CN1192537C - 用于发送穿孔或重复数据的设备与方法 - Google Patents

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Abstract

用于传送数据帧(8)的一种数据通信设备，所述设备包括用于将这些数据帧(8)变换为数据块(14)以便传输的装置(12)，这些数据块具有不同于这些数据帧的大小。用于变换数据帧的装置(12)包括用于在根据选择策略确定的数据帧内的位置上穿孔或重复比特或码元的装置(PR)，其中此选择策略用于在整个数据帧内提供均匀的位置分布。利用数字微分分析器类型算法根据一个实施例来实现此选择策略。

Description

用于发送穿孔或重复数据的设备与方法
本发明涉及用于传送数据的数据通信设备与方法。更具体地，本发明涉及其中穿孔或重复数据的传送数据的数据通信设备与方法。
数字通信***用于通过以便于数据利用用于进行通信的介质传输的形式表示数据来传送数据。例如，在无线电通信的情况下，将数据表示为无线电信号并在通信***的发射机与接收机之间利用以太进行发送。在宽带电信网络中，数据可以表示为光并通过例如光纤网络在***的发射机与接收机之间进行传送。
在数据的传输期间，传送的数据的比特或码元能被破坏使得在接收机上不能正确地确定这些比特或码元。因此，这些数据通信***一般包括用于减轻在传输期间出现数据破坏的装置。这些装置之一是给此***的发射机提供编码器，此编码器根据差错控制代码在传输之前编码此数据。此差错控制代码用于以受控方式给数据增加冗余度。在接收机上，出现在传输期间的差错可以通过解码此差错控制代码来进行校正，从而恢复原始数据。利用对应于接收机知道的差错控制代码的差错解码算法来进行解码。
在编码数据之后，在那个数据的传输之前时常要求穿孔此编码数据块的数据比特或码元。这里所用的术语穿孔指从编码数据块中取消或删除一些比特以达到不与此数据块一起发送该穿孔比特的效果的一种处理。因为例如通过数据承载介质传送数据的多址联接方案要求数据格式化为具有不与编码数据帧的大小相对应的预定大小的数据块，所以可能需要穿孔。因此，为使编码的数据帧适合具有预定大小的传送数据块，在编码的数据帧大于传送块的大小时穿孔此编码数据帧的数据比特以减小此编码数据块的大小，或在此编码数据帧小于传送块的预定大小时重复此编码数据帧的比特。
如将认识到的，可以在传送数据块中不编码地发送数据帧。在这种情况中，为使此数据帧适合传送数据块而穿孔此数据帧是不合适的，必需使用多个传送数据块来传送此数据帧。在此数据帧小于发送数据块的情况中，则重复这些数据比特或码元到需要填充此传送数据块的其余部分的程度。
如本领域技术人员所熟知的，穿孔编码数据帧的影响是减少正确恢复原始数据的概率。而且，在由于高斯噪声而引起在数据传输期间出现的差错时，公知的差错控制代码和用于这些差错控制代码的解码器的性能是最佳的，结果是在整个传送数据块内独立分布这些差错。因此，同样地，如果一个编码数据帧将进行穿孔，则此编码数据帧内穿孔比特的位置应尽可能远地相互隔开。因此，应在此整个帧中均匀分布这些穿孔位置。同样，因为传输期间的差错时常突然出现，尤其在没有采用交错的无线电通信***的情况下，编码或未编码的数据帧内将重复数据比特的位置应安排在整个帧中均匀隔开。
选择编码数据帧内将进行穿孔或重复的比特或码元的位置的公知方法包括将一帧内的比特或码元的数量除以将进行穿孔的比特或码元的数量并选择对应于此除法的整数值的位置。然而，在将进行穿孔的比特的数量不是此帧的整数划分的情况中，得不到穿孔或重复位置的等距离隔开，具有一些位置可能比此整数更接近并在一些情况中甚至相邻的缺点。
美国专利4908827涉及用于穿孔卷积数据的多余比特的方法与设备。例如，除去每个第三比特。执行第一与第二穿孔以获得正确格式化的数据流。
PCT公开申请WO97/16899提出用于组合帧以便于数据传输的方法与设备。此组合包括多余数据比特的穿孔。此选择方法是本领域技术人员所公知的。
PCT公开申请WO96/24993涉及数据流内空数据的平滑***。此申请不涉及任何数据比特的除去或穿孔。相反地，此申请“平滑地”填充在有关占用字节的真空空间中，以使数据传送字节能在固定帧中有效地进行传送。此申请在空字节的平滑放置的选择中利用Bresenham算法，此放置用于节省缓冲器与等待时间。
本发明的目的是提供用于在单个迭代中穿孔或重复数据帧的数据比特的装置，其中穿孔或重复比特的位置在整个帧中基本上是等距离的。
本发明一般属于数据通信设备，其中通过在根据选择算法确定的位置上穿孔或重复帧的比特或码元来将数据帧变换为数据块以便传输，在整个数据帧中均匀分布这些位置。
根据本发明，提供用于传送数据帧的数据通信设备，此设备包括用于将数据帧变换为数据块以便传输的装置，这些数据块具有不同于数据帧的大小，用于变换数据帧的装置包括用于在根据选择策略确定的数据帧内的位置上穿孔或重复比特或码元的装置，其中此选择策略用于在整个数据帧中提供这些位置的基本上均匀的分布。
变换器装置用于将数据帧变换为具有不同于数据帧的大小的数据传送块，并包括用于在根据选择策略确定的数据帧内的位置上穿孔或重复此数据帧的装置。通过安排此选择策略以达到将要进行重复或穿孔的位置在整个数据帧中均匀进行分布的效果，这与试图使这些位置互相隔开等距离相反，这些选择位置将用于提供此数据帧内位置的最佳均匀隔开。
利用根据所述数据帧的大小操作的选择算法结合将要进行穿孔或重复的比特或码元的数量可以实现此选择策略。此选择算法可以是数字微分分析器类型算法等等。
数字微分分析器算法实质上在用于二维图形表示在计算机生成图象中使用的经纬度线的计算机图形领域是公知的。此数字微分分析器公开在ISBN号3-7723-5006-2由jurgen plate撰写的名为“Computergrafik：Einfuhrung-Algorithmen-Programmentwicklung”的出版物第55-65页，并且还描述在公开在互联网网址为：http：//intranet.on.ca/-sshah/waste/art7.html的出版物“WASTE-Warfare by Artificial Strategic and TacticalEngines”中1997年1月15日由Sunir Shah撰写的题为“Bresenham’sLine Algorithm”的与画线相关的文章中。
数字微分分析器类型算法的修改版本的使用提供特别的益处。例如，避免相邻比特的穿孔，穿孔比特均匀分布在发送数据帧上，只要求利用任一所需速率穿孔一次，并且实际上低复杂性的同一选择算法能用于穿孔与重复。而且，此算法有助于适应诸如PotentialPuncturing Grid(可能的穿孔栅极)(PPG)所要求的选择比特的位置的附加限制，如题为“业务多路复用”的“特殊移动组2”UMTS-11 Tdoc 229/98中所述。
此数据通信设备还可以包括用于根据编码算法编码数据帧的编码器。此编码算法可以是差错控制编码算法。例如，此编码算法可以根据诸如B-C-H、Reed-Solomon或Hamming码的块码操作。而且，此编码算法能是卷积码、涡轮码或乘积码。
根据本发明的另一方面，提供传送数据帧的一种方法，此方法包括将所述数据帧变换为数据块以便传输的步骤，这些数据块具有不同于数据帧的大小，变换数据帧的步骤包括在根据选择策略确定的数据帧内的位置上穿孔或重复比特或码元，其中此选择策略用于提供整个数据帧内位置的均匀分布。
现在将仅利用示例结合附图描述本发明的一个实施例，其中：
图1是移动无线电通信***的示意方框图；
图2是在图1所示的通信网络的移动站与基站之间形成链路的数据通信设备的示意方框图；
图3是图2所示的速率变换器的示意方框图；
图4是表示根据现有技术的选择策略穿孔比特的结果的图；
图5是表示根据本发明的选择策略穿孔比特的结果的图。
将结合移动无线电通信***来描述本发明的一个示例实施例。移动无线电通信***具有例如根据诸如在是欧洲电信标准协会管理的移动无线电话标准的全球移动***(GSM)中使用的时分多址(TDMA)操作的多址联接***。可选择地，此移动无线电通信***能具有根据诸如建议用于第三代全球移动电信***的码分多址(CDMA)操作的多址联接***。然而，如将认识到的，任何一个数据通信***能用来说明本发明的示例实施例，诸如局域网或根据异步传送模式操作的宽带电信网。这些示意性示例数据通信***的特征特别在于，作为脉冲串、数据包或块发送数据。在移动无线电通信***的情况下，在代表预定数据大小的承载无线电信号的数据脉冲串中发送数据。这样的移动无线电通信***的一个示例表示在图1中。
在图1中，在利用虚线2定义的网孔1所形成的无线电覆盖区域内表示三个基站BS与移动站MS传送无线电信号。基站BS利用网络互通单元NET耦合在一起。移动站MS和基站BS在耦合到移动站MS与基站BS的天线6之间通过发送以4表示的无线电信号来传送数据。使用数据通信设备在移动站MS与基站BS之间传送数据，在此数据通信设备中将数据变换为传送给接收天线6的无线电信号4，接收天线6检测无线电信号，利用接收机从这些无线电信号中恢复数据。
在一个移动站MS与一个基站BS之间形成无线电通信链路的数据通信设备的一个示意性示例表示在图2中，其中也出现在图1中的部分具有相同的数字标号。在图2中，数据源10以此数据源正在生成的数据类型所确定的速率生成数据帧8。将数据源10生成的数据帧8馈送给速率变换器12，此速率变换器用于将此数据帧8变换为传送数据块14。安排这些传送数据块14实际上大小等于能利用承载无线电信号的脉冲串进行传送的数据量的预定大小，利用发射机18与接收机22对形成的无线电接口通过无线电信号传送数据。
将传送数据块14馈送给用于安排无线电接入接口上传送数据块14的传输的无线电接入处理器16。在合适的时间由无线电接入处理器16将传送数据块14馈送给发射机18，发射机18用于将此传送数据块变换为承载在分配给发射机用于进行无线电信号传输的时间周期中发送的无线电信号的数据脉冲串。在接收机22上，接收机的天线6″检测无线电信号并下变换与恢复馈送给无线电接入去调度程序(de-scheduler)24的数据帧。此无线电接入去调度程序24在多址联接去调度程序24的控制下通过导体28将接收的数据传送块馈送给速率去变换器26。此后，速率去变换器26将再生数据帧8的表示发送给利用数据块30表示的数据帧8的目的地或接收点。
速率变换器12和速率去变换器26安排为尽可能地最佳利用传送数据块14内可利用的数据承载容量，这根据本发明的示意性实施例利用速率匹配变换器12来实现，此速率匹配变换器12用于编码数据帧，并随后穿孔或重复从编码数据帧中选择的数据比特或码元以达到生成与数据块14的大小相符的传送数据块的效果。速率变换器12的方框图表示在图3中，其中也出现在图2中的部分具有相同的数字表示。在图3中，速率变换器12表示为具有编码器EN和穿孔器PR。编码馈送给编码器EN的数据帧以生成馈送给穿孔器PR的编码数据帧EF。随后利用穿孔器PR穿孔此编码数据帧，以生成数据传送块14。
现在将描述速率匹配变换器12的操作。为了解释本发明的示意性实施例的优点，首先回顾用于根据现有技术选择策略选择比特或码元进行穿孔或重复的处理是有益的。根据现有技术选择策略穿孔数据帧的结果示意表示在图4中。
在图4中，编码的数据帧DF表示为具有选择用于穿孔的比特位置BP1。图4所示的将要进行穿孔的比特的位置的选择根据本专利申请日之前的“特殊移动组2”UMTS-L1 Tdoc 396/98的“全球地面无线电接入频分双工、多路复用、信道编码与交错”说明书(xx.04)的节6.2.3.3中所述的公知选择策略来进行。此现有技术选择策略试图用于穿孔或重复的位置，以使这些位置是相互等距离的。不幸地，一般情况下不可能找到一个整数值用于穿孔速率。为此，此现有技术算法得进行几次迭代，每次迭代进行等距离的独立穿孔。因为迭代独立进行，所以不可能禁止相邻比特的穿孔，这利用图4来表示，在图3中此选择算法试图从总数为98的比特中选择16个比特用于穿孔。为此，需要两次迭代。在第一次迭代中在位置BP1选择每个第7比特(ceil(向上取整)(98/16＝ceil(6.125)＝7)，(淡灰色)，并在第二次迭代中得穿孔84个剩余比特之中的2个比特，于是除去每个第(84/2)＝42比特，这表示为第二穿孔位置BP2(黑色阴影)。结果，从原始数据中除去相邻比特位置号47与48。
在其他情况中，甚至可以穿孔三个相邻比特，这例如发生在穿孔2380个源比特(0.19的穿孔速率)之中的462个比特时。
此现有技术选择算法具有几个缺点。利用公知的选择算法，有可能选择两个或多个相邻比特进行穿孔。而且，对于大部分的穿孔比率而言，穿孔的比特非均匀进行分布，并且需要对数据帧进行未知数量的穿孔迭代，使硬件实施复杂。
根据本发明的示意性实施例操作的选择算法根据前文所述的数字微分分析器算法的修改版本操作。使用此选择算法选择用于穿孔的比特位置的结果表示在图5中，其中再次从98个比特中选择16个比特位置进行穿孔。如能从图5中确定的，穿孔位置BP′之间的隔开一般为6或7个比特。因此，选择用于穿孔的位置BP′在整个数据帧上均匀进行分布，并且这根据此算法利用一次选择处理来实现。
根据示意性实施例的选择算法的算术描述表示如下：
输入数据：
Xi                      输入比特的号码
Np/r                   将进行穿孔/重复的比特的数量
穿孔/重复规则如下：
e＝2*Np/r-Xi           当前与所需穿孔比率之间的初始差错
X＝0                    当前比特的索引
Do while x＜Xi
If e＞0 then            检查比特号X是否应进行穿孔/重复
穿孔或重复比特X
e＝e+(2*Np/r-2*Xi)   更新差错
else
e＝e+2*Np/r          更新差错
end if
x＝x+1                  下一个比特
end do
如本领域技术人员将认识到的，可以对上述实施例进行各种修改而不背离本发明的范畴。特别地，数据帧可以或可以不进行编码，并且根据此选择算法选择的比特或码元可以进行穿孔或重复或穿孔与重复的组合。

Claims (10)

1.用于传送数据帧(8)的一种数据通信设备，所述设备包括：
装置(12)，用于将所述数据帧变换为数据块(14)以便传输，这些数据块具有不同于所述数据帧的大小，用于变换所述数据帧的所述装置包括：
装置(PR)，用于在根据选择算法确定的数据帧内的位置上穿孔或重复比特或码元，
其特征在于，所述选择算法是数字微分分析器类型算法，该算法在一次迭代中在一个数据帧中等距离地分配所述比特或码元的穿孔或重复。
2.根据权利要求1的数据通信设备，其中此选择算法用于穿孔比特或码元。
3.根据权利要求1或2的数据通信设备，其中此选择算法是Bresenham算法。
4.根据任何一个前面权利要求的数据通信设备，还包括一个编码器，此编码器用于根据编码算法编码所述数据帧。
5.根据权利要求4的数据通信设备，其中此编码算法是差错控制编码算法。
6.传送数据帧的一种方法，包括以下步骤：
将所述数据帧变换为数据块以便传输，这些数据块具有不同于所述数据帧的大小，变换数据帧的步骤包括：
在根据选择算法确定的数据帧内的位置上穿孔或重复比特或码元，
其特征在于，此选择算法是数字微分分析器类型算法。
7.根据权利要求6的传送数据帧的方法，其中此选择算法用于穿孔比特或码元。
8.根据权利要求6或7的传送数据帧的方法，其中所述选择算法是Bresenham算法。
9.根据权利要求8的传送数据帧的方法，在此变换步骤之前或之后，还包括以下步骤：
根据编码算法编码所述数据帧。
10.根据权利要求9的传送数据帧的方法，其中此编码算法是差错控制编码算法。
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