CN1272271B - 传送主信号和辅助信号的传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

在一台发射机(4)连到接收机(6)的传输系统中，按一种编码性质编码的主信号(SPEECH INPUT)与一个辅助信号(AUX)一起被发送。为了发送辅助信号而不需要在传输帧中有额外的空间，提议通过按照预先规定的序列改变编码性质的方法发送辅助信号。通过序列装置(13)做到这点。在接收机(6)中由解码器(31)实现对预先规定的序列的解码。

Description

传送主信号和辅助信号的传输系统及方法
技术领域
本发明涉及一种传输系统，包括一台通过传输信道连到接收机的发射机，所述的发射机被安排来发送一个主信号和一个辅助信号到接收机，接收机被安排来接收主信号和辅助信号。 
本发明也涉及在这样的一个传输系统中使用的发射机和接收机。本发明进一步涉及一种传输方法，和一种信号。 
背景技术
在传输系统中通常希望发送主信号外，还发送辅助信号，主信号可以是，例如通过一个移动电话系统的无线电通信线路发送的语音信号。辅助信号可以是，例如，一种控制信号，用于请求接收机重新配置，使其适应应该接收的信号的变化。 
在传输帧中为这样的辅助信号包含一个特定的区是可能的，但如果辅助信号是用得很少的话，这种在传输帧中包含一个特定的区的办法是非常没有效率的。使用一种当辅助信号必须被发送时改变的帧结构也是可能的，使用一种可变帧结构导致传输系统复杂性的大大增加。 
发明内容
本发明的一个目的是提供一种传输系统，能按照序言中所谈到的避免上面提到的效率不高和附加复杂性。 
为了达到所述的目的，依据本发明的传输系统的特征在于发射机包括一种编码器，用于将主信号按由编码性质描述的方法编码，其中接收机包括一种解码器，用于将主信号按由编码性质描述的方法解码，其中发射机包括编码性质排序装置，用于按照一种预先规定的取决于辅助信号的序列改变编码性质，并且其中接收机包括一个序列检测器，用于检测所述的预先规定的编码性质的序列。 
在依据本发明的传输系统中，利用了这样的事实，即主信号是经常被编码的。一般主信号将依据一种源编码方案进行编码以便降低它的位速率，和／或一种信道编码方案进行编码，使得主信号能够在传输 信道上可靠传输。源编码方案可包括使用对语音信号的CELP编码，源编码可包括使用纠错码，例如卷积编码器或Reed-Solomon块码。编码性质可以是一个语音编码器的输出位速率，或者是卷积编码器的速率。在某些传输系统中，编码性质可在进行中改变以响应传输信道容量的变化。传输信道的容量可由于从一个无线电通信线路接收到的信号强度和／或干扰的增加或减小而改变，或者由于传输网络诸如因特网，或多或少的拥挤而引起改变。 
通过按预先规定的序列改变编码性质，可以发送辅助信号到接收机而不需要在帧结构中保留额外的空间或者必须使用一种可变的帧结构。 
本发明的一种实施方案的特征在于传输系统包括传输质量确定装置，用于确定传输信道的传输质量，和适应装置，用于使编码性质适应传输质量，其中编码性质排序装置被安排来只将编码性质改变到低于传输质量确定装置确定的传输质量的传输质量所对应的值。 
按照这种措施，防止由于编码性质排序装置的作用，在可靠传输不再可能的情况下选择编码性质。当编码性质排序装置切换到只对优于当前传输质量的一种传输质量才适合的一种编码性质时，这种情况可能发生。 
附图说明
现在将参考附图对本发明作解释。 
图1示出依据本发明的一种传输系统。 
图2示出使用在依据图1的传输系统中的一种帧结构。 
具体实施方式
依据图1的传输系统，包括三个重要的部件，TRAU(代码转换器和速率适配器单元)2，BTS(基地发送接收机站)4和移动站6。TRAU2通过A-bis接口8连到BTS4。BTS4通过空中接口10连到移动单元6。 
在此，主信号是要发送到移动单元6的语音信号，被施加到语音编码器12。语音编码器12的第一输出携带已编码的语音信号，也称为源符号，被通过A-bis接口8连到信道编码器14。语音编码器12的第二输出，携带背景噪声电平指示BD，被连到系统控制器16的输入。系统控制器16的第一输出携带编码性质，在此是下行速率分配信号 RD，被连到语音编码器12，并通过A-bis接口，连到在信道编码器14中的编码性质设置装置15以及进一步的信道编码器，在此是块编码器18。系统控制器16的第二输出，携带上行速率分配信号RU，被连到信道编码器14的第二输入。两位的速率分配信号RU逐位地在两个相继的帧上发送。速率分配信号RD和RU构成一种请求，以便按分别由RD和RU表示的编码性质操纵下行和上行的传输系统。 
注意到，发送到移动站6的RD值可被编码性质排序装置13废弃，后者可将一个预先规定的编码性质序列，如速率分配信号RU所示，强加到块编码器18，信道编码器14和语音编码器13。这种预先规定的序列可用于传递附加信息到移动站6，并不需要在传输帧中有附加的空间。采用一个以上预先规定的编码性质序列是可能的。每个预先规定的编码性质序列对应于不同的辅助信号值。 
系统控制器16从A-bis接口接收质量量度QU和QD，表明上行和下行空中接口10(无线电信道)的质量。质量变度QU与许多阈值电平比较，比较结果由系统控制器16用来在上行的语音编码器36和信道编码器38之间划分可用的信道容量，信号QD被低通滤波器22滤波并顺序地与许多阈值作比较。比较结果被用来在语音编码器12和信道编码器14之间划分可用的信道容量。对于上行和下行，在语音编码器12和信道编码器14之间划分信道容量的四种不同组合是可能的。这些可能性被表示在下表中。 
  RX   RSPEECH(Kbit/s)   RCHAHHEL   RTOTAL(Kbit/s)
  0   5.5   1/4   22.8
  1   8.1   3/8   22.8
  2   9.3   3/7   22.8
  3   11.1   1/2   22.8
  0   5.5   1/2   11.4
  1   7.0   5/8   11.4
  2   8.1   3/4   11.4
  3   9.3   6/7   11.4
表1 
从表1可以看到，分配给语音编码器12的位速率和信道编码器的速率随着信道质量提高而增加。这是可能的，因为在较好的信道条件下信道编码器可利用较低的位速率提供所需要的传输质量(帧差错率)。由信道编码器较大的速率节省下来的位速率被利用来分配给语音编码器12，以便获得较好的语音质量。注意到，编码性质在此是信道编码器14的速率。编码性质设置装置15被安排来依据由系统控制器16供给的编码性质设置信道编码器14的速率。 
在差的信道条件下，信道编码器需要具有较低的速率以便能够提供所需要的传输质量。信道编码器将是一种可变速率卷积编码器、对 加上8位CRC的语音编码器12的输出位编码。可变速率可利用具有不同基速率的不同的卷积码或者利用对具有固定基速率的卷积码的紧缩来获得。最好是采用这些方法的组合。 
在以下提出的表2中，表1中给出的卷积码的性质被示出。所有这些卷积码具有一个等于5的值v。 
  Pol/Rate   1/2   1/4   3/4   3/7   3/8   5/8   6/7
  G1＝43               000002
  G2＝45         003     00020  
  G3＝47       001     301   01000  
  G4＝51     4         00002   101000
  G5＝53         202      
  G6＝55     3          
  G7＝57   2       020   230    
  G8＝61       002        
  G9＝65   1     110     022   02000   000001
  G10＝66              
  G11＝67     2           000010
  G12＝71         001      
  G13＝73           010    
  G14＝75         110   100   10000   000100
  G15＝77     1         00111   010000
表2 
在表2中值Gi表示发生器多项式。发生器多项式G(n)按下式定义： 
G i ( D ) = g 0 ⊕ g 1 · D ⊕ · · · ⊕ g n - 1 D n - 1 ⊕ g n · D n - - - ( 1 )
在(1)中 
Figure BYZ000004127906900042
是模2加。i是序列g0，g1，…gv-1，gv的八进制表示 
对于每个不同的码，其中所用的发生器多项式由相应的格子中的数字来表示。在相应的格子中的数字表明相应的发生器多项式考虑的源符号。而且，所述的数字表明利用所述的多项式得到的已编码的符 号在源符号序列中的位置。每个数字表明利用所指明的发生器多项式得出的信道符号在信道符号序列中的位置。对于速率1/2码，采用发生器多项式57和65。对于每个源符号，首先按照多项式65算出的信道符号被发送，其次按照发生器多项式57的信道符号被发送。采用类似的方法从表3可确定用于确定速率1/4码的信道符号的多项式。其它的码是被紧缩的卷积码。如果在表中的一个数字等于0，这意味着相应的发生器多项式并未用于所述的特定的源符号。从表2可看到，某些发生器多项式并未用于每个源符号。注意到，在表中的数字序列对于输入符号序列分别长于1，3，5或6是周期性地连续的。 
注意到，表1给出语音编码器12的位速率值和对于全速率信道和半速率信道的信道编码器14的速率。由系统操作者作出决定采用哪个信道，并藉助于一个带外控制信号，发信号给TRAU2，BTS4和移动站6，该控制信号可在一个分开的控制信道上发送。信号RU也被应用于信道编码器14。 
块编码器18对所选的用于传输到移动站6的速率RD编码。速率RD在一个分开的编码器中编码是由于两个原因，第一原因是希望按所述的速率编码的数据在到达信道解码器28以前能将新的速率RD通知在移动站中的信道解码器28。第二原因是希望值RD对于防止传输差错要比采用信道编码器14可能达到的强。为了更加强已编码的RD值的纠错特性，码字被分成两部分，在各自帧中发送。这种将码字分开的做法使得有可能选用较长的码字，导致进一步改进纠错能力。 
如果采用全速率信道。块编码器18将由两位表示的编码性质RD编码为按16位码字的一个块码编码的一个已编码编码性质。如果采用半速率信道，采用8位码字的一个块码对编码性质编码。所用的码字表示在下面的表3和表4中。 
 RD[1]  RD[2]   C0   C1   C2   C3   C4   C5   C6   C7
 0  0   0   0   0   0   0   0   0   0
 0  1   0   0   1   1   1   1   0   1
 1  0   1   1   0   1   0   0   1   1
 1  1   1   1   1   0   1   1   1   0
表3：半速率信道 
  RD[1]  RD[2]   C0   C1   C2   C3   C4   C5   C6   C7   C8   C9   C10   C11   C12   C13   C14   C15
  0  0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0
  0  1   0   0   1   1   1   1   0   1   0   0   1   1   1   1   0   1
  1  0   1   1   0   1   0   0   1   1   1   1   0   1   0   0   1   1
  1  1   1   1   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0
表4：全速率信道 
从表3和表4，可以看到，用于全速率信道的码字可通过将用于半速率信道的码字重复而得到，结果就改进了纠错性质。在一个半速率信道中符号C0到C3在第一帧中发送，位C4到C7在相继的帧中发送。在一个全速率信道中，符号C0到C7在第一帧中发送，位C8到C15在相继的帧中发送。 
信道编码器14和块编码器18的输出在空中接口10上以时分多路复用方式发送。然而，也可以用CDMA在空中接口10上发送几个信号。在移动站6中，从空中接口10接收到的信号被施加到信道解码器28和进一步的信道解码器，在此是块解码器26。块解码器26被安排来通过对由码字C0…CN表示的已编码编码性质的解码得到由RD表示的编码性质，其中对于半速率信道N是7，对于全速率信道N是15。 
块解码器26被安排来计算四个可能的码字和其输入信号之间的相关。这要分两段来完成，因为码字按部分在两个相继的帧中发送。在对应于码字第一部分的输入信号收到以后，第一部分可能的码字和输入值之间的相关值被计算并存贮。当在相继的帧中，对应于码字第二码字接收到时，第二部分可能的码字和输入信号之间的相关值被计算并加在以前存贮的计算值上，以便获得最后的相关值。对应于具有与总输入信号最大相关值的码字的RD值被选作接收到的代表编码性质的码字，并传送到块解码器26的输出。块解码器26的输出被连到信道解码器28中性质设置装置的一个控制输入，并连到语音解码器30的一个控制输入用于设置信道解码器28的速率和语音解码器30的位速率为对应于信号RD的一个值。 
信道解码器28对其输入信号解码，并在第一输出送出已编码语音信号到语音解码器30的一个输入。 
信道解码器28在第二输出送出信号BFI(坏帧指示)，指明错误 接收一帧，通过计算由对信道解码器28中卷积解码器解码的信号部分的检查和，并将所计算的检查和与从空中接口10接收到的检查和的值作比较得到BFI信号。 
语音解码器30被安来从信道解码器20的输出信号得出语音编码器12的语音信号的复制品。在从信道解码器28接收到BFI信号的情况下，语音解码器30被安排来根据以前接收到的对应于以前帧的参数得出语音信号。如果许多相继的帧被指明为坏帧，语音解码器30可被安排成使其输出信号静音。 
信道解码器28在第三输出提供解码信号RU，信号RU代表编码性质，在此是上行的位速率设置。每帧信号RU包括1位(RQI位)在去格式化器34中，在相继的帧中接收到的两位被组合成由两位表示的用于上行的位速率设置RU’。位速率设置RU’依据用于上行的表1选择各种可能性之一施加到语音编码器36的控制输入，信道编码器38的控制输入，和进一步的信道编码器，在此是块编码器40的输入。如果信道解码器20通过发布BFI信号发出坏帧信号，已解码信号RU并不用于设置上行速率，因为它被认为是不可靠的。 
信道解码器28在第四输出提供质量量度MMDd。当在信道解码器中采用Viterbi解码器时，可很容易得到此质量量度MMD。此质量量度在处理单元32中被按一阶滤波器滤波。对于处理单元32中滤波器的输出信号可被写成： 
MMD’[n]＝(1-α)·MMD[n]+α-MMD’[n-1]    (2) 
在信道解码器28的位速率设置已经响应RD的变化值作改变以后，MMD’[n-1]值被设置为对应于新设置的位速率和典型的下行信道质量已滤波的MMD长时间平均的一个典型值。这样做是为了降低在不同位速率值之间切换时的瞬态现象。 
滤波器的输出信号被用2位量化为质量指示QD。质量指示QD被施加到信道编码器38的第二输入。2位的质量指示QD利用每帧中一位的位置每两帧发送一次。 
施加到移动站6中语音编码器36的语音信号被编码并传送到信道编码器38。信道编码器38在其输入位上计算CRC值，将CRC值加到它的输入位，并按照由信号RU’从表1选取的卷积码对输入位与CRC值的组合编码。 
块编码器40取决于采用半速率信道还是全速率信道按照表3或表4对由两位表示的信号RU’编码。在此也只有半码字在一帧中发送。 
在移动站6中的信道编码器38和块编码器40的输出信号通过空中接口发送到BTS4。在BTS4中，块编码的信号RU’由一个进一步的信道解码器，在此是块解码器42解码。块解码器42的操作与块解码器26的操作是相同的。在块解码器42的输出可得到由信号RU’表示的已解码的编码性质。此已解码的信号RU”被施加到信道解码器44中编码性质设置装置控制输入并通过A-bis接口传送到语音解码器48的控制输入。 
在BTS4中，来自信道编码器38的信号通过空中接口10接收到，被施加到信道解码器44。信道解码器44对其输入信号解码，并将已解码信号通过A-bis接口8传送到TRAU2。信道解码器44提供代表上行传输质量的质量量度MMDu给处理单元46。处理单元46执行与在处理单元32和22中执行的类似的滤波器操作。接着，滤波操作的结果被用2位量化并通过A-bis接口8发送到TRAU2。 
在系统控制器16中，决策单元20由质量量度QU确定用于上行的位速率设置RU。在正常的环境下，分配给语音编码器的信道容量部分将随信道质量的增加而增加。速率RU两帧发送一次。 
从信道解码器44接收到的信号QD’被传送到系统控制器166中的处理单元22。在处理单元22中，在两个相继的帧中接收到的代表QD’的位被组装起来，并且信号QD’被一个一阶低通滤波器滤波，其特性与处理单元32中的低通滤波器类似。 
已滤波的信号QD’与取决于下行速率RD实际值的两个阈值作比较。如果已滤波的信号QD’落在所述的阈值最低值之下，则信号质量对于速率RD来说是太低了，处理单元切换到比目前速率低一档的速率上。如果已滤波的信号QD’超过所述的阈值的最高值，则信号质量对于速率RD来说是太高了，处理单元切换到比目前速率高一档的速率上。取上行速率RU的决策类似于取下行速率RD的决策。 
在正常环境下，分配给语音编码器的信道容量部分也将随信道质量的增加而增加。在特殊环境下，信号RD也可用来发送重新配置信号到移动站。这种重新配置信号可以，例如，指明应该采用的不同的语音编码/解码和/或信道编码/解码算法。这种重新配置信号可利用一 种特殊的预先规定的RD信号序列来编码。这种特殊的预先规定的RD信号序列由移动站中一种转移序列解码器31来识别，当预先规定(转移)序列被检测到时，发布一种重新配置信号到受影响的设备。转移序列解码器30可包括一个移位寄存器，在其中RD的顺序值被记时，通过将移位寄存器的内容和预先规定的序列作比较，当一个转移序列被接收到，和可能的转移序列中的一个被接收到时，可很容易检测出来。 
信道解码器44的输出信号，代表已编码的语音信号，被通过A-Bis接口发送到TRAU2。在TRAU2中，已编码的语音信号被施加到语音解码器48。在信道解码器44输出的信号BFI，指明检测到CRC差错，被通过A-Bis接口8传送到语音解码器48，语音解码器48被安排来从信道解码器44的输出信号得到语音编码器36的语音信号的复制品。在从信道解码器44接收到BFI信号的情况下，语音解码器48被安排来根据对应以前的帧的以前接收到的信号得出语音信号，采用的方法与语音解码器30所做的相同。如果许多相继的帧被指明为坏帧，语音解码器48可被安排来执行更先进的差错遮盖操作步骤。 
图2示出依据本发明在传输系统中使用的帧格式。语音编码器12或36提供应该防止传输差错的C位组60，和并不需要防止差错的U位组64。进一步的序列包括U位。决策单元20和处理单元32提供每帧1位的RQI62，提供如上所解释的发信号的用途。 
以上的位的组合被施加到信道编码器14或38，首先对RQI位和C位计算CRC，并将8个CRC位附在C位60和RQI位62的后面。U位并不包含在CRC位的计算之内。C位60和RQI位62以及CRC位68的组合66被按卷积码编码为已编码序列70。已编码的符号包括已编码的序列70。U位仍然未改变。 
在组合66中位的数目取决于卷积编码器的速率和所用的信道类型，如以下表5中所示。 
  #位/速率   1/2   1/4   3/4   3/7   3/8   5/8   6/7
  全速率   217   109     189   165    
  半速率   105     159       125   174
表5 
代表编码性质的两个RA位被编码在码字74中，代表已编码的编码性质，这是按照取决于可得到的传输容量(半速率或全速率)，在表3或4中显示的码来进行的。这种编码两帧执行一次。码字74被分成两部分76和78，并在当前帧和后继帧中被发送。 

Claims (7)

1.包括一台发射机的传输系统，用于通过传输信道发送一个主信号和一个辅助信号到接收机，所述的接收机被安排来接收主信号和辅助信号，其中发射机包括一个编码器，用于按一种编码性质描述的方式对主信号编码，以及其中该发射机被安排来发送该主信号和编码性质到接收机，且其中接收机包括一个解码器，用于按该编码性质描述的方式对主信号解码，其特征在于，该发射机包括编码性质排序装置，用于按照预先规定的序列改变编码性质以便发送该辅助信号到接收机，所述编码性质的预先规定的序列对应于该辅助信号，且该接收机包括一个序列检测器，用于为接收该辅助信号而检测编码性质的所述预先规定的序列且用于当已检测到预先规定的序列时发布该辅助信号。
2.依据权利要求1的传输系统，其特征在于传输系统包括传输质量确定装置，用于确定传输信道的传输质量，和适配装置，用于使编码性质适应于传输质量，其中编码性质排序装置被安排来只将编码性质改变到对应于比由传输质量确定装置确定的传输质量低的传输质量的值。
3.被安排来发送主信号和辅助信号的发射机，其中发射机包括一个编码器，用于按由编码性质描述的方式对主信号编码，以及其中该发射机被安排来发送该主信号和编码性质，并且其特征在于该发射机包括编码性质排序装置，用于按照预先规定的序列改变编码性质以便发送该辅助信号到接收机，所述编码性质的预先规定的序列对应于该辅助信号。
4.被安排来接收主信号和辅助信号的接收机，其中接收机包括一个解码器，用于按由接收的编码性质描述的方式对接收的主信号解码，并且其特征在于该接收机包括序列检测装置，用于为接收该辅助信号而检测接收的编码性质的预先规定的序列，所述编码性质的预先规定的序列对应于该辅助信号，且用于当已检测到预先规定的序列时发布该辅助信号。
5.发送一个主信号和一个辅助信号到被安排来接收主信号和辅助信号的接收机的方法，其中此方法包括按由编码性质描述的方式对主信号编码，发送该主信号和编码性质，以及按由编码性质描述的方式对主信号解码，其特征在于此方法包括按照预先规定的序列改变编码性质以便发送该辅助信号到接收机，所述编码性质的预先规定的序列对应于该辅助信号，并且此方法包括为接收该辅助信号而检测编码性质的所述预先规定的序列且用于当已检测到预先规定的序列时发布该辅助信号。
6.发送一个主信号和一个辅助信号的方法，其中该方法包括按由编码性质描述的方式对主信号编码，发送该主信号和编码性质，以及其特征在于此方法包括按照预先规定的序列改变编码性质以便发送该辅助信号到接收机，所述编码性质的预先规定的序列对应于该辅助信号。
7.用于接收一个主信号和一个辅助信号的方法，其中此方法包括按由接收的编码性质描述的方式对接收的主信号解码，其特征在于此方法包括为接收该辅助信号而检测接收的编码性质的预先规定的序列，所述编码性质的预先规定的序列对应于该辅助信号，且当已检测到预先规定的序列时发布该辅助信号。
 
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