CN1303771C - 具备用于重新同步目的的坏帧指示符装置的通信系统 - Google Patents

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Abstract

通信系统(1)内包含发射机(2)、接收机(3)以及上行/下行链路通信信道(4，6)，通信信道被设计用于从发射机(2)经过上行链路通信信道(4)到接收机(3)的数据通信。通信系统(1)还被设计成把数据从接收机(3)经过下行链路通信信道(6)反馈给发射机(2)。接收机(3)内包含坏帧指示符(5)，用于在接收到通过上行链路通信信道(4)传送的同步数据中出现的被破坏的帧时提供坏帧指示(FBI)；以及发射机(2)内包含重新同步装置(7)，该装置被连接到用于接收FBI相关数据的下行链路通信信道(6)并且对此接收做出响应，以便根据一个从预定状态开始的重新同步过程来重新开始经过上行链路通信信道(4)的数据通信。给出了GSM语音系统的快速执行反馈重新同步过程，它能避免在接收机端出现大量的错误传播。

Description

具备用于重新同步目的的坏帧指示符装置的通信系统
本发明涉及到包含发射机、接收机以及上行/下行链路通信信道的通信系统，通信信道被设计用于从发射机通过上行链路通信信道到接收机的数据通信，由此，通信系统还被设计成把数据从接收机经过下行链路通信信道反馈给发射机。
本发明还涉及到应用于该通信系统的发射机和接收机。
从WO99/05807可以得知这种通信系统。已知的通信系统包含发射机、接收机以及上行/下行链路通信信道。预编码器取值信号和发射数据信号被组合起来，并且由发射机经过上行链路通信信道发送给接收机。在通信期间，接收机内生成判决反馈均衡器系数，并且经过下行链路通信信道反馈给发射机。这些均衡器系数被用于确定新的预编码器取值，用于补偿上行链路通信信道中出现的变化。新更新的预编码器取值的确定可以改善被判决反馈均衡器接收的信号的质量，并且可以降低所谓“破坏性重新训练”的变化。在这种破坏性重新训练期间，为了使被破坏的数据通信重新恢复正常，有必要在发射机和接收机之间执行某些形式的初始化过程。一个时间有效恢复过程并不是从其中可以得知的。
因此，本发明的一个目的在于提供这样一种通信系统，它能有效地、快速地从被破坏的数据通信中恢复。
此外，本发明的通信系统的特征在于：接收机内包含坏帧指示符，用于在接收到经过上行链路通信信道传送的同步数据中出现的被破坏帧时，提供坏帧指示(FBI)；以及发射机包含重新同步装置，该重新同步装置被连接到用于接收与FBI相关的数据的下行链路通信信道，并且对此接收做出响应，以便根据一个从预定状态开始的重新同步过程来重新开始经过上行链路通信信道的数据通信。
在经过上行链路通信信道的同步数据通信遭到一定破坏的情况下，接收机会收到被破坏帧或坏帧。这种坏帧的接收由坏帧指示符标注，后者然后再生成例如BFI标志的坏帧指示(FBI)。响应于从接收机发送给发射机的与BFI相关的数据，于是有关接收机收到一个或多个坏帧的消息就经过下行链路通信信道通知给发射机。为了节约宝贵的时间，最好通过返回有关接收机接收到一个或多个坏帧来通知发射机。因为先前接收到了坏帧，这会禁止接收机再去接收另外的帧信息，从而不能够对完整的文本进行处理。现在，发射机可以迅速采取适当措施去尽快纠正发射机与接收机之间被扰乱的同步。能够在短时间内恢复同步是非常重要的，因为由接收机端的其它电路(例如译码器电路以及类似部件)对坏帧比特内容做出的进一步处理一般会导致比特错误传播扩展到若干个帧周期。这甚至会导致比特判决错误的累积，造成在译码语音、音频和/或视频信号质量中产生令人不愉快以及令人烦恼的非自然影响，这往往不太容易被纠正。
本发明的通信系统可以有益地和显著地限制错误传播，并且允许各种方式和级别的快速恢复正常同步的应用。错误传播受到限制的另一原因在于重新同步过程开始时的预定状态(这可能是动态的状态，然而它对接收机和发射机是已知的)。这就大大限制了对被检测坏帧的错误响应时间，从而减小了有害错误传播的影响。实际上，坏帧的可能的部分重构并不是一个太大的问题，而在此之后的错误传播影响会使得这种问题得到缓和。
可应用的上行/下行链路通信信道的实例可以在电话中发现，例如GSM网络、LAN或有线电缆网络、英特网以及类似的网络。当然，信道也可以由不同的网络组合在一起，例如上行链路信道来自有线电缆网络，而下行链路信道来自电话网络。
本发明通信系统的实施例的特征在于：发射机和接收机内分别包含编码器状态机和译码器状态机，其中在重新开始数据传输时，至少编码器状态机与该预定状态进行重新同步。
在坏帧指示到达发射机编码器的时延小于错误传播时延的情况下，这种编码器和译码状态机的状态重新同步能够特别有效地改善译码信号的质量。在这种情况中，通过随后编码器和译码器状态机的重新同步，可以有利地降低错误传播的时延。
本发明通信系统的另一个实施例的特征在于：重新同步装置包括相互连接的、用于实施重新同步过程的重新同步编码器译码器对。
本发明通信系统的一个好处在于这些重新同步装置使得有可能做到：当在接收机端出现坏帧时，所述重新同步编码器和译码器对可以精确地遵循这样的步骤，接收机端译码器被假设可以观测有关被非正确接收的帧。另一好处在于：由于反馈到发射机的坏帧数据允许发射机译码器实施发射机和接收机之间的重新同步，因此重新同步过程并不意味着在译码器中要做出任何改变。可以证明，在语音编码系统(例如在GSM语音编码系统)中，这种重新同步过程可以获得显著的好处。
能够实现各种级别的重新传输的本发明通信系统的简单实施例的特征在于：在从接收机收到与BFI相关的数据时，重新同步装置被安排用于实施发射机的至少部分复位。
有益的是，只有在全部帧完全被破坏的情况下才实施完全复位，这需要完全重新传输有关的帧。在只有一部分所接收的帧遭到破坏的情况下，只需要把坏帧的相关部分或必要参数重新传送给接收机。在部分复位的情况下，经过下行链路信道回送的与BFI相关的数据可以提供出一个指示，该指示启动将要被执行的这样一种部分复位。在某些情况中，一个丢失的帧或其中的一部分可以被来自坏帧处理算法中的一个坏帧所代替，从而可采取例如重新发送丢失的帧或其中的一部分，或者发送附加冗余信息，使得接收机端译码器能够重新构造丢失的帧或其中的一部分。
通信系统的另一实施例的特征在于：坏帧指示符被安排用于提供与BFI相关的数据，其中包括有关正确接收一帧中的至少一些子集的确认信息以及/或者有关所接收的帧内比特的删除信息。
该实施例提供有关在接收机端哪些比特或比特组出错(如果可能发生的话)的更加详细的反馈。因此，能够快速有效地实施对比特或比特组或其中出错的重要部分的重新传输或纠正，从而使得错误传播可以被保持在最低程度。
现在参考附图进一步阐述应用本发明的通信系统、发射机和接收机，以及本发明的其他优点，附图中类似部件采用相同参考数字表示。
在附图中：
图1给出本发明通信系统的总体概述；
图2给出在本发明通信系统的实施例中利用反馈信息的重新同步过程的框图；以及
图3是图1的通信系统内应用的重新同步装置的实施例。
图1中给出通信系统1，其中包括发射机2和接收机3，它们经过允许从发射机2向接收机3进行数据通信的上行链路通信信道4而相互连接。数据通信以帧为单位进行组织，使得通过信道4可以进行同步的数据通信。在语音系统1中，这种帧的长度一般为20毫秒。接收机3可以接收在从发射机2到接收机3的数据通信期间遭到破坏的帧。各帧内包含比特。被破坏帧内只有部分比特是不可靠的或坏的。接收机3内包含用于提供坏帧指示(BFI)的坏帧指示符，例如用于指示接收到坏帧或者至少部分被破坏帧的BFI标志。通信系统内还包括用于传输反馈数据的下行链路通信信道6，该数据内通常包含与BFI相关的数据(例如BFI标志)。如果反馈数据只包含每帧一个BFI标志，则其好处是信道6可以具备很小的传输带宽。通信信道4和6在物理上是可以分离的，或者出现在一种传输媒介中。信道4、6可以构成网络(例如有线电缆网络或GSM网络)的一部分。例如下行链路信道6可以由英特网链路构成。
发射机2中包含连接到用于特定接收与BFI相关的数据的信道6的重新同步装置7。如果检测到被破坏帧/坏帧，并且经过信道6接收到与BFI相关的数据，则重新同步装置7通过启动重新同步过程而重新开始经过上行链路信道4的坏帧数据通信。随后描述的重新同步过程从发射机2和接收机3已知的一个预定状态开始。这一预定状态可以例如源于检测到坏帧之后发射机2和接收机3的完全复位，或者源于部分复位。在部分复位的情况中，发射机2和接收机3没有返回到其基本状态。如果接收机3的坏帧指示符5表示帧中的哪一部分或哪些子集通过下行链路信道6被正确地接收，和/或哪一部分没有被正确地接收，则可以执行部分复位。
然后，帧中的相关部分或整个帧可以被重新送给接收机3，并且快速地进一步进行处理。
为了得到可用于所接收的比特统计评估的似然信息，还可以返回有关在帧内接收的比特的所谓删除信息。为了允许接收机3尽快地构造或纠正被破坏帧或子帧，这种评估可以导致在重新同步过程的重新传输期间将重要信息传送给接收机3，使得在对接收的帧进一步处理时错误传播降低到最小。可以考虑带有反馈的重新同步过程的各种复杂程度，以便在计算复杂度与性能之间取得良好的折衷。
发射机2中一般包含以编码器状态机ENC形式出现的编码器。类似地，接收机3中包含以译码器状态机DEC形式出现的译码器。在稳定状态下，除了处理和传输信道时延之外，这些状态机都同步进行工作。特别是当检测到坏帧之后，这些状态机ENC和DEC都返回到反映上述预定状态的相应状态。编码器和译码器状态机ENC和DEC应该从一个公共状态(重新)开始，该公共状态是从编码器状态机和译码器状态机都必须要已知这一状态的意义上来预先确定的。这可以是用BFI标志的帧之前的状态，即一个对于两个机器都已知的状态，但是在这一情况中，该状态是动态的。在两个状态机都是从头开始的完全复位情况下，这种状态一般不是动态的，而是固定的。在一种利用或未利用可用的删除信息的部分复位之后，只有帧内被破坏的部分将被重新发送或纠正，以便更快地恢复同步操作，而不必从最初开始。
通过实例，图2给出通信系统1中利用反馈信息的重新同步过程的框图，而图3中提供了在其中所应用的相应的重新同步装置7。在此，发射机2内的编码器ENC输入这种预定的动态状态，该状态可以严格遵循一些步骤：接收机3内的译码器DEC被假设去观测被错误接收的帧(在这一情况下是帧N-1)。利用发射机2内的同步历史记录对帧N进行重新编码来做到这一点。这种重新同步过程不需要改变接收机3内的译码器DEC，并且可以容易地被实施于GSM语音编码系统中。
图3的重新同步装置7内包含执行编码器ENC已知功能的编码器8。编码器ENC内包括针对状态S(N-1，0)的状态输入9(N-1表示帧N-1，以及“0”表示无误条件，而“1”表示错误条件)，针对新状态S(N，0)的状态输出10，用于接收包含帧N的样值在内的数据输入流IN的帧收集输入11，以及针对参数P(N，0)的参数输出12。D表示一个时钟延时电路，例如移位寄存器。两个双向可控制开关13和14可以由确认信息信号AN-1控制切换，该信号在此是从接收机3中接收到的、用于指示帧N-1内出现的错误的BFI标志。在无误条件下，开关的位置如图所示，并且所述被收集到的输入流IN以及编码后的状态S(N-1，0)提供了新状态S(N，0)以及稳定状态的参数P(N，0)，该参数经过上行通信链路4发送给接收机3。
重新同步装置7内还包括在发射机端内用于处理坏帧过程的再编码器15以及译码器16。译码器16包括一个针对从状态S(N-1，0)经过电路D得到的以前状态S(N-2)的状态输入17、一个针对以前状态的以前的参数P(N-1)输入18、一个针对数据流I(N-1，1)的帧输出19、以及一个针对状态S(N-1，1)的状态输出20。输出20被连接到编码器15的状态输入21，其状态输出22经过延时电路D把状态S(N，1)连接到开关13的转换端。数据输入流IN也被提供到编码器输入端23，而其参数输出24被送到开关14的转换端。假设在帧N-1内出现一个错误，如同确认信号AN-1所标识的那样，于是开关13和14进行切换，译码器16对帧N-1进行译码，得出状态S(N-1，1)，该状态用于编码器15的编码，从而得到参数P(N，1)，该参数作为破坏帧N-1的校正的版本而被发送到接收机2。
总之，GSM系统实施的这种坏帧处理算法遵循如下步骤：
1 收集帧N的样值：IN
2 根据状态S(N-1，0)对帧N编码，并且在P(N，0)内存储参数。
3 存储对帧N编码之后的状态：S(N，0)。
4 检索帧N-2的状态：S(N-2)。
5 利用译码器16对帧N-1进行译码，并且在S(N-1，1)内存储状态。
6 利用状态S(N-1，1)对帧N进行重现编码，并且在P(N，1)内存储参数。
7 读取确认AN-1。
8 根据AN-1，发送P(N，0)或P(N，1)，即如果AN-1＝0(帧N-1无误条件)，则发送P(N，0)，否则发送P(N，1)。
9 根据AN-1，分配状态S(N-1，0)。如果AN-1＝0，则S(N-1，0)＝S(N，0)，否则S(N-1，0)＝S(N，1)。
10 递增帧计数器：N＝N+1。
11 进行到步骤1。
应该注意到，上行链路和下行链路的表述仅仅是指发射机和接收机之间的双向通信路径。双向通路可以是物理上两个完全不同以及相距较远的路径，但是也可以被组合在同一个通信信道、玻璃光纤、电缆或类似线路中。
尽管上述描述都是参考必要的优选实施例以及最可能模式来描述的，但是由于处于附加权利要求覆盖范围之内的各种修改、特征以及特征的组合都属于本领域技术人员的知识范围内，因此应该理解到，这些实施例不应该被解释为对本发明有关设计的限制。

Claims (6)

1.包含发射机(2)、接收机(3)以及上行/下行链路通信信道(4，6)的通信系统(1)，发射机(2)具有一个编码器，接收机具有一个译码器，该通信信道被安排成用于从发射机(2)经过上行链路通信信道(4)到接收机(3)的数据通信，其中通信系统(1)还被安排成把数据从接收机(3)经过下行链路通信信道(6)反馈给发射机(2)，其中接收机(3)内包含坏帧指示符(5)，用于在接收到经过上行链路通信信道(4)传送的同步数据中出现的被破坏的帧时，提供坏帧指示；以及发射机(2)内包含重新同步装置(7)，该装置被连接到下行链路通信信道(6)，用于接收与坏帧指示相关的数据，并且对此接收做出响应，以便根据一个从预定状态开始的重新同步过程来重新开始经过上行链路通信信道(4)的数据通信，该通信系统的特征在于：在下行链路通信信道(6)上返回的与坏帧指示相关的数据提供了一个部分复位指示，指示接收到的帧中只有一部分被破坏了，其中，接收机(3)包括一个译码器状态机，并且特征在于重新同步装置(7)被安排用于实现部分复位到译码器状态机的预定状态，其后通过只重新发送或者校正该帧被破坏的部分来重新开始数据通信。
2.根据权利要求1的通信系统(1)，其特征在于：发射机(2)包含编码器状态机，在重新开始数据传输时，编码器状态机被恢复到该预定状态。
3.根据权利要求1或2之一的通信系统(1)，其特征在于：重新同步装置(7)中包括相互连接的、用于实施重新同步过程的重新同步编码器译码器对(15、16)。
4.根据权利要求1或2之一的通信系统(1)，其特征在于：坏帧指示符(5)被安排成用于提供与坏帧指示相关的数据，该数据包括有关正确接收至少一帧中的一些子集的确认信息和/或有关该帧内接收的比特的删除信息。
5.一种被安排用于数据通信和从一个含有译码器状态机的接收机接收反馈数据的发射机(2)，其中发射机(2)包括一个编码器和一个重新同步装置(7)，用于接收与坏帧指示相关的数据并对其进行响应，根据一个从预定状态开始的重新同步过程重新开始数据通信，其特征在于，在下行链路通信信道(6)上返回的与坏帧指示相关的数据提供了一个部分复位指示，指示接收到的帧中只有一部分被破坏了，其中，重新同步装置(7)被安排用于实现部分复位到译码器状态机的预定状态，其后通过只重新发送或者校正该帧被破坏的部分来重新开始数据通信。
6.一种被安排用于数据通信并且向一个含有重新同步装置的发射机反馈数据的接收机(3)，其中接收机包括一个译码器和一个坏帧指示符(5)，用于在接收到被破坏的数据帧时，提供与坏帧指示相关的数据，以便开始一个从预定状态开始的重新同步过程，其特征在于，在下行链路通信信道(6)上返回的与坏帧指示相关的数据提供了一个部分复位指示，指示接收到的帧中只有一部分被破坏了，其中，接收机(3)包括一个译码器状态机，并且特征在于重新同步装置(7)被安排用于实现部分复位到译码器状态机的预定状态，其后通过只重新发送或者校正该帧被破坏的部分来重新开始数据通信。
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