专利名称：利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法
技术领域：
本发明涉及通信及计算机数据传输技术领域，尤其涉及一种可靠性传数据传输方法。
背景技术：
在通信与计算机领域最小信息单位为比特，而数据与信令的传输一般以若干比特组成的数据帧为单位进行。数据帧由发射机发出，经由带有噪声的信道后到达接收机。接收的数据帧首先要通过接收机的正确性校验后才有效，一般情况下正确性校验由传输数据中携带的CRC(Cyclic Redundancy Check)通过特殊算法完成。若接收帧没有通过CRC校验则说明此帧在传输过程中出错，而出错的帧必须由发送端重新传输。在通信系统中重传将浪费频道资源，降低系统传输效率，同时带来接收数据时延。尽管如此，由于现有接收方法无法得知错误数据帧中错误比特的位置，无法纠正错误比特，所以仍然使用重传来获得正确帧。
在过去的工作中，已提出了降低系统误帧率的专利申请，(专利申请名称为“分组校验数据传输法”，申请号01118154.0，申请日2001年5月18日)。该专利的基本思想为将待传数据帧划分为若干数据小组，每组添加奇偶校验码。接收端的数据帧若没有通过CRC校验，则对接收数据的每个小组进行奇偶校验，找出出错的小组。然后将出错小组的所有比特代换为其他可能的比特组合，每带入一次进行一次CRC校验，若某种比特组合使数据帧通过CRC校验，则认为得到正确帧。使用这种做法的优点是可以大大地降低系统误帧率。但是由于需要对小组中的比特进行所有可能的排列组合以得到正确接收帧，这样系统延时较大，所以该方案有待改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用接收比特的软判决信息及CRC循环校验迅速查找错误比特而对错误帧进行纠正的方法。
本发明的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其步骤包括1)将数据源转换为P进制数据流序列，其中P≥2，为整数；2)将数据流序列划分为数据块，并为每数据块添加帧校验码和其他系统信息，组成L位长传输端数据帧序列，其中L＞1，为整数；3)将M个数据帧并行为M×L数据矩阵，组成一待传信息，其中M≥1，为整数；将待传信息调制后由传输端发送到传输信道，并在信道中传输；4)在接收端解调所收信号，得到包含M个接收端数据帧的接收信息；5)获取接收信息的硬判决及软判决值；6)对每一接收端数据帧，根据帧校验码进行帧校验，将通过帧校验的帧认定为正确接收帧；对于没有通过帧校验的数据帧，则6-1)选出此帧中软判决绝对值最小的N个比特，N为大于0远小于L的整数；6-2)将所选N个比特逐一置换成P进制中其它数据，生成新帧，并将新帧进行帧校验；6-3)若新帧通过帧校验，则判定新帧数据为正确接收帧；若新帧没有通过帧校验，则进行下一次置换和校验；若置换完所有组合，或置换次数高于既定的上限，则认定该帧为错误接收帧，要求重传。
本发明还在传输端将待传信息进行纠错编码，然后在接收端对接收信息进行纠错解码。为防止过度延时，当没有通过帧校验的数据帧可能出错的数据个数大于预定的限值时，或置换与组校验次数大于某一特定上限时，直接将该数据帧认定为错误帧，要求重传。
本发明的另一种利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，引入分组校验，其步骤包括1)将数据源转换为P进制数据流序列，其中P≥2，为整数；2)将数据流序列划分为数据块，并为每数据块添加帧校验码和其他系统信息，组成L位长传输端数据帧序列，其中L＞1，为整数；3)将M个数据帧并行为M×L数据矩阵，并将矩阵数据划分为多个数据组，并为每组添加组校验码，组成一待传信息，其中M≥1，为整数；4)将待传信息调制后由传输端发送到传输信道，并在信道中传输；5)在接收端解调所收信号，得到包含M个接收端数据帧的接收信息；6)获取接收信息的硬判决及软判决值；7)对每一接收端数据帧，根据帧校验码进行帧校验，将通过帧校验的帧认定为正确接收帧；对于没有通过帧校验的数据帧，则
7-1)根据组校验码对每组进行校验，找出出错数据组；7-2)选出出错数据组中软判决绝对值最小的N个比特，N为大于0小于出错数据组数据个数的整数；7-3)将所选N个比特逐一置换成P进制中其它数据，生成新帧，置换的数据要首先满足组校验规则；将新帧进行帧校验；若新帧通过帧校验，则判定新帧数据为正确接收帧；若新帧没有通过帧校验，则进行下一次置换和校验；若置换完所有其他组合，或置换次数高于既定的上限，则认定该帧为错误接收帧，要求重传。
该方法可将数据矩阵划分为等长度数据组。数据组数据可以重叠。还在传输端将待传信息进行纠错编码，然后在接收端对接收信息进行纠错解码。
当没有通过帧校验的数据帧可能出错的数据个数大于预定的限值时，或置换与组校验次数大于某一特定上限时，直接将该数据帧认定为错误帧，要求重传。
发明原理及有益效果分析本发明主要思想为利用在接收机内部处理过程中对于每比特得到的中间结果--“软判决”。
以二进制信号为例，传输的二进制信号在通道中受到各种干扰，接收机要根据接收信号判决出发射的信号为0或1，这是出现硬判决与软判决的概念硬判决接收机判决输出直接为0或1。一般的做法为接收信号接近于0则判为0，否则判为1。以简单的BPSK调制为例，若使用信号-1传输0，信号1传输1，则接收端的判决门限应为0。接收信号大于0被判决为1，而小于0被判决为-1。
软判决软判决信息不仅给出接收比特应判决为0或1，还给出此判决的可靠性。由于噪声为高斯分布，若传输的信号1累加上噪声在接收端可能出现小于0的情况，这样接收机将其判决为-1而出现错判。根据高斯噪声的分布函数，接收信号越接近判决门限0出现错误的可能性越大。软判决信号的定义为信号被判决为1与被判决为0的对数似然比，在BPSK调制系统中将接收信号判决之前的值被定为软判决信号。对于进行序列检测的卷积解码，其软判决信号遵循同样的定义，只是软判决输出要经过繁杂的运算。附录1给出了使用维特比卷积解码器得到软判决信号的方法之一。软判决信号不仅判决出每个输出比特为0或1，还给出了此比特判决的可靠性。
在现有系统中，若发射信号为由“0”“1”组成的序列，接收机判决出的接收信号仍为“0”“1”组成的序列。由于信道噪声的存在，接收判决系列与发射序列可能有差别，这就是误码的产生。在接收端每一帧的CRC可以给出此接收帧正确与否的检验，判决为出错的帧要进行重传才能得到正确接收帧。
使用软判决信息可以在未知出错比特位置的情况下，利用每比特判决的可靠性及CRC校验迅速查找出错误比特，得到正确接收帧。这样将大大降低通信系统的误帧率及重传率。
本专利至少可用于1、数据帧传输系统数据帧传输一定要保证接收帧通过CRC校验。对于没有通过校验的帧使用本发明的方法可以迅速找出错误比特的位置，达到纠错的目的。
2、信令帧的纠错在许多数据传输的场合，用来传输信令的帧一般起着非常重要的地位。信令的错误往往导致整个整个系统的错误，而信令的重传奖导致整个系统的时延。使用本发明的算法可以确保信令帧的正确性。
3、数据帧头的纠错对于一个接收数据帧，若接收帧头出错而数据部分没有出错，整个数据帧都需要重传。因此在有些场合帧头往往使用带有CRC校验的短帧完成。这里提出的做法可以迅速纠正这些短帧中的错误，确保帧头的正确接收。
4、广播式通信方式广播通信方式为一个发射源对应多个接收机。在这种数据传输方式中若启用重传机制，则任意一个接收机的接收错误都将导致重传，这样对于正确接收的接收机来说是一种浪费。若不采用重传机制，则接收到的错误帧无法纠正。使用本发明的方法可以有效地纠正错误帧，极大地提高广播方式数据传输的效率。
本发明的三种系统构成方式如下系统构成1传统的通信系统由图1中的1-10模块组成，其中各模块的功能如下1-数据源产生二进制数据
2-数据源分成数据块，加入CRC校验，构成数据帧3-进行卷积编码或其他纠错编码。此模块可有可无，但在大多数系统中均存在4-调制模块，如BPSK5-数据传数通道6-信号解调7-对应于模快3的纠错解码8-得到硬判决值，进行硬判决9-CRC帧校验10-得到正确接收帧，或得到错误帧要求重传本发明提出的系统对于传统的系统进行了修正并加入模块A，B，C，D，E。若接收到的帧没有通过帧校验，本系统不是立即要求对错误帧重传，而是利用帧校验功能及软判决信息试图纠正接收帧中的错误信息(框图中的模块A-E)，这在以往的通信系统中是没有的。具体做法为利用接收序列中的软判决信息进行试探性纠错。各个模块的功能如下A-得到软判决值，用来给出每比特判决的可靠性B-选出此帧中软判决绝对值最小的N个比特(N为大于0远小于帧长的整数)。由于软判决的绝对值小意味着与其对应的硬判决信息不可靠，所以这些比特出错的可能性大。
C-将这些信息不可靠比特进行0/1置换D-将进行了0/1置换的帧进行CRC校验E-若通过CRC校验则可认为得到正确接收帧。若没有得到正确帧则返回模块C或模块B，继续进行0/1置换，直到穷尽所有的0/1组合。
系统构成2系统2的构成如图2所示，传统的通信系统由框图1中的1-10模块组成，各模块的功能与系统1所述相同。本专利所不同的是在发射端加入了分组校验模块。分组校验模块可以放在帧构成之前(如图2所示)，也可放在帧校验之后。分组校验的方式可有多种，主要功能用于校验该小组接收信息的正确性，其最简单的做法就是奇偶校验。与传统的系统相比，系统2增加了模块A-F，各个模块的功能如下
A-传输端将传输数据分成小组，每组加入奇偶校验码。
B-对于出错帧的每小组使用硬判决信息进行奇偶校验，找出出错的数据组。
C-选出出错组中软判决绝对值最小的若干比特。
D-将这些不可靠比特进行可能的0/1置换，这些置换数据要首先满足小组校验规则(如每组要满足奇偶校验)。
E-将正确小组与进行了0/1置换的出错小组共同够成的帧进行CRC帧校验。若通过CRC校验则可认为得到正确接收帧。
F-若没有得到正确帧则返回模块C，继续进行0/1置换，直到穷尽所有的0/1组合。
系统构成3系统3的构成与系统2(图2)相同，传统的通信系统的1-10模块意义不变，但模块A-F模块的功能与系统2不同，说明如下A-传输端将若干个数据帧构成数据块，每个数据帧有CRC校验功能。将属于不同数据帧的数据构成小组，每组加入奇偶校验码B-首先对每个数据帧进行CRC校验，得到正确接收帧。若数据块中存在出错帧，则对每小组使用硬判决信息进行奇偶校验，找出出错的数据小组。
C-选出出错组中软判决绝对值最小的若干比特，这些比特必须在CRC没有通过的数据帧内。
D-将这些不可靠比特进行可能的0/1置换，这些置换数据要首先满足小组校验规则(如每组要满足奇偶校验)。
E-将正确小组与进行了0/1置换的出错小组共同够成的帧进行CRC帧校验。若通过CRC校验则可认为得到正确接收帧。
F-若没有得到正确帧则返回模块C，继续进行0/1置换，直到穷尽所有的0/1组合。
本发明特点在于使用接收信号的软判决信息及帧校验功能(如CRC校验功能)，对于软判决不可靠的数据进行其他可能数据的代换，将代换后的帧进行帧校验，循环多次得到正确接收帧。
使用接收信号中的软判决信息，确定不可靠比特的位置，并快速找出接收数据帧中可能的错误数据的位置，将这些数据代换为其他的可能的数据组合并再次进行帧正确性校验。
将数据划分为若干个小组，每组添加组校验信息，然后构成数据帧。接收端首先进行组校验。对于没有通过校验的组，使用软判决信息找出最为可能出错的比特并将这些比特代换为其他的可能的数据组合，这些比特组合需满足组校验规则。然后与正确组合并再次进行帧正确性校验。本专利添加的分组校验比特以确定错误比特发生在哪些组。这样将出错比特的范围大大缩小。
系统可以使用各种纠错编码方式。软判决信号的定义为表示相应的硬判决信息的可靠程度的量，可以由多种方法得到。
数据小组的划分可以在一个数据帧内进行，也可以用若干个数据帧联合构成数据组，每组中包含从不同数据帧得到的数据。
此方法不仅适用于二进制系统，也适用于多进制系统。
使用本专利的方法，接收数据帧的CRC不仅能检测出该帧正确与否，还能将部分错误帧进行修正。本发明给出的寻找错误比特的方法可以迅速找出可能出错的比特并对其加以修正，这样无需通信系统重传错误帧，达到降低系统重传率，提高系统效率的目的。特别是对于无线通系统，它可以极大地节约频率资源。
图1本专利提出的帧传输通信系统工作流程框图1图2本专利提出的帧传输通信系统工作流程框图2图3(a)软判决输出结果1(b)软判决输出结果2图4系统1误帧率比较，其中帧长为200比特图5(a)组校验的生成(b)组校验的验证图6系统2误帧率比较，其中帧长为200比特，小组长度为10比特仿真结果表明，系统1可以在不降低系统效率的前提下降低系统的误帧率，并且能迅速找出接收帧中出错比特的位置。
图4给出了使用系统1时误帧率比较。其中“o”表示传统数据帧传输系统，“*”使用了本专利的系统。可见误帧率被大幅度降低。
系统2，3实施例这两个系统的共同点在于两者都使用了新增加的组校验比特。不同点在于系统2的组校验在一个帧内，而系统3的组校验在多个帧之间。当然也可以将两者结合，使组校验中的比特包含来自于一个帧的信息，也包含来自于多个帧的信息。下面给出组校验比特的实例(这里以系统3为例，系统2的不同点在于所有小组在同一帧内)传输端在传输数据中增添奇偶校验比特，即传输端发送M帧后(M为大于0的整数)，传输一个奇偶校验帧，其中每比特为M帧中对应比特的奇偶校验值，如图5(a)所示。
接收端得到小组校验结果。在接收端图5(b)中，由CRC校验得到正确接收帧(Line 1 OK，Line 4 OK)，而组校验得到可能的错误比特(由虚线框给出)。在框中每列的两个比特中有一个比特为错误，这样首先选取软判决绝对值小的比特进行0/1置换后进行CRC校验，则可得到正确帧。应该指出，若使用错误小组中两个或更多的软判决值相对小的比特进行0/1置换，则得到的误帧率将更低。
仿真时错误组中只选出软判决值最小的一个比特进行0/1置换。其中“o”表示传统数据帧传输系统，“*”为使用了本专利的系统。可见在这种情况下系统误帧率仍有很大改善。
由于添加了奇偶校验码，本文给出的系统2及系统3部分地降低了系统效率，但是这种方法使寻找错误比特的时间大大缩短，准确度更高。
权利要求
1.一种利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其步骤包括1)将数据源转换为P进制数据流序列，其中P≥2，为整数；2)将数据流序列划分为数据块，并为每数据块添加帧校验码和其他系统信息，组成L位长传输端数据帧序列，其中L＞1，为整数；3)将M个数据帧并行为M×L数据矩阵，组成一待传信息，其中M≥1，为整数；将待传信息调制后由传输端发送到传输信道，并在信道中传输；4)在接收端解调所收信号，得到包含M个接收端数据帧的接收信息；5)获取接收信息的硬判决及软判决值；6)对每一接收端数据帧，根据帧校验码进行帧校验，将通过帧校验的帧认定为正确接收帧；对于没有通过帧校验的数据帧，则6-1)选出此帧中软判决绝对值最小的N个比特，N为大于0远小于L的整数；6-2)将所选N个比特逐一置换成P进制中其它数据，生成新帧，并将新帧进行帧校验；6-3)若新帧通过帧校验，则判定新帧数据为正确接收帧；若新帧没有通过帧校验，则进行下一次置换和校验；若置换完所有组合，或置换次数高于既定的上限，则认定该帧为错误接收帧，要求重传。
2.一种如权利要求1所述的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其特征在于在传输端将待传信息进行纠错编码，然后在接收端对接收信息进行纠错解码。
3.一种如权利要求1所述的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其特征在于当没有通过帧校验的数据帧可能出错的数据个数大于预定的限值时，或置换与组校验次数大于某一特定上限时，直接将该数据帧认定为错误帧，要求重传。
4.一种利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其步骤包括1)将数据源转换为P进制数据流序列，其中P≥2，为整数；2)将数据流序列划分为数据块，并为每数据块添加帧校验码和其他系统信息，组成L位长传输端数据帧序列，其中L＞1，为整数；3)将M个数据帧并行为M×L数据矩阵，并将矩阵数据划分为多个数据组，并为每组添加组校验码，组成一待传信息，其中M≥1，为整数；4)将待传信息调制后由传输端发送到传输信道，并在信道中传输；5)在接收端解调所收信号，得到包含M个接收端数据帧的接收信息；6)获取接收信息的硬判决及软判决值；7)对每一接收端数据帧，根据帧校验码进行帧校验，将通过帧校验的帧认定为正确接收帧；对于没有通过帧校验的数据帧，则7-1)根据组校验码对每组进行校验，找出出错数据组；7-2)选出出错数据组中软判决绝对值最小的N个比特，N为大于0小于出错数据组数据个数的整数；7-3)将所选N个比特逐一置换成P进制中其它数据，生成新帧，置换的数据要首先满足组校验规则；将新帧进行帧校验；若新帧通过帧校验，则判定新帧数据为正确接收帧；若新帧没有通过帧校验，则进行下一次置换和校验；若置换完所有其他组合，或置换次数高于既定的上限，则认定该帧为错误接收帧，要求重传。
5.一种如权利要求4所述的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其特征在于将数据矩阵划分为等长度数据组。
6.一种如权利要求4所述的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其特征在于数据组数据可以重叠。
7.一种如权利要求4所述的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其特征在于在传输端将待传信息进行纠错编码，然后在接收端对接收信息进行纠错解码。
8.一种如权利要求4所述的利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法，其特征在于当没有通过帧校验的数据帧可能出错的数据个数大于预定的限值时，或置换与组校验次数大于某一特定上限时，直接将该数据帧认定为错误帧，要求重传。
全文摘要
本发明涉及一种利用软判决信息及循环校验降低误帧率的数据传输方法。使用接收信号中的软判决信息，确定不可靠比特的位置，并快速找出接收数据帧中可能的错误数据的位置，将这些数据代换为其他的可能的数据组合，将代换后的帧进行帧校验，循环多次得到正确接收帧。本发明给出的寻找错误比特的方法可以迅速找出可能出错的比特并对其加以修正，这样无需通信系统重传错误帧，达到降低系统重传率。可用于数据帧传输系统、信令帧的纠错、数据帧头的纠错和广播式通信方式。
文档编号H03M13/23GK1400752SQ0213124
公开日2003年3月5日 申请日期2002年9月19日 优先权日2002年9月19日
发明者赵玉萍 申请人:北京大学