用于数字数据传送的方法与设备的制作方法

专利名称：用于数字数据传送的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字数据传送，特别涉及数字移动电话网络中分组模 式数字数据传送的数据分组的压缩与纠错。
技术背景对于数字数据传送，时常需要在传送数据之前将信息划分为具有 一定大小的分组。每个分组包括一定数量的比特。这些比特的一部分 形成分组的有效负载，而这些比特的另一部分形成包含一定控制信息 的分组的报头。在互联网中，传送数据分组的服务器将这些报头用于 为分组选择路由至其正确的目的地。用于在互联网中在分组传送期间 控制这些分组的协议是TCP (传输控制协议)、UDP (用户数据报协议) 和IP(网际协议)。这些协议定义如何将数据组合在不同的分组中和如 何为每个分组选择从一个节点至其目的地的另一节点的路由。分组模GPRS (UMTS，通用移动电话系统；GPRS，通用分组无线电系统)中。 由于人们想无论其位置如何都能进行通信和被联络到，所以无线数据 传送正在迅速增长。例如GSM的无线数字网络能将移动电话机连接到 另一移动电话机或连接到公用交换电话网络(PSTN)或类似于ISDN(综 合业务数字网络)的其他网络。例如，从GSM (全球移动通信系统)中 知道连接到PSTN的无线移动电话网络(MNW)， MNW允许用户实际上在 任何地方并且甚至在旅行时(例如，在火车中)通信。未来无线网络 的一个目的是也支持运动图象的传送以便通过无线电链路召开电视会 议。设计特殊的实时协议(RTP)用于实时数据的传送，这允许通过分 组模式连接的实时通信，诸如通过互联网连接进行的电视会议和所谓 的互联网电话呼叫。RTP可以和UDP与IP —起用作IP/UDP/RTP。将视频与音频数据封
装在RTP (实时协议)分组中，而又将这些RTP分组封装在UDP (用户 数据报协议)与IP(互联网协议)数据报中。设计实时传送协议(RTP) 用于内联网或互联网上的实时业务。RTP功能包括质量估算与速率适配 的损耗检测、数据的排序、媒体内或媒体之间同步、信号源识别和基 本成员信息。设计RTP为在任何类型的网络协议上操作并因此为完全 自我包含的，这表示它不取决于网络模型的较低层中的任何信息。RTP 当今只通过IP/IDP来实施，但可将此协议用于任何类型的分组网织例 如，国家ATM或ISDN)上。RTP报头具有12个八比特组，UDP报头具 有8个八比特组，而IP报头具有20个八比特组。因而每个IP数据报 总的开销是40个八比特组。由于RTP分组时常只传送少量的有效负载 数据的事实，所以报头信息的比例高，并且大部分的可利用带宽必须 分配给此开销。
可实现的音频与视频通信的质量取决于最大数据传输速率，即， 可利用的带宽。如果不使用音频数据(即，有效负载)的压缩，则通 用音频CD质量要求150千字节/秒的带宽。甚至使用有效的MPEG1音 频层3 (即，MP3 )音频压缩，也要求大约15千字节/秒(即，120千 比特/秒)的带宽。在例如具有有线连接V. 90调制解调器的57.6千比 特/秒带宽或具有GSM终端的9. 6千比特/秒带宽的实时连接中获得好 的质量是困难的。增加数据传送速率总的说来是数据传送中尤其在无 线通信中是一个主要目标。提高数据传送速率的一种方式是扩展数据 分组的大小并因而减少报头引起的开销。然而，增加分组大小导致数 据传送中较长的延迟，这一般并且尤其对于实时数据传送来说与数据 传送的总目标相矛盾。影响有效负载的误码的机会在大分组中也变得 更有可能。提高传输速率的另一方法利用代数算法压缩数据分组，以 便将要传送的数据编码为减少数量的比特，这因为传输的比特数量减 少而得到较快速的通信。可以利用有效负载类型特定的压缩算法来压 缩此有效负载，并且可将某一报头特定形式应用于这些分组的报头。 在这些方法中，分别压缩报头与有效负载，这是因为在只压缩此报头 时此报头在某些情况中具有允许更强大压缩的特征。在独立地压缩有 效负载与报头时，也更容易再一次解压缩此报头以便进一步进行路由 选择。
在该互联网中，可以通过不同的节点为顺序发送的数据分组选择
路由，这使得能利用发送者与接收者之间的多个并行数据连接。固定 分组交换网络具有高数据带宽。另一方面，因为可能通过不同的节点 为顺序分组选择路由并且数据带宽对于各个路由器可以不同，所以数 据分组可能不以发送这些分组相同的顺序到达其目的地。因此，需要
在每个数据分组中包括有关目的地的完整信息。为此，该^L头必须包 含一定数量的信息，但报头的大小由于高数据带宽而通常不是问题。 然而，如果得在具有低带宽的串行链路上发送分组，则就出现了问题。 这时常是归属用户例如利用个人计算机接入网络的接入点时的情况。 这样的接入链路一般是已经使用几年的电话线路调制解调器和最近的 无线连接。在GSM的特殊情况中，数据连接、HSCSD (高速电路交换数 据)和GPRS全部是串行链路的示例。由于其串行特性，与核心分组交 换网络不同，这些类型的链路具有以发送分组的顺序接收这些分组的 特性。因为顺序发送每个分组，所以分组无法超过其前趋。数据分组 的此顺序接收和通用TCP/IP协议中分组的特性使得能利用报头压缩 协议非常有效地压缩报头数据。
1990年2月V. Jacobson的文章"Compressing TCP/IP Headers for Low-Speed Serial Links"和1998年7月27日S.Casner与 V. Jacobson的文章"Compressing IP/UDP/RTP Headers for Low-Speed Serial Links"描述用于压缩数据分组的净艮头的方法。这两篇 文章之中的后一篇文章主张甚至有可能将40字节的原始报头压缩为3 字节。有效压缩报头的想法是基于具有某一通常恒定性能的TCP/IP报 头的特征。首先，该报头的一部分在整个连接期间保持恒定。第二， 此报头的另一部分在各个分组之间一致地变化，允许帧间编码。此变 化能是一致的，但即使不是一致的，编码顺序分组的报头的特定部分 之间的不同也比发送这些部分的绝对值要求较少的信息。利用数据的 恒定改变性能来编码数据称为帧间编码。然而，在Casner与Jacobson 的文章中，提到所述的压缩方案对具有低往返时间的本地链路执行最 佳，而在通常的数字移动网络中不是这种情况。
实际上，分组的串行发送与接收能有效利用 一 系列报头的帧间编 码。为了了解帧间编码是什么，考虑差分(或变量)编码的筒单示例。 不发送一串数字a， b， c， d， e等，而发送序列a，-a, b，-b-a， c，=c-b，…。 编码该差别比编码绝对值要求较低的分辨率(即，数据字长度)，因而
又节省一些比特。然而，这种方案的弱点在于如果丢失一个帧间编 码的报头，则将丢失与之相关的分组和所有随后的分组。为了从此报 头的损坏中恢复，有两种方法1)周期性地发送数据分组而不进行报 头压缩来更新报头序列(即，重新开始帧间编码)；和2)在检测到丟 失时根据需要更新该报头序列。
周期性更新报头序列由于甚至在不需要时也强迫不压缩发送的分 组而浪费一些压缩益处。根据需要进行更新基于确认机制。接收者表 示接收的数据分组的报头是否被破坏。确认的使用对于调制解调器链 路可能是令人满意的，但由于以下原因而不太适于无线链路
-差错率在无线传输中比在固定网络中一般高几个数量级。移动站 的移动由于无线电覆盖范围的变化和Doppler频移而增加差错的可能 性。Doppler频移在无线电数据接收时引起射频的变化并且在移动快 速时(例如，在运动火车中使用接收机时)引起数据破坏，
-分组往返时间延迟由于交错而相当大，甚至高达几百亳秒。交错 在此上下文中表示在发送数据之前，信道编码可以扩展两个或多个 分组块之间的单个数据分组的数据比特。因而，收集整个分组的全部 数据可能要求接收两个或多个块，这些块进行组合以便以其正确顺序 生成原始分组，这增加显著的延迟。
利用重发纠正分组丢失引起数据传送的延迟。延迟对于双向通信 是最有害的。在诸如监听来自远程应答机的声音剪辑或消息的单向音 频连接中，接收机能适应该延迟的变化。甚至几百毫秒的延迟能干扰 双向链路中的对话数据流。如果利用帧间编码进行报头压缩，则具有 由于单个报头的破坏而可能丟失整个序列分组的危险(如前所述)。因
此，报头压缩几乎不适用于诸如通过无线电接口进行电视会议的实时 通信中。无线电链路容易遭受无线电干扰并且能具有高达10—4的误码 率，而对于PSTN相应的指数一般小于10—7。因为如果没有报头不能为 分组选择路由至其目的地，所以压缩报头的任何一个字节的差错可以 引起整个分组丢失。这样的弱点是主要缺点并且限制报头压缩用于例 如实时运动图象和/或话音传送。在传送存储文件时，重发故障分组是 可能的。在实时通信中，只要有可能在接收之后使数据传送延迟最小， 就使用每个分组。如果丟失一个分组，则在接收下一分组之后不能再 使用此分组，这是因为在将那个信息表示给接收者时时间已过去。另
一方面，脱机传输能利用大的数据分组，因为循环时间不重要并且这 本质上减少报头数据引起的开销。因而，在文件传送的情况中，不必 与实时通信中一样减少报头的大小。容易出错的通信信道的一个典型
示例是类似于GSM手机的移动通信站与基站之间的无线电链路。
由于上述原因，在移动电信的情况中，即使使用这两种方法之中 任何一种方法来重新开始帧间编码，当前也认为报头的帧间编码对于 类似于RTP的实时操作是不合适的。
然而，如果报头压缩能应用于实时通信却是有益的，这特别是因 为发送未压缩报头所要求的带宽量与发送分组有效负载(数据)要求 的带宽量相比是巨大的。在其文章中，Casner与Jacobson解决这一 问题，假定20字节用于有效负载和12字节用于RTP报头的指数。参 见这些指数，报头引起的开销是12字节/20字节=60%，因而显然极希 望在容易遭受破坏的数据链路上也能使用报头压缩。

发明内容
现在已发明出用于容错数据分组传送的新方法与设备。根据本发 明，分组的报头首先进行压缩并随后利用前向纠错(FEC)保护到一定 程度以防止误码，这由于引入前向纠错信息而使报头的大小增加一定 量，但至少能恢复在传送期间受一个误码破坏的报头。应注意，虽然 以前为了分配最大比例的带宽来传送实际的有效负载而避免包括增加 冗余度的任何形式的前向纠错，但使用前向纠错来保护压缩报头不出 现误码实际上提供数据传送速率的整体改善。例如，能在打算用于类 似于GPRS的分组交换无线电网络的电信设备中实施此方法。
本发明介绍的方法利用报头压缩，之后前向纠错(FEC)编码该压 缩的报头。"前向纠错"编码的概念在此表示增加冗余比特以便能使用 冗余比特来恢复破坏的数据而不必重发数据。使用FEC来保护报头能 恢复具有一定数量误码的压缩比特，此报头中能恢复的差错的最大数 量取决于使用的FEC算法和给此压缩报头附加的冗余比特的数量。即 使FEC达到使用增加冗余度，容易出错的无线电链路上的数据传送效 率也比FEC冗余度的不利影响改善更多，并因而实际的传送速率提高。 这在诸如移动通信系统的容易出错的通信信道上的实时通信中特别有 益，但一般地这通常在无线电通信中或在固定的电话/调制解调器链路 上在通信信道的带宽受限制时是有用的。本发明对于容易出错的通信
信道上的低比特率的实时通信甚至更有利。利用低速率和容易出错的 通信，差错的影响在这些差错出现在数据分组的压缩报头的任何一个 比特中时最大.
本发明还有优点是如果一个误码影响该分组，不松开此数据流 的所有其余部分，直至下一次更新，将有可能
-首先检测此误码是否影响此报头或有效负载(例如，音频、视频 或数据)。如果只影响此有效负载，则能决定是抛弃此有效负栽还是应 用某一前向纠错。在任何一种情况中，因为帧间编码的报头是完整的， 所以能使用那之后的分组。
-如果此压缩报头自己受损坏，则增加的前向纠错比特能用于试图 恢复原始报头，并且在恢复成功时，能使用此数据流，降低需要更新 (重发整个分组而不压缩)的概率。因为在压缩之后报头一般只由几 个字节组成，所以保护压缩报头的比特是有道理的，并且虽然引入一 定量的冗余度，但这使之不必重发全部的数据分组。这可以显著地减 少要重发的数据量并且通过减少视频/音频接收时干扰暂停的数量将 显著改善双向通信。
根据本发明的第一方面，提供用于通过容易遭受数据破坏的传输 路径发送并且还接收数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负 载和具有一组比特的报头，其特征在于所述方法还包括以下步骤
压缩所述比特组；
通过前向纠错编码此压缩比特组来修改所述报头； 通过所述传输路径发送所述数据分组； 接收所述数据分组； 前向纠错解码此压缩比特组；和 解压缩此压缩比特组以再生所述报头。
根据本发明的第二方面，提供用于通过容易遭受数据破坏的传输 路径发送数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负载和具有一 组比特的报头，其特征在于所述方法包括以下步骤
压缩所述比特组；
通过前向纠错编码此压缩比特组来修改所述报头；和 在纠错编码之后通过所述传输路径发送所述数据分组。 根据本发明的第三方面，提供用于接收包括报头与有效负载的压
缩数字数据分组的一种方法，所述报头包括一组比特，其特征在于所
述方法包括以下步骤
接收包括报头的数据分组，其中压缩和前向纠错编码所述比特
组；
解码所述前向纠错编码比特组；和 解压缩所迷压缩比特组。
根据本发明的第四方面，提供一种数字无线电话网络，用于通过 容易遭受数据破坏的传输路径传送数字数据分组，所述分组包括有效 负载和具有一组比特的报头，其特征在于所述网络包括
用于通过压缩所述比特组来压缩所述报头的装置；
用于前向纠错编码所述压缩比特组以保护所述^L头不受所述压缩 比特组中误码的影响的装置；
用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置；
用于接收所述数据分组的装置；
用于通过解码所述编码比特组来恢复所述编码比特组的装置；和 用于解压缩所述报头的装置。
根据本发明的第五方面，提供一种数字数据发射机，用于通过容 易遭受数据破坏的传输路径发送数字数据分组，所述分组包括有效负 栽和具有一组比特的报头，其特征在于所述发射机包括
用于压缩所述组的装置；
用于利用前向纠错方法纠错编码所述组的装置；和 用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。 根据本发明的第六方面，提供一种数字数据接收机，用于接收通 过容易遭受数据破坏的数字传输路径发送的数字数据分组，所述分组 包括有效负载和具有一组比特的报头，其特征在于所述接收机包括
用于接收包括报头的数据分组的装置，其中压缩和前向纠错编码 所述比特组；
用于前向纠错解码所述比特组的装置；和 用于解压缩所述比特组的装置。
根据本发明的第七方面，提供一种移动站，包括用于通过容易遭 受数据破坏的传输路径发送数字数据分组的数字数据发射机，所述分 组包括有效负载和具有一组比特的报头，其特征在于所述移动站包
括
用于压缩所述组的装置；
用于利用前向纠错方法纠错编码所述组的装置；和 用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。 根据本发明的第八方面，提供一种移动站，包括用于接收通过容 易遭受数据破坏的数字传输路径发送的数字数据分组的数字数据接收 机，所述分组包括有效负栽和具有一组比特的报头，其特征在于所述 移动站包括
用于接收包括报头的数据分组的装置，其中压缩和前向纠错编码 所述比特组；
用于解码所述前向纠错编码比特组的装置；和 用于解压缩所述比特组的装置。
根据本发明的第九方面，提供一种分组数据网络元素，用于差错 恢复通信，包括用于接收通过数字传输路径发送的数字数据分组的装 置，所述分组包括有效负载和具有一组比特的报头，其特征在于所述 元素包括
用于接收包括报头的数据分组的装置，其中压缩和前向纠错编码 所述比特组；
用于解码所述前向纠错编码比特组的装置；和 用于解压缩所述比特组的装置。
根据本发明的第十方面，提供一种分组数据网络元素，用于差错 恢复通信，包括用于通过传输路径发送数字数据分组的装置，所述分 组包括有效负载和具有一组比特的报头，其特征在于所述元素包括
用于压缩所述组的装置；
用于利用前向纠错方法纠错编码所述组的装置；和 用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。


现在将结合附图利用示例来描述本发明，其中 图1表示现有技术公知的分组交换GPRS网络中的电信网络连接； 图2是现有技术公知的容易遭受数据破坏的分组交换无线电链路 上简化的数据流的图表；
图3是现有技术公知的数字数据分组的图表；
图4是根据本发明实施例的移动站部分的方框图； 图5是现有技术公知的压缩报头的图表；图6是根据本发明实施例的前向纠错比特的位置与其预定保护的 比特的关系的示例方案；图7是根据本发明实施例的压缩和随后进行FEC编码的报头的结 构、压缩和FEC编码的报头的损坏以及损坏报头的进一步重构的示例 的图表；图8是根据本发明实施例的压缩与前向纠错编码报头的字节的图 表5和图9是根据图8的压缩与前向纠错编码报头的图表。
具体实施方式
图1表示典型的分组交换GPRS网络中的电信网络连接。此GPRS 网络基础结构的主要元素是GPRS支持节点，即，所谓的GSN。正是移 动性路由器影响此连接并通过连接Gi与不同的数据网络(例如，与公与另一操作者的GPRS网络协作，通过连接Gr利用GPRS一寄存器进行移 动性管理并将数据分组转发给移动站而无论其位置如何。实际上，GPRS 支持节点GSN能根据数据网络路由器的结构合并在MSC (移动交换中 心)中或能是独立的网络元素。用户数据直接通过支持节点GSN与由 基站BTS和基站控制器BSC组成的基站系统BSS之间的连接Gb，但在 支持节点GSN与移动交换中心MSC之间具有信令连接Gs。方框之间的 实线代表数据业务，而虚线代表信令。物理上，此数据能透明地通过 移动交换中心MSC。基站BTS与移动站MS之间的无线电接口利用符号 Um进行标记。参考符号Abis与A代表基站BTS与基站控制器BSC之 间的接口和基站控制器BSC与移动交换中心MSC之间是信令连接的接 口。符号Gn代表同一操作者网络内的不同支持节点之间的连接。这些 支持节点通常分类为如图1所示的网关支持节点GGSN (网关GSN)和 服务或归属支持节点SGSN (服务GSN)。图2表示现有技术公知的容易遭受数据破坏的分组交换无线电链 路上的数据流的简化图表。为了简明起见，假定在移动站MS与电信网 络NW之间的无线电连接中不使用交错。因而，假定每个分组在单独帧 中全部进行发送，这与例如真实的GPRS数据连接中的正常情况相反， 在此正常情况中通常交错每个数据分组的比特，将这些比特划分为不 同的帧。这样的交错对于本领域普通技术人员来说是公知的。为了描 述本发明，是如此发送每个分组还是将每个分组交错在不同的分组中 是无关紧要的。甚至在交错时，报头以及分组的有效负载在数据传送 期间可能被破坏并且此破坏具有如前所述的相同影响。如图2所示，移动站MS通过无线电链路发送利用RTP数据分组 Pl-P5的数据流形成的无线电信号给电信网络NW。此网络通常包括接 收此数据的终端(未示出)。此数据流包括许多顺序的数据分组，每个 数据分组包括一定数量的比特。要求一些比特用于控制每个分组的路 由选择，并且其它的比特载有将进行传送的实际信息(有效负载)。在 图2所示的示例中，假定在传送期间具有影响分组P2与P3的数据的 短时间周期的干扰。现在假定分组2中引起的差错只影响其有效负 载，并且分组P3的报头被破坏，有效负载的破坏损害接收的数据的质 量，但音频和/或视频编码算法(例如，检错、纠错与隐蔽算法)能用 于减少有效负载中差错的影响。然而，分组3的报头的破坏将使整个 分组无用，这是因为用于为此分组选择路由至其目的地的控制信息被 丟失或变成无效的。而且，如果使用帧间编码方法来压缩这些报头， 则所有随后的分组也将变得不可使用，直至此MS接收到通知它未接收 到分组P3-P5的确认，或直至此MS发送未压缩分组(即，未进行帧间 编码的分组)作为帧间编码的周期性更新。丟失分组的数量取决于循 环(往返)时间，即，在从移动站中发送分组与接收到未正确接收到 某一分组的确认之间过去的时间。此循环时间的典型值是330毫秒。 如果每30亳秒(典型值)发送分组，则由于分组报头中的差错而丢失 的分组的平均数量等于330亳秒/30亳秒=11个分组。或者，如果以时 间来表示，则将具有至少等于循环时间(即，330毫秒)的时间的数据 (例如，音频和/或视频数据)接收的中断。图3表示现有技术公知的数字数据分组Pl。此分组包括报头11 和有效负载12。此报头包括至少形成此报头数据一部分的帧间编码的 一组比特(30)。图4是根据本发明实施例对于描述本发明有用的移动站MS的部分 的方框图。此移动站包括控制此移动站的中央处理单元CPU。此CPU 的指令存储在存储器MEM中。为了接收数据分组，具有通过双工滤波
器DPX连接到空中AER的接收机模块RX。为了发送数据分组，此移动 站具有通过此双工滤波器连接到空中AER的发射机模块TX。另外，可 能具有用于用户交互作用的用户接口 UI和用于连接到辅助设备(例 如，膝上计算机)的数据接口 IF。此CPU安排为组织此数据以便在数 据分组中发送此数据并形成这些数据分组的报头。此CPU也安排为将 有用数据(即，有效负载)与利用此RX接收的数据分组分开。可选择 地，可以利用特定的硬布线电路、特定或共享的数字信号处理器(DSP)处理。图5表示由四个字节PB1、 PB2、 PB3与PB4构成的压缩报头31。 压缩报头31的第一字节PB1的8个比特位置具有标号l-8。在无线电链路中，极有可能具有突发类型差错并因此应认识到， 每个前向纠错比特可以有意地远离其打算保护的报头的比特。 一种方 案是将前向纠错比特以离开从中计算这些纠错比特的比特的固定距离 放置在此报头数据之中。最优选择是从相互远离的报头的比特中计算 这些前向纠错比特，这在试图利用通用前向纠错数据恢复这些保护报 头比特时提高只有一个保护报头比特被破坏的机会。虽然具有许多方 式来实施此，但在图6中给出一个示例。在图6中，包括4字节(即，32比特)报头信息的压缩报头安排 在四行比特中。在此示例中，对于每两个比特的报头数据计算奇偶校 验比特。为了表示这些前向纠错比特如何与此示例的4个字节的其他 比特相关，对应于单个比特的每个比特位置利用从a至z并随后利用 从oc至ti的字母顺序进行标记。要传送的此报头的总大小是6个字节， 这是因为包括4个字节的压缩报头增加2个字节用于前向纠错。从第 二行开始，在每个比特之后具有利用代表两个不同比特的两个字符的 组合标记的前向纠错比特。从前一字节的比特和后一字节的比特中计 算每个前向纠错比特。因而，比特j之后是从比特a与r中计算的前 向纠错比特、相应地，在比特k之后具有比特、等等。比特a-i形 成字节l，比特j-、形成字节2，比特n-、形成字节3，比特r- 形成 字节4，比特v-、形成字节5，并且比特z-n形成字节6。在顺序发送 这6个字节之中的每个字节时，可能出现的差错脉冲串能顺序破坏多 个比特并且还有可能恢复此报头的内容。例如，如果整个字节2被破
坏或丟失，则这表示此报头的4个比特和4个前向纠错比特的破坏。 由于没有破坏的前向纠错比特称为破坏的报头比特，所以丢失字节2 的前向纠错比特不损害这一字节2的报头比特的恢复。相反地，使用 的前向纠错比特将交错在字节4内并因而能用于恢复破坏的字节2的 报头比特j-m。用于计算前向纠错比特值的函数例如能是XOR函数。为了表示和/或从出现在有效负载中的差错中恢复，也能对数据分 组的那个部分进行检错和/或前向纠错编码。图7表示根据本发明实施例的报头的编码、由于数据传送引起的 损害和损害的压缩报头的进一步重构的示例图表。利用字母 a, b, c， d， e， f， g， h表示将进行前向纠错编码的字节的连续比特的比特 位置。此前向纠错编码方案如下a，X0R(a，b)，b，X0R(b，c)，c…，。此 方案利用8个比特(即， 一个字节)来表示。原始序列是S0。每个比 特能具有两个值0与1之中的任何一个值，但为了简化将这些比特全 部设置为1。编码序列表示为序列Sl。随后虚差错改变第三编码和第 二最后比特的值，得到序列S2。接下来，FEC解码此报头的编码比特。 在接收到破坏的序列S2时，利用附加的冗余度计算序列S3。为了找出 哪些比特被破坏，执行似然分析。每个比特具有的相等概率被倒置。因而比特差错同样有可能影响 报头的压缩数据内容或此报头中包括的奇偶校验比特。为了确定在数 据传输期间是否出现误码，必须检查接收的比特流。在此示例中，在 报头的每两个数据比特之间具有从这些数据比特中计算的奇偶校验比 特。除了第一与最后一个数据比特之外，能从三个独立的并且同样可 靠的信息源中导出每个数据比特的值。对于某一数据比特(e): .这样的接收数据比特e具有某一第一值。-对于某一数据比特(e)，前一数据比特(d)和这某一数据比特 (e )与前一数据比特(d)之间的奇偶校验比特(、)表示用作第二 源的这某一数据比特的第二值。 这某一数据比特(e )之后的数据比特(f )和奇偶校验比特(ef) 表示用作第三源的这某一数据比特的第三值。如果所有这三个源对于某一数据比特表示同一值，则有可能正确 接收到此数据比特(第一值)。如果这些比特之中的两个比特支持第一 比特，也更有可能第一值是正确的而非不正确。然而，如果第二与第
三值都和第一值不同，则更有可能第一值是不正确的并且应进行倒置 以得到可能正确的值。对于第一与最后的数据比特，不采用此方法， 这是因为只有两个可能的指示来决定此数据比特的正确值。对于这些 数据比特，在不确定此序列末尾之一 中的数据比特或紧接在其后面的 奇偶校验比特是否是不正确的时，不可能决定其值是否是正确的。这 两个比特又具有不正确的相同可能性。为了保护所有的数据比特，此 数据比特序列能从这两个末尾之中的每一个末尾扩展一个固定比特 (例如，1)。这还利用具有两个误码的示例来表示，其中一个误码在数据比特中，而另一个误码在奇偶校验比特中。在接收到序列S2时，启动以下 序列1) 生成阵列来为每个数据比特保持两个似然计数器。第一计数器 L0用于计数表示相应比特应为零的观测值。第二计数器Ll计数表示相 应比特应为一的观测值。首先将这两个计数器设置为零。2) 第一比特的比特值(即，第一数据比特a)为第一观测值。如 果此比特为0，则用于第一数据比特的计数器L0递增1，否则计数器 Ll递增1。3) 接下来，读出两个随后的比特，即，第一奇偶校验比特^和第 二数据比特b。然后，利用XOR运算比较第一数据比特a和第二数据比 特b，并且还将结果与接收的第一奇偶校验比特\进行比较。如果这些 比特一致，则对应于a值的计数器递增1，如果不一致，则对应于a的 另一可能值的计数器递增1。在这两种情况中，仍然使用对应于第一数 据比特的计数器。4) 下一步骤是计算对应于第二数据比特的计数器L0与Ll的值。 此时具有三个不同的指示均能暗示笫二数据比特b的正确值。其中的 第一种指示是比特b的值。与步骤2中一样，根据比特b的值，计数 器L0或L1递增1，即，如果b-0，则L0递增1，否则递增L1。5) 第二种指示是奇偶校验比特\和从比特a与b中计算的奇偶校 验比特的相等性。而且，如果这些比特一致，则对应于比特b值的计 数器L0或L1递增1。否则，递增另一计数器。6) 第三种指示是奇偶校验比特be和从比特b与c中计算的奇偶校 验比特的相等性。而且，如果这些比特一致，则对应于比特b值的计
数器L0或L1递增1。7) 根据步骤2-6检查每个数据比特，此程序生成两个似然阵列L0 与L1。8) 如此接受具有两个或三个类似指示的每个数据比特(L0或Ll 为3)。9) 倒置具有两个矛盾指示(即，相对接收值的两种指示)的每个 数据比特。10) 第一与最后一个数据比特保持不变。如果具有矛盾指示，则 可以认为此数据比特的值不可靠。图8是根据本发明实施例的压缩与前向纠错编码报头41的字节的 图表。此报头包括利用3个字节的报头数据并且也利用3个字节的 FEC1、 FEC2与FEC3纠错数据形成的比特序列。图9是根据图8的压缩与前向纠错编码报头的图表。为了表示此 报头内这些比特的布局，每个报头数据字节的内容表示为利用从a至x 的字母标记的比特。FEC字节的每个比特也利用对应于从中计算此比特 的报头数据比特的字母来标记。在此报头中，将这些比特组织在从比 特a开始至利用x标记的最后一个FEC比特的线性序列中。因为对于 每两个相邻比特形成一个奇偶校验比特，所以此纠错方案中FEC比特 的数量是23。为了填充第三FEC字节的最后比特位置，能如此拷贝报 头数据比特，优选第一与最后的数据比特之一来加强其保护以防误 码。可选择地，例如能利用有效负栽的第一比特来填充此最后的比特 位置.根据本发明，此电信网络也包括用于将压缩与FEC编码的报头解 压缩为标准形式以允许其正常使用。这能在此网络的任何合适部分中 (例如，在MSC或BSC、 CPU和存储器或如前面结合图4所述的特定硬 件上)实施。本领域技术人员将认识到，可以对上述实施例进行修改而不脱离 本发明的范畴。例如，可以使用类似于US专利5870412中所述的更复 杂的前向纠错方法来替代上述的简单X0R方法，以便利用同一冗余度 获得更好的纠错能力。
权利要求
1.用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送并且还接收数字数据分组的一种方法，所述分组包括有效负载和报头，所述报头具有一组比特，所述方法包括以下步骤压缩所述比特组；其特征在于，所述压缩所述比特组的步骤包括帧间编码所述比特组，且所述方法还包括下列步骤通过前向纠错(FEC)编码此压缩比特组来修改所述报头；通过所述传输路径发送所述数据分组；接收所述数据分组；FEC解码此压缩比特组；和解压缩此压缩比特组以再生所述报头。
2. 用于通过容易遭受数据破坏的传输路径发送数字数据分组的一 种方法，所述分组包括有效负载和报头，所述报头具有一组比特，所 述方法包括以下步骤压缩所述比特组；其特征在于，所述压缩所述比特组的步骤包括帧间编码所述比特 组，且所述方法还包括下列步骤通过前向纠错(FEC)编码此压缩比特组来修改所述报头；和 在纠错编码之后通过所述传输路径发送所述数据分组。
3. 用于接收包括报头与有效负载的压缩数字数据分组的一种方 法，所述报头包括一组比特，所述方法包括以下步骤接收包括所述报头的数据分组，其中压缩和前向纠错(FEC )编码 所述比特组；其特征在于所述方法还包括下列步骤 解码所述前向纠错编码比特组；和解压缩所述压缩比特组，其中所述比特组被帧间编码且所述解压 缩所述压缩比特组的步骤包括对所述帧间编码的比特组进行解码。
4. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述传输路径是移 动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。
5. 根据任何一个前面权利要求的方法，其特征在于，所述有效负 载包括实时通信数据。
6. —种数字无线电话网络(MNW)，用于通过容易遭受数据破坏的 传输路径(Um )传送数字数据分组(Pl )，所述分组包括有效负载(12 ) 和报头(11)，所述报头具有一组比特(30)，所述网络包括用于通过压缩所述比特组来压缩所述报头的装置(CPU, MEM);其特征在于，所述用于压缩所述报头的装置是帧间编码装置，且 所述网络还包括用于前向纠错(FEC)编码所述压缩比特组(30)的装置(CPU), 以保护所述报头不受所述压缩比特组中误码的影响；用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置(TX， DPX， AER);用于接收所述数据分组的装置(RX， DPX， AER);用于解码所述FEC编码比特组的装置(CPU, MEM);和用于解压缩所述报头的装置(CPU, MEM)。
7. 根据权利要求6的数字无线电话网络，其特征在于，所述传输 路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破 坏。
8. 根据权利要求6或7的数字无线电话网络，其特征在于所述网 络包括用于在接收此数据分组时检测所述组的破坏的装置(CPU, MEM);和用于解码的所述装置(CPU, MEM)安排为在所述比特组被破坏的 情况中恢复所述比特组。
9. 根据权利要求6-8之中任何一个权利要求的数字无线电话网 络，其特征在于，所述有效负载(12)包括实时通信数据。
10. —种数字数据发射机(TX)，用于通过容易遭受数据破坏的传 输路径(Um)发送数字数据分组(Pl)，所述分组包括有效负载(12) 和报头(11)，所述报头具有一组比特(30)，所述发射机包括用于压缩所述组的装置(CPU, MEM);其特征在于，所述用于压缩所述比特组的装置是帧间编码装置且 所述发射机还包括用于利用前向纠错(FEC)方法纠错编码所述压缩的比特组(30) 的装置(CPU, MEM);和用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置(TX， DPX， AER)。
11. 根据权利要求10的数字数据发射机，其特征在于，所述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破 坏。
12. 根据权利要求10或11的数字数据发射机，其特征在于，所 述有效负载(12)包括实时通信数据。
13. —种数字数据接收机(RX)，用于接收通过容易遭受数据破坏 的数字传输路径(Um)发送的数字数据分组(Pl)，所述分组包括有效 负载(12)和报头(11)，所述报头具有一组比特(30)，所述接收机 包括用于接收包括报头的数据分组的装置UX， DPX， AER, CPU， MEM)， 其中压缩和前向纠错编码所述比特组；其特征在于，所接收的数据分组的所述报头是通过帧间编码压缩 的，且所述接收机还包括用于解码所述前向纠错编码比特组的装置(CPU, MEM);和用于解压缩所述比特组的装置(CPU, MEM)。
14. 根据权利要求13的数字数据接收机UX)，其特征在于，所 述传输路径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数 据破坏。
15. 根据权利要求13或14的数字数据接收机(RX),其特征在于所述接收机包括用于在接收此数据分组时检测所述比特组的破坏的装置(CPU, MEM);和用于解码所述比特组的装置(CPU, MEME)安排为在所述组被破坏 的情况中利用所述解码来恢复所述比特组。
16. 根据权利要求13-15之中任何一个权利要求的数字数据接收 机，其特征在于，所述有效负载(12)包括实时通信数据。
17. —种移动站(MA)，包括用于通过容易遭受数据破坏的传输路 径(Um)发送数字数据分组(Pl)的数字数据发射机(TX)，所述分组 包括有效负栽(12)和报头(11)，所述报头具有一组比特(30)，所 述移动站包括用于压缩所述组的装置(CPU, MEM);其特征在于，所述用于压缩所述比特组的装置是帧间编码装置且所述移动站还包括用于利用前向纠错(FEC)方法纠错编码所述压缩的比特组(30) 的装置(CPU, MEM);和用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置(TX， DPX， AER )。
18. 根据权利要求17的移动站，其特征在于，此传输路径是移动 通信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。
19. 根据权利要求17或18的移动站，其特征在于，此有效负栽 (12)包括实时通信数据。
20. —种移动站(MA)，包括用于接收通过容易遭受数据破坏的数 字传输路径(Um )发送的数字数据分组(Pl )的数字数据接收机(RX )， 所述分组包括有效负栽(12)和报头(11)，所述报头具有一组比特(30)，所述移动站包括用于接收包括报头的数据分组的装置(RX， DPX， AER， CPU, MEM)， 其中压缩和前向纠错编码所述比特组；其特征在于，所接收的数据分组的所述报头是通过帧间编码来压 缩的，且所述移动站还包括用于解码所述前向纠错编码比特组的装置(CPU, MEM);和用于解压缩所述比特组的装置(CPU, MEM)。
21. 根据权利要求20的移动站(MS),其特征在于，所述传输路 径是移动电信路径的信道，并且由于无线电干扰引起所述数据破坏。
22. 根据权利要求20或21的移动站(MS)，其特征在于所述接收 机包括用于在接收到此数据分组时或在接收到此数据分组之后检测所述 比特组的破坏的装置(CPU, MEM);和用于解码所述比特组的所述装置安排为在所述组被破坏的情况中 利用所述解码来恢复所述比特组。
23. 根据权利要求20-22之中任何一个权利要求的移动站(MS), 其特征在于，所述有效负栽(12)包括实时通信数据。
24. —种分组数据网络元素，用于差错恢复通信，包括用于接收 通过数字传输路径(Abis， A, Gb， Gs， Gi )发送的数字数据分组(Pl ) 的装置(RX)，所述分组包括有效负载(12)和报头(11)，所述报头 具有一组比特(30)，所述元素包括用于接收包括报头的数据分组的装置，其中压缩和前向纠错编码所述比特组；其特征在于，所述接收数据分组的所述报头是利用帧间编码来压 缩的，且所述元素还包括用于解码所述前向纠错编码的比特组的装置；和 用于解压缩所述比特组的装置(CPU， MEM)。
25. 根据权利要求24的分组数据网络元素，其特征在于，从由网 关GPRS支持节点、服务GPRS支持节点、移动交换中心、路由器和防 火墙构成的一个组中选择所述元素。
26. 根据权利要求24或25的分组数据网络元素，其特征在于所 述元素包括用于在接收到此数据分组时或在接收到此数据分组之后检测所述 比特组的破坏的装置(CPU, MEM);和用于解码所述比特组的所述装置安排为在所述组被破坏的情况中 利用所述解码来恢复所述比特组。
27，根据权利要求24-26之中任何一个权利要求的分组数据网络 元素，其特征在于，有效负载(12)包括实时通信数据。
28. —种分组数据网络元素，用于差错恢复通信，包括用于通过 传输路径(Abis， A， Gb， Gs， Gi)发送数字数据分组(Pl)的装置， 所述分组包括有效负载(12)和报头(11)，所述报头具有一组比特(30)，所述元素包括用于压缩所述组的装置(CPU, MEM);其特征在于，所述用于压缩所述比特组的装置是帧间编码装置， 且所述元素还包括用于利用前向纠错(FEC)方法纠错编码所述压缩的比特组(30) 的装置(CPU, MEM);和用于通过所述传输路径发送所述数据分组的装置。
29. 根据权利要求28的分组数据网络元素，其特征在于，此有效 负载(12)包括实时通信数据。
30. 根据权利要求28或29的分组数据网络元素，其特征在于， 从由网关GPRS支持节点、服务GPRS支持节点、移动交换中心、路由 器和防火墙构成的一个组中选择所述元素。
全文摘要
数据分组在通过无线电链路进行发送时容易受到破坏。在诸如电视会议的实时数据的情况中，优选不松开任何数据分组，这是因为如果再发送的话到能接收丢失分组时其代表的时间已消逝而不能再使用这些丢失的分组。为了缓解由于有限的数据带宽引起的问题，有可能优选利用帧间编码压缩分组的报头数据来使压缩增益最大。这尤其在串行链路的情况中能获得显著的数据节省，但在数据传送中单个差错能破坏此压缩报头、与之相关的有效负载并且也能破坏所有随后的数据分组直至通过利用未压缩报头发送一个分组再次开始帧间编码时是容易受到破坏的方法。本发明涉及结合报头压缩使用前向纠错编码来保护压缩报头并且优化无线电链路使用以获得足够的接收数据的质量。
文档编号H04L1/00GK101162973SQ20071018671
公开日2008年4月16日 申请日期2000年3月22日 优先权日1999年4月1日
发明者D·莱安, J·卡利奥库尔朱, M·图鲁宁, S·豪蒙特 申请人:诺基亚移动电话有限公司