CN1257627A - 无线电通信系统中的比特检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及利用重复来保护并且与其重复一起具有可获得的给出其接收值的可靠性测量的相关软值的比特的检测方法。具体地,本发明可以用于GSM移动通信系统中的语音编码,并且更具体地可用于没有利用信道编码保护的称为脉冲5的那些等级2比特的检测。在GSM中增强的全速率(EFS)传输中具有4个称为脉冲5比特的比特。将这些脉冲5比特重复两倍,这样每个原始比特得到3个比特,总共得到12个脉冲5比特。这些比特具有由均衡器产生的相关软值及其可靠性的概率测量。这些相关软值则在本发明中用于改善只利用所产生的3个比特之间的多数判决而不利用其相关软值来检测脉冲5比特的现有技术的这些脉冲5比特的检测。

Description

无线电通信系统中的比特检测方法

本发明一般涉及利用重复来保护并且与其重复一起具有可获得的给出其接收值的可靠性测量的软值的的比特的检测方法。具体地，本发明可以用于GSM移动通信系统中语音参数的解码处理中，更具体地，可用于未用信道编码保护的增强的全速率语音(EFS)中称为脉冲5比特(pulse5)的那些等级2比特的检测。

在GSM中，语音被数字化并且被分割成20ms的片。将一个20ms语音帧设计为包含260个比特，并且根据其保护电平将这些比特分为三个比特组，即等级1a、1b和等级2。每20ms发送的语音帧给出13千比特/秒的净比特率。GSM中将正常传输模式称为全速率语音(FS)。

GSM中另一种选择是增强的全速率语音(EFS)，这比普通的全速率语音(FS)更有效。虽然FS使用260个比特来编码不同的语音参数，但EFS只需244个比特来编码同一信息。因此，与FS相比，EFS有16个额外的比特能用于保护其它的一些比特。将8比特循环冗余校检(CRC)用于一些比特(即，等级1b比特)的检错，而将16个比特中的其它8个比特用于保护称为脉冲5比特的一些其他比特。

在EFS中具有语音编码器生成的称为脉冲5比特的某些比特。这些比特不用信道编码进行保护，而是通过重复来进行保护。在每个语音帧中，具有4个脉冲5比特，通过将每个脉冲5比特重复两次来进行保护，这样在每个语音帧中就总共有12个(4×(1脉冲5比特+2次重复))脉冲5比特。

系统必须检测发送的每一个比特的值。当今，利用多数判决来检测脉冲5比特。由于每个脉冲5比特重复两次，所以在三个得到的比特之间进行多数判决；如果三个比特中的二个比特为0，则判定发送的脉冲5比特的值等于0。GSM规范本身并没有要求特定的检测方法，而仅要求必须将每个脉冲5比特重复。

然而，由于现有技术方法不利用均衡器中提供的“软”值，所以现有技术方法仍存在一个问题。这些值提供接收比特的可靠性测量。利用均衡器提供的某些软值的本发明建议一种更好的方法。

在当前的GSM系统中，使用除了比特本身之外还提供有关接收比特的某些软值的Viterbi(维特比)均衡器。此均衡器的输出既给出接收时的比特值，又给出其可靠性的测量。此可靠性的测量是以此比特实际等于0或1的概率形式。如果忽略该软值，现有的方法不如本发明所建议的方法可靠。

例如，在现有技术系统的目前状态中，在两个比特具有相同的值(如，2个1)时进行多数判决，而不管其可靠性可能低(即，低软值)的事实。另外，可以具有另一值(如，0)的第三比特的可靠性可能高。在此例子中，现有技术状态检测1的值，而本发明检测0的值，因为0是根据软值最有可能进行重复的比特。

在当前信道解码处理中通常使用这些软值的目前系统的解码器中可获得这些软值。本发明建议修改现有系统的结构来利用这些软值对脉冲5比特的值进行软判决。替代多数判决的此软值的使用的模拟在这些脉冲5比特的检测中显示约4.5dB改善的C/I和SNR的性能。

如所看出的，利用简单的多数判决来决定GSM语音帧中脉冲5比特值的现有方法目前存在着问题。本发明的目的是利用均衡器提供的那些软值来解决这个问题。在当前系统中，这些软值仅利用于信道解码而不用于脉冲5比特的检测。因为能从均衡器提供比特的可靠性测量，所以能增加确定脉冲5比特值的判决的可靠性。

增强的全速率(EFS)语音帧中的每个语音帧使用260可利用比特中的244比特来编码语音，剩余的16个比特可用于其它比特的保护。在260比特之中，有4个比特称为脉冲5比特。这4个比特均重复两次，得到总共12个比特。对于总共四个的脉冲5比特的每个，具有3个软值，即原始比特的软值加上两个重复的软值。

均衡器对于这三个比特中的每一个比特产生一个软值。在方法的第一个步骤中，选择其值等于0的比特。然后，将这些比特的软值相加在一起以便产生称为SumSoft0的值，这将是指定脉冲5比特的等于0的所有比特的软值总和。

本发明的下一步骤为同样选择其值等于1的比特。然后，将这些比特的软值相加在一起以便产生称为SumSoft1的值，这将是指定脉冲5比特的等于1的所有比特的软值总和。

在确定SumSoft0和SumSoft1的值之后，根据下面的算法进行判决：

如果SumSoft0＞SumSoft1，则

    脉冲5比特：＝0

而如果SumSoft0＜SumSoft1，则

    脉冲5比特：＝1

否则

    进行普通多数判决。

本发明改善了现有系统在脉冲5比特的检测中的性能。现有系统所执行的正常多数判决只能纠正一个比特错误。如果在分配给每个脉冲5比特的三个比特中有二个比特错误，则将发生不正确的判决。利用这些比特中每一个比特的软值作为其概率与可靠性的测量，改善了性能。测试模拟表明在这些比特的检测中C/I和SNR的性能提高近4.5dB。

尽管本发明的最佳实施例最初集中在GSM系统中的脉冲5比特的检测上，但此算法同样可以用于更广的应用中。如利用脉冲5比特所进行的使用重复来保护比特，由于其效率低而并不常用。然而，比特及其重复的软值的额外可利用性有可能利用本发明来检测利用重复保护并具有可用的“软”值的任何比特。

现将参考仅利用示例给出的和附图中所示的本发明优选实施例来更详细地描述本发明，其中：

图1是表示在变量SumSoft01与SumSoft0之间进行比较的根据本发明执行的方法流程图；

图2是表示根据特定算法执行图1比较的根据本发明执行的方法的流程图；

图3是表示在比特及其重复的总数为奇数时根据本发明执行的方法流程图；

图4是表示在比特及其重复的总数为偶数时根据本发明执行的方法流程图；

图5是在接收无线电信号时使用的GSM移动通信系统一部分的方框图；

图6是GSM增强全速率(EFS)语音帧以及如何在等级1a、等级1b和等级2之间分配各种比特的方框图；

图7是表示根据本发明执行的优选实施例的流程图；

图8是表示模拟说明本发明超过现有技术的在GSM系统中的脉冲5比特的检测中改善性能的模拟结果的图。

在图1示出本发明在用于检测通信系统接收的比特值时的流程图。在某些系统中，比特利用其值的重复进行保护。

另外，诸如下面更详细描述的GSM系统的某些系统也具有所有接收比特的“软”值，这些软值是接收比特可靠性的测量。如果比特接收为1，例如，此软值给出此比特实际为1的概率测量。这些软值能用来增加重复比特的使用效率。一般地，系统重复比特，重复偶数次，这将得到原始比特加上其重复的总共奇数个比特。系统则将通过根据原始比特及其重复的大多数值进行多数判决来进行有关发送的原始比特值的判决。

在图1示出本发明利用软值的可利用性来完善此多数判决方法的流程图。软值的使用将在GSM系统中脉冲5比特的优选实施例检测描述中更具体地进行描述，在图1所示方法的第一步骤110，选择这些比特之中其值为0的将进行保护的比特。这些比特是来自原始比特及其重复的比特。然后将这些比特的软值相加，步骤120，以便得到称为SumSoft0的值，这将是指定比特及其重复之中等于0的所有比特的软值总和。

本发明的下一步骤是同样从原始比特及其重复中选择其值等于1的比特，步骤130。然后将这些比特的软值相加，步骤140，以便得到称为SumSoft1的值，这将是指定比特及其重复之中等于1的所有比特的软值总和。

在确定SumSoft0和SumSoft1的值之后，在两者之间进行比较，步骤150，并随后根据此比较的结果进行有关发送的原始比特值的判决，步骤160。

比较可以利用各种算法进行，但是优选方法为图2所示的。确定SumSoft0和SumSoft1的值，步骤210-240，与图1中的步骤110-140相对应。然后，在确定SumSoft0和SumSoft1的值之后，根据下面的算法进行判决：

如果：SumSoft0＞SumSoft1(步骤250)，则

      比特：＝0(步骤260)

而如果SumSoft0＜SumSoft1(步骤270)，则

      比特：＝1(步骤280)。

在图3中能明白本发明的改进。在对应图3的步骤370的图2的步骤270之后，仍有可能SumSoft0＞SumSoft1或SumSoft0＜SumSoft1都不是。如果进行奇数次原始比特的重复，则从原始比特和其重复中可得到总数为奇数的比特。在这种情况下，将在原始比特和其重复之间进行简单的多数判决，步骤390。例如，假设原始比特为0，并且有4个重复，一个等于0并且其余三个等于1。然而，SumSoft0＞SumSoft1或SumSoft0＜SumSoft1都不是，则在原始比特的值为1的5个比特之间进行简单的多数判决。

在图4中表示执行奇数次原始比特重复的情况。在这种情况下，由于原始比特加上重复的比特的总数是偶数，所以不能进行简单的多数判决。相反地，选择最高软值的值，步骤490。系统然后检查以看看是否大多数1或0具有此最高软值，步骤492。随后选择发送的原始比特值为具有此最高软值的比特的值，步骤492。例如，如果2个0和1个1都具有此相同的最高软值，那么系统选择0为原始比特的值。

如果相等数目的1和0具有此同一最高软值，则对于下一个最高的软值重复此步骤，步骤493。在某一点上，将达到一个软值，此软值将具有其软值等于此值的原始比特及其重复之中大多数的1或0。然后将发送的原始比特的值设置为此值，步骤492。

图5是表示GSM系统中使用的一部分无线电接收机系统的方框图，这将表示本发明的优选实施例。例如，基站的接收机520的天线510在某一无线电信道上接收无线电信号。通过此信道发送的信号(例如，数据、语音)例如由于衰落而可能严重地失真，以致发送的脉冲串导致失真的语音帧。

接收机520将无线电信号变换为基带信号，接收机520随后将此基带信号发送给均衡器530，然后在均衡器530中解调此信号。均衡器530也补偿无线电信道所引起的失真(如，多径传播、时间扩散等)。例如，GSM中的Viterbi均衡器530一般用于此目的。

“软”信息是从均衡器530获得的并且是每个比特可靠性的测量。有几种不同的获得给出此可靠性各种测量的“软”信息的方法。例如，在使用格子解码的系统中软值可以通过下列途径获得。格子(Trellis)(采用Viterbi算法)的每个状态都计算二个度量标准，M0和M1。每个状态也具有如下定义计算的软值：软值＝|M0-M1|。所使用的软值对应格子中判定的路径。

均衡器530将信号发送给去交织器540，此去交织器540重排比特流，以使比特流以与它最初离开信道编码器时的顺序相同的顺序进入信道解码器。

此信号随后发送到信道解码器550，以便执行与发射机端上信道编码器所执行的操作相反的操作，即从所知的冗余比特和所知的信道编码(例如，卷积码)中恢复发送的信息。

所解码的语音帧逐个语音帧地从信道解码器550传送到语音解码器560，在语音解码器560中对所接收的语音帧进行完全合成，以便将语音信号传送给转换器570，转换器570将语音信号从13比特均匀PCM变换为公用交换电话网络(PSTN)中使用的8比特/A律(A-Law)PCM。

在图6中可以看到根据GSM建议的包含260个比特的语音帧600。此语音帧分为三组，每组分别定义三个不同级别之一。50比特的一组指定给等级1a 610，132个比特的一组指定给等级1b 620，剩余的78个比特组指定给等级2 630。这260个比特在进行语音编码之后从语音编码器传送，以便形成数字化的语音。由于每20ms发送由260个比特组成的语音帧，所以这在全速率(FS)传输中得到13Kb/s的有效传输速率。在增强全速率(EFS)传输中，只利用244个比特来编码相关的语音参数，得到比12Kb/s稍多一点的速率。

等级1a 610：此50个比特的组610对传输误差最敏感并引起有关所发送和所解码的语音的可懂度的最成问题的结果。当在这些比特中发现了错误时，重复大部分紧前面的正确的语音帧。借助于作为控制比特加到50数据比特中的三个奇偶校验比特640进行此错误检测。

等级1b 620：此132比特的组不利用奇偶校验比特进行保护。加上四个比特作为所谓的尾比特650。这132个比特与等级1a比特相比有关可懂度对传输误差的敏感不同。

都包括三个奇偶校验比特和四个尾比特的等级1a和等级1b比特组合在一起并进行卷积编码。

等级2 630：这78个比特是对误差最不敏感的比特并且与等级1a和1b比特不同完全不利用附加比特来保护。

语音帧内这三组610、620、630比特包含50+132+78＝260个比特，不包括三个奇偶检验比特和4个尾比特，若将这些比特一起加上，则得到总共267个比特。在这267个比特中，53+136＝189个比特(参见第二组660)以速率＝1/2进行卷积编码265，于是另外增加了189个比特。这导致从信道编码器中输出的最后组670中总共378+78＝456个比特，这些比特然后进行交织以便包含在TDMA帧内。

如上所述，在GSM的增强全速率(EFS)传输模式中，由于语音编码方法更高的效率而只使用260个比特中的244个比特。这意味着，具有附加的16比特可以用来保护其它的244个比特。8比特循环冗余校检(CRC)680用于检测等级1b比特之中的错误，而其它的8个比特695用于保护称为脉冲5比特690的等级2比特组。这些脉冲5比特690不利用信道编码进行保护。

EFS中可用16个比特中其余8个比特用于利用重复695来保护脉冲5比特。每一个语音帧中有4个脉冲5比特690，这4个比特690随后均利用8个空闲比特进行复制695，并形成总共12个脉冲5比特690、695。

脉冲5比特690随后必须进行检测。GSM规范不要求用于脉冲5比特的特定检测方法，而仅仅要求进行重复。如所提到的，现有技术利用每个脉冲5比特及其两个重复值来检测脉冲5比特。然后进行判决，从而决定脉冲5比特的值是3个值中的多数。这是有效的，但不如使用均衡器530、图5的软值可靠。

如上所讨论的，均衡器530以软值的形式给包括脉冲5比特的每个比特提供附加信息。本发明利用提供每个比特可靠性测量的这些软值。在优选实施例中，本发明方法将在信道编码器550中实施，在此信道编码器中可获得所有比特的软值，这些值一般用于信道解码处理。

对于总共4个脉冲5比特的每一个比特，都具有三个软值，原始比特的软值加上两次重复的软值。均衡器为这三个比特中的每一个比特提供一个软值。在图7所示方法的第一步骤710中，选择其值等于0的比特。然后，将这些比特的软值一起相加，步骤720，以便得到称为SumSoft0的值，这将是指定脉冲5比特的等于0的所有比特的软值总和。

本发明的下一个步骤是同样选择其值等于1的比特，步骤730。然后将这些比特的软值一起相加，步骤740，以便得到称为SumSoft1的值，这将是指定脉冲5比特的对1的所有比特的软值总和。

在确定SumSoft0和SumSoft1的值之后，根据下面的算法做出判决：

如果SumSoft0＞SumSoft1(步骤750)，则

    脉冲5比特：＝0(步骤760)

而如果SumSoft0＜SumSoft1(步骤770)，则

    脉冲5比特：＝1(步骤780)

否则

    进行普通多数判决(步骤790)。

此判决处理的示例可以进行说明。假定脉冲5比特等于0，重复以便产生三个0，但在检测时得到2个1和1个0。均衡器的软值给出1的低软值(即，低可靠性)，而给出0的高软值(即，高可靠性)。结果是两个1的软值和仍小于0的软值总和。因此，变量SumSoft0大于变量SumSoft1(即：SumSoft0＞SumSoft1)，所以判定脉冲5比特等于0(即：脉冲5比特＝0)。

在这个例子中，现有检测将检测1，但是本发明由于从软值导出的可靠性大于1的可靠性而检测0。

图8表示比较本发明与使用多数判决的现有技术的模拟结果。可以看出，本发明根据传播条件并在测试干扰或灵敏度时改善脉冲5比特残余比特错误(rber-脉冲5)性能在3.4到4.6dB之间。

上述实施例仅仅是为了说明而不是限制。本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围内可以脱开上述实施例。本发明应不局限于所描述的实施例，而应等于下面权利要求的范围。

Claims (9)

1.用于确定无线电通信系统中接收比特的值的一种方法，所述的比特至少重复一次，所述比特及其所述重复具有相关软值，所述方法的特征在于：

将等于0的那些所述比特及其所述重复的相关软值加在一起，从而生成值SumSoft0；

将等于1的那些所述比特及其所述重复的相关软值加在一起，从而生成值SumSoft1；

执行SumSoft1与SumSoft0的所述值的比较；

根据所述比较的结果确定所述比特的值。

2.根据权利要求1的方法，其中确定所述比特的值的所述步骤还包括以下步骤：

如果SumSoft0的所述值大于SumSoft1的所述值，则确定所述比特的所述值等于0；

如果SumSoft0的所述值小于SumSoft1的所述值，则确定所述比特的所述值等于1。

3.根据权利要求2的方法，其特征还在于：

如果SumSoft0的所述值与SumSoft1的所述值相等，则确定所述比特的所述值等于大多数所述比特及其所述重复的比特值；

4.根据权利要求2的方法，其特征还在于：

如果SumSoft0的所述值等于SumSoft1的所述值，则执行另外步骤：

选择与等于0或1的大多数比特值相关的最大的所述软值；

确定所述比特的值等于由所述大多数比特值代表的比特值。

5.根据权利要求1-4的方法，其特征还在于：

所述无线电通信系统是GSM移动通信系统；

所述比特是重复两次的脉冲5比特。

6.用于确定无线电通信系统中接收比特的值的一种设备，所述比特至少重复一次，所述比特及其所述重复具有相关软值，所述设备的特征在于：

用于通过将等于0的那些所述比特及其所述重复的相关软值加在一起来生成值SumSoft0的装置；

用于通过将等于1的那些所述比特及其所述重复的相关软值加在一起来生成值SumSoft1的装置；

用于比较SumSoft1与SumSoft0的所述值的装置；

用于根据所述比较的结果确定所述比特的值的装置。

7.根据权利要求6的设备，其特征还在于：

用于选择与大多数比特值相关的最大的所述软值等于0或1的装置；

用于确定所述比特的值等于由所述大多数比特值代表的比特值的装置。

8.根据权利要求7的设备，其特征还在于：

在所述比特及其重复之中具有两个比特，一个比特等于0，而另一个比特等于1，这两个比特都具有等于所述最大软值的相同的相关软值；

用于选择第二大的所述相关软值的装置；

用于确定所述比特的值等于具有所述相关软值之中第二大的相关软值的比特值的装置。

9.用于检测GSM移动通信系统中脉冲5比特的值的一种设备，所述比特至少重复两次，所述比特及其所述重复具有相关软值，所述设备的特征在于：

用于将等于0的那些所述值的所述相关软值加在一起从而生成值SumSoft0的装置；

用于将等于1的那些所述值的所述相关软值加在一起从而生成值SumSoft1的装置；

用于确定SumSoft0的所述值是否大于SumSoft1的所述值的装置；

用于在SumSoft0的所述值大于SumSoft1的所述值时确定所述脉冲5比特的所述值等于0的装置；

用于确定SumSoft0的所述值是否小于SumSoft1的所述值的装置；

用于在SumSoft0的所述值小于SumSoft1的所述值时确定所述脉冲5比特的所述值等于1的装置；

用于根据多数判决确定所述脉冲5比特的所述值的装置。

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