接收。在块300中，如果有交错数据序列，将被去交错。例如，在GSM系统中，一个全速率语音业务信道包括交错在8个无线脉冲串中的4个数据脉冲串，该数据相应于20ms的语音。当该交错被去交错后，所讨论的数据序列中的比特被划分为其各自的1a、1b和2保护级。2级比特未经处理直接转发到(即在用户终端150中它们通过总线240被延续至)语音编解码器，而在基站100处，通过总线240送至复用器116。1a和1b级比特输入到解码装置302，在该装置中，最好利用维特比解器对其进行解码，另外还从那里输入到估算装置308。
然后1a级比特被传送到质量确定装置304，在该装置中，对第二编码(本例中为循环冗余校验)进行解码，以便确定数据序列的质量的值，该值表示无线信道上所接收的1a级比特的正确范围。数据序列的质量的值用包括该序列的帧的质量的值来表示，其可能的值是好帧或差帧。确定为值“差帧”的数据序列被发送到估算装置308，而差帧指示BFI被发送到总线240。
数据序列的质量也可用其他方法确定。指示所检测数据序列的质量的值可以这样确定，例如：根据包括该数据序列的信号的强度来确定；根据包括该序列的信道的载波/干扰比来确定，根据包括该序列的信号的信噪比来确定，或应用可用于确定信道或信号的质量的其他现有技术方法来确定。由于熟练技术人员熟悉质量的值的确定，因此，本文不作详述。
经由质量确定装置304后，1a级比特再返回到重新编码装置310。输入到重新编码装置310的1a级比特与输入到质量确定装置304的1a级比特是相同的，即未以任何方式对它们进行修正。1b级比特从解码装置302传送到总线240及重新编码装置310。
在重新编码装置中，利用所用的第一编码对1a和1b级比特进行重新编码，本例中该第一编码是卷积编码。重新编码后的数据序列再输入到估算装置308。
在估算装置308中，通过将所检测的数据序列的1a和1b级比特DET SEQ与重新编码的数据序列的1a和1b级比特ENCOD SEQ进行比较来估算比特误码率，前提是对于有关的帧未接收到差帧指示BFI。伪误码装置306因此提供一个伪比特误码率PBER，通过总线252传送给控制装置214。
所得到的伪比特误码率最好通知给发射终端的发射机。换言之，如果伪比特误码率例如是在用户终端150的接收机中计算的话，则将该比特误码率通知给基站100处的发射机，以便改变发射参数，必要时，确保一条足够高质量的信道。所述方法能很好地用于相关的自适应多速率编解码器中，在此与信道编码量相关的语音编码量可以根据信道状态的要求进行灵活修改。换句话说，当伪比特误码率上升时，可以减少语音编码量而增加信道编码量，以确保足够的质量。
本发明最好用软件来实现，因此，如图3所示，例如在基站100和/或用户终端150的收发信机114的数字信号处理器232中，在软件的信道编解码器216和控制部分214中的严格受限的范围内，要求软件可以修改。
在上述例子中，伪比特误码率是通过对1a和1b级比特重新编码来计算的。在一种优选实施方式中，利用对第一编码所编码的数据序列进行第二编码所得到的部分作为数据序列，来估算比特误码率。由于本例中的第一编码是卷积编码，而第二编码是循环冗余校验，因此所讨论的数据序列是指利用两种编码方法所编码的1a级比特。这样，仅用所检测的1a级比特和重新编码后的1a级比特来估算比特误码率。如图5所示，通过消除1a级比特中的差帧，来获得最可靠的结果，因为在1b级比特中，既便是好帧通常也包括差错，假定1a和1b级比特的防差是用相同速率的卷积编码实现的。
图6示出了在信道比特误码率估算中相对误差的计算。这些结果是通过模拟ETSI(欧洲电信标准学会)的第三类差错模式EP3得到的，可以看出传输质量极差，其平均C/I(载波/干扰)比为4dB，比特误码率为13％。这一模拟包括了5000帧，相当于大约100秒语音。相对误差百分比Ei relative利用下式计算：
其中，i是帧指数，其值为1，2，...5000之一；FBERi是第i帧的实际比特误码率；PBERi是第i帧的估算比特误码率。图6中，x轴为帧指数，而y轴为相对误差百分比，该相对误差百分比表示估算比特误码率偏离了实际比特误码率多少。图6中，用字母符号X来表示差帧。如图6所示，最高的相对误差百分比与差帧是一致的。
图7与图6相应，只是它已采用本发明的方法消除了图6中用字母符号X所表示的差帧。比较图6和图7得到这样的结论：当只针对好帧估算比特误码率时，平均相对误差较小，这就提高了比特误码率估算的总精度。图6和图7示出的例子为5000帧，而实际上本发明用于计算一次只有较少的帧如5到20帧的平均伪比特误码率。因此，即使消除包含主要相对估算误差的单个帧，也可以明显地改善所得到的平均伪比特误码率的质量。因此，包含用来确定伪比特误码率的帧的时间窗可以相当小。例如，通过计算中值或利用某一统计方法(该方法可确定一个窗口的平均伪比特误码率)来求得平均。
如果所确定的时间窗只有一帧，即确定每帧各自的伪比特误码率，则会出现这样的问题：怎样来确定其质量不满足预定质量要求的帧的伪比特误码率值。根据一种优选实施方式，如果所检测的数据序列的质量不满足预定质量要求，则比特误码率通过根据早先接收到的数据序列的伪比特误码率进行预测的方法来估算。这种预测方法使得例如可计算预定的更长窗口上的伪比特误码率的平均值或中值，由此得到的伪比特误码率再被应用到各自的数据序列。另一种有效方法是，利用以往的数据来估算伪比特误码率的可能变化速率，从而根据原来的伪比特误码率，预测伪比特误码率大概是多少。
尽管以上参照附图中所示的例子描述了本发明，显然，本发明并不局限于此，而可在附属权利要求书中所阐述的本发明思想的范围内以多种方式变化。

Claims (28)

1.一种用于估算接收机中信道比特误码率的方法，该方法包括：
(400)检测所接收信号的数据序列；
(402)对所检测到的数据序列的第一编码进行解码；
(404)用第一编码对从第一编码所解码出的数据序列重新编码，
其特征在于，(406)确定所检测数据序列的质量的值，以及(408)如果所检测数据序列的质量满足预定质量要求，则(410)通过将所检测数据序列与利用第一编码所重新编码的数据序列相比较来估算比特误码率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过对所检测到的从第一编码所解码的数据序列的第二编码进行解码，来确定所检测的数据序列的质量的值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用对第一编码所编码的数据序列进行第二编码所得到的部分作为数据序列，来估算比特误码率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一编码是卷积编码。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该卷积编码用维特比解码器来解码。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二编码是线性分组编码。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该线性分组编码是循环编码。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该循环编码是循环冗余校验。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，数据序列包括1a和1b级比特。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，数据序列包括1a级比特。
11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，数据序列的质量的值用包括该数据序列的帧的质量的值来表示。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，帧的质量的值是好帧或差帧，好帧满足预定质量要求，而差帧不满足预定质量要求。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所检测的数据序列的质量不满足预定质量要求，则比特误码率通过根据早先接收到的数据序列的伪比特误码率进行预测的方法来估算。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所检测数据序列的质量的值可以根据包括该数据序列的信号的强度来确定；根据包括该序列的信道的载波/干扰比来确定；根据包括该序列的信号的信噪比来确定；或应用可用于确定信道或信号的质量的其他现有技术方法来确定。
15.一种接收机，它包括
用于检测所接收信号的数据序列的检测装置(202、204、206、208)；
用于对所检测到的数据序列的第一编码进行解码的解码装置(302)；
用于利用第一编码对从第一编码所解码出的数据序列重新编码的重新编码装置(310)，
其特征在于，这种接收机还包括：
用于提供所检测的数据序列的质量的值的质量确定装置(304)；
估算装置(308)，如果所检测的数据序列的质量满足某一预定质量要求，通过将所检测的数据序列与利用第一编码所重新编码的数据序列相比较来估算比特误码率。
16.如权利要求15所述的接收机，其特征在于，质量确定装置(304)被用来，通过对从第一编码所解码的数据序列的第二编码进行解码，来确定所检测的数据序列的质量的值。
17.如权利要求16所述的接收机，其特征在于，估算装置(308)被用来，利用对第一编码所编码的数据序列进行第二编码所得到的部分作为数据序列，来估算比特误码率。
18.如权利要求15所述的接收机，其特征在于，第一编码是卷积编码。
19.如权利要求18所述的接收机，其特征在于，解码装置(302)包括一个维特比解码器。
20.如权利要求15所述的接收机，其特征在于，第二编码是线性分组编码。
21.如权利要求20所述的接收机，其特征在于，该线性分组编码是循环编码。
22.如权利要求21所述的接收机，其特征在于，该循环编码是循环冗余校验。
23.如权利要求15所述的接收机，其特征在于，数据序列包括1a和1b级比特。
24.如权利要求16所述的接收机，其特征在于，数据序列包括1a级比特。
25.如权利要求16所述的接收机，其特征在于，质量确定装置(304)被用来，将数据序列的质量的值用包括该数据序列的帧的质量的值来表示。
26.如权利要求25所述的接收机，其特征在于，帧的质量的值是好帧或差帧，估算装置(308)被用来在好帧满足预定质量要求的情况下进行工作，而差帧不满足预定质量要求。
27.如权利要求15所述的接收机，其特征在于，如果所检测的数据序列的质量不满足预定质量要求，则估算装置(308)被用来，通过根据早先接收到的数据序列的伪比特误码率进行预测的方法，来估算比特误码率。
28.如权利要求15所述的接收机，其特征在于，质量确定装置(304)被用来确定所检测数据序列的质量的值，它可以根据包括该数据序列的信号的强度来确定；根据包括该序列的信道的载波/干扰比来确定；根据包括该序列的信号的信噪比来确定；或应用可用于确定信道或信号的质量的其他现有技术方法来确定。
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