CN1323110A - 宽带码分多址发送速率估计方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种宽带码分多址(W－CDMA)发送速率估计方法,根据正常编码位串与通过对相应于任意传输信道、由各个传输信道所构成的接收输出的数据进行维特比解码处理所获得的数据的位串之间的相关程度,从多种传输格式组合中选择最大可能性传输格式组合,其中传输格式组合表示构成多个传输信道(TrCH)的位长组合,每个组合具有可变的位长。再根据所选的组合估计数据发送速率。还公开一种W－CDMA发送速率估计设备。

Description

宽带码分多址发送速率估计方法和设备
本发明涉及宽带码分多址(W-CDMA)发送速率估计方法和设备，特别涉及一种使用在维特比解码处理中获得的路径度量估计发送速率的W-CDMA发送速率估计方法和设备。
在3GPP中已经研究用于IMT2000W-CDMA系统的方案。W-CDMA需要几个参数来实现将在下文中描述的图1和2中的发送处理和接收处理中的一般功能。在W-CDMA等中，其中集中和发送具有不同发送速率的数据，一个称为位长的参数对于几乎所有功能来说特别重要。
作为把该位长通知给接收方的功能，已经研究过一种称为TFCI(传输格式)合并标识符)的传送信息数据的技术(例如，参考文献1：多路复用和信道编码，3G TS25.212 V3.1.1/1999-12)。
由于位长参数可能每10毫秒改变，因此接收方需要每10毫秒得知该参数。因此，接收方必须每10毫秒接收一个TFCI。为了消除处理这种TFCI的不便性以及有效利用信道容量，一种估计在接收方的位长参数而不用发送该TFCI的发送速率估计方法(盲率检测)已经被提出和研究(例如，参考文献1和2:Yukihiko Okamura和Fumiyuki Adachi，“用于相关直接序列-码分多址移动无线通信的具有盲率检测的可变速率数据发送”)。
估计发送速率的几种方法已经做为所提出的早期CDMA系统在IS-95系统中提出(例如，日本专利公开特开平11-355150、9-172428、10-507333和11-340840号)。但在这些方案中，没有多个TrCH(传输信道)数据存在于一个信道中的概念。由于W-CDMA系统被设计为当多个TrCH存在于一个信道中时估计发送速率，因此难以把这些方案应用于该系统中而没有任何改变。
为了在W-CDMA系统中估计发送速率，采用一种利用在维特比解码处理中获得的路径度量而在接收方获得位长的方法(参考文献2)。该方案根据预定数据结构(称为固定位置)，因此难以应用到新的数据结构(称为可变位置)。为此原因，使用CRC的方法还正在被研究用于新的数据结构(参考文献1)。
但是，在这种常规W-CDMA发送速率估计方法中，由于如下原因，使得需要许多时间来进行发送速率估计处理，从而不能执行高速处理。
首先，在使用预定结构(固定位置)的方法中，必须在数据中准备称为DTX(不连续发送)的空白部分，并且需要添加或删除这种部分的步骤。
第二，在使用CRC的方法中，直到输入到一个维特比解码部分的一个数据块的所有数位被接收为止，要等待发送速率估计，从而使处理延迟变大。由于直到发送速率估计完成为止都需要CRC校验，因此该处理时间延长。另外，如果CRC校验失败，则可能出现估计错误。
本发明用于解决上述问题，其目的在于，提供一种可大大缩短发送速率估计处理所需时间的W-CDMA发送速率估计方法和装置。
为实现上述目的，本发明提供一种W-CDMA发送速率估计方法，包括如下步骤：根据正常编码位串与通过对相应于任意传输信道、由各个传输信道构成的接收输出的数据进行维特比解码处理所得数据的位串之间的相关程度，选择多种传输格式组合的最大可能性传输格式组合，(每种)传输格式组合表示构成多个传输信道的位长组合，每种组合具有可变的位长；以及根据所选择的组合估计数据发送速率。
图1为示出在采用本发明一种实施例的W-CDMA发送速率估计设备的普通W-CDMA系统中的传输信道上的发送处理部分的功能框图；
图2为示出在普通W-CDMA系统中的传输信道上的接收处理部分的功能框图；
图3为示出维特比解码部分的基本主要部分的结构的功能框图；
图4为示出常规发送速率估计设备的功能框图；
图5为说明图4中发送速率估计设备中所用数据结构(固定位置)的示意图；
图6为说明在W-CDMA系统中所用数据结构(固定位置)的示意图；
图7为示出本发明第一实施例的W-CDMA发送速率估计设备的功能框图；
图8A和8B为示出包括本发明一个实施例的W-CDMA发送速率估计处理的接收处理部分的操作的流程图；
图9A和9B为说明本发明第一实施例和常规方法(盲率检测)中发送速率估计处理所需要时间之间比较的示意图；
图10为示出本发明第二实施例W-CDMA发送速率估计设备的功能框图；以及
图11为示出本发明第二实施例W-CDMA发送速率估计处理的流程图。
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1为示出在采用本发明一种实施例的W-CDMA发送速率估计设备的普通W-CDMA系统中的传输信道上的发送处理部分。图2为示出在普通W-CDMA系统中的传输信道上的接收处理部分。
图1所示的结构包括对三种业务，即各个传输信道(TrCH)，执行发送处理的编码器2A至2C。在每个传输信道上的编码器执行如下操作。
首先，在对应于TrC#1的编码器2A中，一个CRC添加部分21把用于错误校验的CRC添加到从上层传送来的数据块1A中，同时卷积编码部分22执行错误纠正编码，在这种情况下是卷积编码。速率调节部分23减少(穿孔)或增加(重复)编码数位的数目，使数据块的位长与可在物理信道上发送的所需位长匹配，从而执行速率调节(速率匹配)。
随后，一个交织器执行交织，产生具有所需位长的数据块3A。对于其它信道TrCH#2和TrCH#3，分别具有与编码器2A相同的结构，执行类似的处理，以从输入数据块1B和1C中产生具有所需位长的数据宽3B和3C。
由编码器2A至2C按照这种方式产生的数据块3A至3C被一个信道合成部分30合成为一个发送输出端3，并且在一个物理信道上发送。
图1中所示的结构包括分别对3个传输信道执行接收处理的解码器5A至5C。在每个传输信道上的解码器执行如下操作。请注意，由每个解码器所执行的操作基本上是由上述相应解码器所执行操作的反向操作。
首先，通过一个物理信道接收的接收输出端4被一个信道分离部分40分为对应各个传输信道的数据块4A至4C，并且输入到解码器5A至5C。
首先，在解码器5A中，去交织器51对数据块4A去交织，以及一个速率控制部分52在每个解码器2A至2C中执行该处理的反向处理。
随后，维特比解码器53执行错误纠正解码，在这种情况下是卷积解码，以及CRC校验部分54校验用于错误校验的CRC。所获得数据块6A被传送到上层。
对于剩余的信道TrCH#2和TrCH#3，分别具有与解码器5A相同结构的解码器5B和5C执行类似操作以获得数据块6B和6C。
本发明的W-CDMA发送速率估计设备被包含在图2中所示的每一个解码器5A至5C的维特比解码部分53中。图3示出维特比解码部分的基本主要部分的结构。
参照图3，当数据70被输入到维特比解码部分53中，该数据被暂时存储在数据存储部分71中，并且分支度量产生部分72产生维特比算法中的分支度量。加法器73随后把该分支度量的数值加到存储于存储部分75中的数值。
比较/选择部分74把来自加法器73的输入与存储在存储部分75中的数值相比较，选择较大的一个，并且把它存储在存储部分75中。按照这种方式，从分支度量产生部分72到比较/选择部分74的操作，即，ACS(添加 比较 选择)操作，被重复对应于格子长度的次数。
随后，从由数据估计部分76获得最大相似的路径度量的处理时间到预定位长的跟踪读回为止执行解码处理，从而产生解码数据77。通过这个操作，维特比解码部分完成解码处理。
按照本实施例的W-CDMA发送速率估计设备，是通过改进维特比解码部分而获得的。通常，发送速率估计设备是通过改进维特比解码部分而形成的。
例如，如图10中所示，从上文所述的维特比解码部分53的数据估计部分76中输出的解码数据77被存储在输出结果存储部分78,CRC校验部分79对该数据执行CRC校验。然后根据校验结果确定发送速率。
但是，这种结构基于类似于图中所示的数据结构要被处理的假设。根据图5中的数据结构，设定数据块的最终数目(在这种情况中，数据块计数=4，并且每个数据块长度相等)，并且数据总是被输入到维特比解码部分，具有最大4个数据块(固定位置)的数据长度。在这种情况下，即使仅仅存在一个数据块，该数据被处理为具有4个数据块的位长，并且没有数据的部分由称为DTX(不连续发送)的FLAG(阴影线部分)所确定。
当具有这种结构的数据被输入到维特比解码部分并且用图3中所示的相同方式进行操作时，则在路径度量值中不会发生在没有数据的DTX部分中的改变。在实践中，由于热噪声的影响，在路径度量值中的改变未被完全消除，但是被减小。
开始DTX的数位位置的数目被限于由图5中的箭头所表示的4个，并根据编码器的寄存器被唯一设定为在数据的数位结束位置的零状态的卷积编码的格子终止的特性而唯一确定。常规方法的特征是数据块长度通过使用上述特性获得DTX开始位置而检测。
考虑到信道的利用效率(参见参考文献1等等)，如上文所述，还尝试处理图6中所示的数据结构(可变位置)以及图5中所示的数据结构。
图6中所示的数据结构是输入到图2中的信道分离部分40的接收输出4的数据结构。图6中示出多个传输入道被合成的状态。该数据结构不同于图5中的数据结构之处在于没有DTX被插入在各个传输信道中。
因此，难以通过使用DTX的常规方法(盲率检测)估计具有图6中所示的数据结构的信号的发送速率。
图6中的传输信道的位长组合限于特定的数目。例如，一个组合被设定为若TrCH#1的位长已知，则3个剩余传输信道的位长被维一确定。这称为一个传输格式组合(TFC)。
因此，获得TrCH#E的位长，即适当选择各个传输格式组合中的一种(称为TFCS:TFC设置)，就是估计发送速率。
获得位长的原因在于该位长由去交织器51和速率控制部分52的操作所需。为此原因，如果并未在由信道分离部分40所执行的处理中获得每个传输信道的位长，则不能够执行随后的操作。因此，必须尽可能早地得知每个传输信道的位长。根据通过发送数据通知每个传输信道的位长的方法，由于该数据是在预定的时间间隔中发送的，在该数据被接收之前不能执行每个功能。
下面参照图7描述本实施例的W-CDMA发送速率估计设备。图7示出本实施例的W-CDMA发送速率估计设备。该W-CDMA发送速率估计设备具有几乎与上述设备相同的结构，指示在图3中的维特比解码部分的数据估计部分76被改变。
在图7中的W-CDMA发送速率估计设备包括用于暂时存储输入数据10的数据存储部分11、用于从存储在数据存储部分11中的数据产生分支度量的分支度量产生部分12、用于存储一个路径度量数值的路径度量存储部分15、用于计算由分支度量产生部分12所产生的分支度量的数值与存储在路径度量存储部分15中的路径度量的数值之和的加法器13、以及用于把来自加法器13的输出与存储在路径度量存储部分15中的路径度量的数值相比较以在格子图中选择一条生存路径的比较/选择部分14。
除这些部件之外，该设备包括用于在每个时间点从存储在路径度量存储部分15中的路径度量数值获得对应于传输格式组合的最大路径度量数值的路径度量比较部分16、用于存储由路径度量比较部分16所选择的最大路径度量数值的最大路径度量存储部分17、以及估计部分18，用于在各个时间点从存储于最大路径度量存储部分17中的对应于传输格式组合的最大路径度量数值的所有传输格式组合中选择最大路径度量。
下面参照图8A和8B描述在图7中的W-CDMA发送速率估计设备的操作。图8A和8B示出根据第一实施例的W-CDMA发送速率估计设备的操作。图8A示出发送速率估计处理。图8B示出用于每个传输格式组合的最大路径度量计算处理。假设在图6中的数据格式(可变位置)被处理。
根据基本程序，所有参数格式组合被顺序对从图2中的信道分离部分40接收的接收输出进行尝试，然后选择最大相识的传输格式组合。
如图2中所示，通过一条物理信道接收的接收输出4被信道分离部分40分为用于各个传输信道的数据块4A至4C，并且输入到解码器5A至5C。在这种情况下，接收输出具有参照图6中所述的数据结构。尽管各个传输信道相互区别，但是在实践中，在该时间点处，它们没有被识别。
因此，如图8A中所示，第一位长组合，即传输格式组合1，被选择(步骤100)，以及解码器5A的去交织器51根据所选择组合对TrCH#1执行去交织(步骤101)。然后，速率控制部分52调节该速率。所得的位串被输入到图7中的发送速率估计设备，并且在图8B中的最大路径度量计算处理开始。
下面将描述本发明发送估计的工作原理。
假设一个错误的传输格式组合被选择。在这种情况下，由于上述去交织和速率调节功能需要用于每个传输信道的准确位长，如果一个错误的传输格式组合，即错误的位长组合，被选择，则出现操作错误。
结果，输入到维特比解码部分的位串完全不同于所需位串，因此随机组合所产生的数位。
如果一个被作为随机串的位串不是一个正常编码的位串(即在编码时的原始位串)，它被输入到维特比解码部分，路径度量的改变速率变为低于正常编码位串输入时的速率。
报告表明随着信噪比(SNR)的增加，这种差别变得显著(例如参见参考文献3:A.J.Viterbi和J.K.Omura；“数字通信和编码原理”，MCGRAW-HILL，纽约，1979)。
通过计算对各个传输格式组合所接收的位串与正常编码的位串之间的相关程度，例如路径度量，并且比较它们，可以确定在这一点的最大相似传输格式组合。本发明是使用该特征的一种方案。
参照图8B，到步骤102为止产生的数据10被输入到数据存储部分11，并且分支度量产生部分12、加法器13、比较/选择部分14和路径度量存储部分15开始类似于上述维特比解码处理的处理。首先，第一节点时间点被在格子图中选择(步骤110)，并且分支度量产生部分12产生一个分支度量(步骤111)。
加法器13、比较/选择部分14和路径度量存储部分15然后执行ACS操作，并且路径度量比较部分16在该节点时间点从各个状态中的路径度量选择最大路径度量(步骤113)。所选择路径度量被存储在最大路径度量存储部分17中。
直到该节点时间点由一个阈值所确定为止(步骤114：否)，转移到在格子图上的下一个节点时间点(步骤115)。通过重复执行步骤111至113并且使用各个传输格式组合所获得的最大路径度量被在各个节点时间点处更新，并且结果数据被存储在最大路径度量存储部分17中。
该阈值表示上述处理应当在格子图上重复执行的节点时间点的最大数目。报告表明该数值相对较小并且为一个卷积码的限制长度的4至5倍；大约100步骤就足够了，尽管它取决于SNR(参考文献3)。
如果在格子图上的节点数到达阈值(步骤114：是)，则该流程返回到图8A中的步骤104。如果另一个传输格式组合被剩下(步骤104：否)，则下一个传输格式组合被选择(步骤105)，并且重复执行步骤101至103。
如果该操作对所有传输格式组合完成(步骤104：是)，则估计部分18把对各个传输格式组合获得的最大路径度量值相互比较(步骤106)。当最大路径度量值被从它们获得时，所需估计发生速率可以通过选择所应用的传输格式组合和内容而获得。
如上文所述，在W-CDMA系统中，维特比解码部分把各个传输格式组合与正常编码位串之间的相关程度相比较，获得所需的估计发送速率。与使用预定数据结构(固定位置)的常规方法相比较，不需要产生在数据中没有称为DTX(不连续发送)的数据的空白部分，添加或删除步骤可以被省略，从而提高了处理速度。
另外，与使用CRC的方法相比，由于没有进行CRC校验，因此不需要接收一个数据块的所有数位。这可以消除处理延迟并且缩短CRC校验所需的处理时间。因此，可以用非常高的速度处理发送速率估计。
在使用CRC的方法中，特别地，甚至一个数位的错误将导致估计的失败。在根据该实施例的方法中，由于路径度量被相互比较，因此数位错误被吸收到一定的程度。与用传输格式组合数位结构交换数据的方法相比，由于不需要发送这种数据，因此可以期望大大增加信道容量。
在比较相互的相关程度时，维特比解码部分计算对应于各个传输格式组合的最大路径度量，并且比较它们。因此，可以被使用维特比解码处理中的路径度量。这可以消除添加任何特殊处理的需要，并且抑制处理时间或电路部分尺寸的增加。
图9A和9B示出在本发明和常规方法(盲率检测)中用于发送速率估计处理所需要的时间之间的比较。图9A示出对一个传输格式组合计算在本发明中最大路径度量所需的时间，即对每个传送格式组合的发送速率估计所需的时间。图9B示出在常规方法中用于发送速率估计所需的时间。
根据该实施例，不需要对一个接收输出的所有输入功能获得路径度量，并且一个最大路径度量可以在最多大约100步骤中计算，如上文所述。另外，不需要CRC校验。从这一点显然可以看出，本发明优于常规方法之处在于发送速率估计所用的处理时间。根据本发明，可大大减小处理量。
下面将参照图10和11描述本发明的第二实施例。图10示出第二实施例的W-CDMA发送速率估计设备。图11示出第二实施例的W-CDMA发送速率估计处理。第一实施例以本发明仅仅应用于TrCH#1为例进行说明。但是，在本实施例中，上述处理同时对剩余信道TrCH#2至TrCH#4执行。
在本实施例中，当选择一个传输格式组合时，同时确定用于所有传输信道的位长，如上文所述。通过使用各个位长，因此在图8A和8B中的发送速率估计处理可以一次对所有传输信道执行。假设在这种情况中，卷积编码处理对所有传输信道执行，并且由维特比解码执行解码处理。
在这种情况中，如图10中所示，与上述图7中的结构相比，数据存储部分11、分支度量产生部分12、加法器13、比较/选择部分14、路径度量存储部分15、路径度量比较部分16和最大路径度量存储部分17被并行对各个传输信道提供。这种结构还包括统计处理部分19，用于对以传输格式组合为单位对各个传输信道存储于最大路径度量存储部分17中的最大路径度量数值进行统计处理。
参照图11，在步骤100至105中，用于每个传输格式组合的最大路径度量被计算并且存储在路径度量存储部分15中。
同时对每个传输信道执行该处理，并且通过统计处理部分19为每个传输格式组合对所计算最大路径度量进行统计处理，例如相加(步骤120)。
作为要对每个传输信道添加的数值，通过使用每个传输格式组合获得的最大路径度量被使用，并且归一化数值，即统计处理结果，被计算。
按照这种方式获得的结果被对各个传输格式组合相互比较，以选择具有最大值的传输格式组合(步骤121)。结果，获得所需估计的发生速率。
在上述每个实施例中，在发送速率估计中，用于各个传输格式组合的最大路径度量被相互比较。但是，本发明不限于此，可以使用表示输入位串和正常编码位串之间的相关程度的任何数值。例如，路径度量之间的差值、最大路径度量与最小路径度量之间的差值、或者最大路径度量与第二大路径度量之间的差值可以用来取代最大路径度量。另外，可以使用路径度量中的增量。
可以使用基于相似路径的连续性的另一种方法，其中在格子图上的各个节点处具有最大路径度量的点被计数，并且相应传输格式组合被根据该计数而确定。
另外，可使用如下方法。任意传输格式组合被选择以执行数据的维特比解码，并且该结果被再次编码。然后，计算编码数据与在维特比解码之前的数据之间的相关性。传输格式组合被根据所计算相关性的大小而确定。
如上文所述，根据本发明，通过根据受到维特比解码的数据的位串与正常编码的位串之间相关程度，选择表示构成各个传输信道的位长组合的多个传输格式组合的最大相似传输格式组合而估计数据发送速率。与使用预定数据结构(固定位置)的常规方法相比，不需要产生在数据中没有称为DTX(不连续发送)的数据的空白部位，并且不需要添加或删除步骤，因此增大了处理速度。
另外，与使用CRC的方法相比，由于没有进行CRC校验，因此不需要接收一个数据块的所有数位。这可以消除处理延迟并且缩短CRC校验所需的处理时间。因此，可以用非常高的速度进行发送速率估计。

Claims (7)

1．一种宽带码分多址(W-CDMA)发送速率估计方法，其特征在于，包括如下步骤：根据正常编码位串和通过对相应于任意传输信道、由各个传输信道所构成的接收输出的数据进行维特比解码处理所获得的数据的位串之间的相关程度，选择多种传输格式组合的最大可能性传输格式组合，其中传输格式组合表示构成多个传输信道(TrCH)的位长组合，每种组合具有可变的位长；以及根据所选择的组合估计数据发送速率。
2．根据权利要求1所述的方法，其中还包括使用在维特比解码处理中计算的多个路径度量数值作为表示相关程度的数值的步骤。
3．根据权利要求2所述的方法，其中还包括如下步骤：对每种传输格式组合存储通过使用传输格式组合获得的最大路径度量数值，并且通过把用于各个所存储传输格式组合的所存储最大路径度量数值相比较选择最大相似的传输格式组合。
4．根据权利要求2所述的方法，其中还包括如下步骤：同时对各个传输信道计算最大路径度量数值，它们是当使用各种传输格式组合对各个传输信道执行维特比解码处理的同时获得的，以传输格式组合为单位统计处理对各个传输信道获得的各个路径度量数值，以及根据统计处理结果选择最大相似的传输格式组合。
5．一种宽带码分多址(W-CDMA)发送速率估计设备，其特征在于，包括：发送速率估计装置(18)，用于对相应于任意传输信道、由具有可变位长的多个传输信道所构成的接收输出的数据执行维特比解码处理，并选择表示构成各个传输信道的位长组合的多种传输格式组合的最大相似传输格式组合，从而估计数据发送速率。
6．一种W-CDMA发送速率估计设备，用于通过对相应于任意传输信道、由具有可变位长的多个传输信道所构成的接收输出的数据执行维特比解码处理，而估计数据发送速率，其特征在于包括：
最大路径度量比较装置(14)，用于在传输格式组合被用于维特比解码处理时比较对各种传输格式组合获得的多个路径度量数值，从而选择最大路径度量数值；
最大路径度量存储装置(17)，用于存储由所述最大路径度量比较装置选择的最大路径度量数值；以及
估计装置(18)，用于把存储在所述最大路径存储装置中的各个传输格式组合的最大路径度量数值相比较，并选择最大相似的传输格式组合，从而估计数据发送速率。
7．根据权利要求6所述的设备，其中：
对各个传输信道并行提供所述最大路径度量比较装置和所述最大路径度量存储装置，
所述设备还包括统计处理装置(19)，用于统计处理存储在所述各个最大路径度量存储装置中用于各种传输格式组合的最大路径度量，以及
所述估计装置(18)比较由各个传输格式组合的所述统计处理装置获得的统计处理结果，并且选择最大相似的传输格式组合，从而估计数据发送速率。
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