CN1288870C - 在半速率信道上传递自适应多速率信令帧的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在采用在一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN(GSM/EDGE无线电接入网)半速率信道上传送信令帧。为了能够利用为具有不同调制的信道开发的现有信道编码，以及避免高速率卷积和分组码，采用为利用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码过程对要传递的AMR信令帧进行编码，该编码过程输出编码后的输出流。响应所述编码，编码后的输出流的各比特重复n次，从而获得重复的比特流，并且从重复的比特流中形成要发送的码元。

Description

在半速率信道上传递自适应多速率信令帧的方法和系统

技术领域

一般来说，本发明涉及信令信息的传递。更具体地说，本发明涉及在利用调制方案的GERAN(GSM/EDGE无线电接入网)半速率信道上传递信令帧。

背景技术

移动通信技术的最新发展方向是增加的带宽和更快的数据速率。GSM(全球移动通信系统)是历来最成功的通信技术之一。但是，GSM较慢的传输速度已经成为对消费市场建立更好服务的瓶颈，已经为开发更快的移动通信新技术付出了许多努力。这样一种示例是EDGE(GSM演进的增强型数据率)。1997年在欧洲电信标准协会完成了EDGE的标准化。

对于GSM/EDGE无线电接入网(GERAN)，存在一些有待解决的新问题。较高的数据速率部分通过改变信道编码来实现。TDMA(时分多址)系统中的传输按时间帧进行。通过把帧分成时隙，能够在用户之间共享各帧。因此，TDMA时间帧包含用于在物理上把信息从一个位置传递到另一个位置的物理信道。物理信道的内容组成逻辑信道，它们可分为业务信道和控制信道。控制信道还可分为专用信道和公共信道。专用信道用于网络和移动台(MS)之间的业务和信令，公共信道则用于向MS广播不同的信息以及建立移动交换中心/来访位置寄存器(MSC/VLR)和MS之间的信令信道。通过无线电路径，不同类型的信令信道用于促成MS和基站收发信台(BTS)、基站控制器(BSC)、MSC/VLR之间的交流。逻辑信道映射到物理信道上，如技术规范3GPPTS 45.002(无线电路径上的GERAN复用和多址)中所述。

在GSM系统中，所采用的调制方法是称作高斯最小频移键控(GMSK)的相位调制。在GMSK中，真比特的相位偏移90°，而假比特的相位不移位。随着EDGE的数据速率提高，已经引入具有8个可能偏移值的新的8相-相移键控(8-PSK)(3GPP TS 45.004)。每个相移值对应于由3位组成的某个码元。

GSM中所使用的两种语音业务信道是全速率GMSK业务信道(TCH/F)和半速率GMSK业务信道(TCH/H)。对于TCH/F信道，通常所使用的语音编解码器是全速率(FR)和增强型全速率(EFR)编解码器。EFR语音编码器提供最佳的语音质量。对于TCH/H信道，通常使用半速率(HR)编码器，它与FR编解码器相比消耗较少带宽。因此，与全速率语音业务信道上的FR编码器相比，HR编码器能够用于在半速率语音业务信道上为两倍数量的用户提供服务。

为了实现更好的语音质量，已经引入新的自适应多速率(AMR)编码器(1998年发布)。此外，已经考虑在利用8-PSK的TCH/H信道(O-TCH/H信道)上引入AMR。但是，对于为这些业务信道(O-TCH/H)定义的AMR信令帧，还没有任何信道编码。AMR信令帧在表1中列出。

表1.半速率信道上使用的不同AMR信令帧。

AMR信令帧	目的
		SID_FIRST_P1	指明语音结束，DTX(第一部分)开始
SID_FIRST_P2	指明语音结束，DTX(第二部分)开始
		SID_FIRST_INH	如果出现语音开头，则禁止SID_FIRST_P1的第二部分
ONSET	DTX之后通知编解码器第一语音帧的模式
		SID_UPDATE	DTX期间传递舒适噪声参数
SID_UPDATE_INH	如果出现语音开头，则禁止

	SID_UPDATE帧的第二部分
		RATSCCH_MARKER	标识RATSSCH帧
RATSCCH_DATA	传递实际的RATSSCH消息

不可能同时把GMSK用于AMR信令帧以及把8-PSK用于业务，因为诸如用于ONSET信令消息的一些信令帧与语音共用相同的突发。

由于对于采用8-PSK调制的新半速率信道(O-TCH/H)需要相同的AMR信令帧，因此必须为这些帧引入新的信道编码。现在参照图1来讨论对此问题的一个简单解决方案。图中数据流箭头下方的数字表示包含在本系统所用的比特块中的比特数。关于下文所引用的不同信息，读者可参考文档3GPP TS 45.003 V5.1.0(GSM/EDGE无线电接入网；信道编码)以及其中的参考文献。

该系统的关键部分是图1A中的信道编码器100。通常，要发送的码块包括由两比特组成的带内数据101。在编码框102中采用预定义的码字对这些比特进行编码，码字长度必须为48比特，以便对应于保留的码块长度。要发送的比特有时还包含由9或11比特的序列组成的标识标记序列103。11比特用于RATSSCH_MARKER，为此需要在重复框104中重复58次以获得636比特的正确的总码块长度。对于其它AMR信令帧，需要在重复框104中重复71次。对于在不连续传输(DTX)期间传送舒适噪声参数的AMR信令帧SID_UPDATE，以及对于RATSCCH_DATA AMR信令帧，还需要对舒适噪声参数105进行编码。在校验框106中执行循环冗余校验(CRC)，以防止舒适噪声的传输差错。这个校验和(14比特)加入舒适噪声参数(总共49比特)，馈送该结果通过卷积编码器框107，使码块长度增加到636比特。

在复用框108中复用来自信道编码器100的所有信号。将在码块中发送的比特总数为684比特或1368比特，取决于AMR信令帧。AMR信令帧在映射框109中映射到8-PSK码元，把码块大小修改为228或456个码元。然后，从信令帧所产生的码元在交织框110中与来自例如可能是语音帧的其它帧的码块共同交织。交织之后，在突发形成框111中对突发格式化。然后，突发在调制框112中被调制并送往发送框113。

图1B中，在接收框129中接收到信号之后，必须在解调框130中对该信号进行解调。必须在恢复框131中恢复原始突发的内容。由于突发由经过交织的码元组成，因此必须首先馈送到去交织框132中，然后在转换框133中重新转换成比特。在消息能够传递给信道解码器120之前，必须在去复用框134中对信令去复用，使带内数据部分136在码字解码器框135中被解码，以及标识标记序列138在标识标记解码器框137中被解码。如果AMR信令帧包括舒适噪声参数，则它们在相应的解码框139中被解码，以及在校验框140中校验CRC比特。此后才获得舒适噪声参数141。

上述方案的缺陷在于要求高速率卷积码和高速率分组码。卷积编码器107把49比特的序列编码为636比特，块编码器102把2比特编码为48比特。在相反的方向，卷积解码器139把636比特解码为49比特，以及码字解码器135把48比特解码为2比特。这些所谓的快速转换不是所期望的，因为它们增加开发成本，而且在网元和终端中需要较大的编码表。它们的计算量极大，并且消耗大量存储空间。

卷积编码器107用于舒适噪声的码率为1/12，比GMSK的1/4的要求更高。约束长度也可从k＝5增加到k＝7，如对于语音那样，可使用现有的多项式G4-G7。有兴趣的读者可参阅文档3GPP TS 45.003V5.1.0(GERAN信道编码)中多项式和约束长度的描述。如上所述，标识标记的较短的9比特序列必须重复71次。

本发明的目的是解决上述问题。这可采用如所附权利要求书中所述的用于处理AMR信令帧的方法和系统来实现。

发明内容

为了能够利用为具有不同调制的信道开发的现有信道编码以及避免高速率卷积和分组码，必须对采用一个码元中携带若干比特的调制方案的信道以新颖的方式来执行信道编码。本发明提供这种新颖机制，特别用于采用上述8-PSK调制方法的业务信道。使用一个码元中携带若干比特的调制方案，如果有2ⁿ种可能的调制状态，则n比特可用一个码元来表示。

本发明的思路是：通过利用比特重复，在采用8-PSK的GERAN半速率信道上传送AMR信令帧时，可以采用为了使用相应GMSK信道而定义的现有信道编码器和交织器。

按照本发明的第一方面，一种用于处理要在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上发送的AMR信令帧的系统，其中n≥2，所述系统包括：编码装置，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码装置兼容，所述编码装置适用于输出编码比特流；重复装置，响应所述编码装置，用于把所述编码比特流的各比特分别重复n次，从而获得重复比特流；以及码元形成装置，响应所述重复装置，用于从所述重复比特流中形成将要发送的码元。

按照本发明的第二方面，一种用于处理在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上接收的AMR信令帧的系统，其中n≥2，所述系统包括：转换装置，用于把接收的码元流转换成第一比特流；处理装置，用于把所述第一比特流分割成连续的码块，每个码块由n比特组成，还用于把每个码块转换成一比特，从而获得第二比特流；以及解码装置，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的解码装置兼容，所述解码装置适用于对所述第二比特流进行解码。

按照本发明的第三方面，一种用于处理要在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上发送的AMR信令帧的方法，其中n≥2，所述方法包括以下步骤：利用为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码过程对所述AMR信令帧进行编码，所述编码过程输出已编码的输出流；响应所述编码，把所述已编码的输出流的各比特分别重复n次，从而获得重复比特流；以及从所述重复比特流中形成要发送的码元。

按照本发明的第四方面，一种用于处理在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上接收的AMR信令帧的方法，其中n≥2，所述方法包括以下步骤：把接收的码元流转换成第一比特流；把所述第一比特流分割成连续的码块，每个码块由n比特组成；把每个码块转换成一比特，从而获得第二比特流；以及利用为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码过程对所述第二比特流进行解码。

按照本发明的第五方面，一种用于在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上传递AMR信令帧的系统，其中n≥2，所述系统包括：在发送侧：编码装置，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码装置兼容，所述编码装置适用于输出编码比特流，重复装置，响应所述编码装置，用于把所述编码比特流的各比特分别重复n次，从而获得重复比特流，和码元形成装置，响应所述重复装置，用于从所述重复比特流中形成将要发送的码元；以及在接收侧：转换装置，用于把接收的码元流转换成第一比特流，处理装置，用于把所述第一比特流分割成连续的码块，每个码块由n比特组成，还用于把每个码块转换成一比特，从而获得第二比特流，和解码装置，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的解码装置兼容，所述解码装置适用于对所述第二比特流进行解码。

因此，与已经为GMSK信道进行标准化的编码过程相同的编码过程可用于AMR信令帧。在本发明的方法中，在通过所述标准化编码过程进行编码的m比特的各个码块中，各比特c(i)首先重复3次{c’(3(i-1)+1)，c’(3(i-1)+2)，c’(3(i-1)+3)}。然后，这3比特被转换成一个码元C(i)。在转换了所有m个信令比特之后，交织所产生的码元C(1)，...，C(m)。交织后，码元被调制，然后再被传送。

在接收器中，必须对信号进行解调。然后对接收的码元{C(1)，C(2)，C(3)}去交织，此后，码元C(i)转换为3比特{c’(3(i-1)+1)，c’(3(i-1)+2)，c’(3(i-1)+3)}。3重比特序列必须重新转换成原始比特c(i)。可通过组合所接收的3重比特序列的软值来计算c(i)的软值。

附图说明

图1A和1B表示在GERAN半速率信道上传递AMR信令帧的简单解决方案；

图2A和2B说明本发明的方法；以及

图3A和3B说明本发明的系统。

具体实施方式

图2A说明本发明的系统的发送侧。从为相应GMSK信道定义的现有信道编码器框21发送的各比特c(i)在重复框22中重复n次，以便对应于一个码元携带的比特数。n的值取决于所用的键控算法，对于8-PSK，n＝3。然后，根据c(i)产生的n比特{c’((i-1)n+1)，...，c’((i-1)n+n)}在转换框23中转换为码元C(i)。然后，利用也是为相应GMSK信道定义的交织器24对码元进行交织。重要的是，不把一比特直接映射到一个码元，而是先将其重复，例如，随调制而定，每次在一个码元上标记一比特时，在星座上可能会有旋转。例如，在脉冲成形之前，8-PSK码元以每码元3π/8弧度来不断旋转。

从图2B可以看到，系统的接收侧与发送侧相反。必须采用为相应GMSK信道定义的已知去交织器25对接收的码元C(i)去交织。此后，在转换框26中采用常规码元-比特转换来获得n比特序列{c’((i-1)n+1)，...，c’((i-1)n+n)}。在组合框27中组合n比特序列以形成对应于原始比特值c(i)的比特值。这最好是通过组合所接收的n重比特序列的软值来进行。这样，比特序列减少到1比特，该比特可以馈入信道解码器28。信道解码器28与为相应GMSK信道定义的解码器基本相同。

下面描述本发明在8-PSK调制的HR AMR语音业务信道(O-TCH/AHS)的AMR信令帧上的应用。在发送侧(图3A)，在信道编码器部分300的编码器框302中对要发送的带内数据301进行编码。标识标记序列303在重复框304中重复。同样对于舒适噪声305，如果包含在信令帧中，则在计算框306中计算CRC，然后在相应的编码框307中对所产生的比特序列进行卷积编码。框304、306和307与已经为相应GMSK信道进行标准化的相应框相同(参见3GPP TS 45.003 GERAN信道编码)。

由于根据本发明的解决方案，例如，可选择码字框302以对应于现有的TCH/AHS 16位码字。因此，信道编码器300中的表格不需要包含较长的高速率码，从而节省存储空间。本发明的另一个好处在于，如果选择了现有的码字，则在网元和终端设备中仅需要较小的改变。标识标记303的9比特序列只要重复24次而不需要重复71次，而对于AMR信令帧RATSCCH，标识标记303的11比特序列只需要重复20次。重复之后，在重复框304中，标识标记块由212比特组成。可在编码器框307中采用较短的代码对舒适噪声参数305进行卷积编码，产生212比特。这种计算成本较低，还节省存储空间。由于卷积编码器框307和编码器框302与已经为相应GMSK信道标准化的编码器相同，因此卷积编码器的速率将为1/4。约束长度值k＝5，同样，也可使用现有的多项式G1、G2和G3。

复用框308以同样方式用于上述方案。在重复部分309中，当本发明应用于O-TCH/H时，AMR信令帧的可用带宽为三倍(从228比特延伸为684比特，或者从456比特延伸为1368比特)。因此，各比特重复三次：比特c(i)将映射到比特三元组{c’(3(i-1)+1)，c’(3(i-1)+2)，c’(3(i-1)+3)}。重复过程确保了AMR信令帧的正确码块长度。已经重复了所有比特后，根据3GPP TS 45.004(GERAN调制)中的表1，把比特三元组在映射框310中映射到8-PSK码元C(i)。

然后，码元在交织框311中与其它码元共同交织，然后在形成框312中按格式形成突发。在调制框313中进行调制之后，由发送框314发送突发。

在接收部分(图3B)，首先在解调框321中对接收的信号320进行解调。在恢复框322中恢复原始突发的内容，并在去交织框323中去交织。在这个阶段，信号为码元C(i)，它们需要转换为比特三元组{c’(3(i-1)+1)，c’(3(i-1)+2)，c’(3(i-1)+3)}。采用普通的8-PSK转换表执行转换。三元组必须在组合框325中组合，以便对应于一比特。例如，通过组合接收的比特三元组的软值，例如c(i)＝0.4*c’(3(i-1)+1)+0.4*c’(3(i-1)+2)+0.2*c’(3(i-1)+3)，可确定c(i)的可能的软值。

然后，在信道解码器340处理这些比特的组合软值c(i)之前，在去复用框326中对其去复用。随后，在解码框327中采用码字表对带内数据328进行解码，而在标识标记解码部分212中对标识标记序列330进行解码。如果存在，则在解码框331中对来自去复用器326的比特序列卷积解码以及在校验框332中对其进行CRC校验之后，获得舒适噪声333。同样，解码器340和去交织器框323与用于TCH/AHS业务信道中的相同。

虽然以上参照附图所示的示例对本发明进行了描述，但是显然本发明不限于此，只要不背离本发明的范围和精神，它可由本领域的技术人员进行修改。例如，可选择另一种适当的调制方案、如16-PSK来实现本发明。

Claims (5)

1.一种用于处理要在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上发送的AMR信令帧的系统，其中n≥2，所述系统包括：

编码装置(300)，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码装置兼容，所述编码装置适用于输出编码比特流；

重复装置(309)，响应所述编码装置，用于把所述编码比特流的各比特分别重复n次，从而获得重复比特流；以及

码元形成装置(310)，响应所述重复装置，用于从所述重复比特流中形成将要发送的码元。

2.一种用于处理在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上接收的AMR信令帧的系统，其中n≥2，所述系统包括：

转换装置(324)，用于把接收的码元流转换成第一比特流；

处理装置(325)，用于把所述第一比特流分割成连续的码块，每个码块由n比特组成，还用于把每个码块转换成一比特，从而获得第二比特流；以及

解码装置(340)，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的解码装置兼容，所述解码装置适用于对所述第二比特流进行解码。

3.一种用于处理要在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上发送的AMR信令帧的方法，其中n≥2，所述方法包括以下步骤：

利用为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码过程对所述AMR信令帧进行编码，所述编码过程输出已编码的输出流；

响应所述编码，把所述已编码的输出流的各比特分别重复n次，从而获得重复比特流；以及

从所述重复比特流中形成要发送的码元。

4.一种用于处理在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上接收的AMR信令帧的方法，其中n≥2，所述方法包括以下步骤：

把接收的码元流转换成第一比特流；

把所述第一比特流分割成连续的码块，每个码块由n比特组成；

把每个码块转换成一比特，从而获得第二比特流；以及

利用为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码过程对所述第二比特流进行解码。

5.一种用于在采用一个码元中携带n比特的调制方案的GERAN半速率信道上传递AMR信令帧的系统，其中n≥2，所述系统包括：

在发送侧：

编码装置(300)，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的编码装置兼容，所述编码装置适用于输出编码比特流，

重复装置(309)，响应所述编码装置，用于把所述编码比特流的各比特分别重复n次，从而获得重复比特流，和

码元形成装置(310)，响应所述重复装置，用于从所述重复比特流中形成将要发送的码元；以及

在接收侧：

转换装置(324)，用于把接收的码元流转换成第一比特流，

处理装置(325)，用于把所述第一比特流分割成连续的码块，每个码块由n比特组成，还用于把每个码块转换成一比特，从而获得第二比特流，和

解码装置(340)，与为采用GMSK调制方案的GSM半速率信道定义的解码装置兼容，所述解码装置适用于对所述第二比特流进行解码。

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