信號編碼的製作方法
2023-05-28 17:34:51
專利名稱：信號編碼的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號編碼，更詳細地說，儘管不是必要的，涉及語音信號的數字編碼。
在現代蜂窩式無線電電話系統中，被採樣和數位化的語音信號在經由無線接口傳輸之前被編碼，以便減小發送信號佔有的信道帶寬。例如考慮歐洲電信標準委員會(ETSI)制定的全球移動通信系統(GSM)第一階段標準，語音信號被分為20ms的時間幀而且利用規則脈衝激勵-長期預測(RPE-LTP)算法來對每一個幀進行編碼，以便從該信號去除長期和短期冗餘。該編碼處理的結果是一組代表每個20ms幀的260位。
還希望容許接收機識別並且儘可能糾正傳輸期間引入到編碼信號中的錯誤。例如這可以通過糾錯編碼來進行。可是糾錯編碼在發送的信號中引入冗餘信息，由此增加了信號帶寬。為了避免信號帶寬過分增大，GSM第一階段系統僅對編碼幀中182個主觀上最重要的位提供糾錯編碼，剩下的其餘78位未被保護。更詳細地說，除用於182個最高有效位(包括通過循環冗餘檢驗(CRC)保護的50位)的1／2速率卷積編碼外，GSM將一種3位循環冗餘檢驗(CRC)用於50個最重要的位。CRC和卷積編碼將每幀的位數從260增加到456(該456位單元通常稱為「信道編碼幀」或僅稱為「碼字」)。
在GSM中，通過一系列無線電二進位位組，結合移動與前置二進位位組載波頻率和後繼二進位位組的載波頻率有關的二進位位組載波頻率的「跳頻」來發送碼字。使用跳頻有助於減少在給定的載波頻率下破壞數據的所謂「突發錯誤」的影響。由於交錯無線電二進位位組中碼字的各位，突發錯誤的影響還會更均勻地散布到整個碼字。這有助於增加卷積碼糾正突發錯誤的能力。交錯的一般概念示於
圖1中，其中，碼字的456位被交錯在四個連續的無線電二進位位組，每一個二進位位組包括114個信息位(二進位位組通常包括其它數據位，但為了清楚起見它們在圖1中省略)。
GSM交錯碼字位而不管該位是保護的還是非保護的，例如考慮一個包括25個保護位流A0到A24後隨15個非保護位流的40位碼字的簡單例子，非保護位包括三組多位編碼參數X0到X4、Y0到Y6以及Z0到Z2。象圖2中所示的那樣，40個位被交錯到四個10位的無線電二進位位組。象已經討論過的那樣，通過不同的載波頻率發送連續的二進位位組。
考慮圖2中無線電二進位位組中的一個被突發錯誤完全破壞而剩下其它三個無差錯二進位位組的情況。不管哪一個二進位位組被破壞，X和Y參數中的一個將會被破壞(1．0錯誤可能性)，而Z參數將被破壞的可能性是0．75。在GSM第二階段(它使用增強全速率語音編碼／解碼器GSM 06．60)，參數X、Y和Z通常確定激勵向量中相應脈衝的位置。這樣，即使只有一個參數位出錯，由參數傳送的信息也被丟失。由此存在以下的很大的可能性單個二進位位組差錯將導致激勵向量的實際丟失。
如上所述，圖2僅說明簡化的交錯例子。Mouly和Pautet在「用於移動通信的GSM系統」一書(1992，ISBN2-9507190-0-7)中更詳細地描述了用於GSM的信道編碼和交錯處理。ETSI建議的GSM 05．03(1997．11)提供了建議用於GSM第2+階段的信道編碼和交錯處理的細節。應當特別指出，在該GSM建議(3．1．3章；表1)中各碼字位被對角地插入到二進位位組結構而不是圖1和圖2中的所示垂直列。
本發明的目的是克服或者至少減輕前面段落中說明的傳統的交錯處理的缺點。具體地說，本發明的目的是以這樣的方式提供各碼字位的交錯，即，使得非保護多位參數更堅強地抵抗突發差錯。
可以通過以參數形式而不是位形式交錯非保護位來達到這些和其它目的。
按照本發明的第一方面，提供一種使用多個無線電二進位位組經傳輸信道發送碼字的方法，所述碼字包括第一有序序列保護位和第二有序序列非保護位，而所述各無線電二進位位組合起來形成一組時序位單元，該方法包括在無線電二進位位組中確定第一和第二組位單元，以相對於無線電二進位位組的循環方式把所述第一序列的連續位分配給所述第一組位單元，使得相鄰的保護位被分配到不同的無線電二進位位組，按照那些位單元的時序把所述第二序列的連續位分配給所述第二組位單元，以及發送包括分配的位的無線電二進位位組。
本發明的各實施例提供碼字的各保護位在無線電二進位位組中的交錯，使得用以保護這些位的編碼處理可以堅強地抵抗傳輸差錯，例如突發差錯。這些實施例還完成參數位近似分組，構成非保護參數，形成單個或有限數目的無線電二進位位組，由此把將受單個突發差錯影響的參數的數目最小化。
碼字可以包括附加的非保護位，後者以所述循環方式與所述第一序列的保護位一道分配給無線電二進位位組。這對於如下例子是合適的編碼參數是包括大量碼字位，而其中只有一個是非保護的，以致於把該非保護位包含在所述第二序列中得不到好處。
所述多個無線電二進位位組最好被順序地並且在不同的頻帶中發送。除了從碼字分配的那些位之外，無線電二進位位組可以另外包括數據位。
碼字最好包括對應於音頻信號時間幀的編碼數據。所述音頻信號是語音信號則更好。本發明的方法特別適用於蜂窩式無線電話系統，其中移動通信裝置與蜂窩式系統的基地收發機站之間的傳輸信道是無線接口。
所述第二有序序列最好包括多個多位編碼參數並且給定參數的各位佔據所述序列的相鄰位置。
最好通過卷積編碼來保護所述第一有序序列位。還可以通過循環冗餘檢測碼來保護該第一序列。
本發明的各實施例被安排成利用所述多個無線電二進位位組發送至少兩個碼字，所述方法包括把所述碼字的各位交錯在無線電二進位位組的位單元中。例如對於第一碼字，可以由所述無線電二進位位組的偶數位單元來形成所述第一和第二組位單元；而對於第二碼字，可以由奇數位單元來形成所述第一和第二位單元。無線電二進位位組可以包括附加的數據位，例如構成用於接收機的訓練或同步序列的數據位。
按照本發明的第二方面，提供經傳輸信道使用多個無線電二進位位組發送碼字的裝置。所述碼字包括第一有序序列保護位和第二有序序列保護位，並且所述各無線電二進位位組合起來形成一組時序位單元，該裝置包括輸入端，用於接收碼字，存儲器，用於在無線電二進位位組中限定第一和第二組位單元，信號處理裝置，用於以關於各無線電二進位位組的循環方式把所述第一序列的各連續位分配到所述第一組位單元，使得相鄰的保護位被分配給不同的無線電二進位位組；並且用於按照所述各位單元的時序把所述第二序列的各連續位分配到所述第二組位單元，並且發射器，用於發送包括分配的位的無線電二進位位組。
本發明的裝置最好包括用於將音頻信號的時間幀編碼成相應的碼字並且用於所述碼字提供給所述輸入端的語音編碼器。
按照本發明的第三方面，提供包括按照本發明上述第二方面的裝置的移動通信裝置。
按照本發明的第五方面，提供蜂窩式無線電電話網的基站控制器，基站控制器包括按照本發明上述第二方面的裝置。
為了更好地理解本發明以及為了說明怎樣實現它們，現在將以舉例說明的方式涉及附圖，附圖中圖1示出用於蜂窩式無線電電話系統的位交錯處理；圖2示出用於說明碼字的保護和非保護位分配的簡化例子的位交錯處理；圖3示意地示出語音編碼系統，圖4示出用於圖2中簡化例子的修改的位分配處理；圖5示意地示出語音解碼系統；以及圖6示出對應於編碼語音信號的兩個連續幀的兩個碼字的各個位的交錯。
圖1和圖2示出用於蜂窩式無線電話編碼／解碼器的並且前面已經描述過的傳統的位交錯處理。圖3示意地示出諸如可能用於實現這種處理的語音編碼／解碼器。被採樣和數位化的語音信號提供給語音編碼器1的輸入端。在目前的GSM第一階段系統中，該編碼器應用規則脈衝激勵-長期預測(RPE-LTP)算法，它在編碼器1的輸出端產生對應語音信號每20ms幀的一組260位。
這些260位的確切特性在此將不詳細描述，這樣說就足夠了利用這些位可以近似地重構相應的語音信號幀(讀者可參考GSM標準和建議獲得細節)。與此有關的是，一些多位編碼參數由相應的260位子集確定。與此有關的是該260位按照預定的主觀聽覺試驗的重要性順序排列。因此給對重構幀影響小的位一個高指數，而給對重構幀有很大影響的位一個低指數。分類器2從編碼器1的輸出信號中選擇主觀最重要182位(類1)並且將這些信號提供給循環冗餘檢測(CRC)單元3。該單元3從主觀最重要的50個位中產生3位CRC碼。然後各個類1位與3位CRC碼一起提供給卷積編碼器4，後者為各個類1位中的每一位、四個卷積編碼尾部位中的每一位以及三個CRC位中的每一位產生兩個位。對語音信號的每一個幀來說，卷積編碼器4的輸出信號因此由378個位組成，這些位然後在多路復用器5與餘下由分類器2輸出的78個主觀最不重要的位(類2)結合用來提供輸入語音信號每20ms幀的456位碼字，該碼字提供給無線電頻率發射器5b。
多路復用器5被安排用來把每一個碼字的各個位交錯成為四個無線電二進位位組。傳統的交錯模式在圖1中示出(用圖2舉例說明)。可是這種傳統的模式趨向於把編碼參數的非保護位分散到幾個無線電二進位位組，增加了某參數受突發差錯影響的可能性。正如已經解釋了的那樣，情況通常是這樣即使參數的單個位丟失也足以使得參數無用。
因此，代之以使用圖4中示出的交錯模式。象圖2那樣，圖4使用25個保護位A0到A24和包三個編碼參數X0到X4、Y0到Y6以及Z0到Z2的15個非保護位的簡化的例子。該25個保護位以傳統的方式循環地分配給四個10位的無線電二進位位組。可是當該分配完成時，非保護位以參數形式被分配在無線電二進位位組剩餘的位單元的時序中。也就是說，第一參數Z的各個位被依次分配給無線電二進位位組1的位單元7、8和9，然後參數X的各個位被依次分配給無線電二進位位組2的位單元6到9以及二進位位組3的位單元6，最後，參數Y的各個位被依次分配給無線電二進位位組3的位單元8和9以及二進位位組4的位單元6到9。多路復用器5在處理器／存儲器5a的控制下執行保護和非保護位到無線電二進位位組位單元的映射，其中處理器／存儲器5a限定相應的兩組無線電二進位位組位單元。
這種分配處理將給定的參數的各個位集中在一個或最多兩個無線電二進位位組。考慮單個突發差錯破壞四個無線電二進位位組中的一個的情況，差錯在參數Z中出現的可能性是0．25，差錯在參數X中出現的可能性是0．5，以及差錯在參數Y中出現的可能性是0．5。這表示優於圖2中的位分配導致的差錯可能性的重大改進。
回到更複雜的456位碼字的例子，圖5示意地示出一種解碼器，它適合於對圖3中的編碼器編碼的信號進行解碼並且使用圖4中舉例說明的位分配處理。多路分解器6接收四個包括交錯碼字位的無線電二進位位組。多路分解器6把該交錯序列重新安排成為包含保護類1的各個位的第一序列7和包含非保護類2的各個位的第二序列8。類1位序列被提供給卷積解碼器9，然後再提供給使用三個CRC位檢測50個最重要的位中的差錯的CRC單元10。然後多路復用器11被用來將(糾錯後的)類1位和類2位結合以便產生關於每幀的260位編碼幀，該編碼幀由語音解碼器12解碼。如果CRC單元10檢測到接收到的碼字的50個最重要的位中的差錯，則單元10使接收到的幀被拒絕。例如，可以根據一個或多個先前的幀而引入由幀替代單元13產生的替代幀。
在GSM中，交錯處理比上面給出的簡化例子更複雜。具體地說，不是通過四個連續的無線電二進位位組發送單個碼字，而是同時發送交錯在八個連續的無線電二進位位組上的兩個連續的碼字。例如，可以將一個碼字分配到八個無線電二進位位組的奇位，另外的碼字分配到偶位。對於兩個碼字B和C，這示於圖6中。對於各奇位單元，第一組單元被確定用來攜帶碼字B的保護位而第二組單元被確定用來攜帶碼字B的非保護位。然後保護位以位方式對角地分配整個二進位位組結構上(見GSM 05．03，3．1．3章，表1)，而非保護位以上面描述的參數方式被分配。類似的處理用於碼字C和無線電二進位位組的偶位單元。
下面的表1第一列給出了GSM第一階段全速率編碼／解碼器的非保護(類2)位。表1第二列示出GSM標準05．03中定義的這些位的傳統二進位位組映射(0到7)。第三列示出按照上面描述的參數方式位分配處理的修改的二進位位組映射，其中變換到05．03映射的地方標示下劃線。高亮度灰度的參數位是屬於具有兩個或更多個非保護位的參數的位，並且對於這些位的參數方式分配可以獲得對突發差錯性能的改進。
本領域的技術人員可意識到不離開本發明範圍，可以對上面描述的實施例作出各種修改。具體地說，本發明可以方便地用於目前GSM第一階段標準的版本。例如，GSM第2+階段使用增強型全速率(EFR)語音編碼／解碼器(GSM 06．60)，其中語音幀碼字(可變長度)包括以代數方式定義的激勵向量。在這種情況下，非保護位(參數方式分配的)往往包括限定激勵向量中各脈衝的位置的位。在一系列無線電二進位位組中的非保護碼字位的參數式分配除用於GSM系統外，也可用於無線電話系統，包括象通用移動通信系統(UMTS)的第三代系統。
表權利要求
1．一種使用多個無線電二進位位組經傳輸信道發送碼字的方法，所述碼字包括第一有序序列保護位和第二有序序列非保護位，並且所述各無線電二進位位組合起來提供一組時序位單元，所述方法包括確定所述各無線電二進位位組中的第一和第二組位單元，以關於所述各無線電二進位位組的循環方式把所述第一序列的連續的個位分配給所述第一組位單元，使得相鄰的保護位被分配給不同的無線電二進位位組，按照所述位單元的時序把所述第二序列的連續的各個位分配給所述第二組位單元，以及發送包括所述分配的位的所述無線電二進位位組。
2．按照權利要求1的方法，其特徵在於所述多個無線電二進位位組被順序地並且通過不同的頻帶發送。
3．按照前面權利要求中任何一項權利要求的方法，其特徵在於所述碼字包括對應於音頻信號時間幀的編碼數據。
4．按照權利要求3的方法，其特徵在於所述第二有序序列包括多個多位編碼參數，並且給定參數的各個位佔據所述序列中相鄰的單元，因此所述各個位趨向於被分配給相同的無線電二進位位組。
5．按照權利要求3或者4的方法，其特徵在於通過卷積編碼保護所述第一有序序列的各個位。
6．按照前面的權利要求中的任何一項權利要求並且包括利用所述多個無線電二進位位組發送至少兩個碼字的方法，其特徵在於所述方法包括交錯無線電二進位位組的位單元中碼字的各個位。
7．按照權利要求6的方法，其特徵在於對第一碼字來說，所述第一和第二組位單元由無線電二進位位組的偶數位單元提供，而對第二碼字來說，所述第一和第二組位單元由奇數位單元提供。
8．一種用以用多個無線電二進位位組經傳輸信道發送碼字的裝置，所述碼字包括第一有序序列保護位和第二有序序列非保護位，並且所述各無線電二進位位組合起來提供一組時序位單元，所述裝置包括用於接收所述碼字的輸入端；存儲器(5a)，用於確定所述無線電二進位位組中第一和第二組位單元；信號處理裝置(5)，用於以關於無線電二進位位組的循環方式把所述第一序列連續的各個位分配到所述第一組位單元，使得相鄰的保護位被分配到不同的無線電二進位位組；並且用於按照所述位單元的時序把所述第二序列的連續的各個位分配到所述第二組位單元，以及發射器(5b)，用於發送包括所述分配的各個位的所述無線電二進位位組。
9．按照權利要求8並且包括語音編碼器(1)的裝置，其特徵在於所述語音編碼器用於將音頻信號的時間幀編碼成相應的碼字，並且用於把所述碼字提供給所述輸入端。
10．包括按照權利要求8或9的裝置的移動通信裝置。
11．蜂窩式無線電話網的基站控制器，其特徵在於所述基站控制器包括按照權利要求6或7的裝置。
全文摘要
一種經傳輸信道使用多個無線電二進位位組發送碼字的方法。碼字包括第一序列時序保護位和第二序列時序非保護位,並且所述無線電二進位位組合起來提供一組時序位單元。第一序列的連續的位以循環方式分配給各無線電二進位位組,使得相鄰的保護位被分配給不同的無線電二進位位組,而第二序列連續的位按照剩餘的位單元的時序分配給無線電二進位位組的剩餘的位單元,然後通過不同頻帶順序地發送無線電二進位位組。
文檔編號H04L5/06GK1291378SQ99803189
公開日2001年4月11日 申請日期1999年2月19日 優先權日1998年2月25日
發明者H·米科拉, J·維尼奧 申請人:諾基亞行動電話有限公司