CN1332524A

CN1332524A - 通信系统、接收机和估计由信道引起的误差的方法

Info

Publication number: CN1332524A
Application number: CN01125439A
Authority: CN
Inventors: J·L·波尼法斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-23
Publication date: 2002-01-23
Anticipated expiration: 2021-06-23
Also published as: JP2002057654A; US20020016939A1; KR100780560B1; US6898753B2; CN1199362C; KR20020001631A; EP1172961A1

Abstract

一种构成一通信系统组成部分的接收机,通过一个易受干扰的信道接收数据帧,该接收机执行对信道引起的最大和最小误码率的估计。接收机在第一时间周期中确认收到的数据帧的合法性,以检测和确定收到的有错误的和正确的数据帧。然后,接收机对那些收到的能校正的有错误的数据帧进行校正,以产生校正后数据帧。有错误的位是通过在错误数据帧302和相应的校正数据帧303中的逐位比较处理过程被检测出来的,这些错误位加到一起,然后在接收机收到的位的总数nb－total－bits上求平均值,以获得传输过程的最小误码率。本发明通过把包含在那些不能被校正的数据帧301中的位的数量加在一起,也能估计出接收数据误码率的最大值。应用:在通信信道中估计误码率。

Description

通信系统、接收机、和估计由信道引起的误差的方法

本发明涉及一种用来接收和处理通过一个传输信道传送的数据帧的接收机，包括：

-确认装置，用来查证接收到的数据帧的合法性，以便在接收到的数据帧中检测和确认无错误的和有错误的数据帧，所述的有错误的数据帧具有可矫正或不可矫正的特性；

-校正装置，用来校正误差，该装置作用于接收到的具有可矫正的错误的数据帧，以便生成校正数据帧。

它也涉及一种用于在上述类型的发射机和接收机之间，通过一个通信信道传送数据帧的通信系统。

它在通常用于语音和多媒体数据的通信系统中具有广泛的应用，，事实上具体地讲是应用于移动或有线网络中的视频电话。

美国专利NO.5511079中描述了一个用来控制经过一个双向作用的卫星传输路径在发射站和接收站之间传输数据的误差保护的系统。该发射站根据代表被传输信号的传播和衰减条件的信号值执行对被传输数据的误差保护的自适应调整。为了这个目的，采用了一种可以在接收机一侧间接地估计接收数据的误码率的方法。所使用的误差保护，属于FEC(正向误差校正，它表示校正码的全部域比如卷积码或者分组码)类型，正是以这种方式适应所述的传播和衰减条件，以便使通过接收机接收到的数据的误码率将不会超出一个给定的值。该发射站根据从来自接收机的一个第一返回信号的信噪比并根据在最佳传输条件下接收到的一个第二返回信号的信噪比估计发往接收站的信号的衰减。

在现有的技术文件中使用的估计传输到接收机的数据误码率的方法具有许多缺点。

首先，估计误码率是基于一种比例的计算关系，这种计算使用在最佳传输条件下测量的信噪比作为基准值，因而关于估计误码率的误差仍存在，因为可靠地说明什么是“最佳传输条件”是十分困难的。

其次，通过测量信噪比估计误码率是不可靠的，因为数据载波信号的衰减对出现误码或丢失数据不总是有效的。这可能导致过高地估计误码率，并且这种导致对传输数据的过度保护，引起传输信道过载或饱和。最后，信噪比的计算要求相当大的功率和相当大的设备，因而这种估计误码率的方法不仅昂贵而且导致设备相当庞大，不适合应用于便携式的用途或装备中。

本发明的目的就是通过提供一种通信系统、一种接收机、以及一种比现有的技术文件所描述的那种更可靠和更经济的估计由通信信道引起的误差的方法，在很大程度上削除上述的缺点。

为实现这个目的，本发明的特征在于该接收机包括：

-比较装置，用来把接收到的有错误的数据帧与相应的校正数据帧进行比较，以估计包含在所接收的数据帧的传输中的最小误码率。

-分析装置，用来分析具有不可矫正的错误的接收数据帧，以便估计包含在所接收到的数据帧的传输中的最大误码率。

-传输装置，用来向一个远程设备发射与所述最小和最大误码率有关的信息。

本发明采用了适用于在发射机与接收机之间传输数据或数据帧的FEC类型的误差保护。接收机在第一时期查证接收到的数据帧的有效性，以便从接收到的数据帧中检测和确认无错误的数据帧和有错误的数据帧。然后接收机继续对接收到的可矫正的错误数据帧进行误差校正，即，在那些不包含任何误差的数据帧中FEC校正设备不能校正，以便产生校正数据帧。错误的位通过一种把错误数据帧与相应的校正数据帧进行逐位比较的方法被检测，再被相加在一起，并被在通过接收机接收到的全部位的总数求平均值，以获得最小传输误码率。通过这种比较方法计算出的误码率低估了接收数据的实际误码率，这就是为什么它被称作是最小误码率的原因。这种比较主要是利用一种二进制“异或”类算子，在集成逻辑电路领域中这种“异或”类算子是在市场上是可以买到的，因而执行这种逐位比较工作所必须的计算装置得到了有力的简化。

本发明也能够估计接收到的数据的最大误码率，即所估计的值过高的估计用接收机所接收到的数据的真实误码率。对于每个检测出的不可矫正的数据帧，即对那些数据帧中仍然包含FEC校正设备不能校正的错误，由上述帧所决定的数据位被与属于所接收到的数据的其他的帧的校正位的数量相加。这样就获得了一个相对于通过接收机所接收到的全部数据位的平均值，用以估计通过接收机接收的数据的最大误码率。

这种方法使利用有限的和简洁的设备估计通过接收机接收的数据的真实误码率的范围成为可能。

本发明最后涉及一个在发射机和接收机之间为无线电话类型的通信系统，其工作过程能够得益于如上所述的判断最小和最大误码率的可能性。本发明实际上提供了用来向所述发射机传送涉及接收机的所述最小和最大误码率的信息的设备，以便发射机能够调整发往接收机的数据的保护。如此控制发送数据的冗余度水平的发射机在某种意义上能够适应由传输信道引起的误码率。这样在传输信道的工作通带和由接收机接收的数据的误码率之间的折衷为最佳状态。

这些以及其他的，关于本发明的更详细的情况将通过下面参照附图对若干本发明的实施例的描述变得更清楚，这些实施例只是作为例子给出的，并且本发明不只局限于此，其中：

图1是应用于由发射机发送并由接收机接收的数据帧的编码原理示意图。

图2是对本发明产生影响的各种的操作过程的顺序进行描述的工作流程示意图。

图3是对构成本发明的特殊的操作过程的顺序进行描述的工作流程示意图。

图4是表示一个包含本发明的接收机的通信系统的示意图。

图1用图解法显示了上述类型的由发射机发送并且由接收机接收的数据帧的编码原理。其说明由ITU-H.324/M标准给出，但本发明同样地完全可以使用其他的通信标准，比如H.32i系列，这对于那些本领域技术人员而言将是显而易见的。

具体地说设计用于发射机与移动接收机之间进行通信的ITU-H.324/M标准是以H.223标准为根据的，H.223标准通过其4个附录A-B-C-D控制各种多路复用任务的执行。这些附录提供了通过可能易受干扰的传输信道传输多媒体数据比如视频图像和/或音频类型的数据的可能性，而且这些传输信道可能正是在传输到接收机的所述数据中产生差错的根源。附录C和D允许通过适用于被传输的数据的一种FEC(正向误差校正)类型的算法增加不受误差影响。为了这个目的，被传输的数据—由AL-SDUi(匹配层业务数据单元)定义并参照101—首先被分割为可调宽度的基本数据单元帧AL-SDUi，参照102。然后循环冗余检验数据CRC(循环冗余校验)被混合到每个数据帧AL-SDUi，并且如此形成的数据整体105控制RCPC(速率兼容收缩卷积)或Reed—Solomon码进行编码。在下一步中，为了实现重建在传输过程中丢失的任何数据的目的，冗余数据R是和先前已编码的数据相连系的。如此形成的数据106加上一个报头HDR使得其能够获得AL-PDU(匹配层协议数据单元)类型的数据帧，参照103，并且指定经过多路复用后被传输到接收机，以便传送MUX-SDU类型的数据帧，参照104。

图2是一个描述影响本发明的特殊的工作顺序的工作流程示意图。

数据CRC—作为由发射机发射的起始数据的特征一允许在接收机部分对接收到的，由数据帧MUX-SDU进行解多路复用后的数据帧AL-SDUi的合法性进行确认：使用的数据CRC构成接收数据帧的一个自动确认过程。然后，如果对输入的数据AL-SDUi参照205执行CRC确认参照201得到一个正的结果，参照箭头r1，则可以对传输的数据进行解码而不需要采取任何特殊的保护措施，因为在传输过程中没有差错影响到相应的数据帧。在本发明的范围中，其目的是估计传输数据的最小和最大误码率，这种类型的数据帧除了增加通过接收机接收到的位的总数之外，是不被考虑在内的。只有那些被操作过程201检测至少有一个误差的数据帧被计入对误码的累加，所以如果确认过程201出现一个负的值，参照箭头f1，这意味着由发射机发射的数据通过传输信道后发生了变化并导致了误差。然后相应的数据帧AL——SDUi被在202中处理以达到校正的目的。为实现这一目的，FEC算法的特殊的步骤被通过利用冗余数据R而执行，这些冗余数据R被同时地发送用于检测误差的校正。经过这个校正202后，对如此校正的帧执行一个确认操作对于确认这种校正的结果是必要的。这个确认过程是通过对已校正的数据帧应用自动确认码CRC而执行的，在图中则出现两种可能性：

-确认过程203出现一个不正确的值，参照箭头f2。这就是那种情况，比如，如果在通过通信信道进行传输的过程中输入了大量的误差，或者相当数量的数据被丢失。在这种情况下，相应的数据帧AL-SDUi被明确地认为是不可矫正的，并且构成这部分的所有的位都被认为是误码。

-确认部分203出现一个正确的值，参照箭头r2。这意味着可以通过运用冗余数据R在接收到的有错误的数据帧的基础上重建最初的数据帧。

然后具有确定比率BERmin和BERmax功能的模块204分析三种类型信号以便确定传输误码的数量。

-对所有位都被认为是误码的数据帧：这些帧用来计算在接收机端接收到的数据的最大误码率BERmax；

-与相应的校正数据帧比较至少有一个错误的数据帧；这些帧用来计算在接收机端接收到的数据的最小误码率BERmin。

为取得与最小和最大误码率相对应的一个平均值，上面所述的累积的误码值被在接收机部分所接收到的位的总数nb-total-bits上求平均值，这个总数nb-total-bits不仅是通过累加属于无错误的帧的位，而且也要累加那些属于有错误的帧的位而得到的。

图3是描述用来估计所述误码率BERmin和BERmax所必须的特别的处理过程的示意图。在收射机与接收机之间进行通信的情况下，这些特别的处理过程是通过分析接收到的不可矫正的错误数据帧301，接收到的错误数据302，以及相应的校正数据帧303而进行的。

为估计接收数据的误码率，一个二进制比较器304被用在接收到的错误数据帧和相应的校正数据帧303之间。这个比较器的目的是确定包含在各个数据帧303中的错误位的数量。一旦这些数据帧被校正后，可以执行一个二进制“异一或”门的操作，用来获得一个二进制字，其中校正后的位具有一个“高”的电平。在各个数据帧中接收的误码的数量是直接地通过加法器305对具有“高”电平的位求和而获得的。最后，如此累加得到的误码数在接收机端所接收到的位的总数nb-total-bits上求平均值的计算是在306中进行的，用来提供接收数据的最小误码率的值。所述总数nb-total-bits是不仅通过累加属于无错误的位而且同样累加属于有错误帧的位而获得的。

为了估计接收数据的最大误码率，一个对不可矫正的错误数据帧301的分析被执行。后者有时不能被校正，例如由于包含在这些帧中的误码数量太多。如果情况是这样，这些帧中所有的位都被认为是错误的。这样处理过程307把包含在各个数据帧301中的位的数量相加在一起。一个把目前在数据帧302中的错误位的数量和帧301的错误位的数量累加处理的过程308，使获得一个在通过通信信道被传输的数据中实际的误码数量的上限值成为可能。最后，在309中这样累加的误码数量在接收机端接收到的位的总数nb-total-bits上求出一个平均值以便得出接收数据的最大误码率BERmax的值，所述的总数nb-total-bits是不仅通过累加属于无错误的帧的位而且同样累加属于有错误帧的位而得到的。

对于由传输信道引起的实际误码率结构是这样获得的，由于不可矫正的数据帧是很少的，这个结构在比率上是更可靠的，因为这意味着检测和校正孤立的误码是可能的，当帧包含多个不正确的数据时，仍然可能出现CRC在其检测过程中失败的情况。在那种情况下，有关帧的所有的位都被认为是错误的。然而，检测失败的可能性随着CRC码长度的增加而下降，在实践中发现大部分的错误位能够被一个具有16位长度的CRC码逐个检测出来，本发明导致非常显著的成果，同时仍保持经济性。

图4是描述一个按照本发明包含一个发射机401和一个接收机402的通信系统的示意图。发射机在这里相当于基站，通过通信信道403发送按照图1中所描述的原理进行编码的数据帧，通信信道可能受到干扰，并因此在通过发射机发送的数据中引起差错。在接收端，接收机发现错误数据帧，以便用同样包含在所述帧中的冗余数据校正它们。同时，根据本发明，一个关于最小误码率BERmin和最大误码率BERmax的估计被做出，以便确定在通信信道中关于实际误码率的结构。一旦确定后，这个信息BERmin和BERmax被直接或间接地发送到发射机，使后者在向接收机传输的数据在冗余水平与它们相匹配，

以便削除由信道引起的误码。

对此可以考虑两种解决办法：

-或者经过一个“专有的”协议把BERmin和BERmax二者直接地发送给发射机。

-或者把BERmin和BERmax的值通过一个H.245类型的协议体系间接地发送，H.245协议体系是负责在不同的终端之间交换信息的。在这种情况下，在第一时间周期中BERmin和BERmax的值被分别地转换为最小冗余率和最大冗余率，这些冗余率最后被经过H.245类型的协议发送到发射机。在发射机一侧一旦接收到这些冗余率，包括最小和最大的，使得确定应用于向接收机发送数据帧的冗余水平成为可能，例如通过选择所述最小和最大比率之间的一个中间值。

在这种通信类型中，误码率BERmin和BERmax可以在每次通信的开始进行估计，或者周期性地进行，以便发射机在传输数据之前具有最有效的误码率供其使用。

一个通信系统，一个接收机，以及用来估计由通信信道引起的最小和最大误码率特殊的步骤已经被如此地描述和举例说明。显然，在不离开本发明的范围的情况下为数众多的修改可以应用于上述的实施例中；具体地说可能仅在接收机部分中使用所述最小和最大误码率。

Claims

1、一种用来接收和处理通过传输信道发射的数据帧的接收机，包括：

a：确认装置，用来查证接收到的数据帧的合法性，以便在接收到的数据帧中检测和确认无错误的和有错误的数据帧，所述的有错误的数据帧具有可矫正或不可矫正的特性；

b：校正装置，用来校正误差，该装置作用于接收到的具有可矫正的错误的数据帧，以便生成校正数据帧；

其特征在于它还包括：

c：比较装置，用来把接收到的有错误的数据帧与相应的校正数据帧进行比较，以估计包含在所接收的数据帧的传输中的最小误码率；

d：分析装置，用来分析具有不可矫正的错误的接收数据帧，以便估计包含在所接收到的数据帧的传输中的最大误码率；

e：传输装置，用来向一个远程设备发射与所述最小和最大误码率有关的信息。

2、如权利要求1中的接收机，其特征在于比较装置包括一个“异或”类型的二进制逐位算子，被加在接收到的有错误的数据帧和相应的校正数据帧之间，以便产生一个代表在所述校正数据帧中所包含的校正位的数量的输出字。

3、如权利要求1中的接收机，其特征在于用来分析接收到的具有不可矫正错误的数据帧的分析装置包括：

a：一个累加设备，用来表示包含在所述不可矫正数据帧中的位的数量；

b：一个加法器设备，用来把包含在校正数据帧中的校正位的数量与所述包含在不可矫正数据帧中的位的数量相加。

4、一种用来在发射机与接收机之间经过一个通信信道发射数据帧的通信系统，所述发射机包括用来保护发射的帧的保护装置，而所述接收机包括：

其特征在于该接收机还包括：

c：比较装置，用来把接收到的有错误的数据帧与相应的校正数据帧进行比较，以估计包含在所接收的数据帧中的传输中的最小误码率；

5、如权利要求4中的通信系统，其特征在于发射机包括自适应装置，用来使向接收机发射的帧的保护措施适应所述的最小和最大误码率。

6、一种电话装置，包括一个如权利要求1所要求的接收机。

7、一种以接收机电平估计误差的方法，用来估计在传输信道上的差错，该方法包括：

a：一个确认步骤，用来查证接收到的数据帧的合法性，以便检测和确认接收到的有错误的数据帧和接收到的无错误的数据帧；

b：一个误差校正步骤，用于对那些接收到的有错误的数据帧执行误差校正，以便产生校正的数据帧，

其特征在于还包括以下步骤：

c：一个比较步骤，用来把接收到的有错误的数据帧与相应的校正的数据帧进行比较，以估计包含在所接收的数据帧的传输中的最小误码率；

d：一个分析步骤，用来分析具有不可矫正的错误的接收数据帧，以便估计包含在所接收到的数据帧的传输中的最大误码率。

8、如权利要求7中所要求的方法，其特征在于所述比较步骤包括一个“异或”类型的二进制逐位运算，被加在接收到的有错误的数据帧和相应的校正的数据帧之间，以便产生一个代表在所述校正数据帧中所包含的校正位的数量的输出字。

9、如权利要求7中所要求的方法，其特征在于用来分析接收到的具有不可矫正错误的数据帧的分析步骤包括：

a：一个累加分步骤，表示包含在所述不可矫正数据帧中的位的数量；

b：一个加法分步骤，用来把包含在校正数据帧中的校正位的数量与所述包含在不可矫正数据帧中的位的数量相加。

10、一种用于对经过一个通信信道在发射机和接收机之间传输的数据帧进行误差防护的方法，所述发射机包括一个用于对传输的帧的保护步骤，同时所述接收机包括：

a：一个确认步骤，用于查证接收到的数据帧的合法性，以便检测和确认接收到的有错误的数据帧和接收到的无错误的数据帧；

其特征在于：

c：该接收机还包括一个比较步骤，用来把接收到的有错误的数据帧与相应的校正的数据帧进行比较，以估计包含在所接收的数据帧的传输中的最小误码率；

d：该接收机还包括一个分析步骤，用来分析具有不可矫正的错误的接收数据帧，以便估计包含在所接收到的数据帧的传输中的最大误码率；

e：该接收机还包括一个传输步骤，用来把所述最小和最大误码率传输给所述发射机；

f：所述发射机包括一个自适应步骤，其中向接收机传送的帧的保护是与所述最小和最大误码率相适应的。