CN1529944A - 在无线分组通信网络上传输实时数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在无线分组通信网络上从发射机向接收机传输实时数据的方法，所述方法包括以下步骤：在所述接收机上生成实时数据帧，所述实时数据帧包括至少两个比特部分；选择所述第一比特部分，对其应用第一调制和编码方案，第一方案提供的抗错性高于抗错性阈值；选择所述第二比特部分，对其应用第二调制和编码方案，第二方案提供的抗错性低于所述抗错性阈值；向所述接收机传输与所述第一比特部分相对应的第一无线分组传输单元；向所述接收机传输与所述第二比特部分相对应的第二无线分组传输单元，所述第二无线分组传输单元与所述第一无线分组传输单元不同。

Description

在无线分组通信网络上传输实时数据的方法
技术领域
本发明涉及无线分组通信网络，更准确地说，涉及在此类网络中传输压缩语音或压缩视频之类的实时数据的方法。
背景技术
最初为传输纯数据而构想的诸如GPRS(通用分组数据业务)或EDGE(用于GSM演变的增强数据传输速率)网络之类的无线分组通信网络已适合于传输诸如语音业务之类的实时业务。
在无线分组通信网络中，并不像GSM这样的面向电路的无线通信网络那样在整个会话期间建立物理连接，在面向电路的无线通信网络中，在每一帧中为每个用户分配固定时隙。
相反，在无线分组通信网络中，特定媒体访问机制根据用户需求动态控制向不同用户分配资源(即，帧中的时隙以及频率)。
具有特定媒体访问机制的优势在于能够提供比较高的网络容量。实际上，当用户不传输数据时，可以为其他用户分配传输介质。但是另一方面，为了符合语音和视频业务的特性，必须实现特定的附加功能。
语音和视频业务的特性之一在于语音编码解码器输出的语音帧包括具有不同关联性的比特。正如图1所示，利用语音编码解码器11，通常为符合GSM TS 06.10规范的GSM全速率编码解码器(13Kbps)，对20ms的语音采样10进行编码。语音帧12是在编码解码器11的输出端获得的，共包括划分为3个比特部分的260比特，即A类50比特，B类132比特，C类78比特。在GSM上下文中，不同比特部分分别称为Ia类，Ib类和II类。A类和B类比特为描述语音帧的最具关联性的比特。正确接收A类比特对接收机端重构语音帧非常重要，而B类和C类比特的差错是可以容忍的。
图2表示在通常的面向电路的GSM网络中实现的解决方案。该方案考虑了不同类比特的不同关联性，而并不会增加太多冗余，该方案对语音帧12的不同部分A类、B类和C类应用不同等的差错防护。不同等的差错防护在于对A类和B类比特的防护要多于对C类比特的防护。因此，对A类和B类比特进行卷积编码(步骤22)，而在不进行防护处理的情况下发送C类。一旦无线链路存在传播差错，为了对A类比特进行更多防护，并确保接收机上的检错处理，在A类比特的结尾添加校验和CRC(步骤21)。接着，进行交织处理(步骤23)，以便最大化接收机端的卷积解码器的解码能力，对由此产生的TDMA帧进行调制，然后在无线通信信道(即通信信道TCH)上传输(步骤24)。
然而，上述解决方案并不适用于为传输其中每一比特均具有相同重要性的数据而设计的诸如GPRS或EDGE之类的无线分组通信网络。因此，在此类无线分组通信网络的分组无线信道上，对每一比特进行同等的防护。因而，对A类比特的防护不足，而对C类比特的防护过度。其缺点在于引起此类无线分组通信网络中的音质降级。当对整个语音帧使用适合于A类比特之需求的防护时，则能够保证音质，但是由于这种防护的高系统开销引起的冗余将造成非常差的系统性能。
上述问题的某些解决方案在于开发比无线分组通信网络业已指定的调制和编码方案更有效的新方案。新的调制和编码方案示例请参见文章“Transmission of voice in an EDGE Network”，作者为贝尔实验室的Wu等人。应该将该方案添加到已定义的EDGE的9种调制和编码方案中。
本发明的特定目的在于，提供一种在无线分组通信中以高质量传输实时数据(如语音，视频)的替代方法，同时在数据冗余方面优化了系统性能。
本发明的另一个目的在于，提供实现上述方法的无线分组通信网络的发射机以及适合于接收根据本发明传输的信号的接收机。
发明内容
利用在根据权利要求1的无线分组通信网络上从发射机向接收机传输实时数据的方法，根据权利要求8的发射机以及根据权利要求9的接收机，实现上述目的以及将在下面出现的其他目的。
根据本发明，针对实时数据帧的不同比特部分使用不同的调制和编码方案，根据不同比特部分包含的比特的关联性，选择调制和编码方案。接着，在预先确定的不同无线分组传输单元中传输经过编码和调制的比特部分。
在接收机端，运用对等方法，从预先确定的无线分组传输单元中抽取数据。利用适当的调制和编码方案，对与不同比特部分相对应的数据进行解调和解码，然后重构实时数据帧并将其提交给编码解码器。
根据本发明的方法的优点在于，能够在不过度防护关联性较低的比特的情况下，提高所传输的实时数据的质量。实际上，要选择其使用的调制和编码方案具有很高抗错性的无线分组传输单元，传输包含最具关联性的比特(如A类比特)的比特部分，而使用其调制和编码方案具有较低抗错性的另一个无线分组传输单元，传输实时数据帧中关联性较低的比特(如C类比特)。
根据本发明的方法的另一个优点是重用无线分组通信网络标准中已经定义的常用调制和编码方案。
在本发明的优选实施方式中，在对属于至少两个实时数据帧的比特部分应用调制和编码方案之前，将这些比特部分进行多路复用。
此外，本实施方式的优点在于，在发射机和接收机之间提供与GSM网络延迟类似的语音传输延迟。
从属权利要求中定义了本发明的其他有利特征。
附图说明
通过阅读下面由非限制性的说明给出的对优选实施方式的描述并结合附图，本发明定其他特点和优点将表现出来，其中附图为：
图1表示利用语音编码解码器对语音采样进行编码的常用方法，以及编码解码器输出的对应语音帧的格式；
图2表示面向电路的无线通信网络中在使用不同等差错防护传输压缩语音的现有技术的方法；
图3表示根据本发明在无线分组通信网络中传输实时数据的方法的一个实施方式；
图4表示根据本发明在无线分组通信网络中传输实时数据的方法的第二个实施方式；
图5表示在无线分组通信网络中使用的根据本发明的发射机的一个
实施方式；
图6表示在无线分组通信网络中使用的根据本发明的接收机的一个
实施方式。
具体实施方式
已经结合现有技术说明了图1和图2。
图3表示根据本发明在无线分组通信网络中传输实时数据的方法的一个实施方式。在本实施方式中，实时数据包含按照图1所述方式获得的压缩语音。语音帧12包括三个比特部分A类，B类和C类。A类包括语音帧12中最具关联性的比特。
并行处理A类比特部分以及包括B类和C类比特部分的组：对A类比特部分应用步骤31、步骤321、步骤331和步骤341，而对B类和C类比特部分应用步骤322、步骤332和步骤342。
步骤31在于向A类比特添加校验和，以提高对高关联性比特部分的差错防护。校验和可以对应于任何众所周知的循环冗余校验机制。获得中间数据实体121并对其应用步骤321。
然而，在本发明的框架中，步骤31并不是必须执行的。
步骤321在于利用编码率为C1的第一编码方案对数据实体121进行编码。优选地是使用卷积编码。
步骤331在于利用调制效率为M1的第一调制方案调制经过编码的数据。
在步骤341中，在第一无线分组传输单元RB1中传输经过调制的数据。
类似地，在步骤322中利用编码率为C2的编码方案对B类和C类比特部分进行编码，利用调制效率为M2的调制方案进行调制，并在与RB1不同的第二无线分组传输单元RB2中进行传输。
术语无线分组传输单元(在某些诸如EDGE之类的公知无线分组通信网络中也称为无线块RB1，RB2)系指数据容器，其特征在于其类型，即对该容器包含的数据进行编码和调制处理时使用的预定调制和编码方案。在物理无线信道(PDCH)上传输上述无线分组传输单元。可以在同一物理无线信道上传输不同类型的无线分组数据单元。在本发明的框架中，可以在同一物理无线信道上，或者在不同物理无线信道上，传输与实时帧的第一部分相对应的无线分组数据单元以及与实时帧的第二部分相对应的无线分组数据单元。
编码方案的编码率C1和C2与编码器输入端的比特数和编码器输出端的比特数之间的比率相对应。编码率比较低的编码方案生成系统开销比较高的编码数据，因此，比编码率较高的编码方案具有更强的抗错性。
调制方案的调制效率M1和M2与每个调制符号的数据比特数相对应。每个调制符号的比特数越高，调制效率越高。实际上，效率较低的调制方案用于调制需要非常好地抗错的比特部分，如A类比特。
必须同时考虑与数据抗错有关的调制方案的效果和编码方案的效果。实际上，它们可以互相补偿或加强。
因此，抗错性是对一对调制方案/编码方案进行评价的。可以定义一个或多个抗错性阈值，以确定哪个调制和编码方案与哪个抗错性程度对应。这种抗错性阈值可以通过误码率或类似数值表示。
同样，一对调制方案/编码方案还确定能够在无线信道上传输的最有效的数据传输速率。EDGE无线分组通信网络规范定义了这些调制方案/编码方案(MCS)。下表中按照抗错性增强的顺序，列出了各MCS。
 调制方案   编码率   最大有效比特率Kb/s
 MCS9  8PSK(调制效率＝3)     1     59.2
 MCS8  8PSK     0.92     54.4
 MCS7  8PSK     0.76     44.8
 MCS6  8PSK     0.49     29.6
 MCS5  8PSK     0.37     22.4
 MCS4  GMSK(调制效率＝1)     1     17.6
 MCS3  GMSK     0.8     14.8
 MCS2  GMSK     0.66     11.2
 MCS1  GMSK     0.53     8.8
此外，在EGDE无线分组通信网络中，每个无线分组通信信道的特征在于在该信道上传输数据时使用的一对调制和编码方案。
在应用于EDGE无线分组通信网络的本发明的优选实施方式中，在使用MCS1的无线分组传输单元中传输A类比特部分，在使用MCS5的无线分组传输单元中传输B类和C类比特部分。
可以在诸如EDGE的基于TDMA(时分多址)的无线分组通信系统中使用本发明，但本发明并不限于此。当传输压缩语音或压缩视频之类的实时数据时，也可以在基于CDMA(码分多址)或基于OFDM(正交频分复用)的无线通信系统或任何其他无线分组通信系统中使用本发明。
优选地，在编码步骤321、322和调制步骤331、332之间将数据交织到几个帧中，以便最大化位于接收机端解码器的解码能力。然而，在本发明的框架中，交织处理并不是必须执行的。
尽管B类比特比C类比特更具关联性，但是在根据本发明的方法的所示实施方式中，为简单起见，对这两个比特部分进行处理，就好像它们具有相同关联性一样。本领域内的熟练技术人员很清楚，也可以分别处理B类和C类比特部分，对各比特部分应用两个不同的调制和编码方案，并且在两个不同的无线分组传输单元中进行传输。
本领域内的熟练技术人员也可以理解，可以将根据本发明的方法应用于以任意数目具有不同关联性的比特部分表示出的任何输入数据结构。因而，本发明并不限于在利用全速率GSM编码解码器获得的具有三个不同比特部分的语音帧中使用本方法。本发明能够用于利用半速率编码解码器获得的语音帧，或者用于传输同样编码以提供几个具有不同关联性的比特部分的视频数据。例如，用于视频的编码解码器可以遵从MPEG 4格式。
图4表示在无线分组通信网络中使用的根据本发明传输实时数据的方法的第二实施方式。
该实施方式在于在编码步骤321和322之前，对几个实时数据帧12的比特部分进行多路复用。在图4中，示出分别对两个连续帧12的A类比特部分和B类比特部分进行多路复用。连续语音帧12可以属于同一用户(通常在上行链路中)或不同用户(正如在下行链路中那样)。
本领域内的熟练技术人员很清楚，本发明的上述实施方式并不限于对两个语音帧的比特部分进行多路复用。然而，当使用全速率GSM编码解码器生成语音帧时，则上述方式是优选的实施方式。该实施方式的优点在于，在发射机和接收机之间提供与普通GSM网络具有的数据延迟类似的数据延迟。实际上，在8个TDMA帧上传输两个语音帧：4个TDMA帧用于A类比特部分，4个TDMA帧用于B类和C类比特部分。
在半速率GSM编码解码器中，可以设想对多达4个语音帧进行多路复用。
图5表示在无线分组通信网络中使用的根据本发明的发射机50的一个实施方式。发射机50包括编码解码器51，分段模块52，两个数据队列531和532，两个调制和编码方案541和542以及传输模块55。
编码解码器51优选地是GSM全速率编码解码器，后者对包括至少两个具有不同关联性的比特部分的语音帧中的语音采样进行编码。
分段模块52专用于从各语音帧中选择不同的比特部分，并将其存储到相应的数据队列531和532中。为每个不同的比特部分分配一个数据队列。在本例中，为存储两种不同类型的比特部分提供两个数据队列531和532。
发射机50还包括和数据队列531、532一样多的调制和编码链541、542，各自获取预定数据队列的输出作为输入数据。调制和编码链541和542包括一个编码器(优选地是具有预定编码率的卷积编码器)和具有预定调制效率的调制器。根据编码率和调制效率，确定各调制和编码方案的抗错性指标。将所含比特部分具有较高关联性的数据队列连接到具有较高抗错性指标的调制和编码链。
将调制和编码链541和542的输出连接到传输模块55，后者将来自不同调制链的调制信号映射到不同的预定无线分组传输单元RB1和RB2中。
图6表示在无线分组通信网络中使用的根据本发明的接收机60的一个实施方式。接收机60包括用于以并行方式接收预定无线分组传输单元RB1和RB2中承载的数据信号的模块。将在指定无线分组传输单元RB1和RB2中接收的信号提交给预定的解调和解码链621和622。接着，根据预定格式，在组合模块63中组合不同解调和解码链621和622的输出，以形成此处称为重构语音帧的语音帧，然后将其提交给编码解码器64。在编码解码器64的输出端，重构语音采样。
为了使由根据本发明的多个发射机和接收机组成的系统有效运转，发射机50和接收机60必须都了解编码解码器51和64传送的语音帧的格式，以便分段模块52和组合模块63能够正确分段并重构语音帧。
此外，发射机50和接收机60还必须都了解不同比特部分(A类，B类，C类)使用的调制和编码方案(M1，M2，C1，C2)以及传输不同比特部分的无线分组传输单元类型。可以为系统固定这些参数并且硬编码到发射机50和接收机60中。
另外，也可以在呼叫建立时在发射机50和接收机60之间协商上述参数。
在本发明的另一个实施方式中，也可根据无线链路的当前传播条件，动态更新上述参数。例如，当传播条件较差时，对A类比特使用MCS1，对B类和C类比特使用MSC5，当传播条件改善时，可以分别使用MCS2和MCS6。根据本发明的上述变更，每当为适合无线链路质量而修改调制和编码方案时，必需变更无线分组传输单元。可以定义一个阈值，以便确定到达何种无线链路质量时哪个比特部分使用哪个调制和编码方案。

Claims (9)

1.一种用于在无线分组通信网络上从发射机向接收机传输实时数据的方法，该方法包括以下步骤：
通过使用编码解码器(11)，在所述接收机上生成实时数据帧(12)，所述实时数据帧包括至少两个比特部分(A类，B类，C类)；
选择所述第一比特部分(A类)，对其应用第一调制和编码方案(M1，C1)，第一方案提供高于抗错性阈值的抗错性；
选择所述第二比特部分(B类，C类)，对其应用第二调制和编码方案(M2，C2)，该方案提供低于所述抗错性阈值的抗错性；
向所述接收机传输与所述第一比特部分相对应的第一无线分组传输单元(RB1)；
向所述接收机传输与所述第二比特部分相对应的第二无线分组传输单元(RB2)，所述第二无线分组传输单元(RB2)与所述第一无线分组传输单元(RB1)不同。
2.根据权利要求1的方法，其中所述实时数据帧为语音或视频编码解码器(11)生成的压缩语音或视频帧(12)，所述压缩语音帧或压缩视频帧包括至少两个比特部分(A类，B类，C类)，第一比特部分(A类)包括关联性高于预定关联性阈值的比特，第二比特部分(B类，C类)包括关联性低于所述预定关联性阈值的比特。
3.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：在对所述第一比特部分(A类)应用所述第一调制和编码方案(M1，C1)之前，将校验和(CRC)附加给所述第一比特部分(A类)。
4.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：在对属于至少两个实时数据帧的比特部分应用所述调制和编码方案(M1，C1，M2，C2)之前，对所述属于至少两个实时数据帧的比特部分进行多路复用。
5.根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：所述发射机(50)和所述接收机(60)在以下方面达成一致：
所述实时数据帧的格式；
所述实时数据帧的不同比特部分使用的所述第一和第二调制和编码方案(M1，C1，M2，C2)。
6.根据权利要求5的方法，还包括以下步骤：根据当前无线链路的质量，更新所述第一和第二调制和编码方案(M1，C1，M2，C2)。
7.用于GSM演变的增强数据传输速率(EDGE)网络中的根据权利要求1的方法，其中在EDGE规范定义的调制和编码方案组中选择所述第一和第二调制和编码方案。
8.适合于在无线分组通信网络上传输实时数据的发射机(50)，所述发射机(50)包括：
用于生成实时数据帧(12)的编码解码器(51)，所述实时数据帧(12)包括至少两个比特部分(A类，B类，C类)；
用于选择所述实时数据帧的第一比特部分和第二比特部分并将它们分别在第一数据队列(531)和第二数据队列(532)中进行存储的模块(52)；
用于根据第一调制和编码方案(M1，C1)对所述第一数据队列(531)中存储的数据进行调制和编码的第一调制和编码链(541)，其中所述第一调制和编码方案提供高于抗错性阈值的抗错性；
根据第二调制和编码方案(M2，C2)对所述第二数据队列(532)中存储的数据进行调制和编码的第二调制和编码链(542)，其中所述第二调制和编码方案提供低于所述抗错性阈值的抗错性；
用于在所述无线分组通信网络上传输与所述第一比特部分相对应的第一无线分组传输单元(RB1)和与所述第二比特部分相对应的第二无线分组传输单元(RB2)的传输模块(55)。
9.适合于根据权利要求1的方法接收在无线分组通信网络上传输的实时数据的接收机(60)，所述接收机(60)包括：
通过使用至少两种不同的预定的解调和解码方案(M1，C1，M2，C2)，对所述接收机(60)接收的至少两类无线分组传输单元(RB1，RB2)进行解调和解码的模块(61)；
用于将第一类无线分组传输单元的第一预定部分和第二类无线分组传输单元的第二预定部分组合成此处称为重构实时帧的数据实体的模块(63)；
对所述重构实时数据帧进行解码的编码解码器(64)。
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