CN1349702A - 分组通信的自适应头标压缩 - Google Patents

Abstract

在分组通信中,分组头标的头标压缩能适应分组通信环境中的条件,如链路质量(107)和系统负载(108)中的变化。头标压缩也能响应一个用于保护分组避免差错的鲁棒性数量(J)而进行适应。这允许使用适量带宽来以足够质量传输所期望的信息。

Description

分组通信的自适应头标压缩

发明领域

本发明一般涉及分组信道通信，以及更具体而言，涉及分组信道通信中使用的头标压缩技术。

发明背景

术语头标压缩(HC)是指在点到点链路上基于每一跳将分组头标中承载信息所必需的带宽最小化的技术。头标压缩通常由仅在开始发送静态信息来实现。然后半静态信息靠仅发送相对先前头标的变化进行传递。偶尔发送一个完整的(未压缩的)头标以更新头标压缩单元的数据库。完全随机的信息则不经压缩就被发送。因此，头标压缩通常以状态机实现。

由于HC算法传统上基于每跳使用，因此有可能依赖当前链路的特性在每跳上使用不同的HC算法。这就为基于每跳来最优化在时域内具有静态特性(如相对恒定差错率)的链路的性能提供了可能性。然而，传统的HC算法不考虑当前使用链路上的质量或差错在时间上的变化，也不考虑链路之间的变化。

因此，如果将传统HC算法应用于质量或差错随时间变化的链路上，如传统的无线链路，那么这可能由于过低的鲁棒性而导致低吞吐量，或者由于过高的鲁棒性而导致带宽浪费。

此外，传统HC算法独立于所有其他链路来考虑每条链路。尽管这种模型对于使用某一信道而不影响其他相似信道的有线信道是合适的，但它不适合处理无线信道。某一无线信道的使用在干扰方面会影响其他无线信道的使用者。

考虑到前面所叙述的情况，期望在没有现有技术的上述缺点的情况下提供分组通信中的头标压缩。

依照本发明的HC算法能适应链路的质量变化和系统负载的变化。通过与传输数据的链路的交互作用可做到这一点。理想情况下，可以相对系统负载而最优化压缩级别，而鲁棒性数量能相对链路质量被最优化。本发明提供了一种使用适量带宽以足够质量传输所期望信息的方法。

附图简述

图1概念性地说明了依照本发明与无线网络交互作用的头标压缩算法的操作。

图2以图解的方式说明了一个能随本发明一起使用的分组的格式。

图3以图表的方式说明了依照本发明的链路质量和与分组相关的前向纠错数量之间的一种典型关系。

图3A以图表的方式说明了依照本发明的链路质量和与分组头标相关的头标压缩量之间的一种典型关系。

图4以图表的方式说明了依照本发明的系统负载和含在分组头标中并与纠错比特相关的信息组合数量的平均值之间的一种典型关系。

图4A以图表的方式说明了依照本发明的系统负载和与分组头标相关的头标压缩量之间的一种典型关系。

图5举例说明了依照本发明的典型自适应头标压缩和自适应鲁棒性操作。

图6以图解的方式说明了依照本发明将两个净荷组合到一带有单个压缩头标的单个较长分组中以便增大头标压缩级。

图7说明了能被执行以便实现图6所述的净荷组合的典型操作。

图8针对信道自适应语音编解码器和源自适应语音编解码器，以图表的方式说明了依照本发明的语音编解码器比特率和应用于分组的前向纠错数量之间的一种典型关系。

图9说明了能用来实现图8关系的典型操作。

图9A说明了关于图9操作的另一种可选的典型操作。

图10说明了依照本发明的无线通信站的一个典型实施方案的相关部分。

详述

本发明认为对于无线系统，如果与正使用头标压缩算法的链路交互作用，则头标压缩方案在吞吐量和整个系统容量方面可能更有效。例如假定所涉及的链路位于无线接入网络中。那么头标压缩方案对于无线信道质量中的变化将是鲁棒的，同时也避免了不必要的头标压缩，如在低负载情况下。

鲁棒性(针对头标、净荷或双方)可通过以下方式改变，例如：使用不同的前向纠错(FEC)级别，使用不同的交织方案，或者使用不同的传输功率量。鲁棒性的数量可基于错误分组传输概率和/或基于所经历的链路质量。头标压缩的级别(或数量)可通过以下方式改变，例如：(1)对每个压缩头标使用恒定压缩量，但改变完整头标传输间的时间间隔；(2)单独考虑每个头标的压缩，对每个头标使用各自期望的压缩量；或者(3)将(1)和(2)相结合。压缩级别可基于一个或更多个系统负载、经历的链路质量，以及鲁棒性的数量，这些将在下面更详细地描述。依照本发明的一个实施方案，无线接入网向HC算法提供传统的链路质量和系统负载信息。这如图1所示。

通过基于来自无线接入网的信息适当调整头标压缩的鲁棒性(如与头标相关的FEC的级别)和级别，理想情况下被传输的分组将精确地使用在每条链路上获得足够(期望)质量而所需的带宽量。此外，头标压缩级能适应于系统负载情况，这便允许通信量适应于当前系统负载。例如，在低系统负载期间，增加的(如责任之外的)质量是可能的。

头标压缩算法依赖系统状况可有不同的目标(或对象)。在低负载情况下，不需要高程度的头标压缩且质量被最优化。这样，由于头标压缩而引起的任何质量的降低是不必要的，所以应当避免。在高负载情况下，应维持最低质量，并且应该增加头标压缩以获取容量。因此，可能会牺牲质量(如话音质量)来换取系统容量。

图2说明了IP承载话音的分组的实例以及它可包含的不同部分，即一个J-比特FEC部分、一个K-比特头标部分和一个L-比特净荷部分，如一个话音部分。在某些实施方案中L-比特部分可以是除了话音数据以外的数据。依照本发明，不同部分的比特大小能适应不同的系统和链路状况。

在某一实施方案中，头标压缩算法所能适应的系统和链路实体被分为两组：链路质量和系统负载，但链路质量通常以小于系统负载的时间刻度变化。

链路质量可包含许多内容，但一个基本的、典型的代表链路质量意义的是比特差错率。链路质量可由许多不同的测量来表示，如下面所示的传统测量之一或它们的任何一种组合：

—平均比特差错率

—比特差错率的标准偏差

—分组/块差错率

—载波-干扰比，C/I

—比特差错突发性

—先前传输的头标质量

系统负载表明系统正承载的业务量并指出，例如是否有可能增加更多的业务量。系统负载可通过许多方式进行测量，如通过下面所示的传统测量之一或它们的任何一种组合：

—使用的信道数

—当前提供的比特率(kbits/s)

—干扰电平(如在干扰受限系统中)

—使用的扩展码数(在代码受限的CDMA系统中)

系统负载可被绝对测量(如15个被占用的信道)或相对测量(如20个可能的信道中的15个被占用信道)。

例如，系统负载测量也可表示一个蜂窝系统的变化部分，如一个小区内的负载，即一个特定单元正承载多少话务量，或者一个小区群集内的负载。

在图3、3A、4和4A中显示了表明头标压缩算法如何能够适应变化的链路质量(图3和3A)和系统负载(图4和4A)情况的典型图表。这些图表可视为用于描述头标压缩算法如何同时适应链路质量和系统负载的一个更复杂图表的二维视图。

参考图3，当链路质量差时，更大的鲁棒性数量，此例中指更多的前向错误编码FEC比特(在图2和3中一般以J标明)能被增加以保护分组。当使用具有良好质量的链路时，更小的鲁棒性数量就足够了，因此本例中FEC比特数J可以降低。

图3A说明了一个头标压缩量如何能够根据本发明适应链路质量的实例。对于差的链路质量，图3A中的头标压缩比率(头标压缩量)相对较小，而对于好的链路质量头标压缩比率可相对较大。

参考图4，实体K_平均表示用于发送头标信息的平均比特率。对于每个分组，头标的大小是固定的，但是当被压缩的头标与完整头标混合在一个分组流中时，或者当被压缩不同数量的头标混合在一个在分组流中时，就产生了变化的平均头标比特率。这样就可能得到变化的头标压缩比率。当系统负载低时，不需要冒由压缩头标引起的质量降低的风险(如话音质量)，因此头标压缩比率能相对小，这使K增大(见图1)。当系统负载高时，用于净荷比特的系统容量(如无线网容量)可通过降低压缩头标中比特的数量K而被增大。这样，头标压缩比率应尽可能大(以提供尽可能大的压缩)同时仍要维持所要求的最低质量。

图4A更一般性地说明了在本发明的一个实例中，头标压缩量如何根据被测的系统负载进行调整。图4A显示了在低系统负载时相对较少的头标压缩(更低的HC比率)，以及在更高系统负载时相对较多的头标压缩(更高的HC比率)。

因此，本发明使得有可能通过根据如增加的容量或吞吐量的不同目的而适当地调整头标压缩方案来以质量换取容量。参考图3A和4A的实例，在低系统负载情况下，通过使用相对较低的HC比率能使质量优先，而在高系统负载情况下，通过使用相对较高的HC比率能使容量优先。

如上所述的典型头标压缩和鲁棒性适配通过图5的流程图进行说明。在52中测量系统负载和链路质量(通过传统无线网测量并可从无线网获得)。在53中确定鲁棒性数量和头标压缩比率，例如使用来自图3、3A、4和4A任何一个曲线图的期望信息。这些曲线图中的信息可基于所期望的性能类型经验地确定。头标压缩比率可作为一种或更多种链路质量(见图3A)、系统负载(见图4A)和鲁棒性数量的函数来确定(见图3)。

作为一个实例，当链路质量状况恶化时，如果图3中鲁棒性适配足以提供所期望的效果，则可能不需要减少头标压缩量来响应链路质量的恶化，即使图3A可能另外指示了头标压缩量的减少。作为另一个实例，如果没有提供足够的鲁棒性数量调整来响应链路质量的恶化，那么为了补偿鲁棒性适配的不足可能会减少头标压缩量。在后面的实例中，由于至少存在一些鲁棒性适配(尽管不足)，因此头标压缩量可能仍以小于图3A所示的另外头标压缩量的数量来减少。

在54中，可以传统的方式将来自53的压缩比率应用于头标，又以传统的方式将来自53的鲁棒性数量应用于头标和/或净荷。

对于任何无线网络最糟的情况是在系统负载高而链路质量差时。在这种情况下，这也是相对普遍的情况，任何提高系统容量的能力都是所期望的，如通过减少相对系统负载而维持绝对系统负载。在这种情况下头标压缩量可通过将两个或更多个净荷(如图6的话音帧)组合在一个带有单个压缩头标61的分组中来进一步增大。例如，压缩头标61可通过压缩未压缩的头标62，或通过压缩未压缩的头标63产生。在另一个实施方案中，未压缩的头标62和63能同时一起被压缩以生成单个压缩头标61。在每个前述的实例中，如果头标62和63被分别压缩并且这两个净荷在带有各自压缩头标的单独分组中传输，则发送带有压缩头标61的单个分组中的两个净荷允许这两个净荷使用小于所要求的总头标开销进行传输。所以总头标压缩比率的增加是以增大时延为代价的。因此以系统容量来拆衷时延。为找到容量与时延间恰当的折衷，可使该折衷自适应于系统负载。

图7是在上述高负载、低质量情况下按照本发明能被执行的一个操作实例。如果在71中链路质量低于门限值TH_Q，并且如果在72中系统负载高于门限值TH_L，那么以上所讨论的相对于图6的过程就在73中执行。图7中所示的操作可在图5的操作53和54之间执行。

现在特别提到含有话音数据的分组、相关的语音编解码器比特率和因此分组中话音帧的大小(图2中L比特)，通常可以因两个示范原因而被改变。语音编解码器可适应于信道条件(传统的自适应多速率话音编码)。例如，当存在拥塞时，语音编解码器可以降低比特率并使用较少的比特传输几乎相同的话音信息，从而增大了每个分组的信息量。语音编解码器也可适应于话音源的性能，例如，当存在较少的话音信息要传输时降低比特率。这样每个分组的信息量就会减少。

上述的两种情况中，头标压缩算法能适应于语音编解码器比特率的变化。这在图8的实例中进行了图解说明。对于信道自适应语音编解码器(图8中的实线)，每个话音分组的鲁棒性(如图8中的前向纠错编码数量)在语音编解码器比特率降低时能被方便地增大，因为在减小的分组中每比特都具有更多的话音信息，所以使得分组的丢失会代价更高。对于源自适应语音编解码器(图8中的虚线)，每个话音分组的鲁棒性随编解码器比特率的减小而能被方便地减小，由于在减小的分组中存在较少的话音信息，因此一个分组的丢失可能对话音质量只有很小的影响。图8中所示的曲线可基于所期望的性能类型用经验确定。

图9说明了能被执行用以实现图8所示的自适应鲁棒性控制(如FEC)的实例操作。如果在91中编解码器比特率低于门限值TH_BR，那么如果92中的编解码器模式为信道自适应时就在94中增大鲁棒性的数量。如果92中的编解码器模式为源自适应时就在93中减少鲁棒性的数量。图9所示的操作可在图5的操作53和54之间执行。

图9A说明了图9实施方案的另一种可选实施方案。在图9A的操作中，在93A中头标压缩量能被增加以代替或结合鲁棒性的减少，而在94A中头标压缩量能被减少以代替或结合鲁棒性的增加。正如关于图3和3A所讨论的，如果在94A中提供足够的鲁棒性适配的数量，那么在94A中头标压缩量就可不必减少。同样如上所讨论的，如果94A中的鲁棒性适配不够，或者如果在94A中不提供鲁棒性适配，那么有必要减少头标压缩量以补偿不足的(或不存在的)鲁棒性适配。同样地，头标压缩量可依赖鲁棒性适配的数量(如果有的话)而在93A中进行增加。鲁棒性减少得越多，头标压缩就增大得越少，而鲁棒性减少得越少，头标压缩就增大得越多。

同时应当认识到图8-9A中所述的实施方案能扩展为其它除了话音数据以外的源编码数据的实例，如视频数据和相应的视频编解码器。

图10举例说明了根据本发明的无线通信站一个典型实施方案的相关部分。例如，图10的无线通信站可以是例如移动无线收发器，如蜂窝电话，或者是固定地点的无线收发器。通信站含有用于向分组单元102提供基本信息(如话音信息)的通信端口101。通信端口101同时也向头标单元103提供头标信息。头标单元103从通信端口101提供的头标信息中产生头标，包括依照上述本发明技术自适应地压缩头标。头标单元103向分组单元102提供外出的头标。头标单元也选择性地提供组合信号送给分组单元以将两个或更多个净荷组合成一个带有单个压缩头标的分组(参见图6和7)。

如上所述，分组单元102包含一个用于接收链路质量信息107的输入端。例如，分组单元102可使用来自图3曲线的信息来确定将用于每个分组的头标、净荷或两者的期望的鲁棒性数量。分组单元102可使用传统技术来提供所期望的鲁棒性数量，如确定基于期望FEC比特数的适当的FEC比特数，或者确定相应于期望鲁棒性数量的传输功率电平。在某一实例中，分组单元102可使用传统技术将头标比特和基本信息比特(即净荷比特)与FEC比特组合在一起以形成一个外出的分组，如图2中所一般性说明的分组。

头标单元103接收如上所述的链路质量信息107、系统负载信息108和差错概率信息109作为控制输入。这种信息由传统无线通信网例行提供。头标单元103也能接收由分组单元102确定的鲁棒性数量的指示信息作为控制输入。在话音或视频分组实施方案中，头标单元103也接收来自通信站编解码器(未显示)的一个控制输入，该输入包含110中诸如比特率和适应模式的信息，后者可表明例如编解码器正以信道自适应模式还是以源自适应模式运行。头标单元103使用上述控制输入提供自适应头标压缩，例如按以上关于图1-9所详细描述的方式。

分组单元102也能接收110中的编解码器信息作为控制输入，该信息可被分组单元用来提供如以上图8-9A所述的鲁棒性适配。

分组单元102将组装的分组向前传送给在无线链路105上向接收站(未显示)传输分组的无线单元104，该接收站具有例如与图10中用于接收由图10中通信站传输的分组的相似鲁棒性和头标压缩功能。这种接收站可接收图10中使用的控制输入107-110，并且例如对入分组应用适当的纠错和头标解压缩技术。

在有些实施方案中，头标单元103能够使用接收的链路质量信息107、系统负载信息108和编解码器信息110来访问头标单元中提供的查找表106。表106可包含例如与图3-4A和8中以图形方式描述的信息一致的已存储信息，从而允许头标单元执行上述自适应鲁棒性和头标压缩操作。在有些实施方案中，分组单元102能包含类似的查找表(未显示)用以实现上述的关于图3和8-9A的示范鲁棒性适配。

对于本领域的工作人员而言显然上述的本发明可在硬件、软件或同时在这两方面经过适当的修改来实施，例如传统无线通信站的分组通信部分。

尽管以上详细描述了本发明的示范典型实施方案，但这并不限制可以多种实施方案实现的本发明的范围。

Claims (27)

1.一种在通信系统中产生传输的分组的方法，包括：

提供净荷；

提供头标；

将头标和净荷组合在一个在该通信系统内传输的分组中；以及

基于与通信系统相关的条件的测量指示来确定期望头标压缩量，并使用该期望头标压缩量压缩头标。

2.权利要求1的方法，其中所述的测量指示是与通信系统相关的系统负载系数的测量指示。

3.权利要求2的方法，其中所述的系统负载系数包括以下内容之一：用于通信系统中的多个信道、通信系统当前提供的比特率、通信系统中的干扰电平，以及用于通信系统中的多个扩展码。

4.权利要求1的方法，其中所述的测量指示是与通信系统中传输分组的通信链路相关的链路质量系数的测量指示。

5.权利要求4的方法，其中所述的链路质量系数包括以下内容之一：比特差错率、平均比特差错率、比特差错率的标准偏差、分组/块差错率、载波-干扰比以及比特差错的突发性。

6.权利要求1的方法，其中所述的提供净荷的步骤包括提供多个净荷，并且其中所述的组合步骤包括将多个净荷与头标组合在一个在通信系统内传输的分组中。

7.权利要求1的方法，其中所述的组合步骤包括将头标与净荷组合在一个在无线通信系统内传输的分组中。

8.权利要求1的方法，包括基于与通信系统相关的条件的测量指示来确定用以保护分组避免差错的鲁棒性数量，所述确定期望头标压缩量的步骤包括基于被确定的鲁棒性数量而确定期望头标压缩量。

9.权利要求8的方法，其中最后提到的测量指示是与通信系统中传输分组的通信链路相关的链路质量系数的测量指示。

10.一种在通信系统中产生传输的分组的方法，包括：

提供净荷；

提供头标；

将头标和净荷组合在一个在该通信系统内传输的分组中；

提供表示用于保护分组避免差错的鲁棒性数量的信息；以及

基于该鲁棒性信息确定期望头标压缩量，并使用该期望头标压缩量压缩头标。

11.权利要求10的方法，其中所述提供表示鲁棒性数量的信息的步骤包括确定要含在分组中的纠错比特数量。

12.权利要求10的方法，其中所述提供表示鲁棒性数量的信息的步骤包括确定用于在通信系统中传输分组的传输功率量。

13.权利要求10的方法，其中确定期望头标压缩量的步骤包括如果表示鲁棒性数量的信息已基于与通信系统相关的条件被自适应地确定则选择第一个头标压缩量，而如果表示鲁棒性数量的信息没有基于与通信系统相关的条件被自适应地确定则选择不同于所述第一个头标压缩量的第二个头标压缩量。

14.权利要求10的方法，其中所述的净荷包含源编码数据，并且其中确定头标压缩量的步骤包括确定生成源编码数据的编解码器的比特率低于门限值，然后如果编解码器正以信道自适应模式运行就减少头标压缩量，而如果编解码器正以源自适应模式运行就增大头标压缩量。

15.权利要求14的方法，其中所述的源编码数据包括话音数据和视频数据中的一种数据。

16.一种用于在通信系统中传输分组的装置，包括

一个用于接收分组净荷基本信息的分组单元；

一个连接到上述分组单元、用于向其提供一个相应于净荷的压缩头标的头标单元，该头标单元具有一个用以接收表示与通信系统相关的测量条件的信息的输入端，而且该头标单元可用来响应该条件信息而确定期望头标压缩量并按照该期望头标压缩量产生压缩头标；以及

该分组单元可用来将压缩的头标和净荷组合在一个分组中并将该分组输出给通信系统。

17.权利要求16的装置，其中所述的条件信息包括表示与通信系统相关的系统负载系数的信息。

18.权利要求17的装置，其中所述的系统负载系数信息包括表示以下内容之一的信息：用于通信系统中的多个信道、通信系统当前提供的比特率、通信系统中的干扰电平，以及用于通信系统中的多个扩展码。

19.权利要求16的装置，其中所述的条件信息包括表示与在通信系统中传输分组的通信链路相关的链路质量系数的信息。

20.权利要求19的装置，其中所述的链路质量系数信息包括表示以下内容之一的信息：比特差错率、平均比特差错率、比特差错率的标准偏差、分组/块差错率、载波-干扰比，以及比特差错的突发性。

21.权利要求16的装置，其中的通信系统为无线通信系统。

22.权利要求16的装置，其中所述的分组单元可用于接收多个分组净荷的基本信息，还可进一步用于将压缩的头标与多个分组净荷组合在一单个分组中，并将该单个分组输出给通信系统。

23.一种用于在通信系统中传输分组的装置，包括：

一个用于接收分组净荷基本信息的分组单元；

一个连接到上述分组单元、用于向其提供一个相应于净荷的压缩头标的头标单元，该头标单元具有一个用以接收表示用于保护分组避免差错的鲁棒性数量的信息的输入端，而且该头标单元可用来响应该鲁棒性信息而确定期望头标压缩量并按照该期望头标压缩量产生压缩头标；以及

该分组单元可用于将压缩的头标和净荷组合在一个分组中并将该分组输出给通信系统。

24.权利要求23的装置，其中所述的头标单元包括一个用于接收表示与通信系统相关的测量条件的信息的输入端，并且其中该头标单元可进一步用来响应该条件信息而确定期望头标压缩量。

25.权利要求24的装置，其中所述的条件信息包括表示与通信系统相关的系统负载系数和与通信系统中传输分组的链路相关的链路质量系数中的一种信息。

26.权利要求23的装置，其中通信系统为无线通信系统。

27.权利要求10的方法，其中所述提供表示鲁棒性数量信息的步骤包括确定用于在通信系统中传输分组的交织量。

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