使用先验信息来对消息进行解码的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201010541655.1 | 申请日 | 2010-11-08 | 公开(公告)号 | CN102055554A | 公开(公告)日 | 2011-05-11 |
| 申请人 | 捷讯研究有限公司; | 发明人 | 克里斯托夫·哈里斯·斯诺; 艾曼·艾哈迈德·马哈茂德·阿布德-萨玛达; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种对通信设备(154)通过通信信道(156)接收的数字数据进行解码的方法和系统。所述数据包括与通信设备(154)未知的多个值相对应的分量以及与通信设备(154)先验已知的一个或多个值相对应的分量。为了执行解码，通信设备(154)从 存储器 (162)中检索出所述一个或多个已知值中的所述至少一个。然后，通信设备(154)使用已知值，应用统计测量，以估计与所述一个或多个已知值相对应的分量的 位置 。然后， 解码器 (160)使用所述一个或多个已知值和所估计的与所述一个或多个已知值相对应的分量的位置来辅助对所述数据进行解码。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种对通信设备(154)通过通信信道(156)接收的数字数据进行解码的方法，所述数据包括与通信设备(154)未知的多个值相对应的分量以及与通信设备(154)先验已知的一个或多个值相对应的分量，所述通信设备(154)先验已知的一个或多个值中的至少一个存储在通信设备(154)的存储器(162)中，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 使用先验信息来对消息进行解码的系统和方法技术领域[0001] 以下总体涉及在数字通信系统中对消息进行解码。 背景技术[0002] 许多数字通信系统采用差错控制编码来尝试对在消息通过有噪声信道(如无线信道)传输时可能出现的消息的差错进行纠正。一般地，发送方的编码器将消息映射至对应的编码消息。然后，通过信道传输编码消息来代替该消息。传输的消息(可能被信道中的噪声破坏)由接收方接收并转发至解码器。解码器将接收数据映射至其最接近的对应消息。 [0003] 一般地，编码消息可以被认为是有策略地添加了冗余的未编码消息。解码器利用这种冗余来提高正确解码消息的概率。根据信道中含有噪声的程度(即根据在通过信道传输期间引入多少差错)，解码消息可能与实际发送的消息不相对应，在这种情况下，出现解码差错。差错控制码是公知的，示例包括卷积码和线性分组码。 [0004] 在一些应用中，在编码之前向消息添加另外的冗余，以便除了差错纠正之外还执行差错检测。典型示例是将循环冗余校验(CRC)码附加至消息，以形成新消息，然后使用差错控制码对该新消息进行编码。解码器的输出是解码消息和对应解码的CRC校验码。如果解码的CRC校验码不是针对解码消息的正确CRC校验码，则接收方认为消息解码错误。在这种情况下，接收方可以请求重传消息。 [0005] 通常，在移动应用中，在移动设备与基站之间传输重要控制信息。该控制信息可能涉及例如设备设置或涉及小区之间的切换。这种信息的正确解码是很重要的。在一些应用中，如果这种控制信息未被正确解码，则正在进行的呼叫可能掉话。 [0006] 期望提高正确解码消息的概率。发明内容 [0007] 以下可以提供一种方法、用于执行该方法的计算机可读介质和一种移动设备，被配置为对通信设备通过通信信道接收的数字数据进行解码，所述数据包括与通信设备未知的多个值相对应的分量以及与通信设备先验已知的一个或多个值相对应的分量，所述通信设备先验已知的一个或多个值中的至少一个存储在通信设备的存储器中。一方面，所述方法可以包括：(a)通信设备从存储器中检索出所述一个或多个已知值中的所述至少一个；(b)通信设备使用所述一个或多个已知值中的所述至少一个，应用统计测量来估计与所述一个或多个已知值相对应的分量的位置；以及(c)通信设备的解码器在对所述数据进行解码时，使用所述一个或多个已知值和所估计的与所述一个或多个已知值相对应的分量的位置。 附图说明 [0008] 现在参照附图，仅以示例方式来描述代表性实施例，附图中： [0009] 图1是示意了移动设备和基站的系统图； [0010] 图2是示意了用于对从基站发送至移动设备的消息进行解码的系统组件的一个实施例的示意图； [0011] 图3是可以从基站发送至移动设备的控制块的示例； [0012] 图4是解码接收数据的实施例的计算机可读指令集合的示意图； [0013] 图5示意了执行滑动相关的示例； [0014] 图6是示意了用于对从一个通信设备发送至另一通信设备的消息进行解码的系统组件的实施例的示意图；以及 [0015] 图7是解码接收数据的实施例的计算机可执行指令的另一集合的系统图。 具体实施方式[0016] 可以认识到，为了示意简单清楚，在认为合适的情况下，可以在附图之间重复参考标号以指示相应或相似的元件。此外，阐述了具体细节以提供对这里描述的实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员可以认识到，没有这些具体细节，也可以实现这里描述的实施例。在其他实例中，未具体描述公知方法、过程和组件，以免模糊这里描述的实施例。此外，描述不应被认为是限制这里描述的实施例的范围。 [0017] 可以认识到，这里示例的执行指令的任何模块、组件或设备可以包括或能够访问计算机可读介质，如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备(可移除的和/或不可移除的)，例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除的介质，用以存储信息，如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机存储介质的示例包括RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字通用光盘(DVD)或其他光存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或可以用于存储所需信息并且可以由应用、模块或两者访问的任何其他介质。任何这种计算机存储介质可以是设备的一部分，或者能够访问或连接至设备。这里描述的任何应用或模块可以使用由这种计算机存储介质存储或保持的计算机可读/可执行指令来实现。 [0018] 一般地，已经认识到，对于通信设备接收的特定数字数据，该数字数据将具有与通信设备先验已知的一个或多个值相对应的分量，并且关于这一个或多个值的知识可以用于改进解码。也已经认识到，在一些实例中，通信设备不知道接收数据中与该一个或多个已知值相对应的分量的确切位置。在这些实例中，通信设备可以应用统计测量来估计数据中与该一个或多个已知值相对应的分量的位置，然后使用该已知值和所估计的位置来改进解码。 [0019] 现在参照图1-5来描述第一实施例。可以认识到，参照图1-5描述的实施例仅是专用于特定应用的一个示例实施例。如以下参照图6和7所解释的，可以想到，可以将应用统计测量来估计接收数据中与先验已知的一个或多个值相对应的分量的位置、然后使用所估计的位置和已知值来辅助解码的方法推广至发送数据具有接收方先验已知的一个或多个值的任何解码应用。 [0020] 因此，转到图1，示出了移动设备12，移动设备12通过无线通信信道16与基站14通信。适用的移动设备的示例包括：寻呼机、蜂窝电话、蜂窝智能电话、无线组织器、个人数字助理、计算机、膝上电脑、手持无线通信设备、具有无线能力的笔记本计算机等等。在该特定实施例中，移动设备12和基站14根据全球移动通信系统(GSM)标准来通信。 [0021] 图2中更详细示出了移动设备12和基站14。移动设备12包括：至少一个天线18，用于接收其上传输有数字数据的射频(RF)载波；解调器20，用于解调RF载波以检索基带数字数据；以及解码器22，用于解码数据。在该特定实施例中，解码器22是本领域公知的Viterbi解码器。可以认识到，移动设备12的接收机可以包括除解调和解码之外的其他处理功能(例如与数字信号处理相关的功能)。为了清楚起见省略了这些其他功能。还可以认识到，移动设备12还可以包括：用于对数字信号进行编码和发送的电路，包括编码器和调制器。为了清楚起见也省略了该电路，因为在该特定示例中，移动设备12正在接收从基站14通过通信信道16发送的信息。 [0022] 基站14包括：编码器24，用于对要发送至移动设备12的消息进行编码；调制器26，用于将编码消息调制至RF载波；以及至少一个天线28，用于通过无线信道16来发送RF载波。在该特定实施例中，编码器是本领域公知的卷积编码器。可以认识到，基站14的发射机可以包括除了调制和编码之外的其他处理功能，但是为了清楚起见省略了这些功能。还可以认识到，基站14还包括用于接收和解码数字信号的电路。为了清楚起见也省略了该电路，因为如上所述，在该特定示例中，移动设备12正在接收从基站14通过通信信道16发送的信息。 [0023] 由于在电话呼叫期间利用移动设备12，在呼叫期间，移动设备12和基站14必须周期性地交换与控制相关的消息。这种消息可以用于发送例如与设备设置或与小区之间的切换相关的信息。快速相关控制信道(FACCH)块和独立专用控制信道(SDCCH)块是GSM协议中在基站14与移动设备12之间传输的控制消息的示例。每个FACCH和SDCCH块的长度是GSM标准固定的，但是在这些块中传输的控制数据符号的实际数目可以改变。因此，GSM标准规定：与控制相关的数据比特位于块的起始处，并使用具有十六进制值2B的字节来填充块的其余部分。因此，例如，如果基站14向移动设备12发送FACCH块，则移动设备12将先验已知FACCH块的分量可以包括2B字节填充值的重复序列。然而，移动设备12不知道块中该填充字节序列的确切起始位置。如以下将解释的，已知值2B存储在移动设备12上的存储器30中，并用于估计接收数据中与所发送的2B填充值相对应的分量。 [0024] 作为示例，考虑图3中所示的控制块102从图2中的基站14至移动设备12的传输。控制块102具有N字节的长度。在每个控制块102中传输的控制信息104的量可以改变。一般地，控制信息104在前a-1个字节中传输，而a至N字节以包括重复字节值2B的序列在内的填充106来填充。移动设备12先验已知填充字节值2B，但是不知道填充何时开始。这就是说，移动设备12不知道值a，值a是第一个填充字节的位置。已知字节值2B存储在移动设备12上的存储器30中。 [0025] 在发送控制块102之前，基站12首先计算CRC校验码32，CRC校验码32附加至控制块102并用于差错检测(如本领域已知)。然后，将控制块102和附加的校验码转发至卷积编码器24，卷积编码器24执行块102和校验码的卷积编码。然后，通过调制器26将编码的序列调制到RF载波，并经由天线28通过无线信道16发送。无线信道16典型地是有噪声的，这导致差错被引入编码序列。移动设备12接收的载波经由解调器20来解调，以获得基带数字数据符号，基带数字数据符号包括编码的控制块102和校验码，并具有例如由无线信道16上的噪声所引入的多个差错。Viterbi解码器22负责尝试纠正这些差错。 [0026] 有利地，移动设备12可以使用已知填充106来改进Viterbi解码器22的性能。然而，移动设备12不知道接收数据中与已知填充相对应的分量的确切起始位置。这是由于移动设备12仅先验已知所发送的填充字节的值，而不知道填充从何处开始。因此，如图4的方法所示，移动设备12有利地使用统计测量来估计接收数字数据中与填充相对应的分量的位置，然后使用该估计和已知填充值来改进解码。如上所述，这里示例的执行指令的所有设备可以包括或能够访问计算机可读介质，如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备。因此，图4可以包括存储在移动设备12上的计算机可读指令的集合。 [0027] 首先，在步骤202中，移动设备12从其存储器30中检索出已知字节2B。接下来，在步骤204中，移动设备12使用已知字节2B来应用统计测量，以估计接收数据中与已知填充相对应的分量的位置。在本实施例中，统计测量包括使用滑动相关器34的滑动相关。 [0028] 步骤204包括以下子步骤。在子步骤204a，重复已知字节2B以形成x个字节的序列，例如2B 2B 2B...2B。然后，在子步骤204b，将该序列映射至其相应的编码序列。备选地，该相应的编码序列可以是存储器30中存储的并取而代之地在步骤202中检索出的已知值。然后，在步骤204c，滑动相关器34使用对应的编码序列来搜索接收数字数据中与编码的填充字节相对应的分量的起始。滑动相关器34执行滑动相关以估计该分量最可能的起始位置。滑动相关器34如下执行滑动相关：从接收数字数据块的起始处开始，向该数字数据块的结尾移动，在每个位置，将x个填充字节的编码序列与接收数字数据中的对应比特序列逐比特相乘。然后，将相乘的值相加以获得相关的测量。所测量的相关值越高，接收数字数据中的对应比特序列越可能与填充值相对应。可以认识到，乘法可以包括异或XOR运算。 [0029] 一般地，滑动相关是本领域已知的数学技巧。然而，为了完整性，在图5中提供了示例以示意滑动相关运算的实施例。参考字符302示出了接收数据流的一部分。数据流被表示为映射至符号空间的比特，其中，二进制比特“1”由“1”表示，二进制比特“0”由“-1”表示。假定最后16个比特与具有差错(来自通过有噪声信道的传输)的、编码的填充符号相对应。还假定与来自存储器30的x个已知字节相对应的编码序列由比特序列1-11-11-11-1表示。在该示例中，x等于1。因此，滑动相关器34从数据流304的起始处开始，一次一个比特地向数据流的结尾移动。对于每个窗口位置，通过将已知比特序列与窗口中的对应数据比特逐比特相乘，然后将每个相乘结果相加来计算相关值。将每个相关值存储在例如存储器30中。如图5所示，当窗口到达位置a’处的编码填充符号的前8个比特时，测量的相关值为6。假定这是所计算的最高相关值，则a’可以被估计为数据中与填充相对应的分量的起始位置。在该实施例中，移动设备12先验已知与填充相对应的分量的结束位置，这是因为填充继续至控制块的结尾。 [0030] 可以认识到，已知字节的长度x提供了误检与漏检之间的权衡：如果x过大，则可能更难以辨别数据中与填充相对应的分量的确切位置；而如果x过小，则滑动相关器34将具有更高概率将错误的位置标识为估计的起始位置。 [0031] 可以认识到，图5是示意了滑动相关的概念的简化示例。滑动相关可以包括硬滑动相关(图5中示出了其简化示例)或者可以包括软相关(其中，一般而言，值具有可靠度量，在相关计算中可以考虑可靠度量)。 [0032] 滑动相关器34可以与接收数字数据实时地执行滑动相关，或者一旦接收到完整的传输控制块并存储在存储器中，则执行滑动相关。在一个实施例中，滑动相关器34实时执行滑动相关，并且随着数据接收，针对阈值来测量每个计算的相关值。如果针对给定位置，所计算的相关值大于该阈值，则滑动相关器34假定该位置是接收数据中与已知值相对应的分量的起始位置。例如，在图5的示例中，该阈值可以是5，从而将a’标识为该分量的起始位置，因为在a’处的相关值(6)大于该阈值(5)。 [0033] 可以认识到，对阈值的选择提供了漏检的概率与将错误位置标识为估计的起始位置的概率之间的权衡。 [0034] 在另一实施例中，滑动相关器34等待直到接收到所发送的控制块。然后，滑动相关器34针对每个窗口位置来计算相关值，并将具有最高相关值的位置作为接收数据中与已知值相对应的分量的起始位置。一般而言，与实时执行滑动相关相比，这将提供对起始位置的更精确估计，但是将增加发射机处的延迟。 [0035] 返回图4，一旦计算出接收数据序列中与编码的填充字节相对应的分量的估计位置，则在步骤206，将该估计位置和已知值2B转发至Viterbi解码器22。在步骤208，解码器22使用该信息来辅助解码。这可以以多种不同方式来进行。例如，在一个实施例中，解码器22假定该分量的估计位置是该分量的实际位置。然后，在执行解码算法之前，解码器22首先删除与编码的填充值相对应的接收数据分量(具有从有噪声信道引入的差错)，并使用实际的编码填充值来替换该分量，从而消除引入该分量中的任何比特差错。在另一实施例中，解码器22首先对接收数据执行Viterbi解码，然后使用已知2B字节值的序列来替换解码的填充，从而消除该填充中的任何解码差错。在另一实施例中，解码器22使用Viterbi解码算法来对与未知值相对应的数据分量进行解码，但是有利地使用已知值和估计位置来设置Viterbi算法中的正确起始或结束状态。这种技术在共同所有者的美国专利申请公开No.2007/0230630中公开，其内容通过引用并入此处。美国专利申请公开No.2007/0230630中的技术假定Viterbi解码器知道填充的确切位置。因此，解码器22可以通过假定步骤204中计算的估计位置是该确切位置，来使用美国专利申请公开No.2007/0230630中的技术。在又一实施例中，解码器22首先对接收数据执行Viterbi解码，然后对解码的消息执行CRC校验36。如果CRC校验36指示解码消息中存在差错，则解码器22删除与编码的填充值相对应的接收数据分量，并使用实际的编码填充值来替换该分量，从而消除引入该分量中的任何比特差错。然后，解码器22使用修改后的接收数据，第二次执行Viterbi解码。 [0036] 接下来，在步骤210，解码器22输出解码的控制块102及其对应的CRC校验码。这些解码值被转发至CRC校验模块36以执行CRC校验，从而尝试并检测解码差错(如本领域已知的)。 [0037] 如上所述，滑动相关器34可以选择相关值高于给定阈值的位置或具有所计算的最高相关值的位置作为估计位置。在该实施例的变型中，滑动相关器34将数据中与编码的填充值相对应的分量的另一可能起始位置存储在存储器30中。例如，这可以是产生次最高相关测量的位置。然后，如果CRC校验模块36检测到解码差错，则使用另一可能位置作为估计位置来重复步骤206至210。如果需要，滑动相关器34可以对多个其他可能位置进行排列，并使用这些其他可能位置中的每一个作为估计位置来迭代地重复步骤206至210，直到CRC校验指示无解码差错。迭代的次数可以取决于可容许的延迟量和可用的计算资源。 [0038] 可以认识到，参照图1至5所描述的实施例是专用于特定应用的。可以认识到，可以将应用统计测量来估计接收数据中与先验已知的一个或多个值相对应的分量的位置、然后使用所估计的位置和已知值来辅助解码的方法推广至发送数据具有接收方先验已知的一个或多个值的任何解码应用。为此，关于图6和7来描述示例实施例。 [0039] 首先转到图6，示出了第一通信设备152，第一通信设备152通过有噪声通信信道156与第二通信设备154通信。作为示例，通信信道可以是无线通信链路或线缆。第一和第二通信设备152、154均为可以发送和接收数字消息的设备，每个设备可以是例如移动设备或静止设备(如计算机或通信站)。 [0040] 第一通信设备152具有数字消息m，希望将数字消息m编码并发送至第二通信设备154。为了实现这一点，如图6所示，第一通信设备152包括编码器158。因此，第二通信设备154包括对应的解码器160以对编码的消息m进行解码。 [0041] 消息m包括第二通信设备154未知的多个值和第二通信设备154先验已知的一个或多个值。然而，第二通信设备154不知道已知值序列的确切起始和结束数据符号a和b。 [0042] 一般而言，实际上消息m可以包括由未知值分隔的、一个或多个已知值的多个序列，其中每个序列具有未知的起始和结束位置。然而，为了简单起见，图6中传输的消息m包括分别以起始和结束位置a和b为界的、一个或多个已知值的单一序列。 [0043] 在使用中，第一通信设备152使用编码器158对消息m进行编码，并通过信道156来发送消息m。信道156具有噪声，因此将比特差错引入编码消息。因此，第二通信设备154接收的数字数据具有与第二通信设备154未知的多个值相对应的分量和与第二通信设备154先验已知的一个或多个值相对应的分量。然而，第二通信设备154不知道与先验已知的一个或多个值相对应的分量的确切位置。 [0044] 第二通信设备154包括存储器162，其上存储有先验已知的一个或多个值中的至少一个。 [0045] 如参照图7所描述的，有利地，第二通信设备154使用统计模块164来应用统计测量，以估计与一个或多个已知值相对应的分量的位置，然后使用该估计位置和一个或多个已知值来辅助解码。图7可以包括存储在第二通信设备154上或者第二通信设备154能够访问的计算机可读指令的集合。 [0046] 首先，在步骤302，第二通信设备154从存储器162中检索出一个或多个已知值中的至少一个。接下来，在步骤304，第二通信设备154使用模块164和从存储器162中检索出的已知值来应用统计测量，以估计接收数据中与一个或多个已知值相对应的分量的位置。具体地，统计测量包括搜索接收数据中与已知分量充分接近的数据序列。作为示例。统计测量可以是滑动相关。可以与第二通信设备154接收数据实时地应用统计测量，或者在接收到与编码的消息m相对应的完整数据块之后应用统计测量。如果统计测量是滑动相关，则根据数据的格式，滑动相关可以包括软滑动相关或硬滑动相关。 [0047] 接下来，在步骤306，解码器160使用步骤304中计算的估计位置来辅助解码。这可以以多种不同方式来进行。在最简单的方式中，解码器160假定接收数据中与一个或多个先验已知值相对应的分量的估计位置是该分量的实际位置。然后，解码器160简单地从接收数据中删除该分量，并使用已知值来替换该分量，从而消除可能在传输期间引入已知分量中的任何差错。这可以在应用解码算法之前或之后进行。作为另一示例，如果解码器160是基于格式结构(trellis)的解码器，则解码器160可以使用已知值和估计的位置来设置基于格式结构的解码算法中的一个或多个状态。 [0048] 可以认识到，根据所传输的具体消息、可以请求重传的容易程度和/或信道中的噪声量，参照图7描述的技术可以根据需要或期望来执行。例如，在示例实施例中，解码器160首先对接收数字数据进行解码，而不使用估计位置或已知值。然后，当且仅当差错检测器(如CRC校验)随后确定发生解码差错时，才执行图7的方法以重试解码，而不是简单地丢弃消息和/或请求重传。 [0049] 此外，统计模块164可以产生接收数据中与已知值相对应的分量的多个可能位置。在这种情况下，在一个实施例中，如果使用最可能的估计位置检测到解码差错，则使用另一可能位置作为估计位置来重复步骤306。图7中将该可选操作以虚线示意为步骤308。如果发送消息的正确解码很重要，和/或如果不期望或不可能请求重传消息，则步骤308是尤其有利的。 [0050] 最终，在参照图6和7描述的实施例中，第二通信设备154先验已知的一个或多个值是未编码的消息符号。然而，可以认识到，第二通信设备154先验已知并且存储在存储器162中的一个或多个值可以取而代之地是已知消息符号的编码版本。 |
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