对无线信道上的信头解码的方法和系统

摘要

通过对至少一个初始收到的信头初始解码以识别信头域的值，对在无线信道上与数据一起重复发送和接收的信头进行解码。信头域包括具有确定值的不变信头域和具有变化值的变化信头域。利用至少一个不变信头域的确定值对至少一个后续收到的信头解码，从而提高对至少一个变化信头域解码的可靠性。后续解码可以采用预测解码，其中利用与至少一个不变信头域相关的符号的概率为1的值。或者，一旦对第一信头成功解码，就重复发送包括所述变化信头域但将至少一个所述不变信头域排除在外的第二信头。上述方案对于对通用分组无线系统(GPRS)中全球移动通信系统(GSM)无线信道上的无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)信头解码特别有利。

说明书

发明领域

本发明涉及无线通信系统和方法，更具体地说，本发明涉及在无线信道上发送和接收数据的系统和方法。

发明背景

公共无线电话系统被广泛地用于向用户提供无线电话通信。例如，全球移动通信系统(GSM)自90年代初期就已经在使用。本领域的技术人员都熟知GSM系统的设计和工作，因此在这里不需要作进一步的描述。

为了便于无线分组数据通信，已经扩展了GSM系统。具体地说，已经设计了通用分组无线电业务(GPRS)来简化无线信道上的分组数据通信。例如在欧洲电信标准协会(ETSI)出版的GSM 03.60 V.5.2.01997-1的题为“数字蜂窝电信系统(阶段2+)”；“通用分组无线电业务(GPRS)”；“业务描述”；“阶段2(GSM 03.60版本5.2.0)”中描述了GPRS系统，将该公开通过引用结合于此。GPRS的设计和工作对于本领域的技术人员是众所周知的，因此这里不需要作进一步的描述。

现在正在设计GPRS扩展、诸如增强型GPRS(EGPRS)和GSM演进的增强型数据率(EDGE)，以利于多媒体数据和基于分组的语音的高速通信，同时提供与诸如因特网协议(IP)的外部网络协议之间增强的兼容性。在GSM 04.60 V.6.2.0(1998-10)的题为“数字蜂窝电信系统(阶段2+)”；“通用分组无线电业务(GPRS)”；“移动台(MS)-基站系统(BSS)接口”；“无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)协议”(GSM 04.60版本6.2.0发布于1997年)和GSM 05.03V8.0.0(1997-07)的题为“数字蜂窝电信系统(阶段2+)”；“信道编码”(GSM 05.03版本8.0.0发布于1999年)中描述了EGPRS和EDGE系统，将该公开通过引用结合于此。EGPRS和EDGE的设计和工作是本领域的技术人员所知道的，因此这里不需要作进一步的描述。

图1是GPRS体系结构的总框图。如图1所示，GPRS体系结构包括多个利用无线电话链路与GPRS网络通信的移动台(MS)。MS包括移动终端(MT)和终端设备(TE)。应该理解，尽管这里以两个分开的框表示TE和MT，但是也可以用单个便携式外壳中的共用元件来实现它们。接入点Um用于移动接入，而参考点R用于消息的始发或接收。GPRS间接口Gp连接用于消息交换的两个独立的GPRS网络。参考点Gi将GPRS网络连接到分组数据网(PDN)或其它网络。可能存在连接到若干不同的分组数据网或其它网络的多于一个的GPRS网络接口。这些网络的所有权以及诸如X.25、TCP/IP等的通信协议都可能不同。

图2是GPRS逻辑结构的示意图。如图2所示，通过添加两个网络节点、GPRS业务支持节点(SGSN)以及GPRS网关支持节点(GGSN)，在GSM结构上逻辑地实现GPRS。由于对分组数据协议地址的评估，GGSN是由分组数据网接入的节点。它包含附着GPRS用户的路由信息。SGSN是服务于MS的节点。在GPRS附着处，SGSN建立移动性管理上下文，后者包含与MS的例如移动性和安全性有关的信息。MS利用无线电话链路与多个基站系统(BSS)通信。GPRS逻辑体系结构的其它细节可以在以上引用的GSM 03.60中找到，这里不需要作进一步描述。

图3说明GPRS系统的传输面。如图3所示，传输面包括提供用户信息传送的分层协议结构以及相关的信息传送控制规程，诸如流量控制、检错、纠错以及差错恢复等。网络子系统平台的传输面与基础无线电接口间的独立性可通过Gb接口得到保持。如图3所示，MS和BSS之间的基本层2(L2)穿过无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)块。RLC部分提供到与无线电资源相关的控制机制的接入。MAC部分提供到物理层的接入。在上面引用的GSM 03.60和GSM04.60中定义了图3的传输面和RLC/MAC块。

图4A和4B分别说明GPRS的带MAC信头的下行链路RLC数据块和带MAC信头的上行链路RLC数据块。在上面引用的GSM04.60中定义了数据块及其中字段的设计，这里不再作进一步描述。

在GPRS下提供诸如多媒体和语音的实时业务时，一般最好减少由图1的PDN或其它网络引入的、与协议有关的总开销负荷。可以通过引进两种承载来减少协议总开销。第一种承载称为EGPRS上的最佳语音(OVE)，可以用来提供与标准电话相似的分组语音业务并且为最大频谱效率作了优化。对于OVE承载，唯一的总开销可能来自由自适应多速率(AMR)声码器、RLC/MAC总开销和信道编码带来的带内信令。第二承载称为EGPRS上的一般实时业务(GRE)，可用于提供具有端到端IP连接性的多媒体业务。这种承载可用于诸如可视电话的这些应用。RLC/MAC总开销可能与OVE的情况一样。其它总开销可包括链路层和描述多个链路层帧的可选链路字段。

因此，总开销的来源是GPRS/EGPRS中在GSM无线信道上与数据一起重复发送和接收的RLC/MAC信头。在GPRS/EGPRS中，信头和数据被单独编码。对于OVE中至少一些AMR方式和GRE承载所用的至少一些编码方案而言，信头的性能可能低于净荷的性能。这可能导致由例如语音或视频的前端削波而引起的性能损失。因此，有必要提供不过分增加总开销的信头的可靠解码。

通过提供足量的信道编码来保证足够的信头性能是众所周知的。但是，还需要把信道编码引起的总开销减小、最好减到最小。因此，例如，对于卷积码，RLC/MAC净荷可利用低至1/12的比例来编码，而信头可最多以1/3的比例来编码，以便使数据可用的信道编码量最大。因此，还需要不过分增加总开销而对RLC/MAC信头可靠解码的系统和方法。

发明概述

因此，本发明的一个目的是提供在无线信道上发送和接收数据的改进的系统和方法。

本发明的另一个目的是提供对信头解码的系统和方法，所述信头在无线信道上与数据一起被重复发送和接收。

本发明的又一个目的是提供不过分增加无线信道上的总开销而能对信头可靠解码的系统和方法。

根据本发明，这些和其它目的可通过这样的方法和系统来提供：通过对至少一个初始收到的信头初始解码来识别多个信头域的值，从而对信头解码，所述信头包括多个信头域并且在无线信道上与数据一起被重复发送和接收。所述多个信头域包括具有确定值的不变信头域和具有变化值的变化信头域。如在这里所用的，不变信头域在分组数据(包括语音、多媒体和/或已处理的数据)的持续流通信会话期间一般不变，而变化数据域一般可随各个数据分组而变化。利用至少一个不变信头域的确定值对至少一个后续收到的信头解码，从而增加至少一个变化信头域解码的可靠性。稍后，对利用至少一个不变信头域的确定值成功地对至少一个后续收到的信头解码作出响应，可接收与数据一起的、包括变化信头域但把至少一个所述不变信头域排除在外的第二信头并对其解码。

本发明基于以下认识：已获得对无线信道、如GSM系统中TDMA(时分多址)帧中的时隙的控制的实时流(持续流)，可能以持续方式保持对无线电资源的控制，直到实时流进行到非持续传输时为止。因此，TDMA信道、如相关GSM TDMA帧的连续使用，很可能来自相同的实时流。因此可以对后续发送和接收期间不变信头域的值作出假设，从而根据这些假设提供对变化信头域的改进的解码。

对至少一个初始收到的信头的初始解码可使用预测解码来识别与多个信头域相关的符号的软值。接着，后续解码可以利用概率为1的值或其他用于与至少一个不变信头域相关的符号的约束解码、对至少一个后续收到的信头进行预测解码，从而可以增加对至少一个变化信头域预测编码的可靠性。初始解码可以被重复执行预定的次数。或者，可以重复执行初始解码，直到相对于某种选择标准来讲，多个信头域的值被成功识别。

本发明特别有利于对无线链路控制/媒体接入控制(RLC/MAC)信头解码，所述RLC/MAC信头包括多个信头域，并且在通用分组无线系统(GPRS)中在全球移动通信系统(GSM)无线信道上与数据一起被重复发送和接收。具体地讲，对于RLC/MAC信头，至少一个初始收到的RLC/MAC信头被初始解码，从而识别多个信头域的值。多个信头域包括具有确定值的不变信头域和具有变化值的编码和收缩方案(CPS)信头域。随后则利用至少一个不变信头域的确定值对至少一个后续收到的信头解码，从而提高通过约束解码候选者选择对CPS信头域解码的可靠性。在RLC/MAC信头中，功率减小(PR)域也可能具有变化值，虽然这种情况非常少，所以在后续解码期间、利用至少一个不变信头域的确定值对至少一个后续收到的信头解码，从而可提高对CPS和PR域解码的可靠性。在此解码期间，PR域可当作不变量来处理，从而提高对CPS域解码的可靠性。如上所述，可以使用预测解码，并且初始解码可以重复执行预定的次数，或者一直执行，直到多个信头域的值被成功识别为止。

根据本发明的另一方面，通过在持续流通信会话期间、在无线信道上、和数据一起、重复发送包含不变信头域和变化信头域的第一信头，对信头进行解码。包含不变信头域和变化信头域的第一信头被解码，并且可提供这样的指示，即包含不变信头域和变化信头域的第一信头已被成功解码。一旦对第一信头成功地解码，就重复发送第二信头，后者包括变化信头域但将至少一个不变信头域排除在外。然后，对包括变化信头域但将至少一个不变信头域排除在外的第二信头解码。

本发明的这个方面基于以下认识：一旦信头的不变域已经被成功解码，就不需要在后续信头中重复它们。因此，可以使用只需包括变化信头域、但可把至少一个不变信头域排除在外的新信头。可以采用与第一信头相同的编码信头长度，以便可以提高编码率以及可以提高对变化信头域解码的可靠性。因此，第一信头和第二信头最好具有相同的编码长度，其中以第一解码率对第一信头解码，而以高于第一解码率的第二解码率对第二信头解码。可以使用至少一个窃用比特来指示所传输的是第二信头而不是第一信头。

本发明的这个方面也可通过以下方式用于RLC/MAC信头上：在持续流通信会话期间，在GSM无线信道上，与数据一起重复发送包括不变信头域和具有变化值的CPS信头域的第一RLC/MAC信头。包括不变信头域和CPS信头域的第一信头被解码。可以提供对成功解码的指示。响应该指示，在GSM无线信道上、与数据一起重复发送包括CPS信头域、但把至少一个不变信头域排除在外的第二RLC/MAC信头，所述数据与持续流通信会话有关。然后对第二RLC/MAC信头解码。第二RLC/MAC信头也可包括PR信头域以及CPS信头域。如上所述，PR信头域可以当作第二RLC/MAC信头中的不变量来处理。因此，可以提供对信头的可靠解码而不必过分增加总开销。

附图说明

图1是GPRS系统的总体框图。

图2说明GPRS系统的逻辑结构。

图3说明GPRS系统的传输面的传统协议栈。

图4A和4B分别说明用于GPRS系统的带MAC信头的下行链路和上行链路RLC数据块。

图5是根据本发明的实施例的移动台(MS)的简化方框图。

图6A和6B分别说明八相相移键控(8PSK)方式和高斯最小频移键控(GMSK)方式中、用于EGPRS的建议RLC/MAC块的实例。

图7是说明根据本发明的实施例对RLC/MAC信头解码的操作的流程图；

图8A和8B分别说明根据本发明的实施例的RLC/MAC信头的第一和第二版本。

图9是说明根据本发明的实施例、对图8A和8B的第一和第二信头解码的操作的流程图。

图10A和10B说明根据本发明的实施例、成功和不成功地发送第一信头的实例。

图11和12是说明根据本发明的实施例的图7和9的组合操作的流程图。

最佳实施例的详细描述

以下参考附图对本发明作更全面的描述，附图中表示了本发明的最佳实施例。但是，本发明也可以用许多不同的形式实现，而不应该被认为仅限于这里给出的实施例；相反，提供这些实施例是为了本公开的全面和完整，并且向本领域的技术人员全面传达本发明的范围。所有图中相同数字表示相同的要素。

本领域的技术人员应该理解，本发明可以以方法、系统(装置)或计算机程序产品的方式实现。因此，本发明可以采用完全硬件的实施形式、完全软件的实施形式或者软件和硬件方面结合的实施形式。

本发明的各个方面将在以下包括框图和流程图的各图中作详细说明。应该理解，各个块以及块的组合都可以通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给处理器或其它可编程数据处理装置，从而产生一种机器，使得在处理器或其它可编程数据处理装置上执行的指令就构成了实现一个/多个块中指定功能的装置。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，并且能够指示处理器或其它可编程数据处理装置以特定的方式工作，使得存储在计算机可读存储器中的指令就产生了包括实现一个/多个流程图块中指定功能的指令装置的制造品。

因此，图示的各个块支持执行特定功能的装置的组合、执行特定功能的步骤的组合以及执行特定功能的程序指令。还应该理解，图示的各个块，以及图示中块的组合可以通过执行特定功能或步骤的专用的基于硬件的计算机系统来实现，或者通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明基于这样的认识：在实时流期间，RLC/MAC信头中的许多域一般从一个RLC/MAC信头到另一个信头是确定的。因此，一旦信头被正确解码，只有编码和收缩方案(CPS)域、可能还有功率减小(PR)域可能改变。CPS域一般都会改变。当移动终端在同一个信道上、使得切换之间由单个基站系统接收的功率分配保持恒定时，PR域很可能不变。但是，当移动终端改变RAN(无线接入网)域，或者甚至改变基站系统位置时，这个域很可能会改变。

因此，一旦识别了实时流，RLC/MAC信头中的许多域是不变的。这表示概率为1时，接收机知道许多信头域的先验值。

在实时流开始时、诸如话音突发，在连续的各RLC/MAC块上，对信头进行解码，最好是通过累加软值直到多个信头域的值被成功识别，例如通过满足一种预定的置信度选择标准。例如，可以一直对信头解码，直到循环冗余检验(CRC)合格为止。或者，可以针对确定数目的连续的RLC/MAC块、对信头解码。可以利用众所周知的技术、诸如后验软输出维特比算法(APRI SOVA)解码或者利用从前面的帧得来的先验值的最大后验(MAP)解码等来执行解码。在IEEE第2571-2574页(1999)中由Strauch等人发表的题为“GSM系统中低复杂性受控源信道解码”的文章中，以及在IEEE Transactions onCommunications第43卷第9期第2248-2456页(1995年9月)、由Hagenauer所著的“受控源信道解码”的文章中，描述了APRISOVA解码；在1994年3月的IEEE Transactions on Information Theory第284-287页由Bahl等人发表的“使符号差错率减至最小的线性码的最佳解码”的文章中描述了MAP算法，这里不需要作进一步描述。

一旦所述流被识别为属于该用户的实时流，就可以例如利用先验的概率为1的值把已知域当作确定位来处理。与未知位周围的域的未知先验值相比，由解码器产生的未知域可以具有更高的可靠性。对后续信头的CRC失败若干次之后，可以申明链路失效，并且可以执行重建过程。

图5是根据本发明的移动台的简化框图。如图5所示，移动台包括对无线电信号进行解调的无线段410、产生比特流的均衡器420、估计信道影响的信道估算器440以及对比特流解码的解码器430。根据本发明，解码器430最好是预测解码器、如APRI SOVA或MAP解码器。如本领域中众所周知的，均衡器420还可以实现软输出维特比算法或MAP算法。在对至少一个初始收到的信头初始解码、从而识别不变信头域和变化信头域的值之后，利用至少一个不变信头域的概率为1的值可改进后续解码，从而提高对至少一个变化信头域的预测解码的可靠性。

图6A和6B分别说明8相相移键控(8PSK)和高斯最小频移键控(GMSK)方式中用于EGPRS系统的建议RLC/MAC块的实例。信道编码后，RLC/MAC块跨越分布在4帧上的4个时隙，在GSM时分多址(TDMA)帧结构中，每帧包括8个时隙。编码数据一般交织在这4个时隙上。实现的编码率可以不同，对于8PSK在1/12到1/5之间，而对于GMSK在1/4到1/2之间。RLC/MAC块包括上行链路状态标志(USF)域，它使移动终端能读取上行信道的状态。净荷类型(PT)标志标识实时业务的类型。暂时流标识符(TFI)域标识数据所属的暂时块流。功率减小(PR)域指示在下一个RLC/MAC块中与BCCH(广播控制信道)相关的功率减小。编码和收缩(CPS)域指示信道编码协议。加密指示符(K)指示加密是否有效。CRC是循环冗余检验域。RLC/MAC块中的这些域是那些本领域的技术人员所熟知的，这里不需要再作进一步的描述。

图7是说明根据本发明、对RLC/MAC信头解码的操作的流程图。如图7所示，操作从对至少一个初始收到的RLC/MAC信头初始解码、从而识别多个信头域的值开始(块510)。多个信头域包括具有确定值的不变信头域如PT、TFI和/或K，以及具有变化值的CPS和/或PR域。在块520测试PT、TFI、PR、CPS和K域中至少一些是否已经被成功解码。例如，通过了循环冗余检验(CRC)可以表明解码成功。如果没有，则操作返回到块510并且在下一次传输时对另外的RLC/MAC信头解码。如果解码成功，那么操作继续进行。也应该理解，块510和520中的初始解码操作可以对确定数目的RLC/MAC信头、如5个信头重复执行，以便增加所有域已被识别的可能性。

接着是图7的描述，一旦这些域已经被正确识别，则在块530中，利用PR和/或CPS域的确定值对随后收到的RLC/MAC信头解码，从而提高对PR和/或CPS信头域解码的可靠性。这可以利用具有先验的概率为1的值的已知域来完成。与如果不知道未知位周围域的先验值相比，解码器产生的未知域可具有更高的可靠性。具体地说，图5的解码器430被提供与不变信头域相关的符号的概率为1的值。

在块540中，测试先验解码是否存在CRC失败。如果是这种情况，则可以申明链路失效并执行重建过程。如果不是，则通过重复块530-540中的操作，利用PR和/或CPS域的先验值对后续收到的RLC/MAC信头解码(块550)。编码信头的大小最好应该保持恒定，以便使接收机可以对信道解码而不需要窃用比特。

现在描述根据本发明的第二方面的信头的有效解码。本发明的这个方面利用在无线信道上与数据一起重复发送和接收的两个信头。图8A和8B分别提供了RLC/MAC信头的第一(长)和第二(短)版本的实例。图8A的信头与图6A所示的RLC/MAC信头相同。如图8A所示，第一信头包括不变域PT、TFI和/或K以及变化域CPS和/或PR。利用可选交织来产生20比特的信头并且利用卷积编码来产生60比特的RLC信头。

相反，在图8B中，仅包括变化域(CPS和/或PR)。利用可选交织产生12比特的RLC信头。接着利用卷积编码，最好产生与图8A中相同大小(60比特)的RLC信头。因此，第二信头只将CPS和/或PR域编码到与第一信头相同的编码信头大小(60比特)。因此，编码率现在可以通过收缩达到1/1 2，提供了改进的可靠性和数据与信头间相似的余量。

图9是说明根据本发明、对第一和第二信头解码的操作的流程图。如图9所示，在块710中，图8A的第一RLC/MAC信头被重复发送和解码。在块720中，就信头中至少一些域是否已被识别进行测试。如果不是，则在块770中，从存储未解码或不可靠的信头和净荷的缓冲器获得下一个RLC/MAC块，直到解码完成为止。利用缓冲器可以防止实时流遭到前端削波。缓冲器的大小取决于所述流的最大允许等待时间。所述流的最大等待时间可依业务质量而定，业务质量可以按照如本申请人同时提交的(代理人备案号8194-358)、题为“根据移动台正执行的应用、为移动台和分组无线通信网络之间的通信指定业务质量的方法和系统(Methods and Systems forspecifying a Quality of Service for Communication Between a MobileStation and a Packet Wireless Communications Network Based Upon anApplication That is Executing on the Mobile Station)”中提供的方法来指定，将该公开通过引用结合于此。

接着，在块780，利用从第一信头得到的可靠性估计对下一个RLC/MAC块信头解码。因此，对RLC/MAC块信头的后续解码可以提供对至少一个不变信头域逐渐更加可靠的估计。正如以下要描述的，一旦解码成功，就可以使用确定的各个值。

或者，对若干个无线链路块，可以重复第一信头，直到信头中的不变域可能被解码。例如，第一信头可以重复5次。块710中的解码可以利用诸如多数表决技术来执行。或者，可以一直执行解码，直到CRC通过为止。在另一种替代方案中，解码器可以根据均衡器420提供的连续接收机样值组合软信息。如果5次试验后解码失败，则可以利用表示未准备好条件的RLC块复位返回信道上的传输，并且操作可以重新开始。一旦第一RLC/MAC信头在块720中被正确解码，则在块730中，利用不变域的确定值对后续第一信头解码。可以向发射机提供已经实现第一信头的成功解码的指示。但是，如果发送预定数目的第一信头，则可能不需要提供指示符。

现在参考块740，如果对于确定数目的RLC块和/或在计时器截止时间未接收到未准备好条件，和/或如果第一信头中的域被正确识别，则图8B的第二(短)RLC/MAC信头在块740被发送和接收，并在块750中被解码。发送短信头最好用比长信头更多的信道编码。随着接收另外的第二RLC/MAC信头(块760)，它们与数据一起在块750被解码，直至收到所有数据并解码。

利用一个或多个表示信头类型的窃用比特来区别第二RLC/MAC信头(图8B)和图8A的第一RLC/MAC信头。或者，如果发送确定数目的第一信头，则不需要利用窃用比特来确定信头类型，而且接收机不需要借助于编码窃用比特的余量来确定信头类型。图10A说明以预定次数(5次)从发射机到接收机发送第一信头，在5次成功发送第一信头后，接着发送第二RLC/MAC信头。相反，图10B说明第一RLC信头的发送不成功以及第一RLC信头的重新发送。在图10B中，如果链路必须被连续复位3次，则传输可能被中止。如上所述，可以使用其它传输和/或超时技术。

图7和图9的技术可以结合使用。因此，例如，如图11所示，图7的操作之后可以接着进行图9的操作。具体地说，第一RLC/MAC信头在块510中首先被解码。接着，一旦得到PR和/或CPS的识别值，则在块530中利用这些识别值对第一RLC/MAC信头解码。然后，在块750中，例如利用PR域的先验值，对短(第二)RLC/MAC信头解码。

在另一个备选方案中，如图1 2所示，最初的传输是由在块750中发送第二RLC/MAC信头并解码开始的。一旦解码成功，可以利用块530中的PR和/或CPS的识别值对第一RLC/MAC信头进行解码。可以提供图7和9的技术的其它组合。因此，可以提供不过分增加总开销的可靠的信头解码。

在附图和说明书中，已经公开了本发明典型的最佳实施例，并且，尽管采用了具体的术语，但是它们是在广义和说明性意义上使用的而不是为了限制，在下面的权利要求书中陈述本发明的范围。