CN101151836A

CN101151836A - 基于解码器度量的盲传输格式检测

Info

Publication number: CN101151836A
Application number: CNA2005800493544A
Authority: CN
Inventors: T·西皮拉
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: CN101151836B; WO2006106377A1; EP1869810A1; EP1869810B1; US8286058B2; US20090287984A1

Abstract

本发明涉及一种在数据网络中检测数据块的块长度的接收机设备和方法，其中，为多个候选块长度中的每一个计算用于解码操作的度量的相应理论最大值；对所述计算的相应理论最大值和所述度量的相应实际值进行比较，所述度量的实际值是由所述解码操作为所述多个候选块长度中的每一个获得的。于是，从所述多个候选块长度中选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度。

Description

基于解码器度量的盲传输格式检测

技术领域

本发明涉及一种方法、终端设备、网络元件和系统，用于在数据网络(例如第三代移动通信系统的无线电接入网络)中的盲传输格式检测。

背景技术

在从第三代无线电接入网络到终端设备的下行链路方向中，每一发送的数据块(称为传输块)的长度都不固定，而是基本上一直在变。因此，接收机不知道数据块的长度。术语“传输格式”在此用作传输块长度的同义词。传输格式还包含除了块长度的其它信息，但通过检测块长度来检测传输格式。可以使用传输格式组合指示符(TFCI)在控制信道中以信号传递特定传输块的长度。如果没有以信号传递长度，则接收机必须对块长度进行盲目地检测。该操作被称为盲传输格式检测(BTFD)。

3GPP(第三代合作伙伴项目)规范指定了三种类型的BTFD。它们的名称和概述简单描述如下：

1.显式盲传输格式检测(EBTFD)，其中，基站已经发送包括数据和循环冗余校验码(CRC)的传输块。数据块的长度未知，但可能的长度集合已知。接收机必须估计哪一块长度是最可能的块长度。

2.引导传输格式检测(GTFD)，其基本上不需要附加的计算。EBTFD的结果用于GTFD。

3.单一传输格式检测(STFD)，其中，基站要么尚未发送任何东西，要么已经发送了包括数据和CRC的传输块(集合)。换句话说，传输块仅可以有一个长度。传输块以该长度被发送或者不被发送。接收机必须估计哪个选项是最有可能的。

下面，描述用于盲传输格式检测的两种已知方法。

对于STFD，其中可能的数据率是零和全速率(full rate)，并且仅以全速率发送CRC，可以使用采用所接收的功率比的盲传输格式检测。于是，使用专用物理数据信道(DPDCH)比专用物理控制信道(DPCCH)的平均接收功率比来进行传输格式检测。具体地说，从在无线电帧上的每时隙的所有导频和功率控制比特，计算每DPCCH比特的所接收功率Pc。于是，从在无线电帧上的每时隙的X比特，计算每DPDCH比特的所接收功率Pd，其中，X标明当传输格式与全速率对应时每时隙的DPDCH比特的数量。如果确定平均接收功率比Pd/Pc大于用于传输格式检测的阈值T，则检测到全速率传输格式。否则，检测到零速率传输格式。

对于EBTFD，在可能的数据率为0，......(全速率)/r，......，全速率，并且对所有传输格式都发送CRC的情况下，可以使用采用CRC的盲传输格式检测。在发射机处，使用循环冗余校验(CRC)对具有来自更高层的可变数量的比特的数据流进行块编码，其后进行卷积编码。仅在具有可变数量的比特的数据之后附加CRC奇偶校验比特。

图2示出具有可变数量的比特的数据的示例。在该示例中，可用四种可能的传输格式，并且所发送的结束比特位置已经被选择为n_end＝3。

在已知的使用CRC的盲传输格式检测中，基于层3(L3)协商接收机仅知道可能的传输格式(或可能的结束比特位置)。接收机对软判决采样序列执行Viterbi解码。Viterbi解码器的正确网格路径结束在正确结束比特位置处的零状态。使用CRC的盲传输格式检测方法在每一可能的结束比特位置处追溯在零状态结束的存活网格路径，以恢复数据序列。对于每一恢复的数据序列，通过校验CRC来执行误码检测，如果没有误码，则宣告所恢复的序列正确。

定义以下变量：

S(n_end)＝-10log((a₀(n_end)-a_min(n_end))/(a_max(n_end)-a_min(n_end)))[dB](1)

其中，a_max(n_end)和a_min(n_end)是在结束比特位置n_end处所有存活路径中的最大路径度量值和最小路径度量值，a₀(n_end)是在零状态处的路径度量值。

通常，术语“度量”在下文中用于标明在所接收的码字或信号与所允许的或候选的码字或信号之间的相似性的测量结果，所述所允许的或候选的码字或信号由下面的编码过程来定义。

为了减少错误检测的概率(如果所选择的路径错误但CRC错过了误差检测，则出现此情况)，引入路径选择阈值D。阈值D在每一结束比特位置n_end处确定是否应该追溯连接到零状态的假定网格路径。如果发现满足下式的连接到零状态的假定格状路径：

S(n_end)≤D (2)

则追溯路径以恢复帧数据，其中，D是路径选择阈值和设计参数。

如果发现满足式(2)的多于一个的结束比特位置，则具有S(n_end)最小值的结束比特位置被宣告为正确。如果即使在已经耗尽所有可能的结束比特位置之后也没有发现满足式(2)的路径，则宣告所接收的帧错了。

然而，上述已知过程很复杂，并且需要分开地处EBTFD和STFD。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种更通用并且较不复杂的盲传输格式检测方法，其既可以用于EBTFD，又可以用于STFD。

该目的通过用于从数据网络接收数据块的接收机设备来实现，所述接收机设备包括：

·计算装置，用于对多个候选块长度中的每一个计算用于解码操作度量的相应理论最大值；

·比较装置，用于对所述所计算的相应理论最大值和所述度量的相应实际值进行比较，所述度量的实际值是由所述解码操作为所述多个候选块长度中的每一个获得的；以及

·确定装置，用于基于所述比较装置的比较结果，从所述多个候选块长度中选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度，并用于基于所述所选择的候选块长度确定所述数据块的所述块长度。

更进一步地，上述目的通过一种在数据网络中检测数据块的块长度的方法来实现，所述方法包括以下步骤：

·对多个候选块长度中的每一个计算用于解码操作度量的相应理论最大值；

·对所述所计算的相应理论最大值和所述度量的相应实际值进行比较，所述度量的实际值是由所述解码操作为所述多个候选块长度中的每一个获得的；

·基于所述比较步骤的比较结果，从所述多个候选块长度中选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度；以及

·基于所述所选择的候选块长度确定所述数据块的所述块长度。

由此，提供一种灵活直接的盲传输格式检测的方案，该方案使得能够以相同的算法或过程来处理在传统上分开处理的情况，例如EBTFD和STFD。此外，可以减少复杂度，尤其是在控制部分中。这种基于对实际路径度量和理论路径度量的比较的灵活方法能够实现更一致的性能，较少依赖于数据块长度。可以在不对传统接收机设备进行重大改变的情况下来取得这样的实现。

可以假定最长块长度来执行解码操作，其中，在解码操作期间保存各个实际值。在特定情况下，例如STFD，可以通过将编码率乘以解码操作的输入矢量的长度来确定所述最长块长度。

在例如EBTFD的情况下，所述比较可以包括校验所接收的数据块的纠错码，其中，所述确定包括：从具有肯定纠错校验结果的那些候选块长度中，选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度。如果仅所述候选块长度中的一个示出肯定纠错校验结果，则所述确定可以包括选择具有肯定纠错校验结果的候选块长度。

在例如STFD的情况下，所述比较可以包括校验所接收的数据块的纠错码，其中，所述确定包括：当已经获得肯定纠错校验结果时确定数据出现。当已经在所述比较步骤中获得否定纠错校验结果并且已经确定在相应实际值和相应理论最大值之间的比率高于预定阈值时，也确定数据出现。所述预定阈值可以基于一个数据块中在未编码数据比特的数量和编码之后的比特的数量之间的比率来确定。

所提出的方案可以被实现为接收机设备的具体硬件电路或集成芯片器件，或被实现为计算机程序产品，所述计算机程序产品包括当运行在计算机设备上时产生上述功能步骤的代码单元，所述计算机设备可以被设置在接收机设备中或被连接到接收机设备。所述计算机程序产品可以被提供在计算机可读介质上。

附图说明

以下，将参照附图基于优选实施例来描述本发明，其中：

图1示出可以实现本发明的网络架构的示意图；

图2示出具有可变比特数量和不同传输格式的数据的示例；

图3示出根据优选实施例的盲传输格式检测功能的示意性框图；

图4示出根据优选实施例的用于EBTFD的盲传输格式检测过程的示意性流程图；以及

图5示出根据优选实施例的用于STFD的盲传输格式检测过程的示意性流程图。

具体实施方式

现将基于如图1所示的第三代宽带CDMA(WCDMA)无线电接入网络架构来描述优选实施例。

如UMTS(通用移动通信系统)的第三代移动系统被设计为将范围宽泛的服务和应用提供给移动用户。移动用户通过基于WCDMA的UTRAN(UMTS地面无线电接入网络)得到对UMTS的接入。基站或Node B20、22终止L1空中接口，并将上行链路业务量从UE 10转发给RNC 30、32。RNC 30、32负责无线电资源管理(RRM)，并控制它们的UTRAN部分内的所有无线电资源。RNC30、32是用于UE 10的关键接口伙伴，包括朝向核心网络40的接口实体，其例如经由UMTS移动交换中心或服务GPRS(通用分组无线服务)支撑节点(SGSN)。在UTRAN内，使用异步传输模式(ATM)作为用于UTRAN节点(即RNC和NodeB)的地面互联的主更传输技术。

在图1所示的简化示例架构中，UE 10经由空中接口连接到第一NodeB 20和/或第二Node B 22。第一Node B 20和第二Node B 22经由相应的lub接口连接到第一RNC 30和第二RNC 32，第一RNC 30和第二RNC 32经由lur接口彼此连接。Node B 20、22是逻辑节点，负责在一个或多个小区中向UE 10发送和从UE 10接收，并终止朝向相应RNC 30、32的lub接口。RNC 30、32经由lu-CS接口提供对用于电路交换业务量的核心网络40的连接，并经由lu-PS接口提供对用于分组交换业务量的核心网络40的连接。应注意，在典型情况下，多个Node B连接到相同RNC。

图3示出根据优选实施例的盲传输格式检测功能的示意性框图，可以在终端设备(例如UE 10)或基站设备(例如Node B 20、22)提供所述功能。所接收的数据块的块长度BL或传输格式被检测或确定如下：

为所有可能的非零长度候选块长度CBL_i计算相应的理论最大值TMPM_i，其用于Viterbi解码器阶段或功能30的累积路径度量。基于所接收的输入信号DI和可能的候选块长度CBL_i，在Viterbi解码器功能30中确定实际的累积路径度量PM_i。于是，在比较阶段或功能40将所获得的实际路径度量PM_i与所计算的理论最大路径度量TMPM_i进行比较。比较功能40被配置为：为每一候选块长度CBL_i，确定或计算在实际路径度量PM_i和理论最大路径度量TMPM_i之间的相应比率AtoT。最终，在确定阶段或功能50，具有最高实际理论比率AtoT的候选块长度CBL_i被选择和确定为块长度BL。如果将零长度候选与非零长度候选进行比较，则如果实际理论比率AtoT高于预定阈值，则选择非零候选。

如下获得实际路径度量PM_i和理论最大路径度量TMPM_i：使

其中

实数集，作为到Viterbi解码器或功能30所执行的Viterbi算法的输入信号DI。N是输入矢量的长度。数据字(即Viterbi算法的输出)具有NR的长度，其中R是编码率。Viterbi算法用于对最可能的码字进行判决的度量(路径度量)本质上是相关度量。可以看出，这是AWGN(加性高斯白噪)信道中的最大似然(ML)度量。在网格结束处的状态零的累积路径度量是在输入信号r与可以在码书(即所有可能的码字的集合)中找到的最接近码字之间的相关性的数值。

在最大似然码字c＝[c[0]，...，c[N-1]]∈{±1}^N和所接收的信号r之间的相关性是在网格结束处的状态零的(累积)路径度量。因此，如下获得实际路径度量PM：

PM = r \cdot c = Σ_{n = 0}^{n = N - 1} r (n) c (n) = Σ_{n = 0}^{n = N - 1} \{\begin{matrix} r (n), & if & c (n) = 1 \\ - r (n), & if & c (n) = - 1 \end{matrix} - - - (3)

可以注意，路径度量PM是以每一符号反转或不反转的方式的输入矢量的元素之和，反转与否取决于c中对应元素的值(+1或-1)。从式(3)可见，如果给定r，则存在最大路径度量，可以计算最大路径度量而无需进行实际的Viterbi解码(即无需获知c)。理论最大路径度量的值是：

TMPM = Σ_{n = 0}^{n = N - 1} | r (n) | - - - (4)

当所有负的采样都使其符号改变而正采样不改变时，实现该理论最大路径度量的值。对于无噪声和无差错输入矢量，实际路径度量PM将等于理论最大路径度量TMPM。

如果ML-估计的c等于所发送的码字c_TX，则可以看出实际路径度量PM比当其不相等时更接近于理论最大路径度量TMPM。并且自然地，当c与c_TX稍微不同时，实际路径度量比当c与c_TX差异很大时更接近于TMPM。此外，r包含越多噪声，实际路径度量越远离TMPM。在极端的情况下，当仅有噪声而没有数据时，实际路径度量应该处于离开TMPM最远(在平均意义上)。

因此，可以如下定义判决度量：

AtoT = \frac{PM}{TMPM} = \frac{Σ_{n = 0}^{n = N - 1} r (n) c (n)}{Σ_{n = 0}^{n = N - 1} | r (n) |} - - - (5)

这是实际路径度量PM比理论最大路径度量TMPM的比率。AtoT(实际比理论)的最大值是1.0。粗略的经验法则是：AtoT越接近于1.0，输入信号就越可能包含某些真实数据。事实上，无噪声和完全正确的输入信号将产生AtoT＝1.0。

下面，描述用于EBTFD的上述检测过程的使用。在EBTFD中，基本问题设置如下：基站或Node B已经发送包括数据和CRC的传输块(集合)。数据块的长度未知，但可能的长度集合已知。在终端设备处的接收机必须估计哪个块长度是最可能的块长度。

图4示出根据优选实施例的用于EBTFD的盲传输格式检测过程的示意性流程图。

在步骤101，采用候选块长度CBL_i列表中的最长块长度，由Viterbi解码器功能30来执行Viterbi解码。在Viterbi运行期间，为每一候选块长度CBL_i存储或保存实际路径度量PM_i的值。作为替换选项，Viterbi算法可以对于每一候选块长度CBL_i分开地运行，于是，从每一运行保存实际路径度量PM_i。

于是，在步骤102，根据式(4)，为所有可能的块长度CBL_i，通过计算功能20来计算相应的理论最大路径度量TMPM_i。可以和Viterbi解码并行地或分开地进行该过程。在接下来的步骤103中，例如通过比较功能40或图3中未示出的单独的功能，为候选块长度CBL_i的列表中的最长块长度执行CRC解码。在CRC解码运行期间，保存用于其它候选块长度的中间CRC结果。

在接下来的分支步骤104中，判断是否仅候选块长度CBL_i中的一个示出OK CRC结果(即已经确定正确的CRC)。如果这样，则通过确定功能50在步骤105选择对应的候选块长度，并确定所述对应的候选块长度作为有效的或所估计的块长度BL。可以在图3的比较功能40处来执行该处理。如果有很多候选块长度或没有候选块长度示出OK CRC结果，则通过确定功能50从候选块长度当中选择如根据式(3)所计算的具有最大AtoT的一个候选块长度，并在步骤106将其确定作为合拍的有效或所估计的块长度BL。

下面描述用于STFD情况的上述检测过程的使用。在STFD中，基本问题设置如下：基站要么尚未发送任何东西，要么已经发送了包括数据和CRC的传输块(集合)，该数据和CRC传统地用长度N的被编码矢量来编码。在接收机中，必须估计哪个选项是更加可能的——没有数据或“全速率”。

图5示出根据优选实施例的用于STFD的盲传输格式检测过程的示意性流程图。在此，比率AtoT可以用于如下判决是否存在数据：

在步骤201，假定存在长度NR的数据，在Viterbi解码器功能30执行Viterbi解码。保存最终路径度量PM_i。于是，在步骤202，例如通过比较功能40或图3中未示出的单独的功能来执行CRC解码。

在可以通过比较功能40来执行的接下来的分支步骤203中，判断CRC是否显示OK。如果显示OK，则在步骤204通过确定功能50来判断存在数据，过程在此停下。另一方面，如果在步骤203CRC显示NOT OK，则在步骤205，通过比较功能40根据式(3)计算比率AtoT。可以与步骤203所指的Viterbi解码并行地进行该处理。

在接下来的第二分支步骤206中，通过比较功能40将比率AtoT与预定阈值p进行比较。如果比率AtoT大于阈值p，则在步骤207通过确定功能50判断存在数据。

可以用多种方式来计算变量p，但在本发明的优选实施例中，如下计算变量p：

p＝min{alog₂(R_eff)+b，p_max}(6)

其中，a和b是可调参数，p_max是略小于1.0的数，例如p_max＝0.99。由于比率AtoT可能永远不大于1.0，因此参数p_max确定p既不等于也不大于1.0。变量R_eff是有效编码率，根据(在一个所发送的数据块中)未编码的数据比特的数量比编码并可能穿孔之后的比特数量的比率来计算。

总之，已经描述了在数据网络中检测数据块的块长度的接收机设备和方法，其中，为多个候选块长度中的每一个计算用于解码操作的度量的相应理论最大值，对所述所计算的相应理论最大值和所述度量的相应实际值进行比较，所述度量的实际值是由所述解码操作为所述多个候选块长度中的每一个获得的。于是，从所述多个候选块长度中选出具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度，以确定数据块的块长度。

注意，本发明不限于上述优选实施例，而是可以结合任意种类的数据网络中的任意数据块的块长度检测来实现，其中，使用基于路径度量计算的解码操作。具体地说，本发明不限于蜂窝网络的下行链路方向，并可以在任意数据传输链路中实现。本发明不限于使用卷积码或Viterbi算法的传统编码系统。本发明已经结合用于示例性简单度量而不是累积路径度量的其它编码方案而被成功地实现了。因此，优选实施例可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种从数据网络接收数据块的接收机设备，所述接收机设备包括：

a)计算装置(20)，用于为多个候选块长度中的每一个计算用于解码操作的度量的相应理论最大值；

b)比较装置(40)，用于对所述计算的相应理论最大值和所述度量的相应实际值进行比较，所述度量的实际值是由所述解码操作为所述多个候选块长度中的每一个获得的；以及

c)确定装置(50)，用于基于所述比较装置(40)的比较结果，从所述多个候选块长度中选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度，并用于基于所述选择的候选块长度确定所述数据块的所述块长度。

2.如权利要求1所述的设备，进一步包括：解码器装置(30)，用于执行所述解码操作。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述解码操作包括Viterbi解码。

4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述解码器装置(30)适用于假定最长块长度来执行所述解码操作，并适用于在所述解码操作期间保存所述相应实际值。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述解码器装置(30)适用于：通过将编码率乘以所述解码操作的输入向量的长度来确定所述最长块长度。

6.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述比较装置(40)适用于校验所接收的数据块的纠错码，并且其中，所述确定装置(50)适用于：从具有所述比较装置(40)的肯定纠错校验结果的那些候选块长度中，选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述确定装置(50)适用于：如果仅所述候选块长度中的一个示出肯定纠错校验结果，则选择具有所述比较装置(40)的肯定纠错校验结果的候选块长度。

8.如前述权利要求中的任意一项所述的设备，其中，所述比较装置(40)适用于校验所接收的数据块的纠错码，并且其中，所述确定装置(50)适用于：当已经由所述比较装置(40)获得肯定纠错校验结果时确定数据出现。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述确定装置(50)适用于：当已经由所述比较装置(40)获得否定纠错校验结果并且已经由所述比较装置(40)确定在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的比率高于预定阈值时，确定数据出现。

10.如权利要求9所述的设备，其中，所述预定阈值是基于一个数据块中在未编码的数据比特的数量和编码之后的比特的数量之间的比率来确定的。

11.一种网络元件，包括如权利要求1至10中的任意一项所述的接收机设备。

12.一种终端设备，包括如权利要求1至10中的任意一项所述的接收机设备。

13.一种检测数据网络中的数据块的块长度的方法，所述方法包括以下步骤：

a)对多个候选块长度中的每一个计算用于解码操作的度量的相应理论最大值；

b)对所述计算的相应理论最大值和所述度量的相应实际值进行比较，所述度量的实际值是由所述解码操作为所述多个候选块长度中的每一个获得的；

c)基于所述比较步骤的比较结果，从所述多个候选块长度中选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度；以及

d)基于所述选择的候选块长度确定所述数据块的所述块长度。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述解码操作包括Viterbi解码。

15.如权利要求13或14所述的方法，其中，假定最长块长度来执行所述解码操作，并且其中，在所述解码操作期间保存所述相应实际值。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述最长块长度是通过将编码率乘以所述解码操作的输入矢量的长度来确定的。

17.如权利要求13至16中任意一项所述的方法，其中，所述比较步骤包括校验所接收的数据块的纠错码，并且其中，所述确定步骤包括：从具有所述比较步骤的肯定纠错校验结果的那些候选块长度中，选择具有在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的最高比率的候选块长度。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述确定步骤包括：如果仅所述候选块长度中的一个示出肯定纠错校验结果，则选择具有所述比较步骤的肯定纠错校验结果的候选块长度。

19.如权利要求13至18中的任意一项所述的方法，所述比较步骤包括校验所接收的数据块的纠错码，并且其中，所述确定步骤包括：当已经在所述比较步骤中获得肯定纠错校验结果时确定数据出现。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述确定步骤包括：当已经在所述比较步骤中获得否定纠错校验结果并且已经在所述比较步骤中确定在所述相应实际值和所述相应理论最大值之间的比率高于预定阈值时，确定数据出现。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述预定阈值是基于一个数据块中在未编码的数据比特的数量和编码之后的比特的数量之间的比率来确定。

22.一种计算机程序产品，包括用于当在计算机设备上运行时产生方法权利要求13至21中的任意一项的步骤的代码单元。

23.一种计算机可读介质，包括如权利要求22所述的计算机程序产品。

24.一种集成芯片器件，如根据权利要求1至10中的任意一项所述的接收机设备那样被配置。

25.一种系统，用于在数据网络中发送数据包，所述系统包括如权利要求11所述的网络元件和如权利要求12所述的终端设备。