CN1883148B - 在数据网中传输数字信息分组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在数据网中从发射机(BM-SC)向接收机(UE)传输数字信息分组(I_1，I_2，...，I_M)的方法，其中信息分组借助一个传输层传输，其特征在于下列步骤：在发射机(BM-SC)中将要传输的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)分成一个或多个数据分组群(GM)；给数据分组群(GM)分别插入冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)形式的冗余信息；数据分组群(GM)中的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)都分别被补充一个存储信息的信令字段(AS)，用这些信息可测出在相应的数据分组群(GM)内的相应的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)或相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的位置；数据分组群(GM)被传输到接收机(UE)；在接收机(UE)中读出所收到的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的信令字段(AS)，并且借助该信令字段(AS)中的信息重构相应的数据分组群(GM)中的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的位置。

Description

在数据网中传输数字信息分组的方法
本发明涉及在数据网中从发射机向接收机传输数字信息分组的方法，以及涉及一个相应的发射机和一个相应的接收机。
在数字数据传输中出现的问题是，数据在传输过程中由于传输连接差或带宽小会造成损失。特别是在面向分组的数据通信业务中，错误或丢失的数据会造成丢失整个分组，由此内容不能再重新正确地复原。数据丢失在数据通常应当在接收机上实时地无延迟地显示的所谓的多媒体应用中是特别成问题的。
在现有技术中，已知有所谓的广播和多播数据传输，其中数据由唯一的一个发射机发射，并且能由多个接收机接收。在这种数据传输中，为进行防错而采用所谓的里德-索罗蒙码(Reed-Solomon-Code)。借助这种里德-索罗蒙码，补充数据使之具有冗余，以便在数据丢失不太大时在接收机上能重新复原原数据。已知的借助里德-索罗蒙码的防错方法例如适用于按照DVB-T标准(DVB-T＝数字视频广播-地面)和与此兼容的DVB-H标准(数字视频广播-手持式)的地面数据传输。但是，采用其它数据传输机制时却会出现问题。特别是采用未来的多媒体广播/多播业务(MBMS)更是有问题，在采用这些业务时，可能通过移动无线信道进行广播数据传输，因为在向移动接收机传输数据时，并不保证数据分组按照发射机上发射该数据分组的顺序到达接收机。
因此，本发明的任务是提供一种从发射机向接收机传输数字信息分组的方法，该方法可对多种传输网络进行广播数据传输和多播数据传输.
该任务通过独立权利要求解决.本发明的扩展方案在从属权利要求中被定义.
在本发明所述的传输方法中，数字信息分组从发射机发射到接收机，其中信息分组借助传输层进行传输。在此，传输层可理解为按照OSI参考模型意义上的传输层(OSI＝开放系统互连)。按这种方法，在第一步骤中发射机上要传输的信息分组被分成一个或多个数据分组群。然后对该数据分组群分别以冗余分组形式补充冗余信息。接着，分别给数据分组群中的信息分组和冗余分组补充一个存储信息的信令字段，用这些信息可测出相应的数据分组群内的相应的信息分组或相应的冗余分组的位置。然后，将数据分组群传输到接收机，并在接收机中读出所接收到的信息分组和冗余分组的信令字段。最后，借助信令字段中的信息，来重构相应的数据分组群中的信息分组和冗余分组的位置。本发明的思想就是基于给要传输的信息分组或冗余分组补充一个信令字段，用该信令字段来保证在接收机上正确地定位数据分组群中的各个分组。因此，这种方法也适合于通过数据网进行传输，其中数据分组并不按发射机发射数据分组的顺序到达接收机。
在本发明优选的实施方案中，分别在信令字段中包含是否具有信息分组或冗余分组的信息。此外，在信令字段中优选分别包含相应的信息分组或冗余分组属于哪个数据分组群的信息。在出现大的数据分组损失以至于导致损失整个分组群的情况下，该信息是特别重要的。此外，在本发明的另一个优选的实施方案中，信令字段包含相应的信息分组或冗余分组是否是相应的数据分组群中最后的信息分组或冗余分组。借助该信息，再结合信令字段中所包含的其它信息，就可推导出数据分组群的大小，而无须直接传输关于其大小的参数。
在本发明特别优选的实施方案中，数据分组群分别是指在多个行和列中具有多个数据字段的数据矩阵。在此，数据字段优选是数据八位位组，也即8比特字段。
如果数据分组群是按数据矩阵的形式排列的，则信息分组和/或冗余分组在信令字段中优选地包括在数据矩阵中的相应信息分组或冗余分组的列和/或行地址。通过这些地址来给定数据矩阵中相应的数据分组的第一数据字段的位置。优选地，冗余分组分别占用相应数据矩阵中的一行，以便不再需要对冗余分组传输列地址。
在本发明另一个实施方案中，从正确接收的冗余分组的长度重构数据矩阵的行长度。此外，一个或多个信令字段可分别包含从参数集(该参数集包括相应的冗余分组号、相应的冗余分组的行地址和包含信息分组的行数量)中选出的2个参数，并且借助信令字段中的2个参数可测出参数集的不包含在信令字段中的参数。此外，在接收机中对于收到的冗余分组所必需的数据矩阵行的数量，可借助正确接收的具有最高冗余分组号的冗余分组及其行地址进行重构。
在另一个实施方案中，使用都熟悉的里德-索罗蒙码来产生冗余分组。此外，优选信令字段为24比特字段。
在本发明所述的方法的另一个实施方案中，接收机在接收数据分组群中最后的信息分组和最后的冗余分组后，等待数据分组群中尚缺少的信息分组或冗余分组一个给定的时间间隔。由此，特别在数据分组部分延迟地到达接收机上时，便实现有效的重构。
本发明所述的方法特别适于用在移动无线网上。在移动无线网中，数据在物理层中通过不同的承载业务传输，这导致不同的数据延迟，以至于不再一定按正确的顺序接收数据分组。通过使用本发明的信令字段，也可在这种情况下能保证重构数据分组。
除了本发明所述的传输方法外，本发明还涉及一个发射机，以发射按本发明传输方法可用的数字信息分组。发射机是如此构成的，即它可执行下列方法步骤：
-要传输的信息分组被分成一个或多个数据分组群；
-冗余信息分别以冗余分组的形式插入数据分组群；
-在数据分组群中的信息分组和冗余分组都分别被补充一个存有信息的信令字段，用存有的这些信息可测出相应的信息分组或相应的冗余分组在相应的数据分组群内的位置；
-发射数据分组群到接收机。
此外，本发明还涉及一个接收机，以借助本发明所述的传输方法接收数字信息分组，其中接收机是如此构成的，即它可执行下列方法步骤：
-接收由发射机发射的信息分组和冗余分组；
-读出所接收的信息分组和冗余分组的信令字段，并借助信令字段中的信息重构在相应的数据分组群中的信息分组和冗余分组的位置。
下面将借助附图说明本发明的实施例。
图中：
图1示出了应用本发明方法的数据网的示意图；
图2示出了本发明方法的实施方案所用的数据矩阵；
图3示出了本发明方法可用的2个数据分组类型的示意图；
图4示出了按本发明方法所用的用于信息分组的信令字段的结构；以及
图5示出了本发明方法所用的用于冗余分组的信令字段的结构。
图1示出了可以使用本发明方法的优选情形。在此指的是广播业务的多媒体数据传输，该广播业务发射能同时由多个接收机接收的数据。多媒体数据由广播-多播业务中心BM-SC提供，并且通过任意的中间网Z传输到移动无线网RAN(RAN＝无线接入网)。移动无线网RAN包括多个基站B1-B5，利用这些基站通过空中接口L传输多媒体数据给一个手机形式的用户终端设备UE(UE＝用户设备)。
BM-SC产生包含报头和有用载荷的信息分组，其中信息分组是数据分组，该数据分组借助于按照OSI参考模型的传输层进行传输。在图1中所示的情形与广播业务DVB-T的不同在于，一方面通过移动无线网进行数据传输，另一方面通过传输层以面向分组的方式实现数据传输。在通过空中接口L进行传输时会出现的问题是，通过多个不同的移动无线信道进行数据传输时，数据再也不一定以基站发射它时那样的相同顺序到达。此外，会在不同的移动无线信道上产生数据分组丢失。由此，重构发射到用户终端设备UE的信息极为困难。
为解决这个问题，本发明建议将冗余信息插入到信息分组上，以及增补带有信令字段的数据分组，其中信令字段使所接收到的信息分组可能按正确的顺序重构。
图2示出了一个数据矩阵，在该矩阵中排列了按照本发明在发射机上的实施方案的数据分组。首先把要传输的数据按照信息分组I_1，I_2，...I_M分段，其中这种分段可通过合适的协议在不同的协议层、比如RTP/UDP/IP上实现(RTP＝实时协议；UDP＝用户数据报协议；IP＝因特网协议)。在此，各个信息分组I_1，...，I_M分别包含有报头H_1，H_2，...，H_M以及有用载荷P_1，P_2，...P_M。
最后，数据分组I_1至I_M排列到具有K行和J列的数据矩阵I-M中。在此，矩阵的各个项都是由8比特符号组成的数据字段。由于包含在矩阵I-M中的数据分组不能一直正确地反映矩阵的大小，所以，在最后面的、也被匹配到矩阵中的信息分组I_M之后用所谓的填充符P填充这个矩阵。优选用0填充这个填充字段。
在矩阵I-M中的信息分组的排列后面，以冗余占用信息分组。这可用列的方式通过插入对专业人员都十分熟悉的所谓的里德-索罗蒙码来实现。在此所述的实施方案中，使用伽罗瓦域GF(28)的里德-索罗蒙码。按照图2所述的实施方案，以在矩阵RS-M内排列的冗余分组RS_1，RS_2，...RS_L的形式来产生L行里德-索罗蒙码。以这种方式得出总共有N＝K+L行的总数据矩阵GM。
所用的里德-索罗蒙码是指所谓的(N，K)码，用该码可重构直到损失N-K个符号的原始数据。里德-索罗蒙码是一种系统码，用该码不仅可以检测符号误差，而且可检测符号丢失，其中在后一种情况下，丢失的位置必须是已知的。如果在一个数据矩阵中有r个符号丢失和s个符号误差，则所有的分组都能重构，对此适用：
2s+r≤L。
按照本发明所述的方法，数据矩阵GM的信息分组和冗余分组都还配置有信令字段。图2示出了这样一个信令字段在一个信息分组中可能排列在哪些位置。在图2中给出了2个供选择的方案，其中在上面的选择方案中信令分组AS排列在信息分组的报头H和有用载荷PL的后面。作为选择方案，在图2下面的信息分组中给出了一个变型方案，其中信令字段AS排列在报头H和有用载荷PL之间。但是，信息分组中的信令字段的其它位置也是可能的。用相同的方式可排列冗余分组中的信令字段，因为这些分组同样具有一个报头和一个有用载荷。
图4示出了按照本发明的实施方案如何为一个信息分组构建信令字段AS。AS字段是一个24比特的字段，其中前5个比特包含信令信息，该信令信息在图4中被标为“信令”。这个5比特字段的第一个比特是一种数据类型标记，该数据类型标记给出了相应的分组是一个信息分组还是一个冗余分组。如果是指信息分组，则标记设置为0，如果是冗余分组，则标记设置为1。这个5比特字段的第二个比特是一种标记，该标记给出了，现有的数据分组是否是数据矩阵的最后的分组。如果是这种情况，则标记设置为1。这个5比特字段的剩余的3个比特中包含一个模8矩阵计数器。当传输一个新的矩阵的数据分组时，这种计数器增加计数。这样计数器就会指出，相应的信息分组来自哪个数据矩阵。当在多个数据矩阵上出现大量的数据分组丢失时，这种计数器是很有用处的，因为在这种情况下，总还是能确定所接收的信息分组属于哪个数据矩阵。在这个5比特字段上还连接一个11比特的字段，用于传递相应的信息分组的列地址。这个字段在图4中用“列地址”标明。在此，该列地址给出了矩阵I-M中相应分组的第一个符号的列位置。在字段“列地址”上连接字段“行地址”，它为8比特字段，并且给出了矩阵GM中相应信息分组的第一个符号的行位置。
图5表示一个冗余分组用的信令字段的结构。它也是指一个24比特的字段，其中类似于信息分组的信令字段地使用一个字段“信令”，它包含一个数据类型标记、一个指出矩阵RS-M中最后一个冗余分组的标记以及一个模8矩阵计数器。由此，这个字段的功能相当于图4的字段的功能。在这个字段上还连接一个表示备用字段的并且对信令是不需要的字段“res.”。在比特8和比特15之间跟着字段“RS分组号”，它包含矩阵RS-M中的冗余分组的序列号。当在矩阵I-M和矩阵RS-M之间出现分组丢失时，也就是说，当矩阵RS-M的第一个和有时的其它冗余分组发生丢失时，这个字段是非常有用的。在这种情况下，通过序列号能测出矩阵RS-M在哪一行开始。在字段“RS分组号”上连接字段“行地址”，它是一个8比特的字段，并且指出在矩阵GM中相应的冗余分组的第一个符号的位置。与信息分组的AS字段相反，在冗余分组的AS字段中不需传递分组处于哪个列地址的信息，因为在此所述的实施方案中每个冗余分组都总是占用一整行。
在发射机上按照图2产生数据矩阵以后，信息分组和冗余分组被传输到接收机。信息分组在分组丢失的情况下在那里借助冗余分组可被重构如下：
为了重构，必须知道矩阵I-M的行长度J以及列K的数量。由于冗余分组总占用一个完整的行，所以参数J可从各个冗余分组的分组长度推导出。参数K也可从正确接收到的冗余分组之一的行地址和分组号推导出来。
给出矩阵RS-M的行的数量的参数L同样不需传输到接收机。它既可通过最后的冗余分组的行地址推导出来，或也可用一个更小的与最后接收到的冗余分组的行相对应的值L′代替。
在接收机中分析正确接收到的信息分组和冗余分组，其中信息分组借助在AS字段中的行地址和列地址以及矩阵计数器被定位到数据矩阵中的正确位置。随后，从信息分组中摘除信令字段，并且在信息分组的报头中减少分组长度参数。此外，重新计算报头的校验和字段。类似的方法适用于冗余分组，其中这个分组的报头要完整地被去掉。当分组在传输时已丢失时，数据矩阵GM中的相应的项被标记为丢失。如果每个列的符号丢失的数量不超过L，则数据矩阵在此可完整地被重构。
因此，在接收机上重构数据矩阵时产生另一个问题：首先接收机不知道缺少的数据分组是否是已丢失，还是因为不同的传输方法在移动无线网上经过不同的承载业务在时间上被延迟。为克服这个问题，按照本发明方法的在此所述的实施方案，在接收最后的信息分组和接收最后的冗余分组以后，等待一个预定的时间间隔，直到继续处理所述数据矩阵为止。这样，在数据矩阵中也还要考虑延迟到达接收机的数据分组。但是，如果已丢失数据矩阵中的最后的信息分组，则对接收机来说就不可能找出，在矩阵I-M中填充符P有多大，因为最后的数据分组的大小是不知道的。在这种情况下，在最后正确地接收到的信息分组之后直到行K的末尾的所有符号都必须被标记为数据分组丢失，尽管在这里面也可能包括填充符。

Claims (17)

1.在数据网中从发射机(BM-SC)向接收机(UE)传输数字信息分组(I_1，I_2，...，I_M)的方法，其中信息分组借助一个传输层进行传输，其特征在于下列步骤：
-在发射机(BM-SC)中将要传输的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)分成一个或多个数据分组群；
-给数据分组群分别插入冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)形式的冗余信息；
-数据分组群中的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)都分别被补充一个存储信息的信令字段(AS)，用这些信息可测出在相应的数据分组群内的相应的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)或相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的位置，并且在所述的信令字段中包含有关于相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)是否是相应的数据分组群内的最后冗余分组的信息；
-数据分组群被传输到接收机(UE)；
-在接收机(UE)中读出所收到的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的信令字段(AS)，并且借助该信令字段(AS)中的信息重构相应的数据分组群中的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的位置。
2.按照权利要求1所述的方法，其中在所述信令字段(AS)中分别包含关于是有一个信息分组(I_1，I_2，...，I_M)还是有一个冗余数据分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的信息。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中在所述信令字段(AS)中分别包含关于相应的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)或冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)属于哪个数据分组群的信息。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其中在所述信令字段中分别包含关于相应的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)是否是相应的数据分组群中的最后信息分组的信息。
5.按照权利要求1所述的方法，其中数据分组群分别以具有多个数据字段的数据矩阵(GM)的形式排列，所述的数据字段对信息分组来说有多个行(K)，并且对冗余分组来说有多个行(L)，以及对信息分组和冗余分组来说有多个列(J)。
6.按照权利要求5所述的方法，其中数据字段是8比特字段。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其中信息分组(I_1，I_2，...，I_M)在信令字段(AS)中包含相应的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)在数据矩阵中的列地址和/或行地址和/或其中冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)在信令字段(AS)中包含相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)在数据矩阵中的列地址和/或行地址。
8.按照权利要求5或6所述的方法，其中冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)分别占用相应的数据矩阵(GM)中一行。
9.按照权利要求5或6所述的方法，其中数据矩阵(GM)的行长度(J)由正确收到的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的长度来重构。
10.按照权利要求7所述的方法，其中一个或多个信令字段(AS)分别包含从以下参数集中选出的2个参数，所述参数集包括相应的冗余分组号、相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的行地址和包含信息分组的行(K)的数量，并且借助信令字段(AS)中的2个参数测出所述参数集中的不包含在所述信令字段(AS)中的参数。
11.按照权利要求10所述的方法，其中在接收机中对于接收的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)所必需的数据矩阵(GM)的行的数量，借助正确接收的具有最高冗余分组号的冗余分组及其行地址进行重构。
12.按照权利要求1或2所述的方法，其中冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)包括里德-索罗蒙码。
13.按照权利要求1或2所述的方法，其中信令字段(AS)是24比特字段。
14.按照权利要求1或2所述的方法，其中接收机(UE)在接收到数据分组群的最后的信息分组(I_1，I_2....，I_M)和最后的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)以后，等待数据分组群的尚缺少的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)或冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)一个预定的时间间隔。
15.按照权利要求1或2所述的方法，其中数据网包括移动无线网。
16.用于在按照上述权利要求之一所述的方法中发射数字信息分组的发射机，其中发射机(BM-SC)被如此构成，使得其可执行下述方法步骤：
-要传输的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)被分成一个或多个数据分组群；
-给数据分组群分别插入冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)形式的冗余信息；
-数据分组群中的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)都分别被补充一个存储信息的信令字段(AS)，用这些信息可以测出在相应的数据分组群内的相应的信息分组(I_1，I_2，...I_M)或相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的位置，并且在所述的信令字段中包含有关于相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)是否是相应的数据分组群内的最后冗余分组的信息；
-数据分组群被发射到接收机(UE)。
17.用于在按照权利要求1-15之一所述的方法中接收数字信息分组的接收机，其中接收机(UE)包括：
-接收装置，用于接收由发射机发射的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)；
-读出装置，用于读出接收的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的信令字段(AS)，以及
-重构装置，用于借助信令字段(AS)中的信息重构相应的数据分组群中的信息分组(I_1，I_2，...，I_M)和冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)的位置，其中在所述的信令字段中包含有关于相应的冗余分组(RS_1，RS_2...，RS_L)是否是相应的数据分组群内的最后冗余分组的信息。
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