CN1353895A

CN1353895A - 用于数字数据传送的方法与设备

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Publication number: CN1353895A
Application number: CN00808308.8A
Authority: CN
Inventors: M·图鲁宁; J·卡利奥库尔朱; S·豪蒙特; D·莱安
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2002-06-12
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: EP1710942B1; DE60029576D1; EP1710942A1; CN100359832C; CN101162973A; DE60037046D1; WO2000060795A1; DE60029576T2; EP1169801B1; FI990743A0; DE60037046T2; CN101162973B; FI109385B; JP2002541724A; EP1169801A1; ATE377875T1; AU3560500A; ATE334521T1; FI990743A

Abstract

数据分组在通过无线电链路进行发送时容易受到破坏。在诸如电视会议的实时数据的情况中,优选不松开任何数据分组,这是因为如果再发送的话到能接收丢失分组时其代表的时间已消逝而不能再使用这些丢失的分组。为了缓解由于有限的数据带宽引起的问题,有可能优选利用内部编码压缩分组的标题数据来使压缩增益最大。这尤其在串行链路的情况中能获得显著的数据节省,但在数据传送中单个差错能破坏此压缩标题、与之相关的有效负载并且也能破坏所有随后的数据分组直至通过利用未压缩标题发送一个分组再次开始内部编码时是容易受到破坏的方法。本发明涉及结合标题压缩使用前向纠错编码来保护压缩标题并且优化无线电链路使用以获得足够的接收数据的质量。

Description

用于数字数据传送的方法与设备说明书

本发明涉及数字数据传送，特别涉及数字移动电话网络中分组模式数字数据传送的数据分组的压缩与纠错。

对于数字数据传送，时常需要在传送数据之前将信息划分为具有一定大小的分组。每个分组包括一定数量的比特。这些比特的一部分形成分组的有效负载，而这些比特的另一部分形成包含一定控制信息的分组的标题。在互联网中，传送数据分组的服务器将这些标题用于为分组选择路由至其正确的目的地。用于在互联网中在分组传送期间控制这些分组的协议是TCP(传输控制协议)、UDP(用户数据报协议)和IP(网际协议)。这些协议定义如何将数据组合在不同的分组中和如何为每个分组选择从一个节点至其目的地的另一节点的路由。分组模式数据传送具有某些益处并因此设计用于即将出现的无线标准UMTS与GPRS(UMTS，通用移动电话系统；GPRS，通用分组无线电系统)中。由于人们想无论其位置如何都能进行通信和被联络到，所以无线数据传送正在迅速增长。例如GSM的无线数字网络能将移动电话机连接到另一移动电话机或连接到公用交换电话网络(PSTN)或类似于ISDN(综合业务数字网络)的其他网络。例如，从GSM(全球移动通信系统)中知道连接到PSTN的无线移动电话网络(MNW)，MNW允许用户实际上在任何地方并且甚至在旅行时(例如，在火车中)通信。未来无线网络的一个目的是也支持运动图象的传送以便通过无线电链路召开电视会议。

设计特殊的实时协议(RTP)用于实时数据的传送，这允许通过分组模式连接的实时通信，诸如通过互联网连接进行的电视会议和所谓的互联网电话呼叫。

RTP可以和UDP与IP一起用作IP/UDP/RTP。将视频与音频数据封装在RTP(实时协议)分组中，而又将这些RTP分组封装在UDP(用户数据报协议)与IP(互联网协议)数据报中。设计实时传送协议(RTP)用于内联网或互联网上的实时业务。RTP功能包括质量估算与速率适配的损耗检测、数据的排序、媒体内或媒体之间同步、信号源识别和基本成员信息。设计RTP为在任何类型的网络协议上操作并因此为完全自我包含的，这表示它不取决于网络模型的较低层中的任何信息。RTP当今只通过IP/IDP来实施，但可将此协议用于任何类型的分组网络(例如，国家ATM或ISDN)上。RTP标题具有12个八比特组，UDP标题具有8个八比特组，而IP标题具有20个八比特组。因而每个IP数据报总的开销是40个八比特组。由于RTP分组时常只传送少量的有效负载数据的事实，所以标题信息的比例高，并且大部分的可利用带宽必须分配给此开销。

可实现的音频与视频通信的质量取决于最大数据传输速率，即，可利用的带宽。如果不使用音频数据(即，有效负载)的压缩，则通用音频CD质量要求150千字节/秒的带宽。甚至使用有效的MPEG1音频层3(即，MP3)音频压缩，也要求大约15千字节/秒(即，120千比特/秒)的带宽。在例如具有有线连接V.90调制解调器的57.6千比特/秒带宽或具有GSM终端的9.6千比特/秒带宽的实时连接中获得好的质量是困难的。增加数据传送速率总的说来是数据传送中尤其在无线通信中是一个主要目标。提高数据传送速率的一种方式是扩展数据分组的大小并因而减少标题引起的开销。然而，增加分组大小导致数据传送中较长的延迟，这一般并且尤其对于实时数据传送来说与数据传送的总目标相矛盾。影响有效负载的误码的机会在大分组中也变得更有可能。提高传输速率的另一方法利用代数算法压缩数据分组，以便将要传送的数据编码为减少数量的比特，这因为传输的比特数量减少而得到较快速的通信。可以利用有效负载类型特定的压缩算法来压缩此有效负载，并且可将某一标题特定形式应用于这些分组的标题。在这些方法中，分别压缩标题与有效负载，这是因为在只压缩此标题时此标题在某些情况中具有允许更强大压缩的特征。在独立地压缩有效负载与标题时，也更容易再一次解压缩此标题以便进一步进行路由选择。

在该互联网中，可以通过不同的节点为顺序发送的数据分组选择路由，这使得能利用发送者与接收者之间的多个并行数据连接。固定分组交换网络具有高数据带宽。另一方面，因为可能通过不同的节点为顺序分组选择路由并且数据带宽对于各个路由器可以不同，所以数据分组可能不以发送这些分组相同的顺序到达其目的地。因此，需要在每个数据分组中包括有关目的地的完整信息。为此，该标题必须包含一定数量的信息，但标题的大小由于高数据带宽而通常不是问题。然而，如果得在具有低带宽的串行链路上发送分组，则就出现了问题。这时常是归属用户例如利用个人计算机接入网络的接入点时的情况。这样的接入链路一般是已经使用几年的电话线路调制解调器和最近的无线连接。在GSM的特殊情况中，数据连接、HSCSD(高速电路交换数据)和GPRS全部是串行链路的示例。由于其串行特性，与核心分组交换网络不同，这些类型的链路具有以发送分组的顺序接收这些分组的特性。因为顺序发送每个分组，所以分组无法超过其前趋。数据分组的此顺序接收和通用TCP/IP协议中分组的特性使得能利用标题压缩协议非常有效地压缩标题数据。

1990年2月V.Jacobson的文章“Compressing TCP/IP Headersfor Low-Speed Serial Links”和1998年7月27日S.Casner与V.Jacobson的文章“Compressing IP/UDP/RTP Headers for Low-Speed Serial Links”描述用于压缩数据分组的标题的方法。这两篇文章之中的后一篇文章主张甚至有可能将40字节的原始标题压缩为3字节。有效压缩标题的想法是基于具有某一通常恒定性能的TCP/IP标题的特征。首先，该标题的一部分在整个连接期间保持恒定。第二，此标题的另一部分在各个分组之间一致地变化，允许内部编码。此变化能是一致的，但即使不是一致的，编码顺序分组的标题的特定部分之间的不同也比发送这些部分的绝对值要求较少的信息。利用数据的恒定改变性能来编码数据称为内部编码。然而，在Casner与Jacobson的文章中，提到所述的压缩方案对具有低往返时间的本地链路执行最佳，而在通常的数字移动网络中不是这种情况。

实际上，分组的串行发送与接收能有效利用一系列标题的内部编码。为了了解内部编码是什么，考虑差分(或变量)编码的简单示例。不发送一串数字a，b，c，d，e等，而发送序列a’＝a，b’＝b-a，c’＝c-b，…。编码该差别比编码绝对值要求较低的分辨率(即，数据字长度)，因而又节省一些比特。然而，这种方案的弱点在于：如果丢失一个内部编码的标题，则将丢失与之相关的分组和所有随后的分组。为了从此标题的损坏中恢复，有两种方法：1)周期性地发送数据分组而不进行标题压缩来更新标题序列(即，重新开始内部编码)；和2)在检测到丢失时根据需要更新该标题序列。

周期性更新标题序列由于甚至在不需要时也强迫不压缩发送的分组而浪费一些压缩益处。根据需要进行更新基于确认机制。接收者表示接收的数据分组的标题是否被破坏。确认的使用对于调制解调器链路可能是令人满意的，但由于以下原因而不太适于无线链路：

-差错率在无线传输中比在固定网络中一般高几个数量级。移动站的移动由于无线电覆盖范围的变化和Doppler频移而增加差错的可能性。Doppler频移在无线电数据接收时引起射频的变化并且在移动快速时(例如，在运动火车中使用接收机时)引起数据破坏。

-分组往返时间延迟由于交错而相当大，甚至高达几百毫秒。交错在此上下文中表示：在发送数据之前，信道编码可以扩展两个或多个分组块之间的单个数据分组的数据比特。因而，收集整个分组的全部数据可能要求接收两个或多个块，这些块进行组合以便以其正确顺序生成原始分组，这增加显著的延迟。

利用重发纠正分组丢失引起数据传送的延迟。延迟对于双向通信是最有害的。在诸如监听来自远程应答机的声音剪辑或消息的单向音频连接中，接收机能适应该延迟的变化。甚至几百毫秒的延迟能干扰双向链路中的对话数据流。如果利用内部编码进行标题压缩，则具有由于单个标题的破坏而可能丢失整个序列分组的危险(如前所述)。因此，标题压缩几乎不适用于诸如通过无线电接口进行电视会议的实时通信中。无线电链路容易遭受无线电干扰并且能具有高达10^-4的误码率，而对于PSTN相应的指数一般小于10^-7。因为如果没有标题不能为分组选择路由至其目的地，所以压缩标题的任何一个字节的差错可以引起整个分组丢失。这样的弱点是主要缺点并且限制标题压缩用于例如实时运动图象和/或话音传送。在传送存储文件时，重发故障分组是可能的。在实时通信中，只要有可能在接收之后使数据传送延迟最小，就使用每个分组。如果丢失一个分组，则在接收下一分组之后不能再使用此分组，这是因为在将那个信息表示给接收者时时间已过去。另一方面，脱机传输能利用大的数据分组，因为循环时间不重要并且这本质上减少标题数据引起的开销。因而，在文件传送的情况中，不必与实时通信中一样减少标题的大小。容易出错的通信信道的一个典型示例是类似于GSM手机的移动通信站与基站之间的无线电链路。

由于上述原因，在移动电信的情况中，即使使用这两种方法之中任何一种方法来重新开始内部编码，当前也认为标题的内部编码对于类似于RTP的实时操作是不合适的。

然而，如果标题压缩能应用于实时通信却是有益的，这特别是因为发送未压缩标题所要求的带宽量与发送分组有效负载(数据)要求的带宽量相比是巨大的。在其文章中，Casner与Jacobson解决这一问题，假定20字节用于有效负载和12字节用于RTP标题的指数。参见这些指数，标题引起的开销是12字节/20字节＝60％，因而显然极希望在容易遭受破坏的数据链路上也能使用标题压缩。

现在已发明出用于容错数据分组传送的新方法与设备。根据本发明，分组的标题首先进行压缩并随后利用前向纠错(FEC)保护到一定程度以防止误码，这由于引入前向纠错信息而使标题的大小增加一定量，但至少能恢复在传送期间受一个误码破坏的标题。应注意，虽然以前为了分配最大比例的带宽来传送实际的有效负载而避免包括增加冗余度的任何形式的前向纠错，但使用前向纠错来保护压缩标题不出现误码实际上提供数据传送速率的整体改善。例如，能在打算用于类似于GPRS的分组交换无线电网络的电信设备中实施此方法。

本发明介绍的方法利用标题压缩，之后前向纠错(FEC)编码该压缩的标题。“前向纠错”编码的概念在此表示增加冗余比特以便能使用冗余比特来恢复破坏的数据而不必重发数据。使用FEC来保护标题能恢复具有一定数量误码的压缩比特，此标题中能恢复的差错的最大数量取决于使用的FEC算法和给此压缩标题附加的冗余比特的数量。即使FEC达到使用增加冗余度，容易出错的无线电链路上的数据传送效率也比FEC冗余度的不利影响改善更多，并因而实际的传送速率提高。这在诸如移动通信系统的容易出错的通信信道上的实时通信中特别有益，但一般地这通常在无线电通信中或在固定的电话/调制解调器链路上在通信信道的带宽受限制时是有用的。本发明对于容易出错的通信信道上的低比特率的实时通信甚至更有利。利用低速率和容易出错的通信，差错的影响在这些差错出现在数据分组的压缩标题的任何一个比特中时最大。

本发明还有优点是：如果一个误码影响该分组，不松开此数据流的所有其余部分，直至下一次更新，将有可能：

-首先检测此误码是否影响此标题或有效负载(例如，音频、视频或数据)。如果只影响此有效负载，则能决定是抛弃此有效负载还是应用某一前向纠错。在任何一种情况中，因为内部编码的标题是完整的，所以能使用那之后的分组。

-如果此压缩标题自己受损坏，则增加的前向纠错比特能用于试图恢复原始标题，并且在恢复成功时，能使用此数据流，降低需要更新(重发整个分组而不压缩)的概率。因为在压缩之后标题一般只由几个字节组成，所以保护压缩标题的比特是有道理的，并且虽然引入一定量的冗余度，但这使之不必重发全部的数据分组。这可以显著地减少要重发的数据量并且通过减少视频/音频接收时干扰暂停的数量将显著改善双向通信。

根据本发明的第一方面，提供用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送并且还接收数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

压缩所述比特组；

通过前向纠错编码此压缩比特组来修改所述标题；

通过所述传输路径发送所述数据分组；

接收所述数据分组；

前向纠错解码此压缩比特组；和

解压缩此压缩比特组以再生所述标题。

根据本发明的第二方面，提供用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述方法包括以下步骤：

压缩所述比特组；

通过前向纠错编码此压缩比特组来修改所述标题；和

在纠错编码之后通过所述传输路径发送所述数据分组。

根据本发明的第三方面，提供用于接收包括标题与有效负载的压缩数字数据分组的一种方法，所述标题包括一组比特，其特征在于所述方法包括以下步骤：

接收包括标题的数据分组，其中压缩和前向纠错编码所述比特组；

解码所述前向纠错编码比特组；和

解压缩所述压缩比特组。

根据本发明的第四方面，提供一种数字无线电话网络，用于通过容易遭受数据破坏的传输路径传送数字数据分组，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述网络包括：

用于通过压缩所述比特组来压缩所述标题的装置；

用于前向纠错编码所述压缩比特组以保护所述标题不受所述压缩比特组中误码的影响的装置；

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置；

用于接收所述数据分组的装置；

用于通过解码所述编码比特组来恢复所述编码比特组的装置；和

用于解压缩所述标题的装置。

根据本发明的第五方面，提供一种数字数据发射机，用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送数字数据分组，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述发射机包括：

用于压缩所述组的装置；

用于利用前向纠错方法纠错编码所述组的装置；和

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。

根据本发明的第六方面，提供一种数字数据接收机，用于接收通过容易遭受数据破坏的数字传输路径发送的数字数据分组，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述接收机包括：

用于接收包括标题的数据分组的装置，其中压缩和前向纠错编码所述比特组；

用于前向纠错解码所述比特组的装置；和

用于解压缩所述比特组的装置。

根据本发明的第七方面，提供一种移动站，包括用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送数字数据分组的数字数据发射机，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述移动站包括：

用于压缩所述组的装置；

用于利用前向纠错方法纠错编码所述组的装置；和

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。

根据本发明的第八方面，提供一种移动站，包括用于接收通过容易遭受数据破坏的数字传输路径发送的数字数据分组的数字数据接收机，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述移动站包括：

用于解码所述前向纠错编码比特组的装置；和

用于解压缩所述比特组的装置。

根据本发明的第九方面，提供一种分组数据网络元素，用于差错恢复通信，包括用于接收通过数字传输路径发送的数字数据分组的装置，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述元素包括：

用于解码所述前向纠错编码比特组的装置；和

用于解压缩所述比特组的装置。

根据本发明的第十方面，提供一种分组数据网络元素，用于差错恢复通信，包括用于通过传输路径发送数字数据分组的装置，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述元素包括：

用于压缩所述组的装置；

用于利用前向纠错方法纠错编码所述组的装置；和

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。

现在将结合附图利用示例来描述本发明，其中：

图1表示现有技术公知的分组交换GPRS网络中的电信网络连接；

图2是现有技术公知的容易遭受数据破坏的分组交换无线电链路上简化的数据流的图表；

图3是现有技术公知的数字数据分组的图表；

图4是根据本发明实施例的移动站部分的方框图；

图5是现有技术公知的压缩标题的图表；

图6是根据本发明实施例的前向纠错比特的位置与其预定保护的比特的关系的示例方案；

图7是根据本发明实施例的压缩和随后进行FEC编码的标题的结构、压缩和FEC编码的标题的损坏以及损坏标题的进一步重构的示例的图表；

图8是根据本发明实施例的压缩与前向纠错编码标题的字节的图表；和

图9是根据图8的压缩与前向纠错编码标题的图表。

图1表示典型的分组交换GPRS网络中的电信网络连接。此GPRS网络基础结构的主要元素是GPRS支持节点，即，所谓的GSN。正是移动性路由器影响此连接并通过连接Gi与不同的数据网络(例如，与公用交换数据网络PSPDN(公用交换分组数据网络))协作或通过连接Gp与另一操作者的GPRS网络协作，通过连接Gr利用GPRS寄存器进行移动性管理并将数据分组转发给移动站而无论其位置如何。实际上，GPRS支持节点GSN能根据数据网络路由器的结构合并在MSC(移动交换中心)中或能是独立的网络元素。用户数据直接通过支持节点GSN与由基站BTS和基站控制器BSC组成的基站系统BSS之间的连接Gb，但在支持节点GSN与移动交换中心MSC之间具有信令连接Gs。方框之间的实线代表数据业务，而虚线代表信令。物理上，此数据能透明地通过移动交换中心MSC。基站BTS与移动站MS之间的无线电接口利用符号Um进行标记。参考符号Abis与A代表基站BTS与基站控制器BSC之间的接口和基站控制器BSC与移动交换中心MSC之间是信令连接的接口。符号Gn代表同一操作者网络内的不同支持节点之间的连接。这些支持节点通常分类为如图1所示的网关支持节点GGSN(网关GSN)和服务或归属支持节点SGSN(服务GSN)。

图2表示现有技术公知的容易遭受数据破坏的分组交换无线电链路上的数据流的简化图表。为了简明起见，假定在移动站MS与电信网络NW之间的无线电连接中不使用交错。因而，假定每个分组在单独帧中全部进行发送，这与例如真实的GPRS数据连接中的正常情况相反，在此正常情况中通常交错每个数据分组的比特，将这些比特划分为不同的帧。这样的交错对于本领域普通技术人员来说是公知的。为了描述本发明，是如此发送每个分组还是将每个分组交错在不同的分组中是无关紧要的。甚至在交错时，标题以及分组的有效负载在数据传送期间可能被破坏并且此破坏具有如前所述的相同影响。

如图2所示，移动站MS通过无线电链路发送利用RTP数据分组P1-P5的数据流形成的无线电信号给电信网络NW。此网络通常包括接收此数据的终端(未示出)。此数据流包括许多顺序的数据分组，每个数据分组包括一定数量的比特。要求一些比特用于控制每个分组的路由选择，并且其它的比特载有将进行传送的实际信息(有效负载)。在图2所示的示例中，假定在传送期间具有影响分组P2与P3的数据的短时间周期的干扰。现在假定：分组2中引起的差错只影响其有效负载，并且分组P3的标题被破坏。有效负载的破坏损害接收的数据的质量，但音频和/或视频编码算法(例如，检错、纠错与隐蔽算法)能用于减少有效负载中差错的影响。然而，分组3的标题的破坏将使整个分组无用，这是因为用于为此分组选择路由至其目的地的控制信息被丢失或变成无效的。而且，如果使用内部编码方法来压缩这些标题，则所有随后的分组也将变得不可使用，直至此MS接收到通知它未接收到分组P3-P5的确认，或直至此MS发送未压缩分组(即，未进行内部编码的分组)作为内部编码的周期性更新。丢失分组的数量取决于循环(往返)时间，即，在从移动站中发送分组与接收到未正确接收到某一分组的确认之间过去的时间。此循环时间的典型值是330毫秒。如果每30毫秒(典型值)发送分组，则由于分组标题中的差错而丢失的分组的平均数量等于330毫秒/30毫秒＝11个分组。或者，如果以时间来表示，则将具有至少等于循环时间(即，330毫秒)的时间的数据(例如，音频和/或视频数据)接收的中断。

图3表示现有技术公知的数字数据分组P1。此分组包括标题11和有效负载12。此标题包括至少形成此标题数据一部分的内部编码的一组比特(30)。

图4是根据本发明实施例对于描述本发明有用的移动站MS的部分的方框图。此移动站包括控制此移动站的中央处理单元CPU。此CPU的指令存储在存储器MEM中。为了接收数据分组，具有通过双工滤波器DPX连接到空中AER的接收机模块RX。为了发送数据分组，此移动站具有通过此双工滤波器连接到空中AER的发射机模块TX。另外，可能具有用于用户交互作用的用户接口UI和用于连接到辅助设备(例如，膝上计算机)的数据接口IF。此CPU安排为组织此数据以便在数据分组中发送此数据并形成这些数据分组的标题。此CPU也安排为将有用数据(即，有效负载)与利用此RX接收的数据分组分开。可选择地，可以利用特定的硬布线电路、特定或共享的数字信号处理器(DSP)或现有技术公知的任何其他的用于数据处理的设备来执行数据分组的处理。

图5表示由四个字节PB1、PB2、PB3与PB4构成的压缩标题31。压缩标题31的第一字节PB1的8个比特位置具有标号1-8。

在无线电链路中，极有可能具有突发类型差错并因此应认识到，每个前向纠错比特可以有意地远离其打算保护的标题的比特。一种方案是将前向纠错比特以离开从中计算这些纠错比特的比特的固定距离放置在此标题数据之中。最优选择是从相互远离的标题的比特中计算这些前向纠错比特，这在试图利用通用前向纠错数据恢复这些保护标题比特时提高只有一个保护标题比特被破坏的机会。虽然具有许多方式来实施此，但在图6中给出一个示例。

在图6中，包括4字节(即，32比特)标题信息的压缩标题安排在四行比特中。在此示例中，对于每两个比特的标题数据计算奇偶校验比特。为了表示这些前向纠错比特如何与此示例的4个字节的其他比特相关，对应于单个比特的每个比特位置利用从a至z并随后利用从α至η的字母顺序进行标记。要传送的此标题的总大小是6个字节，这是因为包括4个字节的压缩标题增加2个字节用于前向纠错。从第二行开始，在每个比特之后具有利用代表两个不同比特的两个字符的组合标记的前向纠错比特。从前一字节的比特和后一字节的比特中计算每个前向纠错比特。因而，比特j之后是从比特a与r中计算的前向纠错比特^a _r。相应地，在比特k之后具有比特^b _s，等等。比特a-i形成字节1，比特j-^d _u形成字节2，比特n-ⁱ _y形成字节3，比特r-^m _x形成字节4，比特v-^q _h形成字节5，并且比特z-η形成字节6。在顺序发送这6个字节之中的每个字节时，可能出现的差错脉冲串能顺序破坏多个比特并且还有可能恢复此标题的内容。例如，如果整个字节2被破坏或丢失，则这表示此标题的4个比特和4个前向纠错比特的破坏。由于没有破坏的前向纠错比特称为破坏的标题比特，所以丢失字节2的前向纠错比特不损害这一字节2的标题比特的恢复。相反地，使用的前向纠错比特将交错在字节4内并因而能用于恢复破坏的字节2的标题比特j-m。用于计算前向纠错比特值的函数例如能是XOR函数。

为了表示和/或从出现在有效负载中的差错中恢复，也能对数据分组的那个部分进行检错和/或前向纠错编码。

图7表示根据本发明实施例的标题的编码、由于数据传送引起的损害和损害的压缩标题的进一步重构的示例图表。利用字母a，b，c，d，e，f，g，h表示将进行前向纠错编码的字节的连续比特的比特位置。此前向纠错编码方案如下：a，XOR(a，b)，b，XOR(b，c)，c…，。此方案利用8个比特(即，一个字节)来表示。原始序列是S0。每个比特能具有两个值0与1之中的任何一个值，但为了简化将这些比特全部设置为1。编码序列表示为序列S1。随后虚差错改变第三编码和第二最后比特的值，得到序列S2。接下来，FEC解码此标题的编码比特。在接收到破坏的序列S2时，利用附加的冗余度计算序列S3。为了找出哪些比特被破坏，执行似然分析。

每个比特具有的相等概率被倒置。因而比特差错同样有可能影响标题的压缩数据内容或此标题中包括的奇偶校验比特。为了确定在数据传输期间是否出现误码，必须检查接收的比特流。在此示例中，在标题的每两个数据比特之间具有从这些数据比特中计算的奇偶校验比特。除了第一与最后一个数据比特之外，能从三个独立的并且同样可靠的信息源中导出每个数据比特的值。对于某一数据比特(e)：

·这样的接收数据比特e具有某一第一值。

·对于某一数据比特(e)，前一数据比特(d)和这某一数据比特(e)与前一数据比特(d)之间的奇偶校验比特(^d _e)表示用作第二源的这某一数据比特的第二值。

·这某一数据比特(e)之后的数据比特(f)和奇偶校验比特(^e _f)表示用作第三源的这某一数据比特的第三值。

如果所有这三个源对于某一数据比特表示同一值，则有可能正确接收到此数据比特(第一值)。如果这些比特之中的两个比特支持第一比特，也更有可能第一值是正确的而非不正确。然而，如果第二与第三值都和第一值不同，则更有可能第一值是不正确的并且应进行倒置以得到可能正确的值。对于第一与最后的数据比特，不采用此方法，这是因为只有两个可能的指示来决定此数据比特的正确值。对于这些数据比特，在不确定此序列末尾之一中的数据比特或紧接在其后面的奇偶校验比特是否是不正确的时，不可能决定其值是否是正确的。这两个比特又具有不正确的相同可能性。为了保护所有的数据比特，此数据比特序列能从这两个末尾之中的每一个末尾扩展一个固定比特(例如，1)。

这还利用具有两个误码的示例来表示，其中一个误码在数据比特中，而另一个误码在奇偶校验比特中。在接收到序列S2时，启动以下序列：

1)生成阵列来为每个数据比特保持两个似然计数器。第一计数器L0用于计数表示相应比特应为零的观测值。第二计数器L1计数表示相应比特应为一的观测值。首先将这两个计数器设置为零。

2)第一比特的比特值(即，第一数据比特a)为第一观测值。如果此比特为0，则用于第一数据比特的计数器L0递增1，否则计数器L1递增1。

3)接下来，读出两个随后的比特，即，第一奇偶校验比特^a _b和第二数据比特b。然后，利用XOR运算比较第一数据比特a和第二数据比特b，并且还将结果与接收的第一奇偶校验比特^a _b进行比较。如果这些比特一致，则对应于a值的计数器递增1，如果不一致，则对应于a的另一可能值的计数器递增1。在这两种情况中，仍然使用对应于第一数据比特的计数器。

4)下一步骤是计算对应于第二数据比特的计数器L0与L1的值。此时具有三个不同的指示均能暗示第二数据比特b的正确值。其中的第一种指示是比特b的值。与步骤2中一样，根据比特b的值，计数器L0或L1递增1，即，如果b＝0，则L0递增1，否则递增L1。

5)第二种指示是奇偶校验比特^a _b和从比特a与b中计算的奇偶校验比特的相等性。而且，如果这些比特一致，则对应于比特b值的计数器L0或L1递增1。否则，递增另一计数器。

6)第三种指示是奇偶校验比特^b _c和从比特b与c中计算的奇偶校验比特的相等性。而且，如果这些比特一致，则对应于比特b值的计数器L0或L1递增1。

7)根据步骤2-6检查每个数据比特，此程序生成两个似然阵列L0与L1。

8)如此接受具有两个或三个类似指示的每个数据比特(L0或L1为3)。

9)倒置具有两个矛盾指示(即，相对接收值的两种指示)的每个数据比特。

10)第一与最后一个数据比特保持不变。如果具有矛盾指示，则可以认为此数据比特的值不可靠。

图8是根据本发明实施例的压缩与前向纠错编码标题41的字节的图表。此标题包括利用3个字节的标题数据并且也利用3个字节的FEC1、FEC2与FEC3纠错数据形成的比特序列。

图9是根据图8的压缩与前向纠错编码标题的图表。为了表示此标题内这些比特的布局，每个标题数据字节的内容表示为利用从a至x的字母标记的比特。FEC字节的每个比特也利用对应于从中计算此比特的标题数据比特的字母来标记。在此标题中，将这些比特组织在从比特a开始至利用x标记的最后一个FEC比特的线性序列中。因为对于每两个相邻比特形成一个奇偶校验比特，所以此纠错方案中FEC比特的数量是23。为了填充第三FEC字节的最后比特位置，能如此拷贝标题数据比特，优选第一与最后的数据比特之一来加强其保护以防误码。可选择地，例如能利用有效负载的第一比特来填充此最后的比特位置。

根据本发明，此电信网络也包括用于将压缩与FEC编码的标题解压缩为标准形式以允许其正常使用。这能在此网络的任何合适部分中(例如，在MSC或BSC、CPU和存储器或如前面结合图4所述的特定硬件上)实施。

本领域技术人员将认识到，可以对上述实施例进行修改而不脱离本发明的范畴。例如，可以使用类似于US专利5870412中所述的更复杂的前向纠错方法来替代上述的简单XOR方法，以便利用同一冗余度获得更好的纠错能力。

Claims

1.用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送并且还接收数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

压缩所述比特组；

通过前向纠错(FEC)编码此压缩比特组来修改所述标题；

通过所述传输路径发送所述数据分组；

接收所述数据分组；

FEC解码此压缩比特组；和

解压缩此压缩比特组以再生所述标题。

2.用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负载和具有一组比特的标题，其特征在于所述方法包括以下步骤：

压缩所述比特组；

通过前向纠错(FEC)编码此压缩比特组来修改所述标题；和

在纠错编码之后通过所述传输路径发送所述数据分组。

3.用于接收包括标题与有效负载的压缩数字数据分组的一种方法，所述标题包括一组比特，其特征在于所述方法包括以下步骤：

接收包括所述标题的数据分组，其中压缩和前向纠错(FEC)编码所述比特组；

解码所述前向纠错编码比特组；和

解压缩所述压缩比特组。

4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，压缩所述比特组的所述步骤包括内部编码所述比特组。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，解压缩所述压缩比特组的所述步骤包括解码内部编码比特组。

7.根据任何一个前面权利要求的方法，其特征在于，所述有效负载包括实时通信数据。

8.一种数字无线电话网络(MNW)，用于通过容易遭受数据破坏的传输路径(Um)传送数字数据分组(P1)，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述网络包括：

用于通过压缩所述比特组来压缩所述标题的装置(CPU，MEM)；

用于前向纠错(FEC)编码所述压缩比特组(30)的装置(CPU)，以保护所述标题不受所述压缩比特组中误码的影响；

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置(TX，DPX，AER)；

用于接收所述数据分组的装置(RX，DPX，AER)；

用于解码所述FEC编码比特组的装置(CPU，MEM)；和

用于解压缩所述标题的装置(CPU，MEM)。

9.根据权利要求8的数字无线电话网络，其特征在于，用于压缩所述标题的所述装置是内部编码装置。

10.根据权利要求8或9的数字无线电话网络，其特征在于，所述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。

11.根据权利要求8-10之中任何一个权利要求的数字无线电话网络，其特征在于所述网络包括：

用于在接收此数据分组时检测所述组的破坏的装置(CPU，MEM)；和

用于解码的所述装置(CPU，MEM)安排为在所述比特组被破坏的情况中恢复所述比特组。

12.根据权利要求8-11之中任何一个权利要求的数字无线电话网络，其特征在于，所述有效负载(12)包括实时通信数据。

13.一种数字数据发射机(TX)，用于通过容易遭受数据破坏的传输路径(Um)发送数字数据分组(P1)，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述发射机包括：

用于压缩所述组的装置(CPU，MEM)；

用于利用前向纠错(FEC)方法纠错编码所述组(30)的装置(CPU，MEM)；和

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置(TX，DPX，AER)。

14.根据权利要求13的数字数据发射机，其特征在于，用于压缩所述比特组的所述装置是内部编码装置。

15.根据权利要求13或14的数字数据发射机，其特征在于，所述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。

16.根据权利要求13-15之中任何一个权利要求的数字数据发射机，其特征在于，所述有效负载(12)包括实时通信数据。

17.一种数字数据接收机(RX)，用于接收通过容易遭受数据破坏的数字传输路径(Um)发送的数字数据分组(P1)，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述接收机包括：

用于接收包括标题的数据分组的装置(RX，DPX，AER，CPU，MEM)，其中压缩和前向纠错编码所述比特组；

用于解码所述前向纠错编码比特组的装置(CPU，MEM)；和

用于解压缩所述比特组的装置(CPU，MEM)。

18.根据权利要求17的数字数据接收机(RX)，其特征在于，通过内部编码压缩接收的数据分组的所述标题。

19.根据权利要求17或18的数字数据接收机(RX)，其特征在于，所述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。

20.根据权利要求17-19之中任何一个权利要求的数字数据接收机(RX)，其特征在于所述接收机包括：

用于在接收此数据分组时检测所述比特组的破坏的装置(CPU，MEM)；和

用于解码所述比特组的装置(CPU，MEME)安排为在所述组被破坏的情况中利用所述解码来恢复所述比特组。

21.权利要求17-20之中任何一个权利要求的数字数据接收机，其特征在于，所述有效负载(12)包括实时通信数据。

22.一种移动站(MA)，包括用于通过容易遭受数据破坏的传输路径(Um)发送数字数据分组(P1)的数字数据发射机(TX)，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述移动站包括：

用于压缩所述组的装置(CPU，MEM)；

23.根据权利要求22的移动站(MS)，其特征在于，用于压缩所述比特组的所述装置是内部编码装置。

24.根据权利要求22或23的移动站，其特征在于，此传输路径是移动通信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。

25.根据权利要求22-24之中任何一个权利要求的移动站，其特征在于，此有效负载(12)包括实时通信数据。

26.一种移动站(MA)，包括用于接收通过容易遭受数据破坏的数字传输路径(Um)发送的数字数据分组(P1)的数字数据接收机(RX)，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述移动站包括：

用于解码所述前向纠错编码比特组的装置(CPU，MEM)；和

用于解压缩所述比特组的装置(CPU，MEM)。

27.根据权利要求26的移动站(MS)，其特征在于，通过内部编码来压缩此接收数据分组的所述标题。

28.根据权利要求26或27的移动站(MS)，其特征在于，所述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。

29.根据权利要求26-28之中任何一个权利要求的移动站(MS)，其特征在于所述接收机包括：

用于在接收到此数据分组时或在接收到此数据分组之后检测所述比特组的破坏的装置(CPU，MEM)；和

用于解码所述比特组的所述装置安排为在所述组被破坏的情况中利用所述解码来恢复所述比特组。

30.根据权利要求26-29之中任何一个权利要求的移动站(MS)，其特征在于，所述有效负载(12)包括实时通信数据。

31.一种分组数据网络元素，用于差错恢复通信，包括用于接收通过数字传输路径(Abis，A，Gb，Gs，Gi)发送的数字数据分组(P1)的装置(RX)，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述元素包括：

用于解码所述前向纠错编码的比特组的装置；和

用于解压缩所述比特组的装置(CPU，MEM)。

32.根据权利要求31的分组数据网络元素，其特征在于，从由网关GPRS支持节点、服务GPRS支持节点、移动交换中心、路由器和防火墙构成的一个组中选择所述元素。

33.根据权利要求31或32的分组数据网络，其特征在于，利用内部编码来压缩此接收数据分组的所述标题。

34.根据31-33之中任何一个权利要求的分组数据网络元素，其特征在于所述元素包括：

35，根据权利要求31-34之中任何一个权利要求的分组数据网络元素，其特征在于，有效负载(12)包括实时通信数据。

36.一种分组数据网络元素，用于差错恢复通信，包括用于通过传输路径(Abis，A，Gb，Gs，Gi)发送数字数据分组(P1)的装置，所述分组包括有效负载(12)和具有一组比特(30)的标题(11)，其特征在于所述元素包括：

用于压缩所述组的装置(CPU，MEM)；

用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。

37.根据权利要求36的分组数据网络元素，其特征在于，用于压缩所述比特组的所述装置是内部编码装置。

38.根据权利要求36或37的分组数据网络元素，其特征在于，此有效负载(12)包括实时通信数据。

39.根据权利要求36-38之中任何一个权利要求的分组数据网络元素，其特征在于，从由网关GPRS支持节点、服务GPRS支持节点、移动交换中心、路由器和防火墙构成的一个组中选择所述元素。