通信系統、接收機和估計由信道引起的誤差的方法
2023-04-27 16:03:16 1
專利名稱：通信系統、接收機和估計由信道引起的誤差的方法
技術領域：
本發明涉及一種用來接收和處理通過一個傳輸信道傳送的數據幀的接收機，包括-確認裝置，用來查證接收到的數據幀的合法性，以便在接收到的數據幀中檢測和確認無錯誤的和有錯誤的數據幀，所述的有錯誤的數據幀具有可矯正或不可矯正的特性；-校正裝置，用來校正誤差，該裝置作用於接收到的具有可矯正的錯誤的數據幀，以便生成校正數據幀。
它也涉及一種用於在上述類型的發射機和接收機之間，通過一個通信信道傳送數據幀的通信系統。
它在通常用於語音和多媒體數據的通信系統中具有廣泛的應用，，事實上具體地講是應用於移動或有線網絡中的視頻電話。
美國專利NO.5511079中描述了一個用來控制經過一個雙向作用的衛星傳輸路徑在發射站和接收站之間傳輸數據的誤差保護的系統。該發射站根據代表被傳輸信號的傳播和衰減條件的信號值執行對被傳輸數據的誤差保護的自適應調整。為了這個目的，採用了一種可以在接收機一側間接地估計接收數據的誤碼率的方法。所使用的誤差保護，屬於FEC(正向誤差校正，它表示校正碼的全部域比如卷積碼或者分組碼)類型，正是以這種方式適應所述的傳播和衰減條件，以便使通過接收機接收到的數據的誤碼率將不會超出一個給定的值。該發射站根據從來自接收機的一個第一返回信號的信噪比並根據在最佳傳輸條件下接收到的一個第二返回信號的信噪比估計發往接收站的信號的衰減。
在現有的技術文件中使用的估計傳輸到接收機的數據誤碼率的方法具有許多缺點。
首先，估計誤碼率是基於一種比例的計算關係，這種計算使用在最佳傳輸條件下測量的信噪比作為基準值，因而關於估計誤碼率的誤差仍存在，因為可靠地說明什麼是「最佳傳輸條件」是十分困難的。
其次，通過測量信噪比估計誤碼率是不可靠的，因為數據載波信號的衰減對出現誤碼或丟失數據不總是有效的。這可能導致過高地估計誤碼率，並且這種導致對傳輸數據的過度保護，引起傳輸信道過載或飽和。最後，信噪比的計算要求相當大的功率和相當大的設備，因而這種估計誤碼率的方法不僅昂貴而且導致設備相當龐大，不適合應用於可攜式的用途或裝備中。
本發明的目的就是通過提供一種通信系統、一種接收機、以及一種比現有的技術文件所描述的那種更可靠和更經濟的估計由通信信道引起的誤差的方法，在很大程度上削除上述的缺點。
為實現這個目的，本發明的特徵在於該接收機包括-比較裝置，用來把接收到的有錯誤的數據幀與相應的校正數據幀進行比較，以估計包含在所接收的數據幀的傳輸中的最小誤碼率。
-分析裝置，用來分析具有不可矯正的錯誤的接收數據幀，以便估計包含在所接收到的數據幀的傳輸中的最大誤碼率。
-傳輸裝置，用來向一個遠程設備發射與所述最小和最大誤碼率有關的信息。
本發明採用了適用於在發射機與接收機之間傳輸數據或數據幀的FEC類型的誤差保護。接收機在第一時期查證接收到的數據幀的有效性，以便從接收到的數據幀中檢測和確認無錯誤的數據幀和有錯誤的數據幀。然後接收機繼續對接收到的可矯正的錯誤數據幀進行誤差校正，即，在那些不包含任何誤差的數據幀中FEC校正設備不能校正，以便產生校正數據幀。錯誤的位通過一種把錯誤數據幀與相應的校正數據幀進行逐位比較的方法被檢測，再被相加在一起，並被在通過接收機接收到的全部位的總數求平均值，以獲得最小傳輸誤碼率。通過這種比較方法計算出的誤碼率低估了接收數據的實際誤碼率，這就是為什麼它被稱作是最小誤碼率的原因。這種比較主要是利用一種二進位「異或」類算子，在集成邏輯電路領域中這種「異或」類算子是在市場上是可以買到的，因而執行這種逐位比較工作所必須的計算裝置得到了有力的簡化。
本發明也能夠估計接收到的數據的最大誤碼率，即所估計的值過高的估計用接收機所接收到的數據的真實誤碼率。對於每個檢測出的不可矯正的數據幀，即對那些數據幀中仍然包含FEC校正設備不能校正的錯誤，由上述幀所決定的數據位被與屬於所接收到的數據的其他的幀的校正位的數量相加。這樣就獲得了一個相對於通過接收機所接收到的全部數據位的平均值，用以估計通過接收機接收的數據的最大誤碼率。
這種方法使利用有限的和簡潔的設備估計通過接收機接收的數據的真實誤碼率的範圍成為可能。
本發明最後涉及一個在發射機和接收機之間為無線電話類型的通信系統，其工作過程能夠得益於如上所述的判斷最小和最大誤碼率的可能性。本發明實際上提供了用來向所述發射機傳送涉及接收機的所述最小和最大誤碼率的信息的設備，以便發射機能夠調整發往接收機的數據的保護。如此控制發送數據的冗餘度水平的發射機在某種意義上能夠適應由傳輸信道引起的誤碼率。這樣在傳輸信道的工作通帶和由接收機接收的數據的誤碼率之間的折衷為最佳狀態。
這些以及其他的，關於本發明的更詳細的情況將通過下面參照附圖對若干本發明的實施例的描述變得更清楚，這些實施例只是作為例子給出的，並且本發明不只局限於此，其中
圖1是應用於由發射機發送並由接收機接收的數據幀的編碼原理示意圖。
圖2是對本發明產生影響的各種的操作過程的順序進行描述的工作流程示意圖。
圖3是對構成本發明的特殊的操作過程的順序進行描述的工作流程示意圖。
圖4是表示一個包含本發明的接收機的通信系統的示意圖。
圖1用圖解法顯示了上述類型的由發射機發送並且由接收機接收的數據幀的編碼原理。其說明由ITU-H.324/M標準給出，但本發明同樣地完全可以使用其他的通信標準，比如H.32i系列，這對於那些本領域技術人員而言將是顯而易見的。
具體地說設計用於發射機與移動接收機之間進行通信的ITU-H.324/M標準是以H.223標準為根據的，H.223標準通過其4個附錄A-B-C-D控制各種多路復用任務的執行。這些附錄提供了通過可能易受幹擾的傳輸信道傳輸多媒體數據比如視頻圖像和/或音頻類型的數據的可能性，而且這些傳輸信道可能正是在傳輸到接收機的所述數據中產生差錯的根源。附錄C和D允許通過適用於被傳輸的數據的一種FEC(正向誤差校正)類型的算法增加不受誤差影響。為了這個目的，被傳輸的數據—由AL-SDUi(匹配層業務數據單元)定義並參照101—首先被分割為可調寬度的基本數據單元幀AL-SDUi，參照102。然後循環冗餘檢驗數據CRC(循環冗餘校驗)被混合到每個數據幀AL-SDUi，並且如此形成的數據整體105控制RCPC(速率兼容收縮卷積)或Reed—Solomon碼進行編碼。在下一步中，為了實現重建在傳輸過程中丟失的任何數據的目的，冗餘數據R是和先前已編碼的數據相連繫的。如此形成的數據106加上一個報頭HDR使得其能夠獲得AL-PDU(匹配層協議數據單元)類型的數據幀，參照103，並且指定經過多路復用後被傳輸到接收機，以便傳送MUX-SDU類型的數據幀，參照104。
圖2是一個描述影響本發明的特殊的工作順序的工作流程示意圖。
數據CRC—作為由發射機發射的起始數據的特徵一允許在接收機部分對接收到的，由數據幀MUX-SDU進行解多路復用後的數據幀AL-SDUi的合法性進行確認使用的數據CRC構成接收數據幀的一個自動確認過程。然後，如果對輸入的數據AL-SDUi參照205執行CRC確認參照201得到一個正的結果，參照箭頭r1，則可以對傳輸的數據進行解碼而不需要採取任何特殊的保護措施，因為在傳輸過程中沒有差錯影響到相應的數據幀。在本發明的範圍中，其目的是估計傳輸數據的最小和最大誤碼率，這種類型的數據幀除了增加通過接收機接收到的位的總數之外，是不被考慮在內的。只有那些被操作過程201檢測至少有一個誤差的數據幀被計入對誤碼的累加，所以如果確認過程201出現一個負的值，參照箭頭f1，這意味著由發射機發射的數據通過傳輸信道後發生了變化並導致了誤差。然後相應的數據幀AL——SDUi被在202中處理以達到校正的目的。為實現這一目的，FEC算法的特殊的步驟被通過利用冗餘數據R而執行，這些冗餘數據R被同時地發送用於檢測誤差的校正。經過這個校正202後，對如此校正的幀執行一個確認操作對於確認這種校正的結果是必要的。這個確認過程是通過對已校正的數據幀應用自動確認碼CRC而執行的，在圖中則出現兩種可能性-確認過程203出現一個不正確的值，參照箭頭f2。這就是那種情況，比如，如果在通過通信信道進行傳輸的過程中輸入了大量的誤差，或者相當數量的數據被丟失。在這種情況下，相應的數據幀AL-SDUi被明確地認為是不可矯正的，並且構成這部分的所有的位都被認為是誤碼。
-確認部分203出現一個正確的值，參照箭頭r2。這意味著可以通過運用冗餘數據R在接收到的有錯誤的數據幀的基礎上重建最初的數據幀。
然後具有確定比率BERmin和BERmax功能的模塊204分析三種類型信號以便確定傳輸誤碼的數量。
-對所有位都被認為是誤碼的數據幀這些幀用來計算在接收機端接收到的數據的最大誤碼率BERmax；-與相應的校正數據幀比較至少有一個錯誤的數據幀；這些幀用來計算在接收機端接收到的數據的最小誤碼率BERmin。
為取得與最小和最大誤碼率相對應的一個平均值，上面所述的累積的誤碼值被在接收機部分所接收到的位的總數nb-total-bits上求平均值，這個總數nb-total-bits不僅是通過累加屬於無錯誤的幀的位，而且也要累加那些屬於有錯誤的幀的位而得到的。
圖3是描述用來估計所述誤碼率BERmin和BERmax所必須的特別的處理過程的示意圖。在收射機與接收機之間進行通信的情況下，這些特別的處理過程是通過分析接收到的不可矯正的錯誤數據幀301，接收到的錯誤數據302，以及相應的校正數據幀303而進行的。
為估計接收數據的誤碼率，一個二進位比較器304被用在接收到的錯誤數據幀和相應的校正數據幀303之間。這個比較器的目的是確定包含在各個數據幀303中的錯誤位的數量。一旦這些數據幀被校正後，可以執行一個二進位「異一或」門的操作，用來獲得一個二進位字，其中校正後的位具有一個「高」的電平。在各個數據幀中接收的誤碼的數量是直接地通過加法器305對具有「高」電平的位求和而獲得的。最後，如此累加得到的誤碼數在接收機端所接收到的位的總數nb-total-bits上求平均值的計算是在306中進行的，用來提供接收數據的最小誤碼率的值。所述總數nb-total-bits是不僅通過累加屬於無錯誤的位而且同樣累加屬於有錯誤幀的位而獲得的。
為了估計接收數據的最大誤碼率，一個對不可矯正的錯誤數據幀301的分析被執行。後者有時不能被校正，例如由於包含在這些幀中的誤碼數量太多。如果情況是這樣，這些幀中所有的位都被認為是錯誤的。這樣處理過程307把包含在各個數據幀301中的位的數量相加在一起。一個把目前在數據幀302中的錯誤位的數量和幀301的錯誤位的數量累加處理的過程308，使獲得一個在通過通信信道被傳輸的數據中實際的誤碼數量的上限值成為可能。最後，在309中這樣累加的誤碼數量在接收機端接收到的位的總數nb-total-bits上求出一個平均值以便得出接收數據的最大誤碼率BERmax的值，所述的總數nb-total-bits是不僅通過累加屬於無錯誤的幀的位而且同樣累加屬於有錯誤幀的位而得到的。
對於由傳輸信道引起的實際誤碼率結構是這樣獲得的，由於不可矯正的數據幀是很少的，這個結構在比率上是更可靠的，因為這意味著檢測和校正孤立的誤碼是可能的，當幀包含多個不正確的數據時，仍然可能出現CRC在其檢測過程中失敗的情況。在那種情況下，有關幀的所有的位都被認為是錯誤的。然而，檢測失敗的可能性隨著CRC碼長度的增加而下降，在實踐中發現大部分的錯誤位能夠被一個具有16位長度的CRC碼逐個檢測出來，本發明導致非常顯著的成果，同時仍保持經濟性。
圖4是描述一個按照本發明包含一個發射機401和一個接收機402的通信系統的示意圖。發射機在這裡相當於基站，通過通信信道403發送按照圖1中所描述的原理進行編碼的數據幀，通信信道可能受到幹擾，並因此在通過發射機發送的數據中引起差錯。在接收端，接收機發現錯誤數據幀，以便用同樣包含在所述幀中的冗餘數據校正它們。同時，根據本發明，一個關於最小誤碼率BERmin和最大誤碼率BERmax的估計被做出，以便確定在通信信道中關於實際誤碼率的結構。一旦確定後，這個信息BERmin和BERmax被直接或間接地發送到發射機，使後者在向接收機傳輸的數據在冗餘水平與它們相匹配，以便削除由信道引起的誤碼。
對此可以考慮兩種解決辦法-或者經過一個「專有的」協議把BERmin和BERmax二者直接地發送給發射機。
-或者把BERmin和BERmax的值通過一個H.245類型的協議體系間接地發送，H.245協議體系是負責在不同的終端之間交換信息的。在這種情況下，在第一時間周期中BERmin和BERmax的值被分別地轉換為最小冗餘率和最大冗餘率，這些冗餘率最後被經過H.245類型的協議發送到發射機。在發射機一側一旦接收到這些冗餘率，包括最小和最大的，使得確定應用於向接收機發送數據幀的冗餘水平成為可能，例如通過選擇所述最小和最大比率之間的一個中間值。
在這種通信類型中，誤碼率BERmin和BERmax可以在每次通信的開始進行估計，或者周期性地進行，以便發射機在傳輸數據之前具有最有效的誤碼率供其使用。
一個通信系統，一個接收機，以及用來估計由通信信道引起的最小和最大誤碼率特殊的步驟已經被如此地描述和舉例說明。顯然，在不離開本發明的範圍的情況下為數眾多的修改可以應用於上述的實施例中；具體地說可能僅在接收機部分中使用所述最小和最大誤碼率。
權利要求
1.一種用來接收和處理通過傳輸信道發射的數據幀的接收機，包括a確認裝置，用來查證接收到的數據幀的合法性，以便在接收到的數據幀中檢測和確認無錯誤的和有錯誤的數據幀，所述的有錯誤的數據幀具有可矯正或不可矯正的特性；b校正裝置，用來校正誤差，該裝置作用於接收到的具有可矯正的錯誤的數據幀，以便生成校正數據幀；其特徵在於它還包括c比較裝置，用來把接收到的有錯誤的數據幀與相應的校正數據幀進行比較，以估計包含在所接收的數據幀的傳輸中的最小誤碼率；d分析裝置，用來分析具有不可矯正的錯誤的接收數據幀，以便估計包含在所接收到的數據幀的傳輸中的最大誤碼率；e傳輸裝置，用來向一個遠程設備發射與所述最小和最大誤碼率有關的信息。
2.如權利要求1中的接收機，其特徵在於比較裝置包括一個「異或」類型的二進位逐位算子，被加在接收到的有錯誤的數據幀和相應的校正數據幀之間，以便產生一個代表在所述校正數據幀中所包含的校正位的數量的輸出字。
3.如權利要求1中的接收機，其特徵在於用來分析接收到的具有不可矯正錯誤的數據幀的分析裝置包括a一個累加設備，用來表示包含在所述不可矯正數據幀中的位的數量；b一個加法器設備，用來把包含在校正數據幀中的校正位的數量與所述包含在不可矯正數據幀中的位的數量相加。
4.一種用來在發射機與接收機之間經過一個通信信道發射數據幀的通信系統，所述發射機包括用來保護髮射的幀的保護裝置，而所述接收機包括a確認裝置，用來查證接收到的數據幀的合法性，以便在接收到的數據幀中檢測和確認無錯誤的和有錯誤的數據幀，所述的有錯誤的數據幀具有可矯正或不可矯正的特性；b校正裝置，用來校正誤差，該裝置作用於接收到的具有可矯正的錯誤的數據幀，以便生成校正數據幀；其特徵在於該接收機還包括c比較裝置，用來把接收到的有錯誤的數據幀與相應的校正數據幀進行比較，以估計包含在所接收的數據幀中的傳輸中的最小誤碼率；d分析裝置，用來分析具有不可矯正的錯誤的接收數據幀，以便估計包含在所接收到的數據幀的傳輸中的最大誤碼率；e傳輸裝置，用來向一個遠程設備發射與所述最小和最大誤碼率有關的信息。
5.如權利要求4中的通信系統，其特徵在於發射機包括自適應裝置，用來使向接收機發射的幀的保護措施適應所述的最小和最大誤碼率。
6.一種電話裝置，包括一個如權利要求1所要求的接收機。
7.一種以接收機電平估計誤差的方法，用來估計在傳輸信道上的差錯，該方法包括a一個確認步驟，用來查證接收到的數據幀的合法性，以便檢測和確認接收到的有錯誤的數據幀和接收到的無錯誤的數據幀；b一個誤差校正步驟，用於對那些接收到的有錯誤的數據幀執行誤差校正，以便產生校正的數據幀，其特徵在於還包括以下步驟c一個比較步驟，用來把接收到的有錯誤的數據幀與相應的校正的數據幀進行比較，以估計包含在所接收的數據幀的傳輸中的最小誤碼率；d一個分析步驟，用來分析具有不可矯正的錯誤的接收數據幀，以便估計包含在所接收到的數據幀的傳輸中的最大誤碼率。
8.如權利要求7中所要求的方法，其特徵在於所述比較步驟包括一個「異或」類型的二進位逐位運算，被加在接收到的有錯誤的數據幀和相應的校正的數據幀之間，以便產生一個代表在所述校正數據幀中所包含的校正位的數量的輸出字。
9.如權利要求7中所要求的方法，其特徵在於用來分析接收到的具有不可矯正錯誤的數據幀的分析步驟包括a一個累加分步驟，表示包含在所述不可矯正數據幀中的位的數量；b一個加法分步驟，用來把包含在校正數據幀中的校正位的數量與所述包含在不可矯正數據幀中的位的數量相加。
10.一種用於對經過一個通信信道在發射機和接收機之間傳輸的數據幀進行誤差防護的方法，所述發射機包括一個用於對傳輸的幀的保護步驟，同時所述接收機包括a一個確認步驟，用於查證接收到的數據幀的合法性，以便檢測和確認接收到的有錯誤的數據幀和接收到的無錯誤的數據幀；b一個誤差校正步驟，用於對那些接收到的有錯誤的數據幀執行誤差校正，以便產生校正的數據幀，其特徵在於c該接收機還包括一個比較步驟，用來把接收到的有錯誤的數據幀與相應的校正的數據幀進行比較，以估計包含在所接收的數據幀的傳輸中的最小誤碼率；d該接收機還包括一個分析步驟，用來分析具有不可矯正的錯誤的接收數據幀，以便估計包含在所接收到的數據幀的傳輸中的最大誤碼率；e該接收機還包括一個傳輸步驟，用來把所述最小和最大誤碼率傳輸給所述發射機；f所述發射機包括一個自適應步驟，其中向接收機傳送的幀的保護是與所述最小和最大誤碼率相適應的。
全文摘要
一種構成一通信系統組成部分的接收機,通過一個易受幹擾的信道接收數據幀,該接收機執行對信道引起的最大和最小誤碼率的估計。接收機在第一時間周期中確認收到的數據幀的合法性,以檢測和確定收到的有錯誤的和正確的數據幀。然後,接收機對那些收到的能校正的有錯誤的數據幀進行校正,以產生校正後數據幀。有錯誤的位是通過在錯誤數據幀302和相應的校正數據幀303中的逐位比較處理過程被檢測出來的,這些錯誤位加到一起,然後在接收機收到的位的總數nb－total－bits上求平均值,以獲得傳輸過程的最小誤碼率。本發明通過把包含在那些不能被校正的數據幀301中的位的數量加在一起,也能估計出接收數據誤碼率的最大值。應用:在通信信道中估計誤碼率。
文檔編號H04L1/00GK1332524SQ01125439
公開日2002年1月23日 申請日期2001年6月23日 優先權日2000年6月27日
發明者J·L·波尼法斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司